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Die Erfindung betrifft ein Wasserphantom zur Kalibrierung einer Strahlungsquelle mit (a) einem Wassertank, der zumindest eine für Strahlung der Strahlungsquelle durchlässige Wand besitzt, und (b) einem in den Wassertank einführbaren Dosimeter, das zumindest ein Detektorelement aufweist.
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Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Kalibrieren einer Strahlungsquelle, insbesondere einer medizinischen Strahlungsquelle, wie einem medizinischen Strahlentherapiegerät.
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Weltweit existieren mehrere tausend Strahlentherapiegeräte in Form von Teilchenbeschleunigern für die Tumortherapie. Wenn im Folgenden von Strahlungsquellen oder Strahlentherapiegeräten gesprochen wird, werden dabei insbesondere Teilchenbeschleuniger gemeint. Der Vorteil an derartigen Teilchenbeschleunigern, beispielsweise Ionenbeschleunigern, ist, dass die Energiedeposition, also die Energie, die in ein vorgegebenes Volumenelement des bestrahlten Körpers vom Teilchenstrahl abgegeben wird, an der so genannten Bragg-Kante ein scharfes Maximum aufweist und danach stark abfällt. Das ermöglicht es, in Tumoren eine hohe Energiedosis zu deponieren und das in Strahlrichtung hinter dem Tumor liegende Gewebe weitestgehend zu schonen. Ein weiterer Vorteil an Teilchenstrahlungsquellen ist, dass das Maximum der Energiedeposition von der Energie des Teilchenstrahlens abhängt und im Gewebe liegt. Das ermöglicht es, im Körperinnern liegende Tumore zu bestrahlen und das auf dem Strahlungsweg zwischen der Haut und dem Tumor liegende Gewebe zu schonen.
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Teilchenbeschleuniger müssen kalibriert werden. Es wird dazu in alter Regel der folgende Kalibrierweg gewählt:
- 1. Zunächst strahlt eine Strahlungsquelle (60Co oder ein Beschleuniger), unter ständiger Beobachtung der Strahlintensität durch einen Transmissionsmonitor, in ein Wasserkalorimeter in Form eines Wasserphantoms, das ein Primärnormal darstellt, bis eine Temperaturerhöhung von rund 24 mK festgestellt wird. Diese Temperaturerhöhung entspricht einer Energiedeposition von einem J/kg im Wasser des Wasserphantoms bei einer Wasserenergiedosis von 1 Gray. Mit dem Transmissionsmonitor wird die aufgelaufene elektrische Ladung registriert. Aus der Wasserdosis und der vom Transmissionsmonitor gemessenen elektrischen Ladung wird der Kalibrierfaktor in Gray/Coulomb für den Transmissionsmonitor berechnet. Der Transmissionsmonitor dient ab diesem Zeitpunkt als Transfernormal für die Einheit Gray.
- 2. Nachfolgend wird der Temperatursensor im Wasserphantom bzw. im Wasserkalorimeter durch eine Ionisationskammer ersetzt. Sie muss genau an der derselben Stelle positioniert sein wie vorher der Temperatursensor.
- 3. Nun wird der Strahl der Strahlungsquelle eingeschaltet und die elektrische Ladung der Ionisationskammer gegen die des Transfernormals bestimmt. Aus den Verhältnissen der Ladung gegeneinander wird der Kalibrierfaktor in Gray/Coulomb der Ionisationskammer berechnet. Die Ionisationskammer dient dann als Sekundärnormal für die Einheit der Wasserenergiedosis und wird in dieser Form weitergegeben, beispielsweise an die Hersteller von Strahlentherapiegeräten.
- 4. Der Hersteller einer Strahlungsquelle kalibriert mit Hilfe des Sekundärnormals seiner Strahlungsquelle. Der kalibrierte Strahlungsdetektor kann zudem, beispielsweise in einem Krankenhaus, eingesetzt werden, um die Dosismonitore der in der Tumortherapie oder -diagnostik eingesetzten Teilchenbeschleuniger zu kalibrieren.
