DE69706613T2

DE69706613T2 - Verfahren zum Liefern einer ungleichmässigen Strahlung

Info

Publication number: DE69706613T2
Application number: DE69706613T
Authority: DE
Inventors: Ramon Alfredo Carvalho Siochi
Original assignee: Siemens Medical Systems Inc
Current assignee: Siemens Medical Solutions USA Inc
Priority date: 1996-06-28
Filing date: 1997-06-27
Publication date: 2002-02-07
Anticipated expiration: 2017-06-28
Also published as: JPH1071214A; US5663999A; CA2208766A1; EP0817209B1; CN1174088A; DE69706613D1; EP0817209A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Liefern einer nicht-gleichförmigen Verteilung von Strahlungsintensität aus einer Strahlungsquelle an ein Feld auf einem Objekt.
Strahlungsemittierende Vorrichtungen sind allgemein bekannt und werden zum Beispiel als Bestrahlungstherapievorrichtung für die Behandlung von Patienten verwendet. Eine Bestrahlungstherapievorrichtung weist gewöhnlich ein Gestell auf das um eine horizontale Drehachse im Verlauf einer therapeutischen Behandlung geschwenkt werden kann. Ein Linearbeschleuniger ist in dem Gestell zum Erzeugen eines Hochenergie-Strahlungsstrahls für eine Therapie befindlich. Dieser Hochenergie-Strahlungsstrahl kann eine Elektronenstrahlung oder eine Photonen(Röntgen)strahlung sein. Während einer Behandlung wird dieser Strahlungsstrahl auf eine Zone eines Patienten, der in dem Isozentrum der Gestelldrehung liegt, gerichtet.
Zur Steuerung der Strahlung, die in Richtung eines Objektes emittiert wird, wird gewöhnlich eine Strahlabschirmungsvorrichtung wie eine Plattenanordnung und/oder ein Kollimator in der Trajektorie des Strahlungsstrahls zwischen der Strahlungsquelle und dem Objekt vorgesehen. Ein Beispiel einer Plattenanordnung ist ein Satz von vier Platten, die zum Definieren einer Öffnung für den Strahlungsstrahl benutzt werden können. Die Strahlabschirmungsvorrichtung definiert ein Feld auf dem Objekt, an das eine vorgeschriebene Strahlungsmenge zu liefern ist. Ein Kollimator ist eine Strahlabschirmungsvorrichtung, die mehrere Lamellen (z. B. 50 Lamellen) enthalten kann. Diese Lamellen werden zum akkuraten Richten des Strahlungsstrahls in Richtung des mit Strahlung zu behandelnden Bereiches positioniert. Während diese Lamellen eine akkurate Ausrichtung liefern, ermöglichen sie auch eine kleine Menge an unerwünschter Leckstrahlung. Diese Leckage tritt zwischen den Lamellen auf.
Das Liefern einer Strahlung durch eine Bestrahlungsbehandlungsvorrichtung wird durch einen Onkologen vorgeschrieben und genehmigt. Der tatsächliche Betrieb der Bestrahlungsausrüstung wird jedoch normalerweise durch einen Therapeuten ausgeführt. Wenn der Therapeut die tatsächliche Lieferung der Bestrahlungsbehandlung, wie sie durch den Onkologen vorgeschrieben wurde, überwacht, wird die Strahlungsemissionsvorrichtung zum Liefern dieser spezifischen Behandlung programmiert. Wenn die Behandlung programmiert wird, hat der Therapeut die tatsächliche Strahlungsausgabe in Betracht zu ziehen und die Dosislieferung basierend auf der Plattenanordnungsöffnung einzustellen, um die vorgeschriebene Bestrahlungsbehandlung in der Zieltiefe in dem Objekt zu erzielen. Diese Einstellung kann entsprechend bekannter Berechnungen ausgeführt werden, aber der Therapeut hat diese manuell auszuführen, was zu Fehlern führen kann. Im Kontext der Bestrahlungsbehandlung kann eine Fehlberechnung entweder zu einer Dosis führen, die zu niedrig und ineffektiv ist, oder die zu hoch und gefährlich ist. Ein großer Fehler (z. B. eine falsch plazierte Zehnerstelle) kann tödlich sein.
Die US 5 216 255 offenbart ein Verfahren zum Liefern einer Strahlungsausgabe an ein Feld mit einer gleichförmigen Intensitätsverteilung durch Teilen des Feldes in mehrere Abschnitte.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum effizienten und genauen Liefern einer Bestrahlungsbehandlung an ein Feld, das eine nicht-gleichförmige Bestrahlungsintensitätsverteilung aufweist, anzugeben.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1.
Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Ausführungsformen der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, von denen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Bestrahlungsbehandlungsvorrichtung, die eine Behandlungskonsole enthält, die entsprechend der vorliegenden Erfindung konstruiert ist, zeigt;
Fig. 2 eine Blockdarstellung ist, die Abschnitte einer Bestrahlungsbehandlungsvorrichtung und Abschnitte einer Behandlungseinheit in größerem Detail illustriert;
Fig. 3 eine dreidimensionale Illustration eines mit Strahlung zu behandelnden Feldes ist;
Fig. 4 eine andere dreidimensionale Darstellung eines mit Strahlung zu behandelnden Feldes ist;
Fig. 5 eine Prozeßablaufdarstellung für die vorliegende Erfindung illustriert;
Fig. 6 eine Prozeßablaufdarstellung für eine Abschnittsoptimierung illustriert; und
Fig. 7A-C Matrizen, die für den Abschnittsoptimierungsprozeß verwendet werden, zeigen.
Die Erfindung wird unten mit primärem Bezug auf ein System zum Liefern einer Röntgenstrahlung an ein Feld auf einem Patienten und zum Begrenzen des Feldes unter Verwendung von mindestens einer bewegbaren Platte oder Klaue in dem Strahlweg von einer Strahlungsquelle beschrieben. Die Erfindung kann verwendet werden zum Steuern der Lieferung von irgendeinem Energietyp, zum Beispiel Elektronen (anstelle von Röntgenstrahlen), an irgendeinen Typ von Objekt (nicht bloß einen menschlichen Patienten), vorausgesetzt, daß die an das Feld gelieferte Energiemenge erfaßt oder abgeschätzt werden kann.
Fig. 1 zeigt eine Bestrahlungsbehandlungsvorrichtung 2 mit gewöhnlichem Design, bei der Platten 4, eine Steuereinheit in einem Gehäuse 9 und eine Behandlungseinheit 100 verwendet werden. Die Bestrahlungsbehandlungsvorrichtung 2 weist ein Gestell 6, das um eine horizontale Drehachse 8 im Verlauf einer therapeutischen Behandlung geschwenkt werden kann, auf. Platten 4 sind an einem Vorsprung (z. B. einem Zubehörhalter) des Gestells 6 befestigt. Zur Erzeugung der Hochleistungsstrahlung, die für die Therapie benötigt wird, ist ein Linearbeschleuniger in dem Gestell 6 befindlich. Die Achse des Strahlungsstrahles, der von dem Linearbeschleuniger und dem Gestell 6 emittiert wird, ist mit 10 bezeichnet. Elektronen, Photonen, oder irgendeine andere detektierbare Strahlung können für die Therapie verwendet werden. Während der Behandlung wird der Strahlungsstrahl auf eine Zone 12 auf einem Objekt 13 (z. B., ein Patient, der zu behandeln ist und der in dem Isozentrum der Gestelldrehung liegt) gerichtet. Die Drehachse 8 des Gestells 6, die Drehachse 14 des Bereiches auf dem zu behandelnden Objekt, und die Strahlachse 10 schneiden sich bevorzugterweise alle in dem Isozentrum.
Der Bereich des Patienten, der bestrahlt wird, ist als das Feld bekannt. Die Strahlungsmenge, die zum Behandeln eines Feldes verwendet wird, wird in Überwachungseinheiten (monitor units = mu) spezifiziert. Die Platten 4 sind im wesentlichen für die emittierte Strahlung undurchlässig. Sie sind zwischen der Strahlungsquelle und dem Patienten montiert, um den Strahlungsstrahl auf ungefähr die Form des Feldes zu begrenzen. Bereiche des Körpers (z. B. gesundes Gewebe) werden daher so wenig wie möglich Strahlung ausgesetzt, und bevorzugterweise überhaupt keiner. Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann das Gestell derart gedreht werden, daß es unterschiedliche Strahlwinkel und Strahlungsverteilungen erlaubt, ohne daß der Patient bewegt wird. Dieses Merkmal ist entsprechend der Erfindung notwendig. Die Erfindung kann auch mit konstanten Bestrahlungslieferungsraten und mit Strahlen mit fixiertem Winkel (nicht drehbares Gestell) verwendet werden.
Die Bestrahlungsbehandlungsvorrichtung 2 enthält außerdem eine zentrale Behandlungsbearbeitungs- oder Steuereinheit 100, die gewöhnlich von der Bestrahlungsbehandlungsvorrichtung 2 entfernt befindlich ist. Die Bestrahlungsbehandlungsvorrichtung 2 ist normalerweise in einem anderen Raum befindlich, um den Therapeuten vor der Strahlung zu schützen. Die Behandlungseinheit 100 enthält Ausgabevorrichtungen wie mindestens eine visuelle Anzeigeeinheit oder einen Monitor 70, und eine Eingabevorrichtung wie eine Tastatur 19. Daten können auch durch Datenträger wie Datenspeichervorrichtungen oder ein Verifikations- und Aufzeichnungs- oder automatisches Einrichtsystem 102, das unten beschrieben wird, eingegeben werden. Die Behandlungsbearbeitungseinheit 100 wird typischerweise durch den Therapeuten betrieben, der die tatsächliche Lieferung der Bestrahlungsbehandlung, wie sie durch einen Onkologen vorgeschrieben wurde, überwacht. Durch Verwenden der Tastatur 19 oder einer anderen Eingabevorrichtung gibt der Therapeut in eine Steuereinheit 76 der Behandlungseinheit 100 die Daten ein, die die an den Patienten zu liefernde Strahlung definieren (z. B. entsprechend der Verschreibung des Onkologen). Das Programm kann auch durch eine andere Eingabevorrichtung wie eine Datenspeichervorrichtung, durch Datenübertragung, oder unter Verwendung des automatischen Einrichtsystems 102 eingegeben werden. Verschiedene Daten können vor, während und nach der Behandlung auf dem Schirm des Monitors 70 angezeigt werden.
