DE60018394T2

DE60018394T2 - Megavolt-computertomographie während der strahlentherapie

Info

Publication number: DE60018394T2
Application number: DE60018394T
Authority: DE
Inventors: J. Kenneth RUCHALA; H. Gustavo OLIVERA; R. Thomas MACKIE
Original assignee: Wisconsin Alumni Research Foundation
Current assignee: Wisconsin Alumni Research Foundation
Priority date: 1999-04-02
Filing date: 2000-03-29
Publication date: 2005-12-29
Anticipated expiration: 2020-03-30
Also published as: IL145292A; AU4180200A; ATE289844T1; JP3746679B2; CA2368764C; WO2000059576A9; DE60018394D1; CA2368764A1; IL145292A0; EP1165182B1; WO2000059576A1; JP2002540862A; US6618467B1; EP1165182A1

Description

In der äußeren Strahlentherapie werden zur Bestrahlung von Krebsgewebe im Körper eines Patienten konvergierende Strahlenbündel eingesetzt.
Die Tomotherapie ist eine Art äußere Strahlentherapie, in der die Strahlenquelle auf einem in einer einzigen Ebene um eine durch den Patienten verlaufende Achse drehenden Träger platziert ist. Der Patient kann während der Rotation über die Ebene umgelagert werden, um zwischen dem Patienten und einem Punkt auf dem Träger eine spiralförmige Relativbewegung zu erzeugen. Während dieser Rotation wird das Strahlenbündel durch einen Lamellen-Kollimator (MLC) oder einen anderen Modulator moduliert und dadurch in unabhängig voneinander steuerbare Strahlen geteilt. Durch die Steuerung der Intensität jedes einzelnen Strahls in Abhängigkeit des Trägerwinkels kann die Strahlungsdosis in willkürliche Querschnittsbereiche innerhalb des Körpers genau abgegeben werden. Verfahren zur Herstellung und zum Betreiben derartiger Tomotherapie-Einrichtungen sind in den US-Patentschriften 5,317,636 und 5,548,627 beschrieben.
Aufgrund der durch die Tomotherapie gegebenen Möglichkeit, eine Strahlendosis genau zu applizieren, ist es wichtig, ein exaktes Bild des Behandlungsbereichs zu erzielen und den Patienten während der Behandlung mit Genauigkeit zu lagern. Das US Patent 5,724,400 beschreibt ein kombiniertes Gerät zur Computertomographie (CT) und zur Tomotherapie, das in der Lage ist, sowohl ein Bild anzufertigen als auch den Patienten genau zu registrieren.
Bei der CT durchdringt ein flaches Bündel Röntgenstrahlen mit einer Energie im Bereich von kV den Patienten bei verschiedenen Winkeln des Trägers in einer Weise, die sehr der Tomotherapie ähnelt, wobei die Strahlenbündel jedoch nicht durch einen MLC moduliert werden. Körperstrukturen schwächen die Strahlen ab, wobei diese Schwächung durch einen Detektor erfasst wird. Ein Querschnittsbild kann aufgrund von „Projektionen" von Strahlenschwächungswerten bei jedem Winkel, den der Träger einnimmt, über einen Trägerwinkelbereich rekonstruiert werden, der den „tomographischen Projektionssatz" definiert. Der tomographische Projektionssatz umfasst typischerweise Strahlen, die die gesamte Breite des Patienten über mindestens 180° Trägerwinkel bestrahlen. Eine Bildrekonstruktion aufgrund von weniger als einem tomographischen Projektionssatz kann zu großen Bildartefakten führen, die wichtige Körperstrukturen abdunkeln.
Während die bei der normalen CT eingesetzten Röntgenstrahlen im Kilovoltbereich eine sehr viel geringere Energie haben als die, die bei der Strahlentherapie verwendet werden, ist es bekannt, dass zur Bildkonstruktion die gleichen Röntgenstrahlen im Megavoltbereich verwendet werden können, wie bei der Strahlentherapie. Auf diese Weise kann auf eine separate Strahlenquelle für Röntgenstrahlen im Kilovoltbereich verzichtet werden. Megavoltbilder haben weiterhin den Vorteil, dass sie die eigentliche Absorption der Strahlung im Megavoltbereich durch die Körperstrukturen besser darstellen, so dass diese Bilder für die Behandlungsplanung und die Verifizierung der Strahlendosis wesentlich besser sind. Das US-Patent 5,673,300 lehrt Verfahren zur Verwendung eines Detektors mit Röntgenstrahlen im Megavoltbereich zur Verifizierung der Lage des Patienten und zur Bewertung der Dosis.
Dennoch weist die Verwendung von Röntgenstrahlen im Megavoltbereich bei der Erzeugung eines CT-Bildes (MVCT) einige Nachteile auf. Zunächst erfordert normalerweise die Notwendigkeit, einen kompletten tomographischen Projektionssatz zu erhalten, das Scannen des Patienten vor der Strahlentherapie. Dieser vor der Strahlentherapie durchgeführte Scanvorgang verlängert die gesamte Behandlungszeit und hat zur Folge, dass sich der Patient zwischen dem Scannen und der Therapie bewegen kann. Durch das vorherige Scannen wird typischerweise darauf verzichtet, die MVCT-Bilder zur Echtzeit-Korrektur oder zur Verifizierung zu verwenden. Schließlich erhöht die MVCT mit Hochkontrastauflösung über dem geforderten tomographischen Projektionssatz die dem Patienten zuzuführende Dosis erheblich.
EP 0 382 560 offenbart ein Gerät nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Bei der vorliegenden Erfindung entfällt oder reduziert sich die zur Erstellung eines MVCT-Scans zusätzlich benötigte Zeit und/oder wird die zur Durchführung einer MVCT benötigte zusätzliche Dosis dadurch verringert, dass zumindest ein Teil der CT-Daten während der Strahlentherapie erhoben werden. Das Problem der Bildartefakte, das aufgrund der durch die Strahlen der modulierten Strahlentherapie gelieferten unweigerlich unvollständigen Projektionen entsteht, wird dadurch überwunden, dass diese „Hochfluss"-Strahlentherapiedaten durch Niedrigflussdaten ersetzt werden, welche entweder bei einem vorab durchgeführten Scan oder während der Strahlentherapie separat erhoben wurden. Es wird ein tomographischer Projektionssatz bestehend aus einer Mischung aus Niedrig- und Hochflussdaten gebildet.
Durch die Verwendung von Niedrigflussdaten wird die zur Durchführung einer MVCT benötigte zusätzliche Strahlung minimiert, während der mit der Verwendung von Niedrigflussdaten einhergehende hohe Rauschbeitrag im Wesentlichen durch die von der Therapie erhaltenen Hochflussdaten korrigiert werden.
Insbesondere schafft nun die vorliegende Erfindung ein Gerät zur kombinierten Bestrahlungstherapie und tomographischen Bildgebung nach Anspruch 1, das eine Megavolt-Strahlenquelle hat, von welcher ein aus insgesamt entlang einer Achse gerichteten Strahlen bestehendes Strahlenbündel ausgeht. Ein die Strahlenquelle haltender Träger dreht den Achsenwinkel um das Behandlungsvolumen, und ein Strahlendetektor ist der Strahlenquelle gegenüberliegend quer zum Behandlungsvolumen auf dem Träger angeordnet und liefert Projektionsdaten. Ein Modulator ist zwischen der Strahlenquelle und dem Behandlungsvolumen positioniert und moduliert den Strahlenfluss.