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In den oben genannten Schritten werden jeweils Wasserphantome eingesetzt. Da, wie oben beschrieben, unterschiedliche Messgeräte eingesetzt werden, um die Energiedeposition an einer vorgegebenen Stelle zu messen, muss sichergestellt sein, dass stets an der gleichen Stelle gemessen wird. Sobald die oben beschriebene Kalibrierkette dadurch unterbrochen wird, dass die Positionsbestimmung nicht mehr frei von subjektiven Einflüssen ist, muss die Kalibrierkette als unterbrochen angesehen werden, was dazu führt, dass im eigentlichen Sinne keine akzeptierte Kalibrierung für das Strahlentherapiegerät mehr vorliegt.
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Aus dem Stand der Technik sind eine Reihe von Vorschlägen bekannt, wie die Messgeräte in dem Wasserphantom zu positionieren sind. Aus der
DE 103 44 539 A1 , der
DE 93 18 628 U1 , der
EP 2 148 222 A1 , der
US 7,605,365 B2 sowie der
US 7,902,515 B2 sind Wasserphantome bekannt, an deren Wänden Schienen angeordnet sind, entlang derer die Halterung für das jeweilige Messgerät verschoben werden kann. Aus der
DE 10 2005 030 648 B3 ist ein Wasserphantom bekannt, bei dem in den Ecken des mit Wasser gefüllten Behälters Sensoren angeordnet sind, die den Abstand des Sensors zur Wasseroberfläche bestimmen. Durch unterschiedliche Abstände an unterschiedlichen Ecken kann die Neigung des Wasserphantoms bestimmt werden, die dann in die Positionsbestimmung des ebenfalls entlang von Schienen verschieblichen Messgerätehalters einfließt. Auch aus der
WO 2008/024614 A2 ist eine Vorrichtung mit einem entlang von Schienen verschieblichem Messgerätehalter bekannt.
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Bei einem anderen Ansatz wird das jeweilige Messgerät ortsfest an einer bekannten Stelle des jeweiligen Wassertankes befestigt. Eine derartige Anordnung ist beispielsweise aus der
DE 10 2008 035 119 B3 und der
EP 1 852 714 A1 bekannt.
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Aufgrund der Abhängigkeit der Energiedeposition von dem Laufweg im Gewebe ist es schwierig, derartige Teilchenbeschleuniger hinsichtlich der deponierten Energie zu kalibrieren. Zum Kalibrieren werden so genannte Wasserphantome benutzt, die einen Wassertank aufweisen, der den menschlichen Körper simulieren soll. Ein Dosimeter zur Messung der Energiedosis muss dann in einem vorgegebenen Abstand von einer Wand oder einer Wasseroberfläche des Wassers im Wassertank positioniert werden.
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Es hat sich herausgestellt, dass bisher zur Kalibrierung verwendete Wasserphantome und die bislang verwendeten Verfahren zur Kalibrierung von Strahlungsquellen, insbesondere Teilchenstrahlungsquellen, eine relativ hohe Messungenauigkeit aufweisen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Messgenauigkeit bei der Kalibrierung von Strahlungsquellen, insbesondere von Teilchenbeschleunigern für die medizinische Strahlentherapie, zu verbessern.
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Die Erfindung löst das Problem durch ein gattungsgemäßes Wasserphantom, das eine Wegtastvorrichtung aufweist, die eine erste Tastspitze, mit der sie mit der Wand in Anlage bringbar ist, und eine zweite Tastspitze aufweist, mit der sie gleichzeitig mit dem Dosimeter in Kontakt bringbar ist, und die ausgebildet ist zum Abgeben eines Signals, wenn ein Dosimeterabstand zwischen der ersten Tastspitze und der zweiten Tastspitze an einem vorgegeben Intervall liegt.