Fig. 2 zeigt Abschnitte einer Bestrahlungsbehandlungsvorrichtung 2 und Abschnitte der Behandlungseinheit 100 in größerem Detail. Ein Bestrahlungsstrahl 1 wird in einem Beschleuniger 20 erzeugt. Der Beschleuniger 20 weist eine Kanone 21, einen Wellenleiter 22 und einen evakuierten Einhüllungs- oder Führungsmagneten 23 auf. Ein Triggersystem 3 erzeugt Injektortriggersignale und liefert sie an einen Injektor 5. Basierend auf diesen Injektortriggersignalen erzeugt der Injektor 5 Injektorpulse, die an die Kanone 21 in dem Beschleuniger 20 zum Erzeugen des Röntgenstrahls 1 geliefert werden. Die Elektronen, die zum Erzeugen des Röntgenstrahls 1 verwendet werden, werden durch den Wellenleiter 22 beschleunigt und geführt. Zu diesem Zweck ist eine Hochfrequenzquelle vorgesehen, die Hochfrequenzsignale für die Erzeugung eines elektromagnetischen Feldes liefert, das an den Wellenleiter 22 geliefert wird. Die Elektronen, die durch den Injektor 5 injiziert und durch die Kanone 21 emittiert werden, werden durch dieses elektromagnetische Feld in dem Wellenleiter 22 beschleunigt und treten an dem der Kanone 21 entgegengesetzten Ende als die Elektronen, die den Röntgenstrahl 1 produzieren werden, aus. Diese Elektronen treten dann in einen Führungsmagneten 23 ein und werden von dort durch ein Fenster 7 entlang der Achse 10 geführt. Nach dem Durchtritt durch ein Ziel 15 erzeugen die Elektronen den Röntgenstrahl 1, und dieser Strahl 1 geht durch einen Durchgang 51 eines Abschirmungsblocks 50 und trifft auf ein Glättungsfilter 17.
Als nächstes wird er durch eine Meßkammer 60 gesandt, in der die Strahlungsdosis festgestellt wird. Letztendlich ist eine Aperturplattenanordnung 4 in dem Weg des Strahlungsstrahls 1 vorgesehen. Die Aperturplattenanordnung 4 enthält ein Paar von Klauen 41 und 42. Wie oben beschrieben wurde, ist dieses lediglich ein Beispiel einer Strahlabschirmungsvorrichtung, die in der Erfindung verwendet werden kann. Die Erfindung wird mit anderen ebenfalls arbeiten, solange es eine Aperturplattenanordnung gibt, die die Form eines bestrahlten Feldes definiert.
Die Plattenanordnung 4 weist ein Paar von Aperturklauen 41 und 42 und ein zusätzliches Paar von Aperturklauen (nicht gezeigt), die senkrecht zu den Klauen 41 und 42 angeordnet sind, auf. Um die Größe des Feldes, das zu bestrahlen ist, zu treffen, kann jede der Aperturklauen bezüglich der Achse 10 durch eine Antriebseinheit 43 bewegt werden, die in Fig. 2 gezeigt ist. Die Antriebseinheit 43 weist einen elektrischen Motor auf, der mit den Klauen 41 und 42 gekoppelt ist und der durch eine Motorsteuerung 40 gesteuert wird. Positionssensoren 44 und 45 sind außerdem mit den Klauen 41 bzw. 42 zum Erfassen ihrer Positionen gekoppelt. Dieses ist lediglich ein Beispiel eines solchen Systems. Die Erfindung wird auch mit anderen Systemen arbeiten, solange es eine Strahlabschirmungsanordnung gibt, die die Form eines bestrahlten Feldes definiert, und solange Sensoren vorgesehen sind, um die Feldgröße anzuzeigen. Zum Beispiel können die Platten durch einen Mehrlamellenkollimator, der viele (z. B. 60) strahlungsblockierende Lamellen enthält, ersetzt werden. Bei der bevorzugten Ausführungsform wird ein Kollimator für die Strahlabschirmungsanordnung verwendet.