Ein mit dem Modulator kommunizierender elektronischer Rechner steuert den Modulator dahingehend, dass dieser entsprechend eines Strahlenbehandlungsplans innerhalb des Behandlungsvolumens selektierte Niedrigfluss-Strahlen unter selektierten Achsenwinkeln auf den Patienten richtet. Die selektierten Strahlen und Winkel weisen weniger als den vollständigen tomographischen Projektionssatz auf und erzeugen somit einen unvollständigen tomographischen Hochfluss-Projektionssatz. Niedrigfluss-Strahlen werden ebenfalls innerhalb des Behandlungsvolumens auf den Patienten gerichtet, um Niedrigflussdaten zu erfassen. Die Niedrigflussdaten werden mit dem unvollständigen tomographischen Hochfluss-Projektionssatz kombiniert, um somit einen verstärkten aber vollständigen tomographischen Projektionssatz zu erzeugen, der dann zu einem Bild rekonstruiert werden kann.
Daher besteht eine Aufgabe der Erfindung darin, für die CT-Bildgebung die in der Strahlentherapie verwendete Strahlung einzusetzen, obwohl diese für tomographische Zwecke extrem unvollständig ist. Die Niedrigflussdaten werden zu den unvollständigen Hochflussdaten der Strahlentherapie hinzugenommen, sodass ein tomographisches Bild erzielt wird, ohne dass die an den Patienten abgegebene Gesamtdosis übermäßig erhöht wird.
Die gewonnenen Niedrigflussdaten können ein vollständiger tomographischer Projektionssatz oder ein unvollständiger tomographischer Projektionssatz sein.
Daher besteht eine weitere Aufgabe der Erfindung darin, bei der Erfassung der Niedrigflussdaten eine große Flexibilität zu ermöglichen.
In einer Ausführungsform ist der Modulator ein Lamellen-Kollimator mit mehrfachen Lamellen, die geöffnet oder geschlossen werden können, um den Durchtritt der Strahlen zuzulassen oder zu verhindern, und die Niedrigflussdaten werden dadurch erzielt, dass die Strahlen durch die geschlossenen Lamellen durchgelassen werden.
Daher besteht eine weitere Aufgabe der Erfindung darin, ein einfaches Verfahren zur Erzeugung von Niedrigflussdaten in einem Strahlentherapie-Gerät zu schaffen.
Die Lamellen können für eine Zeitproportion in den Achsenwinkelinkrementen entsprechend des Strahlenbehandlungsplans offen sein, um den unvollständigen tomographischen Hochfluss-Projektionssatz zu erzeugen und der elektronische Rechner kann das gespeicherte Programm ausführen, um die Zeitproportion im offenen Zustand nach dem Beginn eines jeden Winkelinkrements zu positionieren, so dass die Niedrigflussdaten zu Beginn eines jeden Winkelinkrements erhoben werden können.
Daher besteht eine weitere Aufgabe der Erfindung darin, ein einfaches Mittel zu schaffen, mit dem ein vollständiger tomographischer Projektionssatz von Niedrigflussdaten in regelmäßigen Abständen während der eigentlichen Strahlentherapie erzielt werden kann.
Alternativ hierzu können die Niedrigfluss-Strahlen dadurch erzielt werden, dass die Lamellen geöffnet werden, so dass Strahlen, die laut dem Strahlenbehandlungsplan nicht benötigt werden, durchgelassen werden.
Daher ist es eine weitere Aufgabe der Erfindung ein Mittel zu schaffen, mit dem ein vollständiger tomographischer Projektionssatz von Niedrigflussdaten erzielt werden kann.
Der elektronische Rechner kann das gespeicherte Programm ausführen, um die Zeitproportion, in der die Lamellen sich im offenen Zustand befinden, innerhalb eines jeden Winkelinkrements zu zentrieren und die Niedrigflussdaten können in der Mitte eines jeden Winkelinkrements erfasst werden. Alternativ oder zusätzlich hierzu kann der Rechner den Ablauf der Öffnungs- und Schließvorgänge der Lamellen entsprechend des Strahlenbehandlungsplans optimieren, wobei davon ausgegangen wird, dass zur Erzeugung der Niedrigflussdaten die Lamellen geöffnet sein müssen.
Daher ist es eine weitere Aufgabe der Erfindung, Daten eines tomographischen Projektionssatzes zu den Zeiten zu erhalten, zu denen die größte Flussmenge im Zusammenhang mit der Strahlentherapie erfolgt, so dass eine vollständige Projektion bei geringster zusätzlicher Dosis erzielt werden kann.
Der elektronische Rechner kann ferner eingesetzt werden, um den Modulator dahingehend zu steuern, dass dieser entsprechend eines Strahlenbehandlungsplans selektierte Hochfluss-Strahlen unter selektierten Achsenwinkeln auf das Behandlungsvolumen außerhalb des Patienten richtet, um so einen normalisierenden unvollständigen tomographischen Hochfluss-Projektionssatz („Hochflussaufnahme ohne Patient") zu erfassen und Niedrigfluss-Strahlen auf das Behandlungsvolumen außerhalb des Patienten richtet, um vom Strahlendetektor normalisierende Niedrigflussdaten zu erfassen („Niedrigflussaufnahme ohne Patient). Vor dem Kombinieren des unvollständigen tomographischen Hochfluss- Projektionssatzes mit den Niedrigflussdaten zur Erzeugung des verstärkten tomographischen Projektionssatzes können der unvollständige tomographische Hochfluss-Projektionssatz mit der normalisierenden unvollständigen tomographischen Hochfluss-Projektion und die Niedrigflussdaten mit den normalisierenden Niedrigflussdaten normalisiert werden.
Daher ist es eine weitere Aufgabe der Erfindung, Daten von höchst veränderlichen Flussraten in einem einzigen tomographischen Projektionsbild besser unterzubringen, ohne extreme Artefakte einzubringen. Die Aufnahmen ohne Patient liefern gemeinsame Schwächungseinheiten, die zwischen den Hoch- und den Niedrigflussdaten kombiniert werden können. Umfasst der Modulator, wie oben beschrieben, Lamellen, die zwischen Zuständen bewegt werden können, um den Durchtritt vorgegebener Strahlen zuzulassen oder zu verhindern, so kann die Lamelle zu einer beliebig vorgegebenen Zeit stationär sein oder sich bewegen, und die vom Strahlendetektor zur Rekonstruktion erfassten Daten können nur dann erzielt werden, wenn die Lamellen stationär sind.
Die eingangs erwähnten sowie weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nun folgenden Beschreibung. Diese Beschreibung nimmt Bezug auf die beigefügten Zeichnungen, die Teil derselben sind und eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beispielhaft darstellen. Derartige Ausführungsformen und deren besonderen Aufgaben und Vorteile definieren jedoch nicht den Schutzumfang der Erfindung, welcher den Ansprüchen zu entnehmen ist.