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Die Erfindung löst das Problem zudem durch ein Verfahren zum Kalibrieren einer Strahlungsquelle, insbesondere einem medizinischen Teilchenbeschleuniger, mit den Schritten (a) Einführen eines Dosimeters in einen Wassertank eines Wasserphantoms, wobei der Wassertank zumindest eine für Strahlung der Strahlungsquelle durchlässige Wand besitzt, (b) Einführen einer Tastvorrichtung, die eine erste Tastspitze und eine zweite Tastspitze aufweist und ausgebildet ist zum Abgeben eines Signals, wenn ein Dosimeterabstand zwischen der ersten Tastspitze und der zweiten Tastspitze in einem vorgegebenen Intervall liegt, in den Wassertank, so dass die zweite Tastspitze an der Wand anliegt, (c) Bewegen des Dosimeters auf die Wegtastvorrichtung zu, so dass das Dosimeter in Kontakt mit der ersten Tastspitze kommt und diese um einen Auslenkweg auslegt, und Stoppen des Bewegen des Dosimeters, wenn der Auslenkweg in dem voreingestellten Intervall liegt.
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Vorteilhaft an der Erfindung ist, dass sie eine rückführbare Kalibrierung der Strahlungsquelle erlaubt. Unter einer derartigen rückführbaren Kalibrierung wird verstanden, dass die vom Dosimeter gemessene Energiedosis anhand eines primären Normals kalibrierbar ist, ohne dass diese Kalibrierung von der Person abhängig ist, die die Kalibrierung durchführt. Bei bekannten Wasserphantomen wird beispielsweise das Dosimeter mit einem Motor über eine Linearachse so lange verfahren, bis es an die Wand des Wassertanks anschlägt. Der Zeitpunkt des Anschlagens musste entweder durch „genaues Hinsehen ermittelt werden oder erfolgte aufgrund der Messung einer Veränderung des elektrischen Stroms, der zum Antreiben der Linearachse verwendet wurde. Beide Möglichkeiten sind stark fehlerbehaftet. Das Beobachten des Stoppens der Bewegung anhand des optischen Eindrucks ist von der subjektiven Einstellung des Bedieners abhängig, wann das Dosimeter als an der Wand anliegend betrachtet werden kann. Wird das Anschlagen des Dosimeters an der Wand über den Strom ermittelt, der durch den Motor des Linearantriebs fließt, so muss stets ein Schwellenwert für diesen Strom angegeben werden. Das Erreichen dieses Schwellenwerts hängt aber nicht nur von der Kraft ab, mit der das Dosimeter an der Wand anschlägt, sondern auch von der Reibung in der Linearachse.
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Die erfindungsgemäß vorgesehene Wegtastvorrichtung hingegen kann so ausgebildet werden, dass sie eine sehr kleine Federkonstante besitzt, so dass der Dosimeterabstand unabhängig von äußeren Einflussfaktoren und damit rückführbar bestimmbar ist.
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Es ist ein weiterer Vorteil, dass die Wegtastvorrichtung einfach zu bedienen ist. Gerade bei medizinischen Anwendungen muss sichergestellt sein, dass die Kalibrierung unabhängig von der kalibrierenden Person ist. Anderenfalls kann nicht sichergestellt werden, dass der Patient genau den für ihn optimale Strahlendosis erhält.
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Ein weiterer Vorteil ist, dass die Erfindung eine deutlich schnellere Kalibrierung erlaubt. Je weniger Zeit für die Kalibrierung aufzuwenden ist, umso mehr Patienten können mit einem Teilchenbeschleuniger therapiert werden. Durch das Vorsehen der Wegtastvorrichtung wird das Kalibrieren der Strahlungsquelle beschleunigt.
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Im Rahmen der vorliegenden Beschreibung wird unter der Strahlungsquelle insbesondere eine medizinische Strahlungsquelle zur Erzeugung ionisierender Strahlung verstanden. Es kann sich um einen Teilchenbeschleuniger zur Tumortherapie handeln. Insbesondere handelt es sich um einen Elementarteilchenbeschleuniger wie einen Protonen- oder Elektronenbeschleuniger. Unter dem Wassertank wird insbesondere ein mit Wasser befüllbarer, insbesondere ein wassergefüllter Behälter oder Hohlraum verstanden.