Die Motorsteuerung 40 ist mit einer Dosissteuereinheit 61 verbunden, die eine Dosimetriesteuerung enthält und die mit einer zentralen Prozessoreinheit 18 zum Liefern von Einstellwerten für den Strahlungsstrahl zum Erzielen von gegebenen Isodosis-Kurven verbunden ist. Die Ausgabe des Strahlungsstrahls wird gemessen durch eine Meßkammer 60. Als Reaktion auf die Abweichung zwischen den eingestellten Werten und den tatsächlichen Werten liefert die Dosissteuereinheit 61 Signale an das Triggersystem 3, das die Pulswiederholfrequenz so ändert, daß die Abweichung zwischen den eingestellten Werten und den tatsächlichen Werten der Strahlungsstrahlausgabe minimiert wird.
Bei einer solchen Bestrahlungsbehandlungsvorrichtung ist das Ziel des Behandelns von einem möglichst großen Anteil des Feldes ohne das Bestrahlen von gesundem Gewebe vorherrschend. Fig. 3 ist eine dreidimensionale Illustration eines mit Strahlung zu behandelnden Feldes. Eine dreidimensionale Intensitätskarte 200 repräsentiert ein mögliches Feld auf einem Patienten. Die vorliegende Erfindung teilt die Intensitätskarte 200 in mehrer Intensitätsabschnitte. Jeder dieser Abschnitte wird dann individuell mit Strahlung behandelt. Zum effektiven Behandeln der Intensitätskarte 200 sind mehr, kleinere Abschnitte nahe der konturierten Bereiche der Intensitätskarte 200 befindlich. Zum Beispiel kann ein großer Abschnitt (oder ein Rechteck in diesem Fall) 210 als ein Basisabschnitt zum Abdecken eines großen Mittelabschnittes verwendet werden. Die Bereiche, die den großen Abschnitt 210 umgeben, werden dann in kleinere Abschnitte variabler Größen aufgeteilt. Ein Softwareprogramm kann zum Teilen des Feldes in einen Satz von Abschnitten, die mit der Strahlung effektiv behandelt werden können, verwendet werden. Zum Beispiel kann die Bewegung der Platten berücksichtigt werden, wenn die Intensitätskarte 200 in Abschnitte unterteilt wird. Die Abschnitte können der Strahlung effizienter ausgesetzt werden, falls eine Plattendrehung (oder eine verfügbare Plattenbewegung) berücksichtigt wird. Die dreidimensionalen Aspekte der Intensitätskarte können ebenfalls berücksichtigt werden. Derart optimiert das Softwareprogramme die Größe und die Plazierung jedes der Abschnitte zusammen mit der Reihenfolge, in der die Abschnitte mit Strahlung behandelt werden.
Bei einer Ausführungsform kann die Intensitätskarte, die in Fig. 3 gezeigt ist, durch Zerschneiden der Karte in eine gleiche Anzahl von Überwachungseinheiten unterteilt werden. Diese statischen Abschnitte können dann derart neu geformt und kombiniert werden, daß die Summe der Monitoreinheiten sich nicht ändert, und es ergibt sich eine effiziente Behandlung. In dieser Situation kann eine Matrix zur Unterstützung beim Unterteilen des Feldes in Abschnitte verwendet werden. Anstelle des Teilens und Optimierens kann die einfache Intensitätskarte in Fig. 3 ebenfalls effektiv als ein vollständiger Bereich mit einem Mehrlamellenkollimator behandelt werden. Dieses Unterteilen und Optimieren erlaubt eine Behandlung der Intensitätskarte 200 mit entweder (1) Platten oder (2) einer Kombination aus Platten und einem Mehrlamellenkollimator.
Fig. 4 ist eine andere dreidimensionale Illustration eines mit Strahlung zu behandelnden Feldes. Die Zahlen in Tabelle 1 sind Intensitäten an Orten im Raum (innerhalb eines zu behandelnden Feldes), die in dem x- und y-Koordinatensystem identifiziert sind. Rechteckige Blöcke 220-230 werden zum Repräsentieren der unterschiedlichen Intensitäten an diesen Orten im Raum verwendet. Durch Plazieren dieser separaten rechteckigen Abschnitte 220-230 in einem Diagramm erhalten wir eine säulenartige Struktur in Fig. 4. Die Höhe von jedem der rechteckigen Abschnitte 220-230 ist gleich zu der entsprechenden Abschnittsintensität. In ähnlicher Weise repräsentieren die Positionen der rechteckigen Abschnitte 220-230 den entsprechenden Ort innerhalb des Feldes.