1 ist eine vereinfachte perspektivische Darstellung eines Gerätes zur Durchführung einer Tomotherapie, welches geeignet ist, zusammen mit der vorliegenden Erfindung verwendet zu werden, und das eine ein Strahlenbündel erzeugende steuerbare Strahlenquelle, einen Lamellen- Kollimator und einen rechnergesteuerten Detektor, der auf einem Träger drehbar gelagert ist, aufweist;
2 ist eine perspektivische Darstellung des erfindungsgemäßen Lamellen-Kollimators, in der unter der Steuerung des Rechners die Bewegung der Lamellen in das Strahlenbündel hinein und aus diesem heraus gezeigt wird;
3 ist eine polare graphische Darstellung, die einen erweiterten Bewegungsbereich von drei Lamellen in das Bündel hinein und aus diesem heraus zeigt, wobei die Öffnung der Lamellen innerhalb des Winkelinkrements zentriert ist;
4 ist eine vereinfachte graphische Darstellung eines Sinogramms zur Steuerung der Bewegung der Lamellen entsprechend eines Strahlenbehandlungsplans bei in 3 dargestellten unterschiedlichen Winkelinkrementen und zeigt eine erweiterte Form, das Öffnen und Schließen einer Lamelle während eines Winkelinkrements auf dem Sinogramm und in punktierten Linien die Zeiten, in denen die Lamellen vom offenen in den geschlossenen Zustand oder umgekehrt übergehen;
5 ist eine Fig. ähnlich der erweiterten Form in 4 und zeigt das Öffnen und Schließen von zwei benachbarten Lamellen während eines vorgegebenen Winkelinkrements und die Zeiten der Lamellenbewegung sowie die Erzeugung eines gefensterten Sinogramms, das als zulässige Zeiten für die Datenerfassung die Zeiten angibt, in denen alle Lamellen aufgehört haben sich zu bewegen;
6 ist eine Figur, die die Stellen der gefensterten Niedrig- und Hochflussdaten zeigt;
7 ist eine vereinfachte Darstellung einer einzelnen beispielhaften Reihe des 4 gezeigten, gefensterten Sinogramms und zeigt eine Stelle der Datenerfassung zum Erzielen von Niedrigflussdaten bei einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform;
8 ist eine Fig. ähnlich 7 und zeigt eine zweite Stelle zum Erzielen einer Mischung aus Niedrig- und Hochflussdaten nach einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform;
9 ist eine Fig. ähnlich den 7 und 8 und zeigt eine dritte Ausführungsform, bei der die Niedrigflussdaten durch kurzes Öffnen und Schließen aller Lamellen erzielt werden;
10 ist eine Fig. ähnlich den 7–9 und zeigt ein Verfahren zum Erzielen von Niedrigflussdaten durch Öffnen aller Lamellen und durch genaue Steuerung der von der Strahlenquelle ausgehenden Strahlen gemäß einer vierten Ausführungsform;
11 ist eine Fig. ähnlich den 7–10 und zeigt ein Verfahren zum Erzielen von Niedrigflussdaten in einer fünften Ausführungsform, bei der Lamellen, die ansonsten während der Strahlentherapie geschlossen sind, kurz geöffnet werden;
12 ist ein Flussdiagramm und zeigt die Datenerfassung in verschiedenen Patientenaufnahmen, wie sie in der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, bei der die Niedrigflussdaten durch während der Strahlentherapie gewonnene Hochflussdaten ergänzt werden;
13 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Erzielung eines 4 dargestellten Sinogramms aufgrund eines Strahlenbehandlungsplans unter Einbeziehen der zur Gewinnung der Niedrigflussdaten im Sinogramm-Optimierungsprozess erforderlichen Lamellenbewegung; und
14 ist eine vereinfachte Darstellung im Aufriss eines CT-Geräts, welches Grundsätze der vorliegenden Erfindung verwenden kann, um somit außerhalb eines Bereichs, der abgebildet werden soll, die Abgabe einer verringerten Dosis ermöglicht.
Mit Bezug auf 1 weist ein erfindungsgemäßes CT-Gerät 10 zur Tomotherapie einen ringförmigen Träger 12 mit einer zentralen Bohrung 14 zur Aufnahme eines Patienten und einer Patientenauflage (nicht dargestellt) auf. Der Träger ist über ein Stellglied 20, das mit einem zentralen Rechner 22 kommuniziert, um eine Achse 18 der zentralen Bohrung drehbar gelagert. Das Stellglied 20 erhält vom Rechner 22 Signale zur Steuerung der Rotation des Trägers 12 und gibt dem Rechner 22 Auskunft über dessen Position.
Eine Quelle 24 von Röntgenstrahlen im Megavolt-Bereich, wie zum Beispiel ein Linac, ist an einem Ende eines Durchmessers des Trägers 12 montiert und sendet entlang des Durchmessers der Öffnung der Bohrung 14 ein Bündel 26 von Röntgenstrahlen an einen Detektor 28. Der Detektor 28 umfasst eine Anzahl an Elementen, die separate Messungen des Bündels 26 entlang einzelner Strahlen eines Strahlensatzes 30 liefern. Der Detektor 28 übermittelt die Messungen der Strahlenintensität an den Rechner 22.
Die Röntgenstrahlenquelle 24 kann vom Rechner 22 gesteuert werden, um durch eine aus dem Stand der Technik bekannte Steuerung einer Pulsrate sie sowohl ein- und auszuschalten als auch ihre Flussrate zu ändern. Zwischen der Röntgenstrahlenquelle 24 und der Bohrung 14 ist ein Lamellen-Kollimator 32 positioniert, der eine individuelle Steuerung der mittleren Fluenz der Strahlen 30 ermöglicht.
Der Rechner 22 kann ein Display 34 und eine Eingabevorrichtung 36, beispielsweise eine Tastatur oder dgl., umfassen und kann ein dem Tomotherapie-Gerät 10 zugeordnetes Teil sein oder es kann Offline ausgeführt sein oder eine Kombination aus beiden sein, wie sich dies aus dem Stand der Technik ergibt.
Gemäß 2 umfasst der Lamellen-Kollimator 32 in einer bevorzugten Ausführungsform eine Anzahl an strahlenundurchlässigen Lamellen 38, welche sich jeweils über einen Winkel eines Strahls 30 aus dem Bündel 26, wie er vom Detektor 28 empfangen wird, erstrecken. Unter „strahlenundurchlässig" im Sinne der Erfindung und des Standes der Technik ist eine grobe Charakterisierung der Lamellen 38 zu verstehen, wobei diese, wie alle physikalische Materialien, Röntgenstrahlen in einem gewissen Maß dennoch zulassen.
Die Lamellen 38 sind an einem Stellmechanismus 40 angebracht, über welchen die Lamellen sich axial in das Bündel 26 hinein und aus diesem heraus bewegen können, so dass der Durchtritt einzelner Strahlen 30 verhindert oder zugelassen wird. Sensoren 42 können ein Signal liefern, das die Position der Lamellen 38 bestätigt.
Durch Steuerung der Arbeitszyklen der Lamellen in dem Bündel 26, das heißt, der Zeitproportion, in der sie während eines vorgegebenen Intervalls den Durchtritt einzelner Strahlen 30 verhindern oder zulassen, kann der mittlere Fluss der Strahlen 30 innerhalb eines kontinuierlichen Bereichs gesteuert werden. Diese Modulation des Arbeitszyklus ist aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt und in den oben genannten Patenten beschrieben, welche durch Bezugnahme darauf in diese Anmeldung aufgenommen werden.
Gemäß den 1 und 3 kann zu Zwecken der Tomotherapie der Träger 12 um die Achse 18 gedreht werden, um die Strahlen aus einer Vielzahl von unterschiedlichen Winkeln θ auf den Patienten zu projizieren. Die Winkelrotation kann in eine Reihe von einzelnen Winkelintervallen 44 (θ_i) geteilt werden, welche in 3 stark vergrößert dargestellt sind. Jedes Winkelintervall 44 begrenzt die Basis, über welcher der Arbeitszyklus der Lamellen moduliert wird. So wird zum Beispiel, bei einer 50 %-igen Flussmodulation bei θ_i, die Lamelle 38 die Hälfte der Zeit geschlossen, die der Träger 12 benötigt, um den Winkelintervall 44 zu durchlaufen.
