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Die
Erfindung betrifft eine Therapieanlage. Eine derartige Therapieanlage
umfasst ein Therapiesystem, welches therapeutische Röntgenstrahlung erzeugt.
Die Röntgenstrahlung
weist etwa Energien im Bereich von 4 bis 20 MeV auf und dient z.
B. zur Tumorbestrahlung bei Patienten. Im Betrieb ist die Strahlung
auf einen Behandlungsbereich der Anlage ausgerichtet, wobei der
Patient in der Therapieanlage so platziert wird, dass der Tumor
sich im Behandlungsbereich befindet.
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Die
Position des Tumors im Patienten ist z. B. aus CT-, MR- oder PET-Aufnahmen
präzise
bestimmbar, muss jedoch im Moment der therapeutischen Bestrahlung
mit den absoluten Koordinaten des Raumes bzw. des Bestrahlungsgerätes, also
der Therapieanlage zur Deckung gebracht werden.
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Hierzu
ist es bekannt, ein Röntgenbild
des Patienten anzufertigen, wenn dieser bereits auf einer Bestrahlungsliege
in der Therapieanlage positioniert bzw. fixiert ist. Das Röntgenbild
sollte unmittelbar vor Beginn der Bestrahlung erstellt werden. Bei
stark ortsveränderlichen
Tumoren, z. B. im Magen oder der Prostata eines Patienten, sollten
auch während
der Bestrahlung zusätzliche
Bilder im laufenden Bestrahlungszyklus erzeugt werden, um die sich
ständig
verändernde
Ortsposition des Tumors zu beobachten und den Patienten ggf. nachzupositionieren.
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Es
ist auch bekannt, ein Röntgenbild
des Patienten in einer von der Therapieanlage separaten Bildgebungsanlage
zu erzeugen und die Position des Tumors durch Markierungen auf der
Haut des Patienten zu kennzeichnen. Nachteilig ist, dass durch die mögliche Relativbewegung
des Tumors zur Haut des Patienten keine hohe Genauigkeit bei der
Positionierung in der Therapieanlage möglich ist.
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Bekannt
sind auch Therapieanlagen mit zusätzlich an diesen bzw. deren
Gehäuse
extern angebrachten Röntgenröhren und
-detektoren. So kann parallel zur Therapie eine Bildaufnahme erfolgen. Nachteilig
hierbei ist, dass durch die zusätzlichen Komponenten
des Röntgensystems
die Zugänglichkeit
zum Patienten erschwert wird.
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Die
therapeutische Röntgenstrahlung
in der Therapieanlage wird von einem Elektronenbeschleuniger erzeugt,
dessen Energie üblicherweise
regelbar ist. Bekannt ist auch, den Elektronenbeschleuniger des
Therapiesystems in seiner Strahlenergie soweit wie möglich zu
reduzieren und ein so genanntes MV-Imaging (Megavoltage-Imaging) durchzuführen. Zur
Röntgenbilderzeugung
wird also der therapeutische Röntgenstrahl
verwendet, der in der Regel Energien im MeV-Bereich aufweist. Nachteilig
hierbei ist, dass mit den gegebenen Elektronenbeschleunigern Energien
unter ca. 1 MeV nahezu unmöglich sind.
Die zur Bildgebung verwendete Röntgenstrahlung
ist also sehr hoch energetisch, d. h. die Bildqualität ist nicht
optimal und sehr kontrastarm bei der Weichteildarstellung des Tumorgewebes.
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Bekannt
ist auch, den Patienten zu immobilisieren. Dies erhöht die Reproduzierbarkeit
der markierten Positionen, z. B. auf der Haut des Patienten, und
erhöht
ebenfalls die Einhaltung der anfänglich justierten
Position des Patienten während
der Behandlung. Diese Methode kann jedoch keine Verschiebungen des
Tumors im Patienten kompensieren und wird daher primär bei Tumoren
im Kopfbereich angewandt. Nachteilig hierbei ist jedoch, dass der Patient
sich in der Regel unwohl fühlt.
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Bekannt
ist hierzu, rasche oder generelle Bewegungen des Tumors im Patienten
durch Gating, d. h. Bewegungs- bzw. Ortstriggerung der therapeutischen
Röntgenstrahlung,
zu synchronisieren. Nachteilig ist hierbei, dass ein derartiges
Gating bei Tumoren in vielen Organen, wie z. B. dem Darm, nur unzureichend
funktioniert, sowie die aus diesem Ansatz resultierende Verlängerung
der Behandlungszeit.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine verbesserte Therapieanlage anzugeben.