Tabelle 1 ist eine Matrix, die die Abschnitte in einem mit Strahlung zu behandelnden Feld identifiziert. Alle Zahlen in den nachfolgenden Tabellen sind Überwachungseinheiten (mu). Die Vier (4) in der Ecke links oben in der Matrix (siehe Tabelle 1) repräsentiert den Abschnitt 222 in Fig. 4. In ähnlicher Weise repräsentiert die Zehn (10) in der Ecke unten rechts der Matrix den Abschnitt 230 in Fig. 4. Darum repräsentiert jede Zahl in der Matrix der Tabelle 1 einen der Abschnitte 220-230. TABELLE 1
Tabelle 1 wird durch das Softwareprogramm zur Vorbereitung der Behandlung verwendet. Bei diesem Beispiel wird die Matrix in Tabelle 1 anfänglich in zwei separate Matrizen aufgebrochen. Die erste Matrix ist der Abschnitt, der in Tabelle 2 gezeigt ist. Dieses ist der größtmögliche Abschnitt, der aus der Matrix in Tabelle 1 erhalten werden kann. TABELLE 2
Die zweite Matrix ist in Tabelle 3 gezeigt. TABELLE 3
Wenn die Matrizen in den Tabellen 2 und 3 addiert werden, resultiert die Matrix in Tabelle 1. Die Matrix in Tabelle 3 wird dann in die sieben Matrizen heruntergebrochen, die in den Tabellen 4 bis 10 gezeigt sind. Diese Matrizen enthalten nur 1-er und 0-er. TABELLE 4 TABELLE 5 TABELLE 6 TABELLE 7 TABELLE 8 TABELLE 9 TABELLE 10
Nachdem die Matrizen heruntergebrochen worden sind, wie es oben gezeigt ist, bewegt das Softwareprogramm einige der 1-er so herum, daß einige der Matrizen kombiniert werden können. Zum Beispiel können, falls die 1 in der oberen Zeile der Matrix in Tabelle 6 zu einer anderen Matrix bewegt wird, dann die Matrizen in den Tabellen 6 und 7 in die Matrix, die in Tabelle 11 gezeigt ist, kombiniert werden. TABELLE 11
Darum können die 1-er herumbewegt und die Matrizen kombiniert werden, um eine effizientere Behandlung zu liefern. Bei der bevorzugten Ausführungsform erzeugt das Softwareprogramm einen Satz von statischen Abschnitten mit einer minimalen Anzahl von Matrizen. Die Matrizen werden dann in eine spezifische Reihenfolge organisiert. Diese spezifische Reihenfolge berücksichtigt die Bewegung der Platten (oder Lamellen).
Fig. 5 illustriert eine Prozeßablaufdarstellung für die vorliegende Erfindung. In Schritt 240 beginnt das Softwareprogramm. Die Parameter des zu bestrahlenden Feldes werden in Schritt 242 eingegeben. Dann wird das Feld in Intensitätsabschnitte in Schritt 243 geteilt. Wie oben erwähnt wurde, werden komplexe Berechnungen zum effizienten Teilen des Feldes in Abschnitte ausgeführt. Nun wird das Feld für die Strahlungsbehandlung vorbereitet. Die Platten werden über dem ersten Abschnitt in Schritt 244 positioniert, und der erste Abschnitt wird dann in Schritt 246 mit Strahlung behandelt. Das Softwareprogramm überprüft dann in Schritt 248, ob alle Abschnitte behandelt worden sind. Falls nicht alle Abschnitte behandelt worden sind, kehrt das Programm zu Schritt 244 zurück. Die Platten werden dann über dem nächsten Abschnitt positioniert, und dieser Abschnitt wird in Schritt 246 mit Strahlung behandelt. Dieses wird wiederholt, bis alle Abschnitte bestrahlt worden sind. Das Softwareprogramm endet in Schritt 250.
Fig. 6 illustriert eine Prozeßablaufdarstellung für die Abschnittsoptimierung. Fig. 6 liefert mehr Details, die sich auf dem Optimierungsbetrieb beziehen. In Schritt 260 bestimmt das Softwareprogramm die minimale Strahlungsstrahlintensität, die Gestalt des zu bestrahlenden Feldes, und die Lamellenpositionen in dem Mehrlamellenkollimator. Die minimale Strahlungsstrahlintensität wird einen zu bestrahlenden Abschnitt definieren (z. B., siehe die Matrix in Tabelle 2). Die Lamellenpositionen für die minimale Intensität werden zum Definieren der Abschnittsgestalt benötigt. In Schritt 262 wird die Intensitätskarte als Matrizen behandelt. Die gleichförmig ausgefüllte minimale Intensitätsmatrix (z. B., siehe die Matrix in Tabelle 2) wird von der anfänglichen Intensitätskarte abgezogen. Dieses liefert eine Variationsmatrix (z. B., siehe die Matrix in Tabelle 3). In Schritt 264 wird die Variationsmatrix horizontal in Matrizen mit gleichen Überwachungseinheiten geschnitten (z. B., siehe die Matrizen in den Tabellen 4-10). Die Variationsmatrix hat keine durchgehend gleichförmige Anzahl von Überwachungseinheiten. Diese Variation innerhalb der Matrix ist als Modulation bekannt. Wenn eine Intensitätskarte eine niedrige Modulation hat, ändert sich die Gestalt des Feldes wenig mit ansteigender Intensität. Zum Beispiel, (1), wenn eine hohe Modulation vorhanden ist, könnte eine Überwachungseinheit verwendet werden, (2) wenn eine moderate Modulation vorhanden ist, können 3 Überwachungseinheiten verwendet werden, und (3) wenn eine niedrige Modulation vorhanden ist, können 5 Überwachungseinheiten verwendet werden.