Es ist wünschenswert, dass die Öffnung benachbarter Lamellen 38 so koordiniert wird, dass sie mit der größtmöglichen Überlappung erfolgt, sodass Effekte, wie diejenigen, die durch die Abschwächung der Röntgenstrahlen um die Kanten von geschlossenen Lamellen 38 und das Abschatten der Lamellenstütze, welche beispielsweise aus zum Abstützen der Lamellen verwendeten Nut- und Federelementen (nicht dargestellt) bestehen, hervorgerufen werden, minimiert werden können. Ferner ist es wünschenswert, die Öffnungszeit der Lamellen 38 innerhalb des Winkelintervalls 44 zu zentrieren, so dass ein Dosismuster erzeugt wird, das für eine einfache Behandlungsplanung zur Mitte eines jeden Winkelintervalls 44 symmetrisch ist.
In 3 werden die Zustände 46a–c von drei Lamellen 38 in Abhängigkeit der Winkelposition θ eines Winkelintervalls 44 gezeigt. Die Zustände 46a und 46b beginnen das Winkelintervall 44 in geschlossenen Stellungen 48 und bewegen sich zu offenen Stellungen 50 (unterschiedlicher Dauer) hin, welche innerhalb des Winkelintervalls 44 zentriert sind. Für beide Zustände 46a und 46b entsteht ein Übergangszeitraum 52 zwischen der geschlossenen Stellung 48 und der offenen Stellung 50 und umgekehrt zwischen der offenen Stellung 50 und der geschlossenen Stellung 48. Im Gegensatz hierzu bleibt Zustand 46c während des gesamten Winkelintervalls 44 geschlossen. Es versteht sich, dass der Zustand 46a, welcher über den größten Zeitanteil offen ist, den höchsten mittleren Fluss liefert und einen höheren Arbeitszyklus als Zustand 46b hat, welcher wiederum einen höheren mittleren Fluss als Zustand 46c hat.
Die Übergangszeiträume 52 können aufgrund von Messungen beim Betreiben des Lamellen-Kollimators 32 geschätzt werden oder sie können durch die Verwendung der Sensoren 42 oder durch Überwachung der Übergänge der vom Detektor 28 empfangenen Signalen oder durch eine Vielzahl an anderen Mitteln erfasst werden. Für das Erfassen der Lamellenposition können Techniken verwendet werden, wie sie in dem am 28. Februar 1995 erteilten US-Patent 5,394,452 mit dem Titel „Verifizierungssystem für die Strahlentherapie" gelehrt werden, wobei dieses Patent auf denselben Rechtsnachfolger übertragen wurde wie die vorliegende Erfindung und durch Bezugnahme darauf in diese Anmeldung aufgenommen wird.
Nach 4 kann eine Bestimmung des durch die Variable θ_i für jedes Winkelintervall θ_i bezeichneten Arbeitszyklus einer jeden Lamelle 38 durch ein Sinogramm 54 beschrieben werden, wie sich dies aus dem Stand der Technik ergibt. Jedes Element 56 einer Reihe in dem Sinogramm 54 gibt den Arbeitszyklus oder die mittlere Flussmodulation einer jeden Lamelle θ_i bei einem vorgegebenen Trägerwinkel an, während in den Spalten verschiedene Winkelintervalle θ_i im Trägerwinkel angegeben sind. Eine Anzahl an Verfahren zur Bestimmung der Sinogramme für einzelne Strahlenbehandlungspläne ist aus dem Stand der Technik bekannt und in den eingangs genannten diesem Patent vorausgegangenen Patenten beschrieben.
Es ist eine nicht unabdingbare Absicht der Erfindung, den Träger 12 so vorzusehen, dass er während der Strahlentherapie eine kontinuierliche Rotation aufrechterhält. Mit einer derartig kontinuierlichen Rotation entspricht im Allgemeinen ein θ-Versatz innerhalb einer Spalte der Zeit, sodass jedes Element 56 das eigentliche Zeitmodulationsmuster der entsprechenden Lamelle 38 zeigen kann, wobei geschlossene Lamellen darstellende Felder 58 mit Querschraffur das Schließen der Lamelle und offene Lamellen darstellende leere Felder 60 das Öffnen der Lamelle zeigen. Der Arbeitszyklus ergibt sich aus dem eine offene Lamelle darstellenden Feld 60 geteilt durch die Gesamtdauer des Winkelintervalls 44. Punktierte Linien zeigen die Grenzen 62 der Übergangszeiträume 52, welche die Schnittstelle zwischen den offene Lamellen darstellenden Feldern 60 und den geschlossene Lamellen darstellenden Feldern 58 übergreifen.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben erkannt, dass die Übergangszeiträume 52 für praktische mechanische Systeme sehr veränderlich sind. Diese Veränderlichkeit kann in der Strahlentherapie dadurch ausgeglichen werden, dass die mit Übergangszeiträumen 52 abgegebene tatsächliche Strahlung gemessen und diese Veränderungen in späteren Strahlenbehandlungen kompensiert werden. Diese Veränderlichkeit beeinträchtigt jedoch die Kombination von Hoch- und Niedrigflussdaten, weil sie das genaue Trennen des Wertes der durch den Patienten verursachten Schwächung von der vermeintlichen Schwächung, die jedoch tatsächlich eine Veränderung der Shutter ist, verhindert.
Somit „fenstert" die Erfindung das Sinogramm 54, um darin Bereiche zu finden, in denen davon ausgegangen werden kann, dass die Lamellen nicht in einem Zustand der Bewegung sind oder dass die Bewegung unerheblich ist. Somit sollte in den Fensterbereichen des Sinogramms der durch den Patienten übertragene Fluss bei wiederholten Messungen identisch sein.
Nach den 5 und 6 wird zur Erzeugung des gefensterten Sinogramms 55 eine ganze Reihe des Sinogramms 54 (in 5 dargestellt) betrachtet, da eine Veränderung einiger Lamellen 38 die empfangene Strahlung entlang Strahlen 30 von benachbarten Lamellen 38 durch Streuung und Refraktion beeinträchtigt. In einer alternativen Ausführungsform berücksichtigt die Fenstertechnik weniger als die ganze Reihe des Sinogramms 54, nämlich nur Elemente 56, die sich innerhalb einer vorbestimmten Entfernung zu sich verändernden Lamellen 38 befinden, so dass die Gefahr besteht, dass deren Strahlen 30 durch die Streuung der Strahlen der sich verändernden Lamellen 38 beeinträchtigt werden. Es werden zwei Elemente 56a und 56b gezeigt. In einem ersten Schritt zur Erzeugung des gefensterten Sinogramms werden die Übergangszeiträume 52 für jedes Element 56a und 56b kombiniert und es wird ein über die Reihe reichender Übergangsbereich 57 erzeugt, der die Zeit (und Trägerwinkel) aller Übergangszeiträume 52 aller Elemente 56a und 56b der Reihe vereinigt. Der sich über die Reihe erstreckende Übergangsbereich 57 deckt alle Übergangszeiten 52 aller Elemente 56 dieser Reihe ab. Dieser sich über die Reihe erstreckende Übergangsbereich 57 wird dann auf jedes Element 56a und 56b angewendet, um einen gefensterten eine geschlossene Lamelle darstellenden Bereich 64 zu definieren, der eine Unterteilung des eine geschlossene Lamelle darstellenden Felds 58 außerhalb des sich über die Reihe erstreckenden Übergangsbereichs 57 ist, und einen gefensterten offenen Bereich 66 zu definieren, der eine Unterteilung des eine offene Lamelle darstellenden Felds 60 außerhalb des sich über die Reihe erstreckenden Übergangsbereichs 57 ist.
Nunmehr versteht sich, dass bei der Gewinnung von Daten aus dem Detektor 28, diese von Bereichen 64 gewonnen werden, wenn die Daten bei geschlossener Lamelle 38 gewonnen werden sollen, und von Bereichen 66 gewonnen werden, wenn die Daten bei geöffneter Lamelle 38 gewonnen werden sollen. Auf diese Weise können reproduzierbare Daten gewonnen werden, die wie weiter unten beschrieben verwendet werden.