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Unter dem Dosimeter wird insbesondere jede Vorrichtung verstanden, mittels der die Energiedosis direkt oder indirekt gemessen werden kann. Insbesondere umfasst das Dosimeter einen Bereich, der dazu ausgebildet ist, beim Einfallen von Strahlungen von der Strahlungsquelle zumindest lokal ionisiert zu werden. Beispielsweise ist das Dosimeter ein Halbleiterdetektor und/oder umfasst eine Ionisationskammer.
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Unter dem Merkmal, dass die Wegtastvorrichtung ausgebildet ist zum Abgeben eines Signals, wenn der Dosimeterabstand in einem vorgegebenen oder hinterlegten Intervall liegt, wird insbesondere verstanden, dass das vorgegebene Intervall fest, beispielsweise änderbar fest, vorgegeben ist. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass das vorgegebene Intervall dadurch definiert ist, dass ein von der Wegtastvorrichtung abgegebenes elektrisches Signal, das den Dosimeterabstand kodiert, in einem vorgegebenen Intervall liegt. Dieser vorgegebene Intervall kann in einem digitalen Speicher der Wegtastvorrichtung vorgegeben sein. Beispielsweise ist es möglich, dass die Wegtastvorrichtung ein optisches oder akustisches Signal ausgibt, wenn der Dosimeterabstand im vorgegebenen Intervall liegt.
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Die Wegtastvorrichtung ist vorzugsweise vollständig aus dem Wassertank entfernbar. Beispielsweise stellt die Wegtastvorrichtung ein eigenes, vom Wassertank getrenntes Objekt dar. Allerdings kann der Wegtaster auch in beweglicher Verbindung mit dem Wassertank stehen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Wegtaster wasserdicht. In diesem Fall kann er im bereits mit Wasser gefüllten Wassertank verwendet werden, um die Position zu messen, ob der Dosimeterabstand im vorgegebenen Intervall liegt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform besitzt die Wegtastenvorrichtung ein Gestell, das in mindestens zwei, insbesondere in genau drei starr miteinander gekoppelten Auflagerpunkten mit der Wand in Kontakt bringbar ist und einen Wegtaster aufweist, der relativ zum Gestell in einer Längsrichtung bewegbar und federnd in einer Ruhelage gelagert ist, wobei die erste Tastspitze und die zweite Tastspitze am Wegtaster ausgebildet sind und bei dem die erste Tastspitze in der Ruhelage des Wegtasters so relativ zu den Auflagerpunkten liegt, dass die erste Tastspitze an der Wand anliegt, wenn die Auflagerpunkte an der Wand anliegen. Insbesondere misst der Wegtaster den Dosimeterabstand zwischen der ersten Tastspitze und der zweiten Tastspitze. Mehr als drei Auflagerpunkte sind insbesondere dann möglich, wenn nur die drei starr miteinander gekoppelt sind.
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Vorteilhaft hieran ist, dass die Wegtastvorrichtung nur mit den drei Auflagerpunkten mit der Wand des Wassertanks in Kontakt gebracht werden und das Dosimeter so lange auf die zweite Tastspitze zu bewegt werden kann, bis das Dosimeter die Tastspitze um einen vorgegebenen Betrag ausgelenkt hat. Das kann schnell geschehen und ist prozesssicher.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Wand Koppelhilfen, beispielsweise Einsenkungen oder Vorsprünge aufweist, die so ausgebildet sind, dass das Gestell in einer definierten Lage mit der Wand in Kontakt bringbar ist. Beispielsweise kann das Gestell in den drei Auflagern Vorsprünge aufweisen, die mit Einsenkungen in der Wand verbindbar sind. Greifen diese Vorsprünge in die Einsenkung ein, ist die Lage des Gestells relativ zur Wand in allen Freiheitsgraden festgelegt.
