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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft die bildgeführte Strahlentherapie.
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STAND DER TECHNIK
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Unter Strahlentherapie versteht man das Verfahren zur Behandlung eines Tumors oder sonstigen Läsion (nachfolgend als „Tumor” bezeichnet) mittels Lenken eines Strahls schädlicher Strahlung, üblicherweise ionisierender Strahlung wie z. B. eines Röntgen- oder Elektronenstrahls auf die Läsion. Der Strahl kann durch eine Elektronenkanone wie z. B. einen Linearbeschleuniger erzeugt werden, der einen Strahl energiereicher Elektronen (typischerweise im Bereich von 2–5 MeV) erzeugt, der auf den Patienten oder auf ein Röntgenziel zum Erzeugen eines Röntgenstrahls gerichtet werden kann. Ein Abflachungsfilter kann zur Hervorbringung einer gleichmäßigeren Beleuchtung über den Strahlenquerschnitt in den Strahl eingesetzt werden.
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Der Strahl hat eindeutig das Potential, das normale gesunde Gewebe um die Läsion herum sowie den Tumor selbst zu schädigen. Daher ist es üblich, den Strahl so zu bündeln, dass die dem gesunden Gewebe zugeführte Dosis minimal ist, während die dem Tumor zugeführte Dosis maximal ist – oder zumindest optimiert wird, da es notwendig sein kann, die in jeweils einer Sitzung zugeführte Gesamtdosis zu begrenzen, um Nekrosen oder andere mögliche Komplikationen zu vermeiden. Auch kann die Richtung, aus der der Strahl dem Tumor zugeführt wird, variiert werden, indem die Quelle auf einem um den Patienten rotierbaren Gestell positioniert wird, so dass sich zu jeder Zeit unterschiedliche Mengen an gesundem Gewebe vor oder hinter dem Tumor befinden, und die Zeit, für die die zusätzliche Dosis einer bestimmten Region gesunden Gewebes zugeführt wird, minimal ist.
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Es stehen viele Arten von Kollimatoren zur Verfügung, insbesondere der „Multilamellenkollimator”, der eine große Anzahl (typischerweise 40, 80 oder 160) an Lamellen aufweist, von der jede in der Strahlenrichtung lang und dünn, aber relativ tief ist. Diese sind nebeneinander angeordnet, wobei deren Längskanten von einer Seite aus in den Strahl hineinragen, und sie können unabhängig voneinander in das Strahlenfeld hinein und aus diesem heraus bewegt werden. Die Spitzen der Lamellen bilden somit eine Kante, deren Form durch Bewegen einzelner Lamellen in den Strahl hinein und aus diesem heraus beliebig gebildet werden kann.
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Zum Zuführen eines Strahls gibt es verschiedene Methoden für die Verwendung der oben genannten Anordnungen. Konformale Rotationstherapie beinhaltet z. B. die Rotation der Strahlenquelle um den Tumor während der Behandlung, wobei der Multilamellenkollimator so eingestellt wird, dass die Querschnittsform des Strahls der projizierten Form des Tumors entlang der momentanen Richtung des Strahls entspricht. In der intensitätsmodulierten Strahlentherapie werden mathematische Verfahren eingesetzt, die von einem segmentierten Volumen ausgehen, das Regionen, welche sich innerhalb des Tumors (zusammen mit einer gewünschten Dosis) befinden, und Regionen, die sich außerhalb der Läsion befinden, und Regionen, in der die Dosis minimiert werden muss, und eine Definition der Vorrichtungsmöglichkeiten bestimmt und einen Behandlungsplan ableitet, der die Rotation des Gestells, Kollimatorformen und Dosisraten beinhaltet, was zu einer dreidimensionalen Dosisverteilung führt, die den unterschiedlichen Bedingungen Rechnung trägt.