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Die
Aufgabe wird gelöst
durch eine Therapieanlage gemäß Patentanspruch
1. Die Erfindung beruht auf der grundlegenden Idee, in die Therapieanlage
neben dem Therapiesystem ein röntgenbasiertes
Bildgebungssystem fest zu integrieren, anstatt es nur als zusätzliches
System zu betreiben. Hierzu wird erfindungsgemäß in die Therapieanlage außer dem Elektronenbeschleuniger
für die
therapeutische Röntgenstrahlung,
im Folgenden erster Beschleuniger genannt, welcher alleine der Therapie
dient, ein zweiter Elektronenbeschleuniger eingebaut, welcher alleine
der Bildgebung dient.
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Während der
erste Beschleuniger Elektronen einer ersten, für die Therapie geeigneten,
in der Regel vergleichsweise hohen Energie erzeugt, erzeugt der
zweite Elektronen einer zweiten, für die Bildgebung geeigneten,
in der Regel niedrigeren Energie. In der Regel ist auch die Leistung
des ersten Beschleunigers deutlich größer als die des zweiten.
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Die
Elektronen können
so für
Therapie- und Bildgebungszwecke jeweils geeignete Energien aufweisen,
um sowohl Therapie als auch Bildgebung hochqualitativ durchführen zu
können;
gleiches gilt für
die jeweiligen Dosisleistungen.
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Die
Therapieanlage weist also erfindungsgemäß ein auf den Behandlungsbereich
ausgerichtetes Bildgebungssystem auf, welches ebenfalls röntgenbasiert
arbeitet.
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Das
Bildgebungssystem eignet sich zur richtigen Positionierung des Patienten
bei Tumorbestrahlungen bzw. dazu, die Position des Tumors im Patienten
im Moment der Behandlung exakt zu ermitteln, um diesen hochgenau
im Behandlungsbereich platzieren zu können.
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Einem
Elektronenbeschleuniger ist jeweils ein Versorgungssystem zugeordnet,
welches den entsprechenden Beschleuniger betreibt, also z. B. mit
entsprechenden Energien etc. versorgt. Gemäß der Erfindung weisen erstes
und zweites, dem jeweiligen Beschleuniger zugeordnetes Versorgungssystem
mindestens eine gemeinsame Komponente auf. Mit anderen Worten erfolgt
also die Versorgung der Beschleuniger aus einem zumindest teilweise
gemeinsamen Versorgungssystem kosten- und aufwandssparend.
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Da
ein entsprechendes Versorgungssystem für den ersten Beschleuniger
ohnehin vorhanden ist, und zumindest Teile dessen auch als Versorgungssystem
des zweiten Beschleunigers verwendet werden können, erfordert das Bildgebungssystem
in der Therapieanlage vergleichsweise wenige Komponenten und kann
sehr platzsparend eingebracht werden.
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Die
Verwendung eines zweiten Beschleunigers, der auf niedere Elektronenenergien
ausgelegt ist, ist hinsichtlich der Bildqualität mit einer herkömmlichen
Röntgenröhre vergleichbar.
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Durch
die Integration eines zweiten Beschleunigers in die Therapieanlage
entfällt
eine aufwändige
mechanische und elektromechanische Anbringung von gesonderten Röntgenquellen
samt DC-Generatoren und Ansteuerungen, wobei dennoch Bildgebungsfunktionalität direkt
in die Therapieanlage integriert wird. Da der zweite Beschleuniger nur
der Bildgebung dient, kann er bezüglich seiner Abmessungen sehr
klein gewählt
werden.
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Bezüglich des
therapeutischen Beschleunigers sind so keine Kompromisslösungen notwendig, um
den ansonsten zur Therapie erzeugten hohen Dosisleistungs-Output,
die Energien usw. des ersten Beschleunigers für die Bildgebung anzupassen.
Der erste Beschleuniger bleibt also unbeeinträchtigt und kann optimal im
Hinblick auf die Erzeugung der therapeutischen Röntgenstrahlung ausgelegt werden. Der
Dosis-Output des zweiten Beschleunigers kann wesentlich niedriger
gehalten werden, als in dem Fall, wenn der Erstbeschleuniger zur
Bildgebung genutzt wird.
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Durch
das Vorhandensein zweier Beschleuniger erfolgt eine tatsächliche
Trennung von Therapiesystem und Bildgebungssystem, so dass beide Beschleuniger
parallel zu unterschiedlichen Zwecken im Sinne einer Funktionstrennung
verwendet werden können.
Dies ermöglicht
zeitunabhängiges,
z. B. gleichzeitiges oder alternierendes Bestrahlen des und Bildgebung
am Patienten, d. h. auch eine ständige
Ortsverfolgung des Tumors bzw. nötigenfalls
Repositionierung des Patienten während
der Bestrahlung. Dies erhöht
den Behandlungsdurchsatz der Therapieanlage und steigert ebenso
die Qualität
der therapeutischen Röntgenbestrahlung.