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Vorzugsweise ist die Tastspitze mit einer Rückstellkraft von höchstens 0,1 Newton um zumindest 20 Mikrometer auslenkbar. Das kann beispielsweise dadurch geschehen, dass eine Federkonstante einer Feder, die einer Auslenkung der Tastspitze entgegenwirkt, weniger als 0,1 Newton pro 10 Mikrometer beträgt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Wegtaster ein elektrischer Wegtaster, der ein elektrisches Messsignal liefert, wobei die Wegtastvorrichtung eine Nullpunktsetz-Vorrichtung aufweist, mittels der das elektrische Messsignal auf einen Nullwert setzbar ist. Es hat sich gezeigt, dass ein etwaiger Drift des elektrischen Wegtasters einen maßgeblichen Einfluss auf die Positioniergenauigkeit haben kann. Das gilt insbesondere dann, wenn die Wegtastvorrichtung im mit Wasser gefüllten Wassertank eingesetzt wird. In diesem Fall ändern sich die Temperatur sowie die Luftfeuchtigkeit in der Umgebung des Wegtasters, was einen Einfluss auf das elektrische Signal hat. Dadurch, dass die Nullpunktsetz-Vorrichtung vorhanden ist, kann der elektrische Messwert dann auf Null gesetzt werden, wenn die Berührung durch das Dosimeter unmittelbar bevorsteht. Das führt zu einem sehr geringen Messfehler und folglich einer hohen Positioniergenauigkeit.
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Erfindungsgemäß ist zudem eine Strahlungsquelle, insbesondere eine medizinische Teilchenstrahlungsquelle, zum Erzeugen eines Strahls an geladenen, beispielsweise ionisierten, Teilchen mit einer Energie von zumindest 6 Mega-Elektronenvolt, die ein erfindungsgemäßes Wasserphantom aufweist, das im Strahlengang der Strahlungsquelle angeordnet ist. Insbesondere ist die Tastspitze in einem Abstand von höchstens 10 Millimetern zum Strahlmittelpunkt der Strahlungsquelle angeordnet. In einem solchen Zustand ist die Strahlungsquelle mit hoher Messgenauigkeit kalibrierbar. Auch der Einsatz in der Brachytherapie ist möglich.
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Im Rahmen eines erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Wassertank so positioniert, dass der von der Strahlungsquelle abgegebene Strahl durch die Wand des Wassertanks und Wasser zum Dosimeter gelangt. Zwar ist es auch möglich, den Weg im Wasser anhand des Abstands zur Wasseroberfläche zu bestimmen, das aber impliziert das Problem, den Moment des Eintauchens des Dosimeters ins Wasser bestimmen zu müssen, was von der subjektiven Einschätzung des Experimentators abhängig ist. Bei einer alternativen Psitioniermethode wird die Sonde von unten bis hin zur Wasseroberfläche bewegt, bis die Wasseroberfläche berührt wird. Problematisch daran ist, dass das Berühren der Wasseroberfläche wegen der nach Quecksilber höchsten Oberflächenspannung schwer ermittelbar ist. Eine rückführbare Messung ist daher so nicht möglich.
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Vorzugsweise wird der Auslenkweg, um den die Tastspitze aufgrund des Kontakts mit dem Dosimeter ausgelenkt wird, elektrisch gemessen, so dass ein vom Auslenkweg abhängiger elektrischer Messwert erhalten wird. Günstig ist es, wenn nach dem Einführen der Wegtastvorrichtung und vor dem In-Kontakt-Kommen der Tastspitze mit dem Dosimeter ein Nullsetzen des elektrischen Messwerts erfolgt. Das erhöht die Messgenauigkeit.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt das Bewegen des Dosimeters auf die Wegtastvorrichtung zu mittels eines Antriebs, insbesondere eine elektrischen Antriebs. Dazu besitzt das Wasserphantom vorzugsweise eine Linearachse zum mittels eines Elektromotors betriebenen Bewegens des Dosimeters. Insbesondere umfasst das Wasserphantom einen x-y-Tisch, mittels dem das Dosimeter in eine x-y-Ebene mittels Elektromotoren auf eine vorgebbare Position bringbar ist. Besonders günstig ist es, wenn das Wasserphantom drei insbesondere zueinander senkrecht stehende Antriebsachsen aufweist, so dass das Dosimeter auf eine vorgebbare Position im Raum positionierbar ist.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt
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1 ein erfindungsgemäßes Wasserphantom in einer geschnittenen dreidimensionalen Ansicht,
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2 eine dreidimensionale Ansicht einer Wegtastvorrichtung des Wasserphantoms und
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3 einen Querschnitt durch die Wegtastvorrichtung gemäß 2.