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Bei allen Zuführverfahren gibt es dieselbe Notwendigkeit, d. h. sie müssen die aktuelle Form und Lage der Läsion kennen. Dies ändert sich jedoch mit der Zeit und zwischen den Behandlungen. Sobald sich das Volumen des Tumors infolge der Behandlung verkleinert, kann er sich bewegen, und es kann möglich sein, dass andere Organe, die von ihm verdrängt worden waren, wieder in ihre normale Stellung zurückkehren. Im Allgemeinen neigen Organe im Abdomen auch dazu, sich mit der Zeit in jedem Fall zu bewegen, insbesondere diejenigen unter dem Zwerchfell. Im einfachsten Fall kann sich der Patient während der Behandlung bewegen, oder er kann in einer leicht unterschiedlichen Position oder Stellung auf der Vorrichtung platziert werden.
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Typischerweise wird die Radiotherapie in einer Serie einzelner Dosen auf regelmäßiger (d. h. täglicher) Basis verabreicht – üblicherweise als „Behandlungsfraktionen” oder nur „Fraktionen” bezeichnet. Zum Nachweis von Änderungen der Tumorposition bzw. Tumorform zwischen den Fraktionen, d. h. einer „Bewegung zwischen den Fraktionen”, wird unmittelbar vor der Behandlung ein diagnostisches Bild gemacht und die aktuelle Position und/oder Form des Tumors bestimmt. Dies wird dann zur jeweiligen Anpassung des Behandlungsplans herangezogen. Das diagnostische Bild kann ein Röntgenbild oder mehrere Röntgenbilder oder ein Computertomographiebild bzw. CT-Scan sein. Bei dieser diagnostischen Bildgebung wird eine Röntgenstrahlenquelle mit niedrigerer Energie benötigt, um qualitativ hochwertige Bilder zu liefern, typischerweise im Bereich bis zu 125 keV, statt des für die Behandlung eingesetzten Strahls hoher Energie (5 MeV), der für die Bildgebung zwar eingesetzt werden kann, aber einen sehr schwachen Kontrast zwischen menschlichen Gewebearten liefert. Oftmals wird eine diagnostische Quelle niedriger Energie auf demselben Gestell in Kombination mit der therapeutischen Quelle vorgesehen, um dies zu ermöglichen. Da sich das Gestell um den Patienten rotieren lässt, um eine Bestrahlung aus verschiedenen Richtungen zu ermöglichen, kann diese Rotation so genutzt werden, dass die diagnostische Quelle eine digitale Volumentomographie(cone-beam CT)-Rekonstruktion entwickeln kann. Üblicherweise befindet sich die diagnostische Quelle auf dem Gestell in 90 Grad zur therapeutischen Quelle, so dass mit den dazugehörigen Bildgebungsplatten für jede Quelle gegenüber der entsprechenden Quelle die einzelnen Elemente auf dem Gestell voneinander beabstandet sind und der Zugang maximiert ist.
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Es ist möglich, den therapeutischen Strahl dafür einzusetzen, Bilder des Patienten während der Behandlung, ein sogenanntes „Portalbild” aufzunehmen. Wie jedoch bereits angedeutet wurde, ist die Bildqualität aufgrund eines ausgeprägten Kontrastmangels schlecht. Dies ist im Allgemeinen nur ausreichend, um die grobe Positionierung des Patienten zu bestätigen.
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Zur Kontrolle der Bewegung des Patienten während einer Fraktion, d. h. zum „Bewegungsmanagement innerhalb einer Fraktion” („IFMM”) ist es üblicher, zu versuchen, den Patienten in seiner Position zu fixieren. Der Patient kann in ein individuell angefertigtes Kissen mit entsprechender Form platziert werden, so dass eine konstante Positionierung auf dem Patiententisch gewährleistet und seine Bewegung während der Behandlungsfraktion beschränkt ist, wie dies zum Beispiel in unserer Anmeldung
WO2009/006925 offenbart ist. Fixierungen können vorgesehen sein, um die Bewegung des Patienten zu begrenzen und/oder innere Organe in eine gleichbleibende Position zu zwingen, wie z. B. in unserer Anmeldung
WO2008/040379 gezeigt ist. Zur Strahlentherapie der Kopfregion kann ein Rahmen direkt am Schädel befestigt und verwendet werden, um den Kopf in einer reproduzierbaren Position zu fixieren. Auch können geformte Gesichtsmasken verwendet werden, um den Kopf des Patienten in einer reproduzierbaren Position zu positionieren; dies ist zwar weniger exakt als ein Rahmen, dafür aber viel weniger invasiv.