In Schritt 266 wird jede der Matrizen, die aus dem Schneiden resultiert, in eine binäre Darstellung gewandelt. Diese binäre Darstellung enthält eine 1 für das Vorhandensein von Strahlung und eine 0 für die Abwesenheit von Strahlung. In Schritt 268 wird die Anzahl der unterschiedlichen Platten- oder Lamellenpositionen, die zum Behandeln der ursprünglichen binären Matrizen benötigt werden, berechnet. Für diese Berechnung werden mehrere gemeinsam geformte Felder als nur ein Feld behandelt. In Schritt 270 überprüft das Softwareprogramm, ob das theoretische Minimum für die anfängliche Zählung von Platten/Lamellen-Positionen bestimmt worden ist. Falls nicht, wird das theoretische Minimum in Schritt 272 bestimmt. Falls es bestimmt worden ist, bewegt sich das Softwareprogramm zu Schritt 274. In Schritt 274 wird ein Vergleich zwischen der in Schritt 268 berechneten Zahl und der in Schritt 272 bestimmten Zahl gemacht. Falls die Anzahl der unterschiedlichen Platten/Lamellen-Positionen größer als das theoretische Minimum ist und die Anzahl der unterschiedlichen Platten/Lamellen-Positionen während der letzten 10 Iterationen abgenommen hat, dann bewegt sich das Programm zu Schritt 276. Falls die Anzahl der unterschiedlichen Platten/Lamellen-Positionen gleich zu dem theoretischen Minimum ist, dann bewegt sich das Programm zu Schritt 278. Zusätzlich, falls sich die Anzahl der unterschiedlichen Platten/Lamellen-Positionen während der letzten 10 Iterationen nicht vermindert hat, dann bewegt sich das Programm zu Schritt 278.
In Schritt 276 werden die Permutationen der 1-er und 0-er in den Matrizen erzeugt. Diese Permutationen werden entsprechend eines Schemas ausgeführt, das durch die Optimierungsroutine des Softwareprogramms gewählt wird. Ein Beispiel einer Optimierungsroutine ist simuliertes Glühen (Simulated Annealing). Simuliertes Glühen ist eine bekannte Optimierungsroutine, die in "Numerical Recipes in C" von Press, Teukolsky, Vetterling und Flannery, 1992, Cambridge University Press, Seiten 444-451 beschrieben ist. Simuliertes Glühen kann einen längeren Zeitraum benötigen (wenn es mit anderen Optimierungsroutinen verglichen wird), aber die Ergebnisse sind die optimale Konfiguration der Matrizen.
Zusätzlich zu simuliertem Glühen kann ein Ansatz, der die Intensitätskartenschnitte in Betriffen von Platten/Kollimator-Drehungen, "Inseln", Schnitten derselben Gestalt und/oder Intensitätsminima charakterisiert, verwendet werden. Platten/Kollimator-Derhungen berücksichtigen die Drehpositionen des Gestells. Eine "Insel" ist eine isolierte Gestalt in einer binären Matrix (d. h., ein Satz von 1-ern ohne irgendwelche 0-er, die entlang einer Richtung der Lamellenbewegung eingemischt sind). Zum Beispiel wird in Fig. 7A die Matrix 288 in die Matrizen 294 und 296 so aufgebrochen, daß nur eine "Insel" in jeder der Matrizen 294 und 296 enthalten ist. Schnitte derselben Gestalt werden erzeugt, wenn 1-er und 0-er derart neu verteilt werden, daß die Matrizen identisch werden und kombiniert werden können (wie es in Tabelle 11 gezeigt ist). Intensitätsminima sind die kleinste Anzahl von Überwachungseinheiten in einer Variationsmatrix. Zum Beispiel sind in Fig. 7A die 1-er in den Ecken oben links und unten rechts der Matrix 284 Intensitätsminima. Bei diesem Ansatz werden, nachdem die Intensitätskartenschnitte (oder die ursprünglichen Matrizen) charakterisiert sind, die Intensitätsminima herumbewegt (z. B. zur Matrix 296 in Fig. 7A), bis Inseln mit gemeinsamer Gestalt gefunden sind. Dann wird der nächsthöhere Satz von Intensitäten herumbewegt, und der Prozeß wiederholt sich, bis die maximale Anzahl von Inseln mit gemeinsamer Gestalt gefunden ist. Während dieser Ansatz eine andere Konfiguration von Matrizen schnell erzeugt, könnten diese resultierenden Matrizen nicht die optimale Konfiguration der Matrizen sein.