Mit nochmaligem Bezug auf 4 und wie eingangs erwähnt, ist es bei der Rekonstruktion einer tomographischen Aufnahme erforderlich, dass ein tomographischer Projektionssatz erfasst wird, der im Allgemeinen den Abmessungen des Sinogramms 54 entspricht. Somit muss bei einer Vielzahl an Winkeln θ_i, die im einfachsten Fall zusammen 360° ergeben, eine Projektion erfasst werden, die jeden Strahl θ_i umfasst. Kommt es nicht dazu, dass ein vollständiger tomographischer Projektionssatz erfasst wird, so kann es zu Bildartefakte kommen, die nicht nur Bereiche abdunkeln, durch welche nicht gesammelte Strahlen durchgelassen werden, sondern auch solche, die außerhalb der Felder liegen, in denen Daten gewonnen wurden.
Ein typisches Sinogramm 54 jedoch hat ausgedehnte Bereiche 59 (durch Querschraffur gekennzeichnet), in denen der Behandlungsplan erfordert, dass keine Strahlung übermittelt wird. Wird also zur tomographischen Rekonstruktion ausschließlich Strahlung verwendet, die durch offene Lamellen 38 hindurch tritt, so werden nicht genügend Daten erfasst.
Gemäß 7 wird beispielhaft eine Sinogrammreihe mit Elementen 56a bis 56e dargestellt, wobei die Elemente 56a und 56e den Schließvorgängen der Lamellen entsprechen, die die entsprechenden Strahlen 30 blockieren, die erforderlich sind, um eine Projektion eines tomographischen Projektionssatzes zu vervollständigen. Die Erfinder haben erkannt, dass, obwohl eine Projektion mit durch offene Lamellen 38 hindurch getretenen Strahlen nicht erzielt werden kann, die Lamellen 38 nicht vollkommen undurchlässig sind, sondern eigentlich eine gewisse Leckstrahlung zulassen, und dass diese Leckstrahlung genügt, um einen tomographischen Projektionssatz zu erzielen. In einfachster Weise können die tomographischen Daten in der Zeit 70a gewonnen werden, welche der Beginn des die Reihe θ_i definierenden Winkelintervalls 44 ist. Die Daten werden wie oben beschrieben ausschließlich aus den gefensterten geschlossene Lamellen darstellenden Feldern 64 gewonnen. Die Daten sind von einer Aufnahme zur nächsten reproduzierbar. Ferner, da alle Lamellen 38 zu Beginn eines jeden Winkelintervalls 44 geschlossen sind, wird nach der bevorzugten Ausführungsform der Lamellensteuerung ein voller tomographischer Projektionssatz während der Strahlentherapie bei regelmäßigen Trägerwinkeln in einfacher Weise erzielt.
Da derartige Daten von Strahlen 30 gewonnen werden, die durch geschlossene Lamellen 38 treten und somit einen niedrigen Fluss aufweisen, erhöht die Datengewinnung nicht übermäßig die bei der Radiotherapie vom Patienten aufgenommene Dosis. Die Niedrigfluss-Strahlen erzeugen zwar ein Bild mit einem geringen Signal-Rausch-Abstand, aber die Erfinder haben festgestellt, dass ein derartiges Bild für viele Aufgaben bei der Bildgebung von Hochkontraststrukturen im Körper geeignet ist.
Gemäß 8 können in einer zweiten Ausführungsform diese Niedrigflussdaten durch Hochflussdaten ergänzt werden, welche beispielsweise durch offene Lamellen 56b bis 56d, die tatsächlich während des Intervalls 44 offen sind, erzeugt werden. Auch in diesem Fall müssen die gewonnenen Niedrigflussdaten nicht ein vollständiger tomographischer Projektionssatz sein, solange dieser durch Hochflussdaten ergänzt werden kann, wodurch diese fehlenden Elemente noch eingebracht werden. Gemäß 8 können zu einem Abtastzeitpunkt 70b in der Mitte des Winkelintervalls 44 Niedrigflussdaten durch Elemente 56a und 56e gewonnen werden, die mit durch Elemente 56b bis 56d gewonnenen Hochflussdaten ergänzt werden sollen. Indem der Abtastzeitpunkt 70b in der Mitte des Intervalls 44 platziert wird, besteht die größtmögliche Wahrscheinlichkeit, dass die Lamellen geöffnet sind, so dass diese Datenmenge erhöht werden kann.
Im Folgenden wird die Kombination von Niedrigflussdaten und Hochflussdaten beschrieben.
Eine Kombination von Niedrigflussdaten und von Hochflussdaten wird dadurch ermöglicht, dass diese unter Verwendung von „Aufnahmen ohne Patient" zunächst, wie im Folgenden beschrieben, in Schwächungswerte umgewandelt werden. Im Allgemeinen wird für jede Reihe des Sinogramms 54 während der gefensterten Zeiten die Strahlung bei Abwesenheit des Patienten durch die Luft gemessen und diese Messung wird mit der Messung derselben Reihe bei in Lage gebrachtem Patienten verglichen. Die Schwächung wird für jedes Element 56a bis 56e berechnet und dazu verwendet, die Grundlage für den tomographischen Projektionssatz zu schaffen. Auf diese Weise schafft die Schwächung eine gemeinsame Einheit für die Kombination von Hoch- und Niedrigflussdaten. Die ausschließliche Verwendung der gefensterten Zeiträume des Musters nach 8 sowohl für die Aufnahme ohne Patient als auch für die eigentliche Aufnahme macht es möglich, diesen Vergleich mit einem zulässigen Genauigkeitsgrad anzustellen.
Jede der in den 7–8 dargestellten Techniken kann während der eigentlichen Strahlentherapie durchgeführt werden. Somit entsteht kein Nachteil durch eine Verlängerung der Behandlungszeit aufgrund der Verwendung dieser Bildgebungsverfahren. Ferner wird durch die in den 7 und 8 dargestellten Techniken die an den Patienten abgegebene Dosis nicht erhöht.
Gemäß 9 kann in einer alternativen Ausführungsform eine Vorbehandlungsaufnahme gemacht werden, in der die normalerweise geschlossenen Lamellen 38 für jedes Element 56a–56e in regelmäßigen Winkelintervallen kurz geöffnet werden. Die Öffnungszeit kann gesteuert werden, um die gewünschten Niedrigflussdaten im Abtastintervall 70c für einen gesamten tomographischen Projektionssatz vorzusehen, welcher direkt oder, wie im Folgenden beschrieben, ergänzt durch während der Strahlentherapie gewonnene Hochflussdaten rekonstruiert werden kann.
Gemäß 10 werden in einer alternativen Ausführungsform die Lamellen 56a bis 56e offen gehalten und der Linac wird mit Impulsen beaufschlagt oder auf andere Weise während des Aktivierungszeitraums 72 angesteuert, so dass ein vollständiger tomographischer Projektionssatz bei niedriger Dosis im Abtastintervall 70e erzielt wird, der wie oben beschrieben zur Verwendung kommt.
Gemäß 11 schließlich können die in den 9 und 8 dargestellten Techniken mit in dem im Intervall 44 zentrierten Intervall 70f gewonnenen Daten kombiniert werden und die Lamellen 56a und 56e (die normalerweise durch Betreiben des Sinogramms geschlossen sind) übersteuert werden, so dass diese in der Mitte des Intervalls 44 kurz geöffnet werden. Diese Technik wird erforderlich sein, wenn weitere Generationen von Lamellen-Kollimatoren eine größere Strahlenundurchlässigkeit aufweisen werden, welche eine für die Erzeugung von tomographischen Aufnahmen ausreichende Leckstrahlung verhindert, und die Bildqualität ist im Allgemeinen für Daten ohne Leckstrahlung besser.