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Einige Anstrengungen werden unternommen, um etwaige Veränderungen der Position des Patienten zu erkennen und darauf zu reagieren, wie zum Beispiel außen am Patienten angebrachte Reflexionsmarker, die optisch erfassbar sind. Diese stellen jedoch ein indirektes Maß für die Tumorposition dar und sind somit ungenauer.
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Die
US7227925 offenbart eine Strahlentherapie-Behandlungsmaschine, welche ein stereoskopisches Bildgebungssystem aufweist, das ein rotierbares offenes Gestell beinhaltet, auf dem eine therapeutische Strahlenquelle zwischen zwei diagnostischen Strahlenquellen platziert ist, jede mit einem zugeordneten diagnostischen Bildgeber. Die Bilder der beiden diagnostischen Quellen werden kombiniert, um ein stereoskopisches Bild zu erzeugen, das Orts- und Tiefenangaben beinhaltet, die zum Führen der therapeutischen Quelle verwendet werden. Um ein gutes stereoskopisches Bild zu erzeugen, müssen zwei diagnostische Quellen vorhanden sein, die beidseits der therapeutischen Quelle idealerweise symmetrisch angeordnet sind.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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In einer ersten Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung somit eine Strahlentherapievorrichtung bereit, aufweisend ein rotierbares Gestell, das eine therapeutische Strahlenquelle und eine diagnostische Strahlenquelle trägt, wobei die beiden Quellen drehbezogen (oder winkelig) um eine Rotationsachse des Gestells voneinander beabstandet sind, wobei mindestens ein Kollimator mit der therapeutischen Strahlenquelle verbunden ist und angeordnet ist, um die Querschnittsfläche eines von dieser Quelle erzeugten Strahls zu begrenzen, eine Steuereinrichtung, die angeordnet ist, um eine Behandlungsfraktion unter Verwendung der Vorrichtung durchzuführen, indem die Vorrichtung zu Folgendem veranlasst wird: i. Bilder von einem Patienten mittels Verwendung der diagnostischen Strahlenquelle aufzunehmen, ii. diese Bilder zumindest temporär zu speichern, iii. anschließend nach weiterer Rotation des Gestells ein gespeichertes Bild auszuwählen, das aufgenommen wurde, als sich die diagnostische Strahlenquelle in einer der momentanen Rotationsposition der therapeutischen Strahlenquelle entsprechenden Rotationsposition befunden hat, und iv. den Strahl relativ zum Patienten (wie z. B. durch Einstellen des Kollimators oder Bewegen einer Patientenhalterung) unter Verwendung der von dem ausgewählten Bild gewonnenen Information zu steuern.
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Die entsprechende Rotationsposition ist idealerweise eine Position, in der sich die therapeutische Strahlenquelle in derselben oder im Wesentlichen in derselben Rotationsposition befindet, in der sich die diagnostische Strahlenquelle zu dem Zeitpunkt befunden hatte, als das Bild aufgenommen wurde.
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In einer zweiten Ausführungsform stellt die Erfindung eine Strahlentherapievorrichtung bereit, die ein rotierbares Gestell, das eine therapeutische Strahlenquelle und eine diagnostische Strahlenquelle trägt, mindestens einen mit der therapeutischen Strahlenquelle verbundenen Kollimator, der angeordnet ist, um die Querschnittsfläche eines von dieser Quelle erzeugten Strahls zu begrenzen, eine Rekonstruktionsvorrichtung aufweist, die für Folgendes angeordnet ist: i. zweidimensionale Bilder eines Patienten unter Verwendung der diagnostischen Strahlenquelle aufzunehmen, ii. diese Bilder zumindest temporär zu speichern, und iii. einen Aktualitäts-Schwellenwert an die gespeicherten Bilder anzulegen, um so Bilder, die älter als der Schwellenwert sind, auszuschließen, iv. mindestens drei solcher gespeicherter Bilder, die dem Aktualitäts-Schwellenwert entsprechen, auszuwählen und ein CT-Volumen unter Verwendung der ausgewählten Bilder zu rekonstruieren, und eine Steuereinrichtung aufweist, die angeordnet ist, um eine Behandlungsfraktion oder Behandlungssitzung unter Verwendung der Vorrichtung durchzuführen und den Kollimator unter Verwendung der von dem CT-Volumen erhaltenen Information zu steuern.