Nach Schritt 276 kehrt das Softwareprogramm zu Schritt 268 zurück, der die Anzahl der Plattenpositionen, die für die momentane Konfiguration der Matrizen benötigt wird, zählt. Das Softwareprogramm geht dann zu Schritt 270, etc. In Schritt 278 werden die Platten/Lamellen-Positionen für jeden Abschnitt und die Abfolge der Mehr-Abschnitts- Behandlung bestimmt. Diese Bestimmung wird zum Minimieren der Platten/Lamellen- Bewegung gemacht.
Die Fig. 7A-C zeigen Matrizen, die für den Abschnittsoptimierungsprozeß verwendet werden. Sich zuerst der Fig. 7A zuwendend, die Matrix 280 ist eine Matrix, die das mit Strahlung zu behandelnde Feld repräsentiert. Bei diesem Beispiel des Abschnittsoptimierungsprozesses wird die Matrix 280 ursprünglich in zwei separate Matrizen 282 und 284 aufgebrochen. Die Minimalintensitätsmatrix 282 ist die größtmögliche würfelartige Matrix. Die Variationsmatrix 284 ist die zweite Matrix, die die Werte enthält, die übriggeblieben sind, nachdem die Matrix 282 aus der Matrix 280 entfernt worden ist. Die Matrix 284 wird dann in drei Matrizen 288, 290 und 292 heruntergebrochen. Diese Matrizen 288, 290 und 292 enthalten nur 1-er und 0-er. Um den Vereinfachungsprozeß zu beginnen, wird die Matrix 288 in die Matrizen 294 und 296 heruntergebrochen.
In Fig. 7B werden die Matrizen 292 und 296 zum Erzeugen der Matrix 300 kombiniert, und die Matrix 288 wird durch die Matrix 294 ersetzt. Die Matrix 284 gleicht nun der Summe der Matrizen 294, 290 und 300. In Fig. 7C wird das Bit oben links in der Matrix 294 (siehe Fig. 7B) zu der Position oben links in der Matrix 300 (siehe Fig. 7B) bewegt, um die Matrizen 302 und 304 zu erzeugen. Nun gleicht die Matrix 284 der Summe der Matrizen 302, 290 und 304. Die Matrizen 302 und 290 werden dann zum Erzeugen der Matrix 306 kombiniert. Die Matrix 284 ist nun in nur zwei Matrizen 306 und 304 heruntergebrochen. Insgesamt kann die ursprüngliche Matrix 280 in die drei Matrizen 282, 306 und 304 heruntergebrochen werden. Jede dieser drei Matrizen 282, 306 und 304 repräsentiert einen Abschnitt des Feldes. Darum wird das Feld bei diesem Beispiel in drei separate Abschnitte unterteilt.
Bei der bevorzugten Ausführungsform werden die Plattenposition, die Bestrahlungsdosisrate und die Bestrahlungszeit zum Behandeln von jedem der Abschnitte mit Strahlung verwendet. Die Platten werden über dem jeweiligen Abschnitt während der Behandlung des jeweiligen Abschnittes positioniert. Ein Mehrlamellenkollimator kann ebenfalls anstelle oder zusätzlich zu den Platten verwendet werden. Falls ein Mehrlamellenkollimator verwendet wird, können schwierig geformte Matrizen leicht mit dem Strahlungsstrahl abgedeckt werden. Zehn 1 cm breite Lamellen könnten in dem Mehrlamellenkollimator verwendet werden. Unglücklicherweise haben Mehrlamellenkollimatoren normalerweise eine gewisse Strahlungsleckage, die zwischen den Lamellen auftritt. Falls die Platten verwendet werden, wird diese Strahlungsleckage vermieden. Darum ist es vorteilhaft, so viel wie möglich die Platten ohne die Lamellen zu benutzen. Gewisse Abschnittsanordnungen erlauben einen extensiven Gebrauch der Platten mit einer minimalen Verwendung der Kollimatorlamellen. Dieses tritt auf, wenn die meisten Abschnitte rechteckig in der Gestalt sind. Zusätzlich ist die Strahlungsleckage größer, wenn sich die Lamellen während der Behandlung bewegen. Bei der vorliegenden Erfindung bewegen sich die Lamellen nicht, da sie kleine statische Abschnitte des Feldes behandeln. Eine komplette Abdeckung des Feldes kann auch ohne Änderung der Gestellposition während der Behandlung eines Abschnittes stattfinden. Die stationären Lamellen und das stationäre Gestell (1) eliminieren die Notwendigkeit für eine dynamische Steuerelektronik aufgrund der erhöhten Zuverlässigkeit der Behandlungslieferung und (2) erlauben, daß nicht-koplanar in der Intensität modulierte Felder an das zu behandelnde Feld geliefert werden. Diese nicht- koplanar in der Intensität modulierten Felder müssen nicht in derselben Ebene liegen, und sie sind durch eine variierende Menge von Überwachungseinheiten über die Bestrahlungsfläche gekennzeichnet. Indem diesen Feldern erlaubt wird, daß sie nicht-koplanar sind, und indem erlaubt wird, daß die Intensitäten über das Feld variieren, wird gesundes Gewebe weniger Strahlung empfangen und empfindliche Organe können ausgelassen werden.