Während Bilder aufgrund der durch die in den 7, 9 und 10 dargestellten Techniken gewonnenen Niedrigflussdaten komplett rekonstruiert werden können, liegt ein wesentlicher Aspekt der vorliegenden Erfindung darin, dass die Strahlen der Strahlentherapie verwendet werden können, um den Signal-Rausch-Abstand der durch Niedrigflussdaten erzeugten tomographischen Aufnahme deutlich zu verbessern. Auf diese Weise können sowohl der Vorteil einer niedrigen zusätzlichen Dosis als auch der von Bildern mit einem hohen Signal-Rausch-Abstand erzielt werden.
Gemäß 12 beginnt dieses Verfahren einer Erhöhung der Niedrigflussdaten mit einer Niedrigflussaufnahme ohne Patient 80 und einer Hochflussaufnahme ohne Patient 82, wobei erstere die Gewinnung der mit Bezug auf die 7 bis 11 beschriebenen Niedrigflussdaten ist und letztere die Gewinnung der bei der Strahlentherapie einfallenden Hochflussdaten ist. In bestimmten Fällen wird sich herausstellen, dass die Niedrigflussaufnahme ohne Patient 80 und die Hochflussaufnahme ohne Patient 82 gleichzeitig gemacht werden können, beispielsweise anhand der mit Bezug auf die 7, 8 und 11 beschriebenen Techniken, wobei in anderen Fällen die Niedrigflussaufnahme ohne Patient 80 und die Hochflussaufnahme ohne Patient 82 zu unterschiedlichen Zeiten innerhalb einer einzigen Aufnahme oder innerhalb von ganz unterschiedlichen Aufnahmen erfolgen wird.
Entscheidend dafür, dass diese Aufnahmen ohne Patient verwendet werden können, ist jedoch, dass die Daten nur während der gefensterten Abschnitte der Sinogrammmuster, wie sie weiter oben mit Bezug auf 5 beschrieben wurden, gewonnen werden. Dieser Vorgang, die gefensterten Zeiträume auszuwählen, wird durch Prozessblock 84, der das Fenstern der Niedrigflussaufnahme ohne Patient 80 vorsieht, und durch den Prozessblock 86, der das Fenstern der Daten des Hochflussaufnahme ohne Patient 82 vorsieht, gezeigt.
Der Patient wird dann in Stellung gebracht und die Niedrigflussdaten des Patienten werden dann bei Prozessblock 88 und die Hochfluss- oder Behandlungsdaten des Patienten bei Prozessblock 90 gewonnen. Dieselben Sinogramme, die für die Niedrigflussaufnahmen ohne Patient 80 und für die Hochflussaufnahmen ohne Patient 82 verwendet werden, werden auch in den Prozessblöcken 88 und 90 verwendet und ihre Folgerichtigkeit wird durch Fensterung 92 der bei Prozessblock 88 gewonnenen Daten und durch Fensterung 94 der bei Prozessblock 90 gewonnenen Daten gewährleistet.
Beim logarithmischen Schwächungsblock 96 werden die Daten der Prozessblöcke 84 und 92 verglichen und es werden Schwächungswerte nach der bekannten Formel
erhalten, worin λ(x) die Schwächung bei einem gegebenen Element 56 und Φ₀ die entsprechenden Daten der Aufnahme ohne Patient und Φ_i die entsprechenden Daten der Aufnahme mit Patient sind.
Die Schwächungswerte von Prozessblock 96, welche einen vollständigen tomographischen Niedrigfluss-Projektionssatz darstellen können oder auch nicht, können mit ausgewählten oder mit allen Schwächungswerten der Hochflussdaten von Prozessblock 98 kombiniert werden, um bei Prozessblock 100 einen tomographischen Projektionssatz zu bilden. Falls es für ein gegebenes Element des Sinogramms (und daher des tomographischen Projektionssatzes) mehrere Schwächungswerte gibt, so können die Elemente nach deren Gewichtung durch den Fluss gemittelt werden. Es ist auch möglich, einige tomographische Niedrigfluss-Projektionssätze ohne Hinzufügen von Hochflussdaten zu verwenden.
Der verstärkte tomographische Projektionssatz wird dann nach den bekannten Techniken, beispielsweise durch gefilterte Rückprojektion bei Prozessblock 102 rekonstruiert. Auf diese Weise werden die Niedrigflussdaten mit den Hochflussdaten der Strahlenbehandlung kombiniert, um den Signal-Rausch-Abstand der rekonstruierten Daten deutlich zu verbessern.
In einer weiteren Ausführungsform können die Niedrigflussdaten auch durch andere Niedrigflussdaten ergänzt werden, welche an verschiedenen Punkten während der Aufnahme gewonnen wurden, wobei dem Ablaufmuster der Prozessblöcke 82, 90, 96, 94 und 98, wie sie auf diese Niedrigflussdaten angewendet werden, gefolgt wird. Die in 12 dargestellten Prozessblöcke umfassen im Allgemeinen ferner Standardverfahren zur tomographischen Korrektur zur Normalisierung des Detektors, Korrektur der Strahlhärtung und dgl. Die vorliegende Erfindung kann mit Teilscanverfahren verwendet werden.
Gemäß 13, wenn zusätzlich gewonnene Daten dem Strahlenbehandlungsplan hinzugefügt werden, um die in den 9 bis 11 beispielsweise dargestellten Niedrigflussdaten zu erhalten, so kann dieser Fluss in den Optimierungsprozess integriert werden, der zur Erstellung des Sinogramms 54 aufgrund eines Strahlenbehandlungsplans 101 verwendet wird, um deren Wirkung auf eine Erhöhung der Gesamtdosis zu verringern.
Wie in 13 dargestellt, umfasst ein typischer Planungsprozess für eine Strahlenbehandlung das Erstellen eines Strahlenbehandlungsplans 101 durch einen Arzt, in dem im Allgemeinen die in verschiedenen Körperregionen des Patienten abzugebende gewünschte Dosis beschrieben wird. Ein durch die bekannte Approximationstechnik oder durch andere Verfahren erzieltes anfängliches Sinogramm 54 kann dann einem Vorwärtsmodell 104 zugeführt werden, welcher die Dosis errechnet, die nach diesem Sinogramm einem Patienten verabreicht würde. Das Vorwärtsmodell kann zur Bestimmung von Schwächungskoeffizienten ein tomographisches Bild des Patienten umfassen.
Diese vom Vorwärtsmodell 104 errechnete Dosis wird mit der Dosis nach dem Strahlenbehandlungsplan 101 bei Vergleichsblock 106 verglichen und wird dazu verwendet, einen Änderungsalgorithmus 108 aufzustellen, der das Sinogramm 54 auf eine Weise verändert, die berechnet wurde, um die Entsprechung der von ihm angegebenen Dosis mit der des Strahlenbehandlungsplans 101 zu verbessern. In einer Änderung dieses aus dem Stand der Technik wohl bekannten verallgemeinerten Prozesses, kann das Sinogramm 54 beispielsweise bestimmte Lamellen aufweisen, die in ihrem offenen Zustand verriegelt sind, indem beispielsweise der Änderungsalgorithmus 108 derart programmiert wird, dass diese Lamellen nicht verändert werden können. Die verriegelten Lamellen können den Lamellen entsprechen, die offen sein müssen (nach dem in 11 dargestellten Verfahren zum Beispiel), um die Niedrigflussdaten für die tomographische Bildgebung zu erzeugen. Durch die Verriegelung dieser Lamellen und durch die iterative Anwendung des Vorwärtsmodells 104 können einige der für die Tomographie notwendigen Öffnungsvorgänge der Lamellen in den tatsächlichen Strahlenbehandlungsplan eingefügt werden oder sie können durch andere Lamellenöffnungen in späteren Abschnitten des Plans kompensiert werden, so dass die für die tomographische Bildgebung gegebenenfalls benötigte zusätzliche Dosis minimiert wird.