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Der Aktualitäts-Schwellenwert kann durch Löschen von Bildern jenseits des Schwellenwerts angewendet werden, indem diese verworfen oder nicht weiter beachtet werden. Ein Beispiel eines geeigneten Schwellenwerts ist ein Höchstwert für die Zeit, die seit dem Erhalt des Bildes verstrichen ist. Ein anderes Beispiel ist ein Höchstwert für den Winkel, über den sich das Gestell gedreht hat, seit das Bild erhalten wurde. Ein weiteres Beispiel eines geeigneten Schwellenwerts ist eines, das durch ein Bild erfüllt wird, wenn es sich bei dem Bild um eines der neuesten n Bilder handelt, wobei n eine vorgewählte Anzahl ist.
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Die therapeutische Strahlenquelle und die diagnostische Strahlenquelle können in demselben Kopf vorgesehen sein. Idealerweise werden die therapeutische Strahlenquelle und die diagnostische Strahlenquelle durch denselben Linearbeschleuniger versorgt, erhalten durch Vornehmen unterschiedlicher Einstellungen daran. Unsere vorhergehenden Anmeldungen
WO1999/040759 ,
WO2001/011929 und
WO2001/011928 (welche hierin durch Bezugnahme aufgenommen sind) zeigen, wie das gemacht werden kann.
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Alternativ können die therapeutische Strahlenquelle und die diagnostische Strahlenquelle in getrennten Köpfen vorgesehen sein. Die sich dadurch ergebenden zwei Quellen werden dann bevorzugt radial voneinander beabstandet um eine Rotationsachse des Gestells angeordnet – idealerweise in einem spitzen Winkel, vorzugsweise von weniger als 45 Grad.
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Die therapeutische Strahlenquelle sendet typischerweise eine gebündelte Strahlung mit einer Energie von mindestens 1 MeV aus. Ebenso sendet die diagnostische Strahlenquellen typischerweise eine gebündelte Strahlung mit einer Energie von mindestens 50 keV, typischerweise bis zu 150 keV aus.
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Der Kollimator ist vorzugsweise ein Multilamellenkollimator, kann aber von jeglicher Bauart sein, die geeignet ist, den therapeutischen Strahl zu begrenzen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Eine Ausführungsform der vorliegenden Beschreibung wird im Folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben. Dabei zeigen:
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1 die Anordnung einer Strahlentherapievorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform; und
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2 die Anordnung einer Strahlentherapievorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform.
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GENAUE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Um zu gewährleisten, dass der Patient vor der Behandlung korrekt positioniert ist und um zwischen den Fraktionen alle Änderungen der Tumorposition und der Tumorform und/oder der Anatomie des Patienten festzustellen, wird üblicherweise vor Behandlungsbeginn ein Cone-Beam CT-Bild („CBCT”) gemacht und die Positionierung des Patienten wird so eingestellt, dass die Dosis das gewünschte Ziel erreichen kann. Manchmal werden während der Behandlungsfraktion ein oder mehrere dazwischenliegende CBCTs gemacht, wobei die Behandlung angehalten und anschließend der Patient erneut gelagert wird, um die Behandlungsgenauigkeit zu erhöhen.
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Das inhärente Problem besteht darin, dass eine perfekte Fixierung des Patienten während der Behandlung schwierig ist. Wenn am Schädel ein Rahmen befestigt ist, sind die Bewegungen des Patienten typischerweise sehr gering, zum Beispiel weniger als 0,5 mm. Im Falle anderer Fixierungstechniken, wie zum Beispiel einer Gesichtsmaske kommt es jedoch tendenziell zu wesentlich größeren Bewegungen des Patienten. Bei extrakranialen Behandlungen kommt es zu größeren Schwierigkeiten bei der Fixierung des Ziels, mit entsprechenden Ergebnissen. Indessen spielt die Genauigkeit der Verabreichung insofern eine wichtige Rolle, als eine geringere Genauigkeit einen größeren Spielraum für das Behandlungsvolumen um den Tumor (das so genannte Planungs-Zielvolumen oder PTV) erfordert, um zu gewährleisten, dass der gesamte Tumor behandelt wird, wodurch die gesundem Gewebe zugeführte Dosis erhöht wird und nahe gelegene empfindliche Strukturen gefährdet werden.