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Die
Aktivierung des zweiten, also Bildgebungsbeschleunigers, erfolgt
also durch eine separate Injektoreinheit bzw. Versorgungssystem
bzw. eine separat geregelte Versorgung. Damit kann das Bildgebungssystem
unabhängig
vom ersten Beschleuniger Röntgenstrahlung
erzeugen, welche vor, während
oder in Pausen des Betriebs des ersten Beschleunigers erzeugt wird.
Die so erzeugten Röntgenbilder
können
während
der Behandlung des Patienten kontinuierlich ausgewertet und mit
dem Bestrahlungsplan zur Deckung gebracht werden.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Versorgungssysteme
HF-Versorgungssysteme. Deren jeweilige HF-Zuführungen,
d. h. die HF-Quelle und deren Verbindung zu den Beschleunigern,
weisen eine gemeinsame Komponente auf. So kann z. B. eine einzige
HF-Quelle verwendet werden oder die Verbindungsleitung zwischen
Quelle und Beschleuniger kann gemeinsame Komponenten aufweisen.
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In
einer Ausgestaltung der oben genannten Variante weisen die Versorgungssysteme
tatsächliche
eine gemeinsame HF-Quelle auf, die dann mit den Beschleunigern über Wellenleiter
und eine Wellenleiterverzweigung verbunden ist. So wird z. B. nur ein
Magnetron- oder Klystronsystem als HF-Quelle benötigt, die Verzweigung kann
ein Wellenleiter, z. B. eine Hohlleiterverzweigung sein. Mit anderen
Worten weist damit die Therapieanlage nur ein einziges Versorgungssystem
für beide
Beschleuniger auf, welches über
eine Verzweigung verfügt,
um sowohl ersten als auch zweiten Beschleuniger zu versorgen.
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Bei
der Therapieanlage kann insbesondere der Wellenleiter ein Hohlleiter
oder ein koaxiales Wellenleitersystem sein.
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Insbesondere
kann in einer bevorzugten Ausgestaltung der zweite Beschleuniger
nur aus wenigen, z. B. eine bis drei Kavitäten aufgebaut sein. Ein entsprechender
Beschleuniger ist einfach und kostengünstig herzustellen.
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In
einer weiteren Ausführungsform
kann der zweite Beschleuniger ein solcher sein, welcher Elektronenenergien
bis max. etwa 3 MeV erzeugen kann. Besonders bevorzugt ist die Ausgestaltung
des Beschleunigers mit einem Arbeitspunkt für Elektronenenergien von 1
MeV oder weniger, also z. B. im üblichen
Röntgen-Bereich
von 40 kV bis 200 kV.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
sind in der Therapieanlage die beiden Beschleuniger bezüglich des
Behandlungsbereiches um einen Winkel versetzt angeordnet. Mit anderen
Worten sind die Strahlrichtungen der jeweiligen Röntgenstrahlungen, welche
von den Beschleunigern erzeugt werden, um diesen Winkel versetzt.
Der Winkel ist hierbei so gewählt,
dass der zweite Beschleuniger und/oder ein diesem bezüglich des
Behandlungsbereiches gegenüber
liegender Röntgenempfänger des
Röntgensystems
außerhalb
eines Strahlkegels der therapeutischen Röntgenstrahlung liegt. Mit anderen
Worten sind die beiden Beschleuniger bezüglich ihrer Röntgenstrahlrichtungen
so zueinander angeordnet, dass zumindest der Detektor des Röntgensystems
nicht von der therapeutischen Röntgenstrahlung
erfasst wird, sondern dieser primär von Röntgenstrahlung des niederenergetischen
Bildgebungsstrahls beleuchtet wird.
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Durch
die versetzte Anbringung des Bildgebungssystems zum therapeutischen
Röntgenstrahl werden
Beschleuniger und/oder Detektor des Röntgensystems nicht durch die
starke therapeutische Röntgenstrahlung
zur Patientenbehandlung geschädigt,
da sie außerhalb
des zur Tumortherapie verwendeten Röntgenstrahlungsfeldes liegen.
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In
besonders geeigneter Weise sind daher die beiden Beschleuniger bezüglich ihrer
Röntgenstrahlrichtungen
um 90° versetzt,
kreuzen sich also mit anderen Worten im Behandlungsbereich.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Therapieanlage ein den
Behandlungsbereich röhrenförmig zumindest
teilweise umgebendes Gehäuse auf,
das das Therapiesystem und das Bildgebungssystem als Einbauten enthält. So ergibt
sich eine kompakte Therapieanlage, welche beide Funktionalitäten der
therapeutischen Bestrahlung und der Bildgebung in sich in einem
Gehäuse
vereint.