Die an ein Objekt gelieferte Strahlung kann in primäre und gestreute Komponenten analysiert werden. Die primäre Strahlung besteht aus den anfänglichen oder ursprünglichen Photonen, die von der Strahlungsquelle emittiert werden, und die gestreute Strahlung ist das Ergebnis der Photonen, die durch die Plattenanordnung selbst gestreut werden. Die Strahlungsausgabe des Strahls in den freien Raum steigt aufgrund der erhöhten Platten/Kollimator-Streuung an, die zu dem primären Strahl hinzugefügt wird. In anderen Worten, ein Punkt in dem Feld wird nicht nur der direkten Strahlung (die die primäre Komponente ist), sondern auch der Strahlung, die von der Plattenanordnung gestreut wird, ausgesetzt. Kleinere Felder haben weniger Strahlungsstreuung. Darum wird, wenn mehrere Abschnitte zur Behandlung eines Feldes mit Strahlung benutzt werden, die Streuung stark reduziert.

Claims

1. Verfahren zum Liefern einer nicht-gleichförmigen Verteilung von Strahlungsintensität von einer Strahlungsquelle an ein Feld (200) auf einem Objekt (13), wobei das Verfahren die Schritte des Teilens des Feldes (200) in mehrere Abschnitte (222-230), wobei jeder Abschnitt einen gewünschten Gesamtstrahlungsintensitätswert aufweist,

Definierens von mehreren Dosierungsprofilen, wobei jedes Profil einen zugeordneten Strahlungsintensitätswert zu einem jeweiligen Abschnitt derart zuordnet, daß der gewünschte Gesamtstrahlungsintensitätswert jedes Abschnitts im wesentlichen gleich der Summe der Strahlungsintensitätswerte ist, die diesem über alle Dosierungsprofile zugeordnet sind, und

Behandelns des Objektes mit Strahlung entsprechend jedes Dosierungsprofils, aufweist, wobei der Behandlungsschritt die Unterschritte des Definierens einer Öffnung zwischen der Strahlungsquelle und dem Objekt, wobei die Öffnung zum ungefähren Begrenzen eines Strahlungsstrahls für das Dosierungsprofil in der Lage ist, und

Erzeugens eines Strahlungsstrahls von der Strahlungsquelle zu dem Objekt, wobei der Strahl das Objekt entsprechend des Dosierungsprofils bestrahlt, aufweist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem jedes Dosierungsprofil einen Satz von zu bestrahlenden Abschnitten definiert, wobei allen Abschnitten, die nicht in dem Satz sind, vernachlässigbare zugeordnete Strahlungsintensitätswerte zugeordnet sind.

3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem jedes Dosierungsprofil allen Abschnitten seines definierten Satzes denselben Strahlungsintensitätswert zuordnet.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, das weiter den Schritt des Definierens einer Strahlungsdosis in dem Isozentrum von jedem der Abschnitte aufweist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Öffnung durch mindestens eine Platte definiert wird, wobei die Platte zum Blockieren von Strahlung von der Strahlungsquelle in der Lage ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die mehreren Abschnitte statische Abschnitte sind.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, das weiter den Schritt des Verwendens einer ersten Matrix (280) zum Repräsentieren der Teilung des Feldes in mehrere Abschnitte mit getrennten gewünschten Gesamtbestrahlungsintensitätswerten, und den Schritt des Verwendens von zusätzlichen Matrizen (282-306) zum Repräsentieren der Strahlungsintensitätswerte, die durch mehrere Dosierungsprofile zugeordnet worden sind, aufweist.

8. Verfahren nach Anspruch 7, das weiter den Schritt des Organisierens der zusätzlichen Matrizen (282, 304, 306) in einer spezifischen Reihenfolge aufweist.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem die Öffnung durch einen Mehrlamellenkollimator definiert wird, wobei der Mehrlamellenkollimator zum Blockieren von Strahlung aus dem Strahlungszentrum in der Lage ist.

10. Verfahren nach den Ansprüchen 1-9, bei dem eine Optimierungsroutine zum Definieren eines Dosierungsprofils verwendet wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7-10, bei dem eine Optimierungsroutine zum Definieren einer Matrixreihenfolge verwendet wird.

12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, bei dem ein Optimierungskriterium das Minimieren der Anzahl der Dosierungsprofile ist.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, bei dem ein Optimierungskriterium das Finden von Sätzen von Dosierungsprofilen ist, für die die Abschnitte mit substantieller Strahlung mit einer minimalen Anzahl von Rechtecken abgedeckt werden kann, die keine Abschnitte mit vernachlässigbarer Strahlung enthalten.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10-13, bei dem ein Optimierungskriterium das Minimieren der einzustellenden Änderungen, die zwischen aufeinanderfolgenden Dosierungsprofilen benötigt werden, ist.