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Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind insbesondere geeignet, um ein langsames bis mittleres IFMM-Management zu meistern, wie zum Beispiel bei Behandlungen des Schädelinneren, des Schädels, von Weichgewebe, der Wirbelsäule, der Halswirbelsäule und der Prostata, bei denen das Ziel normalerweise während der Behandlung ganz ruhig ist, und dass eine nicht periodische spontane Bewegung zu jedem Zeitpunkt auftreten kann bzw. eine langsamere Abweichung der Zielposition mit einer Rate, die normalerweise bei mehreren Sekunden pro Millimeter liegt (obwohl auch einzelne schnellere Bewegungen auftreten könnten). Kontrolliert werden muss jedoch die Gesamtdosis an das Planungs-Zielvolumen, so dass auch spontane schnelle Bewegungen toleriert werden können, solange es sich dabei um nur sehr wenige handelt und diese innerhalb von wenigen Sekunden nach ihrem Auftreten ausgeglichen werden, so dass sich der Gesamtdosis-Fehler gut begrenzen lässt. Es gibt zwei von der Erfindung vorgesehene Betriebsweisen, eine erste, die auf die in 1 gezeigte Ausführungsform anwendbar ist, und eine zweite, die auf die Ausführungsform der 1 sowie auf die Ausführungsform der 2 anwendbar ist.
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Unter Bezugnahme auf 1, die die erste Ausführungsform zeigt, weist eine Strahlentherapievorrichtung 10 eine Halterung 12 auf, die rotierbar um eine zentrale horizontale Achse ist. Üblicherweise ist der Großteil der Halterung 12 hinter einer Wand bzw. einer falschen Wand oder Abdeckungen 14 verborgen, durch die die Halterung ragt. Aus der Halterung 12 ragt ein Gestell heraus und trägt einen therapeutischen Kopf 16, der einen Strahl mit hoher Energie erzeugt, der für therapeutische Zwecke geeignet und auf die zentrale horizontale Achse gerichtet ist. Zum Erzeugen des Strahls ist ein Linearbeschleuniger in der Halterung 12 und dem Gestell platziert, der in den therapeutischen Kopf 16 mündet. Ein relativistischer Elektronenstrahl aus dem Beschleuniger wird auf ein Röntgenstrahlenziel gerichtet, um einen Strahl mit hochenergetischen Röntgenstrahlen in der geeigneten Richtung zu erzeugen. Wenn nötig, wird dieser anschließend gefiltert, wie zum Beispiel mittels eines Abflachungsfilters und durch Blockkollimatoren und Multilamellenkollimatoren kollimiert, um einen therapeutisch nutzbaren Strahl zu erzeugen.
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Ein Patiententisch 18 ist direkt unter der zentralen horizontalen Achse vorgesehen, um einen Patienten zu positionieren, wobei sich das Ziel oder die Tumorstelle am Schnittpunkt der zentralen horizontalen Achse und der zentralen Achse des therapeutischen Strahls befindet – dieser Punkt wird typischerweise als „Isozentrum” bezeichnet. Der in 1 schematisch gezeigte Patiententisch wird üblicherweise durch geeignete Motoren angetrieben, um ein Einstellen in allen sechs Freiheitsgraden (drei translatorische und drei rotatorische) zu ermöglichen, um den Patienten exakt zum Isozentrum zu positionieren. Der Behandlungsraum ist üblicherweise mit schwachen Lasermarkierungen ausgestattet, welche am Isozentrum aus einer Reihe von Richtungen wie zum Beispiel den drei orthogonalen Richtungen zusammenlaufen, um dieses Verfahren zu unterstützen.