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Für eine weitere
Beschreibung der Erfindung wird auf die Ausführungsbeispiele der Zeichnung
verwiesen. Es zeigt in einer schematischen Prinzipskizze:
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1 eine
Therapieanlage gemäß der Erfindung
im Betrieb.
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1 zeigt
eine Therapieanlage 2, welche ein röhrenförmiges bzw. ringförmiges Gehäuse 4 umfasst,
in welchem ein Therapiesystem 6 und ein Bildgebungssystem 8 angeordnet
sind. Das Therapiesystem 6 umfasst einen ersten Beschleuniger 10a für Elektronen,
sowie ein erstes Versorgungssystem 12a, welches den ersten
Beschleuniger 10a mit Energie versorgt, ansteuert und betreibt.
Das Bildgebungssystem 8 umfasst einen zweiten Beschleuniger 10b,
welcher von einem zweiten Versorgungssystem 12b entsprechend
betrieben wird, und einen Bildempfänger 14 in Form eines
Detektors zur Erzeugung von Röntgenbildern.
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1 zeigt
die Therapieanlage 2 im Betrieb, weshalb ein Patient 16 zur
therapeutischen Bestrahlung seines Tumors 18 in einer zentralen Öffnung 20 des
Gehäuses 4 bzw.
der Therapieanlage 2 gelagert ist.
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Die
Versorgungssysteme 12a, b weisen zum Transport von Energie
in Form von HF-Wellen jeweils an den Beschleunigern 10a,
b angeschlossene Hohlleiter 22a, b auf, welche dem jeweiligen
Versorgungssystems 12a, b für sich zugeordnet sind. Beide
Systeme weisen jedoch auch gemeinsame Komponenten auf, nämlich eine
die Hohlleiter 22a, b speisende Komponente 24 in
Form eines Waveguide, eine gemeinsame HF-Quelle 26 und
einen von der HF-Quelle 26 zur
Komponente 24 führenden
Hohlleiter 28. Der zweite Beschleuniger 10b des
Bildgebungssystems 8 beinhaltet zwei Kavitäten 30.
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Im
Betrieb erzeugt nun zunächst
der zweite Beschleuniger 10b des Bildgebungssystems 8 einen zweiten
Strahlenkegel 32b von Röntgenstrahlung 36b,
der sowohl einen im Zentrum der Therapieanlage 2 liegenden
Behandlungsbereich 34 als auch dessen Umgebung mit Röntgenstrahlung 36b durchleuchtet.
Hierzu erzeugt der Beschleuniger Elektronen einer zweiten Energie
E2.
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Der
Patient 16 ist bezüglich
seiner Lagerung so in der Therapieanlage 2 grob vorjustiert,
dass dessen Tumor 18 im bzw. möglichst nahe am Behandlungsbereich 34 liegt.
Durch Gewinnung eines Röntgenbildes
mit Hilfe des Bildempfängers 14 wird
die aktuelle Lage des Tumors in der Therapieanlage 2 abgebildet.
Hieraus und aus der Kenntnis der geometrischen Lage des Behandlungsbereiches 34 und
der Kenntnis der Aufnahmegeometrie des Bildgebungssystems 8 kann
der Patient 16 nun feinjustiert werden, so dass der Tumor 18 tatsächlich im
Zentrum des Behandlungsbereiches 34 zum Liegen kommt.
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Sodann
erzeugt der erste Beschleuniger 10a Röntgenstrahlen 36a in
einem ersten Strahlenkegel 32a, welcher im Wesentlichen
nur den Behandlungsbereich 34 überdeckt mit einer ersten Energie
E1, die deutlich größer ist
als die Energie E2 der zur Bildgebung verwendeten Röntgenstrahlung.
So ist sichergestellt, dass möglichst
nur der Tumor 18 und nicht sonstige Körperregionen des Patienten 16 mit
therapeutischer Röntgenstrahlung 36a bestrahlt
werden.
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Um
die Komponenten des Bildgebungssystems 8 gegenüber der
Röntgenstrahlung 36a zu schützen, ist
dieses, bzw. dessen Strahlrichtung 38b gegenüber der
Strahlrichtung 38a der ersten Röntgenstrahlung 36a um
den Winkel α,
Beispiel 90°,
versetzt. Die Strahlrichtungen schneiden sich allerdings im Behandlungsbereich 34,
damit dort sowohl Bestrahlung als auch Bildgebung stattfinden können.