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1 zeigt ein Wasserphantom 10 zur Kalibrierung von Strahlungsquellen mit einem Wassertank 12, der eine Wand 14 besitzt und mit Wasser 16 gefüllt ist. Das Wasserphantom 10 besitzt zudem ein Dosimeter 18, mittels dem eine Energiedosis eines in den Wassertank 12 einfallenden hochenergetischen Teilchenstrahls messbar ist.
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Das Wasserphantom 10 besitzt eine nicht eingezeichnete Positioniervorrichtung, mittels der das Dosimeter 18 automatisch auf eine vorgebbare Position (x, y, z) bringbar ist. Insbesondere ist die Positioniervorrichtung so ausgebildet, dass das Dosimeter entlang einer Normalen der Wand 14 auf die Wand 14 zu bewegbar ist.
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1 zeigt zudem eine Wegtastvorrichtung 20, die eine erste Tastspitze 22 und eine zweite Tastspitze 24 aufweist. Die beiden Tastspitzen 22, 24 sind an einem Wegtaster 26 ausgebildet, der die eigentliche Messvorrichtung darstellt. Über ein schematisch eingezeichnetes Kabel 28 wird ein elektrisches oder optisches Signal, dass eine Auslenkung der zweiten Tastspitze relativ zur ersten Tastspitze kodiert, an eine in 1 nicht gezeichnete Auswerteeinheit 30 (vgl. 2) geleitet.
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Die Wegtastvorrichtung 20 umfasst ein Gestell 32, dass in drei Auflagerpunkten 34.1, 34.2, 34.3 in Kontakt mit der Wand 14 bringbar ist. Im vorliegenden Fall sind die Auflagerpunkte 34 (Bezugszeichen ohne Zählsuffix bezeichnet das Objekt als solches) durch die Endflächen von jeweiligen Beinen des Gestells 32 gebildet. Die Wand 14 weist in 1 nicht sichtbare Ausnehmungen auf, in die Vorsprünge wie der Vorsprung 36.1 am Auflagepunkt 34 eingreifen und so die Lage des Gestells 32 zur Wand 14 fest definieren.
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Zum Durchführen eines Verfahrens zum Kalibrieren einer Strahlungsquelle wird das Wasserphantom 10 so ausgerichtet, dass eine Längsachse L des Wegtasters 26 auf einen nur kleinen Abstand, insbesondere einen möglichst kleinen Abstand, von einer Strahlachse S einer in 1 nicht eingezeichneten Teilchenstrahlungsquelle ausgerichtet wird. Das kann beispielsweise dadurch geschehen, dass ein Fadenkreuz 38 auf der Wand 14 zu der bekannten Strahlachse S ausgerichtet wird.
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Es wird zudem die Wegtastvorrichtung 20 in den Wassertank eingeführt, der vorzugsweise bereits mit Wasser gefüllt ist. Das Dosimeter 18 befindet sich zu diesem Zeitpunkt an einer Position, in der es keinen Kontakt mit der zweiten Tastspitze 24 hat. Mittels der Positioniervorrichtung wird das Dosimeter 18 dann so verfahren, dass es insbesondere durch Bewegung nur einer Achse, beispielsweise der x-Achse, auf die zweite Tastspitze 24 zu bewegt wird.