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Ein diagnostischer Kopf 20 ist auf einem zweiten Gestell gelagert, der sich ein paar Grad entfernt vom therapeutischen Kopf 16, zum Beispiel in einem Winkel von 10–45° befindet. Dieser sendet einen diagnostischen Strahl mit niedriger Energie von bis zu ca. 125 keV an Energie in Richtung Isozentrum aus, der geeignet ist, um kontrastreiche Bilder von menschlichem Gewebe zu erzeugen. 1 zeigt den diagnostischen Kopf 20 an der bevorzugten oberen Grenze in einem Winkel von 45° zum therapeutischen Kopf 16. Die zwei Köpfe sollten auf der Halterung relativ zur Drehrichtung 22 derart gelagert sein, dass sich der diagnostische Kopf 20 beim Rotieren vor dem therapeutischen Kopf 16 befindet. An der Halterung 12 kann auch ein Flachplatten-Bildgeber 24 direkt gegenüber dem diagnostischen Kopf 20 vorgesehen sein, um ein zweidimensionales Röntgenbild des Patienten zu erhalten. Ein zweiter Flachplatten-Bildgeber kann auch gegenüber dem therapeutischen Kopf 16 vorgesehen sein; dieser Bildgeber ist jedoch nicht gezeigt.
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Steuereinheiten sind für die beiden Strahlungsköpfe 16, 20 und für den Flachplatten-Bildgeber 24 vorgesehen. Sie weisen ein Steuergerät 26 für den therapeutischen Kopf auf, das den therapeutischen Strahl und die Kollimatoren steuert, und ein Steuergerät 28 für den diagnostischen Kopf auf, welches den diagnostischen Strahl steuert und aktiviert, ein Bildgeber-Steuergerät 30, welches den Flachplatten-Bildgeber 24 aktiviert und das Bild zusammen mit dem Gestellwinkel ausliest und diese miteinander verknüpft, und ein Gestell-Steuergerät 32, welche die Motoren in der Halterung 12 ansteuert, um die Halterung 12 und die Gestelle je nach Bedarf zu drehen. Alle vier Steuergeräte erstellen einen Bericht an einen zentralen Steuerungs- und Prozesscomputer 34. Selbstverständlich können die Steuerfunktionen auch unterschiedlich ausgelegt sein, wie zum Beispiel durch weitere Unterteilung verschiedener Funktionen und/oder durch Zusammenlegen von Funktionen.
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Gemäß der ersten Betriebsweise liefert die Vorrichtung eine Behandlungsfraktion, wobei zwischen dem Aussenden von einem oder mehreren Impulsen des therapeutischen Strahls und dem Aussenden eines Impulses oder von Impulsen des diagnostischen Strahls (und Erfassen der entsprechenden Bilder) abgewechselt wird, während die Halterung 12 um einen Patienten auf dem Patiententisch 18 gedreht wird. Jedes 2D-Bild wird von dem Computer 34 zusammen mit dem Rotationswinkel, in dem aufgenommen wurde, hergeleitet von dem Gestell-Steuergerät 32, gespeichert. Die Bilder werden von dem Computer 34 analysiert, um Positionierungsfehler zu ermitteln und die Kollimatoreinstellungen zu justieren, die benötigt werden, wenn der therapeutische Strahl von diesem Rotationswinkel ausgesendet wird. Wenn dann die Halterung über einen weiteren Winkel entsprechend der Winkeldifferenz zwischen den beiden Köpfen 16, 20 gedreht wurde, werden die eingestellten Kollimatoreinstellungen an das Steuergerät 26 für den therapeutischen Kopf weitergegeben.
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Mit anderen Worten wird, wenn sich die Halterung während einer Behandlung dreht, eine kontinuierliche Serie von diagnostischen Bildern erhalten, welche auf Bewegungen inspiziert werden, und der therapeutische Strahl wird anhand eines Bildes gesteuert, das (vorher) von dem diagnostischen System erhalten wurde, als es sich in dem von dem therapeutischen Strahl aktuell eingenommenen Gestellwinkel befand. Wenn sich der therapeutische Strahl in demselben Winkel wie der diagnostische Strahl befindet, enthält die 2D-Information alle Informationen, die nötig sind, um das Ziel exakt zu treffen – sofern dieses Ziel im 2D-Bild (wie zum Beispiel über die Knochenanatomie, Markierungen und ähnlichem) sichtbar ist. Obwohl das Ziel auch aus seiner vorherigen Position in einer Richtung entlang der Strahlachse verschoben sein kann, beeinträchtigen derartige Bewegungen die Dosis auf das Ziel nur sehr marginal und innerhalb annehmbarer Grenzen.