Beim Arbeiten mit der vorliegenden Erfindung haben die Erfinder festgestellt, dass in für Strahlenbehandlungspläne erstellten Bildern, die die Hochfluss-Strahlen nur an einer bestimmten Stelle im Körper des Patienten zentrieren, die Kombination von Niedrigflussdaten von Strahlen, die auf Stellen außerhalb des Bereichs im Patienten, der eigentlich von Interesse ist, und von Hochflussdaten, die typischerweise auf den interessierenden Bereich im Patienten gerichtet sind, eine gute Abbildung des interessierenden Bereichs ohne bedeutende Artefakte ergibt, obwohl ein tomographischer Hochfluss-Projektionssatz (mit einem gleichmäßig niedrigen Signal-Rausch-Abstand) nicht vorhanden ist.
Dadurch wird ein Verfahren zur herkömmlichen CT-Bildgebung nahegelegt, bei dem eine CT-Dosis dynamisch gesteuert wird, um die Dosis in Bereichen des Patienten, in denen die Bildqualität nicht so wichtig ist, zu reduzieren. Es wird daran erinnert, dass im Allgemeinen die Dosis in Regionen außerhalb des interessierenden Bereichs nicht völlig entfallen kann, weil eingeführte Artefakte sich bis in den interessierenden Bereich erstrecken können.
Dementsprechend kann ein CT-Gerät 200 gebaut werden, das eine herkömmliche Kilovolt-Röntgenröhre 202 mit nachgeschaltetem Lamellen-Kollimator 204 oder einer anderen Methodik zur Modulierung des Bündels aufweist, die gegebenenfalls eine niedrigere Auflösung bietet als die, die von dem eingangs beschriebenen Tomographie-Gerät verwendet wird. Nach herkömmlicher Praxis sind sowohl die Röhre 202 als auch der Kollimator 204 auf einem drehbaren Träger 206 montiert. Ein CT-Detektor 210 liegt einer Bohrung 208 des Trägers gegenüber.
Ein derartiges CT-System verwendet den Lamellen-Kollimator 204, um den Fluss in nicht so interessanten Bereichen 212 zu reduzieren, jedoch nicht zu unterbinden, und um einen höheren Fluss in eine interessierende Struktur 216 umgebende hoch interessante Bereiche 214 um zu bringen. Die genauen Bereiche 212 und 214 ändern sich mit der Winkeldrehung des Trägers 206, der von dem eine sinogrammartige Steuerungsstrategie verwendenden Kollimator 204 verfolgt wird. Schließlich werden die Niedrig- und Hochflussdaten wie in 12 dargestellt kombiniert und erzeugen so ein Bild mit einer reduzierten Dosis.
In Fällen, in denen der interessierende Bereich in der Nähe der Drehachse des Trägers 206 zentriert ist, kann der Lamellen-Kollimator durch einen fixierten Filter ersetzt werden, der das gewünschte Schwächungsmuster liefert. Ein derartiges CT-Gerät kann beispielsweise bei Pädiatriepatienten nützlich sein.
Es versteht sich, dass diese Erfindung nicht auf eine besondere Ausgestaltung eines Lamellen-Kollimators beschränkt ist, sondern dass sie in einem beliebigen Radiotherapie-System verwendet werden kann, in dem der Fluss einzelner Strahlen gesteuert werden kann und in dem ein tomographischer Projektionssatz auf diese Weise gewonnen werden kann.
Insbesondere soll die vorliegende Erfindung nicht auf die hier enthaltenen Ausführungsformen und Darstellungen beschränkt sein, sondern soll auch Varianten dieser Ausführungsformen, einschließlich einer Teilverwendung derselben sowie der Kombination von Elementen aus verschiedenen Ausführungsformen, wie sie im Rahmen der nachfolgenden Ansprüche enthalten sind, umfassen.

Claims

Gerät (10) zur kombinierten Bestrahlungstherapie und tomographischen Bildgebung umfassend: eine Strahlenquelle (24), von welcher ein aus insgesamt entlang einer Achse gerichteten Strahlen bestehendes Strahlenbündel ausgeht; einen die Strahlenquelle (24) haltenden Träger (12), mit dem der Achsenwinkel um das Behandlungsvolumen gedreht wird; einen der Strahlenquelle gegenüberliegend jenseits des Behandlungsvolumen auf dem Träger angeordneten Strahlendetektor (28) zur Aufnahme und Messung der Stärke der Strahlen, um Projektionsdaten bereitzustellen; einen Modulator zum Modulieren des durch das Behandlungsvolumen hindurch tretenden Strahlenflusses; einen elektronischen Rechner (22) mit einem ausführbaren gespeicherten Programm, um: (i) den Modulator dahingehend zu steuern, dass dieser entsprechend eines Strahlenbehandlungsplans auf den Patienten innerhalb des Behandlungsvolumens selektiert Hochfluss-Strahlen unter selektierten Achsenwinkeln richtet, wobei die selektierten Strahlen und Winkel weniger als einen vollständigen tomographischen Projektionssatz aufweisen, um über den Strahlendetektor einen unvollständigen tomographischen Hochfluss-Projektionssatz zu erfassen; (ii) auf den Patienten innerhalb des Behandlungsvolumens Niedrigfluss-Strahlen zu richten, um über den Strahlendetektor Niedrigflussdaten zu erfassen; (iii) den unvollständigen Hochfluss-Projektionssatz mit den Niedrigflussdaten zu kombinieren, um somit einen erweiterten vollständigen tomographischen Projektionssatz zu erzeugen; und (iv) ein tomographisches Bild des Patienten aufgrund des erweiterten vollständigen tomographischen Projektionssatzes zu rekonstruieren; dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlenquelle (24) eine Megavolt-Spannungsquelle ist.
Gerät zur kombinierten Bestrahlungstherapie und tomographischen Bildgebung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Niedrigflussdaten einen vollständigen tomographischen Projektionssatz aufweisen.
Gerät zur kombinierten Bestrahlungstherapie und tomographischen Bildgebung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Niedrigflussdaten einen unvollständigen tomographischen Projektionssatz aufweisen.
Gerät zur kombinierten Bestrahlungstherapie und tomographischen Bildgebung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Modulator mehrfache Lamellen (38) mit einer offenen und einer geschlossenen Position umfasst, welche den Durchtritt der Strahlen zulässt bzw. verhindert, und dass die Niedrigfluss-Strahlen dadurch entstehen, dass sie durch die Lamellen (38) durchgelassen werden.
Gerät zur kombinierten Bestrahlungstherapie und tomographischen Bildgebung nach Anspruch 4, dadurch ge kennzeichnet, dass der Modulator ein Lamellensatz (38) ist, der zwischen einem geschlossenen und einem offenen Zustand beweglich ist, um den Durchtritt der Strahlen zu verhindern bzw. zuzulassen, und dass für jede Lamelle (38) eine Zeitproportion im offenen Zustand in den Achsenwinkelintervallen entsprechend des Strahlenbehandlungsplans gesteuert wird, um den unvollständigen tomographischen Hochfluss-Projektionssatz zu erzeugen; und dass der elektronische Rechner (22) das gespeicherte Programm ausführt, um die Zeitproportion im offenen Zustand nach dem Beginn eines jeden Winkelintervalls zu positionieren und dass die Niedrigflussdaten zu Beginn eines jeden Winkelintervalls erfasst werden.