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Das Dosimeter 18 wird auf die zweite Tastspitze 24 zu bewegt, bis das Dosimeter 18 mit dieser in Kontakt kommt und die zweite Tastspitze 24 um einen Auslenkweg Δx ausgelenkt wird. Ein diesen Auslenkweg Δx kodierendes elektrisches Signal wird über das Kabel 28 an die nicht eingezeichnete Auswerteeinheit 30 gesendet, die beständig überprüft, ob der Auslenkweg Δx in einem vorgegebenen Intervall T = [Δxmin, Δxmax] liegt. Beispielsweise beträgt ein Abstand zwischen den beiden Intervallgrenzen [Δxmin, Δxmax] 50 Mikrometer. Ist der Auslenkweg Δx im Intervall T, so wird ein Signal ausgegeben. Es kann sich dabei um ein optisches, elektrisches oder akustisches Signal handeln. Die Position des Dosimeters 18 ist nun bis auf den Intervalldurchmesser des Intervalls T bekannt.
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Besonders hohe Genauigkeit wird erreicht, wenn das Signal, dass die Auslenkung Δx sich im Intervall T befindet, das Signal ist, das automatisch den elektrischen Antrieb der Positioniervorrichtung stoppt. Auf diese Weise ist eine besonders hohe Positioniergenauigkeit erreichbar.
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2 zeigt eine perspektivische Ansicht der Wegtastvorrichtung 20. Es ist zu erkennen, dass das Gestell 32 eine Haltestange 40 umfasst, an deren dem Wegtaster 26 abgewandten Ende ein Handgriff 42 angeordnet ist. In dem Handgriff 42 ist die Auswerteeinheit 30 schematisch eingezeichnet. Es ist zu erkennen, dass das Kabel 28 durch die Haltestange 40 geführt ist.
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Mittels eines Schalters 44 ist die Wegtastvorrichtung 20 ein- und ausschaltbar. Eine erste optische Anzeige 46.1 kann als blaue LED ausgebildet sein und anzeigen, ob eine nicht eingezeichnete Batterie zur Stromversorgung der Auswerteeinheit 30 hinreichend geladen ist. Leuchtet die optische Anzeige 46.1, so bedeutete dass, dass die Batterie zu wechseln bzw. der Akku zu laden ist.
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Eine zweite optische Anzeige 46.2, die wie die erste optische Anzeige 46.1 Leuchtdioden umfassen kann, kann als gelbe LED ausgebildet sein und leuchtet, wenn der vom Wegtaster gemessene Auslenkweg Δx größer ist als Eine dritte optische Anzeige 46.3 kann dazu verwendet werden, um anzuzeigen, dass der Auslenkungsweg Δx im Intervall T liegt. Das erfolgt insbesondere nur dann, wenn vorher die Nullpunktsetz-Vorrichtung 64 betätigt wurde. Eine vierte optische Anzeige 46.4 kann eine rote LED sein und leuchten, wenn der vom Wegtaster gemessene Auslenkweg Δx kleiner ist als Δxmin.
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Zur Bedienung wird die Wegtastvorrichtung zunächst am Schalter 44 eingeschaltet und dann mit der Hand an der Wand 14 (vgl. 1) so positioniert, dass die Vorsprünge in den Auflagerpunkten mit den Ausnehmungen in der Wand 14 in Eingriff kommen. Danach wird das Dosimeter so lange bewegt, bis die dritte optische Anzeige 46.3 anzeigt, dass der Auslenkweg Δx sich im Intervall T befindet.
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3 zeigt einen Querschnitt durch die Wegtastvorrichtung 20, die eine eigenständige Erfindung darstellt. Über Ladekontakte 48.1, 48.2 kann die Batterie wieder aufgeladen werden.
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Die Ladekontakte 48 stehen zudem in Kontakt mit der Auswerteeinheit 30 und sind so ausgebildet, dass die Auswerteeinheit 30 ein Triggersignal über diese abgeben kann, wenn der Auslenkweg Δx im Intervall T liegt. An die Ladekontakte 48 kann damit ein Kabel angeschlossen werden, das die Bewegung der Positioniervorrichtung stoppt. Das Triggersignal kann auch per Funk übertragen werden.