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Für eine Winkelgeschwindigkeit von (zum Beispiel) 30 Grad pro Sekunde beträgt der Behandlungsfehler (oder die Verzögerung) ungefähr eine Sekunde, und es wird möglich sein, das Ziel mit einer Verzögerung von einer Sekunde zu verfolgen. Dies ist für Wirbelsäulen- oder intrakraniale Behandlungen mit einer Gesichtsfixierungsmaske vertretbar, und der sich ergebende dosimetrische Fehler würde sehr gering sein. Der beherrschbare Hauptfaktor ist natürlich der gewählte Winkel zwischen den beiden Köpfen, wobei ein kleinerer Winkel zur Verwendung eines aktuelleren Bildes und somit zu einem geringeren Fehler führt. In der Praxis wird jedoch die Untergrenze des Winkels sehr wahrscheinlich durch räumliche Beschränkungen und (möglicherweise) durch die für jedes Bild benötigte minimale Verarbeitungszeit begrenzt sein.
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Gemäß der zweiten Betriebsweise wird der therapeutische Strahl, anstatt dass er unter Verwendung eines einzelnen neuesten 2D-Bildes gelenkt wird, gemäß einem CBCT-Bild, das aus einer roulierenden Auswahl an neuesten 2D-Bildern erzeugt wird, gelenkt. Somit wird die Vorrichtung während der Behandlung so gesteuert, dass sie kontinuierlich Bilder zeitlich getaktet zwischen Impulsen des therapeutischen Strahls für minimale Interferenz herstellt. Ein CBCT-Stapel an Bildern wird beibehalten, dem neue Bilder hinzugefügt werden, und Bilder, die älter als ein definierter Grenzbereich sind, werden gelöscht. Alternativ dazu können alle oder im Wesentlichen alle Bilder aufbewahrt und ein Auswahlfilter eingesetzt werden, um diejenigen Bilder auszuwählen, die einem Aktualitätskriterium für die Verwendung durch den CT-Rekonstruktionsalgorithmus entsprechen. Somit wird ein kontinuierliches volumetrisches Bild, das den Bewegungen der Patientenanatomie folgt, als Durchschnittswert für den relevanten jüngsten Zeitraum erzeugt. Der Algorithmus könnte auch so verbessert werden, dass neuere Bilder bezüglich der Positionsbestimmung mehr gewichtet werden.
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Ein bevorzugtes Aktualitätskriterium für die Bilder besteht einfach darin, die während der letzten 180° Gestellbewegung aufgenommen Bilder aufzubewahren (oder auszuwählen). Dies hat den Vorteil, dass eine qualitativ gute Rekonstruktion möglich ist, da alle Perspektiven berücksichtigt werden. Bei einer Rotationsrate von (zum Beispiel) 30°/s entspricht dies 6 Sekunden, d. h. es kann gut auf Patientenbewegung reagiert werden. Es könnten aber auch andere Winkelwerte wie zum Beispiel 90° gewählt werden, oder es könnten andere Aktualitätskriterien verwendet werden. Zum Beispiel könnte eine vorgegebene Zeitbegrenzung verwendet werden, wobei die Bilder nach einer vorgegebenen Zeit (von z. B.) 5 Sekunden „verfallen”. Alternativ dazu könnte eine vorgegebene Anzahl von Bildern gespeichert werden, wodurch effektiv ein einfacher FIFO-Puffer für die Bilder erzeugt wird, wobei mit jedem neuen Bild das im Puffer verbliebene älteste Bildes erlischt oder verfällt. Ein Vorteil der Verwendung von volumetrischen Bildern besteht darin, dass die Sichtbarkeit und die Möglichkeit, Bewegungen von Weichgewebe nachzuverfolgen, erhöht sind.