Gerät zur kombinierten Bestrahlungstherapie und tomographischen Bildgebung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Modulator mehrfache Lamellen (38) mit einer offenen und einer geschlossenen Position umfasst, welche den Durchtritt der Strahlen zulässt bzw. verhindert, und dass die Niedrigfluss-Strahlen dadurch entstehen, dass Lamellen (38) geöffnet werden, um für den Strahlenbehandlungsplan nicht benötigte Strahlen durchzulassen.
Gerät zur kombinierten Bestrahlungstherapie und tomographischen Bildgebung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Modulator ein Satz von dual betätigten Lamellen (38) ist, welche zwischen einem geschlossenen und einem offenen Zustand beweglich sind, um den Durchtritt der Strahlen zu verhindern bzw. zuzulassen, und dass für jede Lamelle (38) eine Zeitproportion im offenen Zustand in den Achsenwinkelintervallen entsprechend des Strahlenbehandlungsplans gesteuert wird, um den unvollständigen tomographischen Hochfluss-Projektionssatz zu erzeugen; und dass der elektronische Rechner (22) das gespeicherte Programm ausführt, um die Zeitproportion im offenen Zustand innerhalb eines jeden Winkelintervalls zu zentrieren und dass die Niedrigflussdaten in der Mitte eines jeden Winkelintervalls erfasst werden.
Gerät zur kombinierten Bestrahlungstherapie und tomographischen Bildgebung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Modulator einen Satz an steuerbaren Lamellen (38) zur Verfügung stellt, welche zur Modulierung von Strahlen eingesetzt werden können, und dass der elektronische Rechner (22) das gespeicherte Programm ausführt, um zur Einhaltung des Strahlenbehandlungsplans den Betätigungsablauf der Lamellen (38) zu optimieren, sofern die Lamellen (38) zur Erzeugung der Niedrigflussdaten geöffnet sind.
Gerät zur kombinierten Bestrahlungstherapie und tomographischen Bildgebung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlenquelle (24) die Strahlung gesteuert aussendet und dass die Niedrigfluss-Strahlen durch Steuerung der Strahlenquelle entstehen.
Gerät zur kombinierten Bestrahlungstherapie und tomographischen Bildgebung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der elektronische Rechner (22) weiter das gespeicherte Programm ausführt, um: den Modulator dahingehend zu steuern, dass dieser entsprechend eines Strahlenbehandlungsplans innerhalb des Behandlungsvolumens selektierte Niedrigfluss-Strahlen unter selektierten Achsenwinkeln auf den Patienten richtet, wobei die selektierten Strahlen und Winkel weniger als einen vollständigen tomographischen Projektionssatz aufweisen, um über den Strahlendetektor (28) einen unvollständigen tomographischen Niedrigfluss-Projektionssatz zu erfassen; und den verstärkten tomographischen Projektionssatz mit dem unvollständigen tomographischen Niedrigfluss-Projektionssatz zu kombinieren.
Gerät zur kombinierten Bestrahlungstherapie und tomographischen Bildgebung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der elektronische Rechner (22) ferner einsetzbar ist, um: den Modulator dahingehend zu steuern, dass dieser entsprechend eines Strahlenbehandlungsplans selektierte Hochfluss-Strahlen unter selektierten Achsenwinkeln auf das Behandlungsvolumen außerhalb des Patienten richtet, wobei die selektierten Strahlen und Winkel weniger als einen vollständigen tomographischen Projektionssatz aufweisen, um über den Strahlendetektor (28) einen normalisierenden unvollständigen tomographischen Hochfluss-Projektionssatz zu erfassen; außerhalb des Patienten durch das Behandlungsvolumen hindurch Niedrigflussstrahlen zu richten, um über den Strahlendetektor (28) normalisierende Niedrigflussdaten zu erfassen; bevor der unvollständige tomographische Hochfluss-Projektionssatz mit den Niedrigflussdaten zur Erzeugung eines verstärkten vollständigen tomographischen Projektionssatzes kombiniert wird; wobei der unvollständige tomographische Hochfluss-Projektionssatz mit der normalisierenden unvollständigen tomographischen Hochfluss-Projektion und die Niedrigflussdaten mit den normalisierenden Niedrigflussdaten normalisiert werden.
Gerät zur kombinierten Bestrahlungstherapie und tomographischen Bildgebung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Rekonstruktion über den Strahlendetektor (28) erfassten Daten nur dann erhal ten werden, wenn das Strahlenbündel nicht moduliert wird.
Gerät zur kombinierten Bestrahlungstherapie und tomographischen Bildgebung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beim Ändern des Achsenwinkels das Erfassen des unvollständigen tomographischen Hochfluss-Projektionssatzes mit dem Erfassen der Niedrigflussdaten alterniert wird.
Gerät zur kombinierten Bestrahlungstherapie und tomographischen Bildgebung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Modulator ein Satz von betätigten Lamellen (38) ist, die zwischen einem geschlossenen und einem offenen Zustand beweglich sind, um den Durchtritt der Strahlen zu verhindern bzw. zuzulassen, und dass für jede Lamelle (38) eine Zeitproportion im offenen Zustand in den Achsenwinkelintervallen entsprechend des Strahlenbehandlungsplans gesteuert wird, um den unvollständigen tomographischen Hochfluss-Projektionssatz zu erzeugen; und dass der elektronische Rechner (22) das gespeicherte Programm ausführt, um die Zeitproportion im offenen Zustand nach dem Beginn eines jeden Winkelintervalls zu positionieren und dass die Niedrigflussdaten zu Beginn eines jeden Winkelintervalls erfasst werden.
Gerät zur kombinierten Bestrahlungstherapie und tomographischen Bildgebung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der das gespeicherte Programm ausführende elektronische Rechner den Modulator dahingehend steuert, dass dieser die Lamellen (38) schließt, um Niedrigflussdaten auf den Patienten innerhalb des Behandlungsvolumens zu richten, um über den Strahlendetektor (28) Niedrigflussdaten zu erfassen.
Gerät zur kombinierten Bestrahlungstherapie und tomographischen Bildgebung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zeitproportion, in der jede Lamelle (38) im offenen Zustand ist, in den Achsenwinkelintervallen entsprechend dem Strahlenbehandlungsplan gesteuert wird, um den unvollständigen tomographischen Hochfluss-Projektionssatz zu erzeugen, und dass der elektronische Rechner (22) das gespeicherte Programm ausführt, um die Zeitproportion im offenen Zustand nach Beginn eines jeden Winkelintervalls zu positionieren und dass die Niedrigflussdaten zu Beginn eines jeden Winkelintervalls erfasst werden.
Gerät zur kombinierten Bestrahlungstherapie und tomographischen Bildgebung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Modulator einen Satz von dual betätigten Lamellen (38) zur Verfügung stellt, welche zwischen einem geschlossenen und einem offenen Zustand beweglich sind, um den Durchtritt der Strahlen zu verhindern bzw. zuzulassen, und dass für jede Lamelle (38) eine Zeitproportion im offenen Zustand in den Achsenwinkelintervallen gesteuert werden kann; dadurch gekennzeichnet, dass das Gerät ferner Mittel zur Bestimmung von Zeitfenstern umfasst, in denen die Lamellen (38) des Modulators im Wesentlichen feststehen, um über den Strahlendetektor tomographische Daten zur Rekonstruktion des Tomographiebildes des Patienten zu erfassen.