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3 zeigt einen Querschnitt durch die Wegtastvorrichtung 20, die eine eigenständige Erfindung darstellt. Es ist zu erkennen, dass der Auflagerpunkt 34.1, der im vorliegenden Fall durch eine Auflagerfläche gebildet ist, einen Vorsprung 50.1 aufweist, der in eine Ausnehmung 52.1 in der Wand 14 eingreift.
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3 zeigt, dass der Wegtaster 26 eine Feder 54 aufweist, die die erste Tastspitze 22 in eine in 3 gezeigte Ruhelage vorspannt. Es sei darauf hingewiesen, dass dann, wenn wie oben beschrieben der Auflagerpunkt 34.1 auf der Wand 14 aufliegt, die erste Tastspitze 22 aus der in 3 gezeigten Ruhelage ausgelenkt ist. Das ist der Einfachheit halber jedoch nicht eingezeichnet.
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Kommt die erste Tastspitze 22 in Kontakt mit der Wand, wie dies schematisch eingezeichnet ist, so bewegt sich ein Gehäuse 56 relativ zum Gestell 32. Die zweite Tastspitze 24 bewegt sich nicht relativ zum Gehäuse 56 und hat daher ohne externe Kraft auf die zweite Tastspitze 24 stets einen konstanten Abstand zur ersten Tastspitze 22.
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Die zweite Tastspitze 24 ist über eine Feder 58, beispielsweise eine Druckfeder, relativ zum Gehäuse 56 in einer Ruhelage gelagert. Die Feder 58 hat beispielsweise eine Federkonstante von 0,1 Newton pro 10 Mikrometer oder weniger. Greift eine Kraft F an der zweiten Tastspitze 24 an, so wird die zweite Tastspitze 24 in das Gehäuse 56 eingeschoben. Dabei bewegt sich ein Sensorkern 60 relativ zu einem Sensorelement, beispielsweise einem LVDT-Sensor (Linear variabler Differential-Transformator). Es ist aber auch möglich, einen Sensor auf Basis eines anderen Messprinzips zu verwenden. Der durch Sensorkern und Sensorelement aufgebaute Sensor liefert das elektrische Signal, das über das Kabel 28 zur Auswerteeinheit 30 geleitet wird.
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3 zeigt zudem eine Nullpunktsetz-Vorrichtung 64, die so angeordnet ist, dass sie mit einem Finger, insbesondere dem Daumen, bedient werden kann, wenn die Wegtastvorrichtung am Handgriff 42 gehalten wird. Unmittelbar dann, bevor das Dosimeter 18 die zweite Tastspitze 24 berührt, wird in einem bevorzugten Verfahren diese Vorrichtung bedient. Auf diese Weise wird das zum Zeitpunkt des Drückens der Nullpunktsetz-Vorrichtung 64 vorliegende elektrische Signal als zum Auslenkweg Δx = 0 gehörig gespeichert. Eine Änderung des elektrischen Signals ergibt dann mit hoher Genauigkeit den Auslenkweg Δx.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Wasserphantom
- 12
- Wassertank
- 14
- Wand
- 16
- Wasser
- 18
- Dosimeter
- 20
- Wegtastvorrichtung
- 22
- erste Tastspitze
- 24
- zweite Tastspitze
- 26
- Wegtaster
- 28
- Kabel
- 30
- Auswerteeinheit
- 32
- Gestell
- 34
- Auflagerpunkt
- 36
- Vorsprung
- 38
- Fadenkreuz
- 40
- Haltestange
- 42
- Handgriff
- 44
- Schalter
- 46
- Optische Anzeige
- 48
- Ladekontakt
- 50
- Vorsprung
- 52
- Ausdehnung
- 54
- Feder
- 56
- Gehäuse
- 58
- Druckfeder
- 60
- Sensorkern
- 64
- Nullpunktsetz-Vorrichtung
- L
- Längsachse
- S
- Strahlachse
- Δx
- Auslenkweg
- T
- = [Δxmin, Δxmax]
- F
- Kraft