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Die zweite Betriebsweise könnte unter Verwendung der unter Bezugnahme auf 1 beschriebenen Vorrichtung verwirklicht werden. Alternativ könnte sie die Vorrichtung der in 2 gezeigten zweiten Ausführungsform verwenden. Diese Strahlentherapievorrichtung 100 weist eine Halterung 112 auf, die sich um eine zentrale horizontale Achse dreht, wobei es sich im Allgemeinen um die gleiche wie die Halterung 12 der 1 handelt. Ein einzelner Kopf 116 erzeugt entweder einen für therapeutische Zwecke geeigneten Strahl hoher Energie oder (wählbar) einen diagnostischen Strahl niedriger Energie von bis zu ca. 125 keV Energie, der zum Erzeugen von kontrastreichen Bildern von menschlichem Gewebe geeignet ist. Beide Strahlen werden entlang derselben Achse auf das Isozentrum gerichtet ausgesendet.
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Ein Linearbeschleuniger ist in der Halterung
112 und dem Gestell platziert, der in den Kopf
116 mündet. Ein in seiner Energie einstellbarer, relativistischer Elektronenstrahl aus dem Beschleuniger wird auf ein Röntgenstrahlenziel gerichtet, um einen Strahl mit hochenergetischen Röntgenstrahlen in der geeigneten Richtung zu erzeugen. Wenn nötig, wird dieser anschließend gefiltert, wie zum Beispiel mittels eines Abflachungsfilters, und durch Blockkollimatoren und Multilamellenkollimatoren kollimiert, um einen therapeutisch nutzbaren Strahl zu erzeugen. Die ausgegebene Energie des Röntgenstrahls lässt sich durch Einstellen der Energie des Elektronenstrahls steuern, wie in unseren früheren Anmeldungen
WO1999/040759 ,
WO2001/011929 und
WO2001/011928 (die alle durch Bezugnahme in die Beschreibung aufgenommen sind) erläutert ist.
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Ein Patiententisch 118 ist ebenso vorgesehen, der dem Tisch 18 gemäß 1 entspricht.
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Ein Flachplatten-Bildgeber 124 ist ebenso auf der Lagerung 112 direkt gegenüber dem einzelnen Kopf 116 vorgesehen, um ein zweidimensionales Röntgenbild des Patienten aufzunehmen. Dieses kann durch ein Bildgeber-Steuergerät 130 gesteuert werden, um lediglich diagnostische Bilder oder sowohl diagnostische als auch Portalbilder aufzunehmen.
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Für den Strahlungskopf 116 und für den Flachplatten-Bildgeber 124 sind Steuereinheiten vorgesehen. Diese weisen ein Strahlungskopf-Steuergerät 126, das den therapeutischen Strahl, den diagnostischen Strahl und die Kollimatoren steuert, ein Bildgeber-Steuergerät 130 (wie erwähnt), welches den Flachplatten-Bildgeber 124 ansteuert und das Bild ausliest, und ein Gestell-Steuergerät 132 auf, welches die Motoren in der Halterung 112 lenkt, um die Halterung 112 und Gestelle je nach Bedarf zu drehen. Alle vier Steuergeräte erstellen einen Bericht an einen zentralen Steuerungs- und Prozesscomputer 134. Selbstverständlich können die Steuerfunktionen auch unterschiedlich ausgelegt sein, wie zum Beispiel durch weitere Unterteilung verschiedener Funktionen und/oder durch Zusammenlegen von Funktionen.
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Es wird selbstverständlich davon ausgegangen, dass viele Änderungen an der oben beschriebenen Ausführungsform vorgenommen werden können, ohne dabei vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Ebenso lässt sich die Technik auch auf andere als in der vorliegenden Beschreibung offenbarte Strahlentherapiedesigns anwenden. Derartige alternative Formen können verschiedene Strahlungsformen wie zum Beispiel Elektronen- oder Protonenstrahlen oder andere Formen der Kollimation oder andere Formen der Verabreichung beinhalten, wie zum Beispiel diejenigen, die einen zweiten Winkel des Behandlungskopfes für (zum Beispiel) nichtkoplanare Behandlungsgeometrien einsetzen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2009/006925 [0009]
- WO 2008/040379 [0009]
- US 7227925 [0011]
- WO 1999/040759 [0016, 0036]
- WO 2001/011929 [0016, 0036]
- WO 2001/011928 [0016, 0036]