DE10002017A1

DE10002017A1 - Verfahren und System zum Liefern einer konformen Bestrahlungstherapie

Info

Publication number: DE10002017A1
Application number: DE10002017A
Authority: DE
Inventors: Mark Wofford; Francisco M Hernandez-Guerra; Joseph S Saba; Todd H Steinberg
Original assignee: Siemens Medical Systems Inc
Current assignee: Siemens Medical Solutions USA Inc
Priority date: 1999-01-20
Filing date: 2000-01-19
Publication date: 2000-07-27
Also published as: FR2788439A1; US6335961B1

Abstract

Ein Verfahren und ein System entsprechend der vorliegenden Erfindung verwenden die existierende Hardware und teilen die Behandlungsöffnungsdosis in Segmente (402). Zwischen jedem Segment wird das Feld bezüglich des Strahles versetzt (404) und die Lamellenpositionen werden eingestellt, um die Tumorkontur zu erhalten (406). Das Integrieren der oben identifizierten Verfahrensweise in ein Hardwaresystem wird eine akkurate konforme Bestrahlungstherapie geliefert, während die Leckage minimiert wird. Zusätzlich können durch die vorliegende Erfindung höhere Dosisraten geliefert werden, während die Behandlungszeit nicht nennenswert beeinflußt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und ein System zum Liefern einer konformen Bestrahlungstherapie eines Objektes unter Verwendung eines Multi- Lamellen-Kollimators, und insbesondere auf eine Technik zum Liefern eines Multi- Lamellen-Kollimators hoher Auflösung bzw. eines integrierten Multi-Lamellen- Kollimatorsystems mit einer Intensität hoher Definition, das eine verbesserte konfor me Bestrahlungstherapie liefert, während eine Leckage minimiert wird.

Während einer herkömmlichen Bestrahlungstherapiebehandlung wird ein Bestrah lungsstrahl, der hinsichtlich der Winkel und Intensitäten variieren kann, auf einen Be reich eines Patientens, z. B. auf einen Tumor, gerichtet. Typische Behandlungsfeld formen, die quadratisch, rechteckig oder eine Modifikation derselben sind, resultieren in einem dreidimensionalen Behandlungsvolumen, das unglücklicherweise gesundes Gewebe und Organe enthalten kann. Aus offensichtlichen Sicherheitsgründen ist die Dosis, die an den Tumor geliefert bzw. gestrahlt werden kann, durch das gesunde Gewebe und Organe in dem Weg des Bestrahlungsstrahls begrenzt. Da Heilungsraten für viele Tumoren eine sensible Funktion der Dosis, die sie erhalten, sind, ist das Re duzieren der Menge von gesundem bestrahlten Gewebe und gesunden bestrahlten Or ganen hochgradig wünschenswert, um die an den Tumor gelieferte Dosis erhöhen zu können. Verfahren, die das Behandlungsvolumen besser mit einem Tumor zur Über einstimmung bringen, enthalten das Bewegen von soliden Backenblöcken während der Behandlung, das Scannen des Bestrahlungsstrahls über das zu behandelnde Volumen, und das Verwenden eines Multi-Lamellen-Kollimators zur Erzeugung eines unregel mäßig geformten Feldes, das sich auf die Form bzw. Gestalt des Tumors bezieht.

Ein Beispiel einer Multi-Lamellen-Kollimatoranordnung, die über der zentralen Achse eines Bestrahlungsemissionskopfes positioniert ist, zum Formen eines Strahlungs strahls ist in dem US-Patent-Nr. 5 166 531 offenbart. Zwei einander gegenüberliegen de Felder von Seite-an-Seite angeordneten, länglichen, bestrahlungsblockierenden Kollimatorlamellen wirken anstelle von einander gegenüberliegenden soliden Backen blöcken. Jede Lamelle in jedem der gegenüberliegenden Felder kann longitudinal in Richtung zu oder weg von der zentralen Achse des Strahles bewegt werden, wodurch eine gewünschte Gestalt, durch welche der Bestrahlungsstrahl hindurchlaufen wird, definiert wird.

Eine Erweiterung der Multi-Lamellen-Kollimator-Annäherung ist in dem US-Patent- Nr. 5 591 983 beschrieben. In der US 5 591 983 wird ein Multi-Lamellen-Kollimator- Design mit mehreren Schichten durch eine erste und eine zweite Schicht aus einer Mehrzahl von länglichen, strahlungsblockierenden Lamellen gebildet. Die Lamellen jeder Schicht sind benachbart zueinander derart angeordnet, daß sie zwei gegenüber liegende Reihen von benachbart positionierter Lamellen bilden, und sind in einer Längsrichtung, die entweder allgemein transversal zu oder in derselben Richtung des Strahles sein kann, bewegbar. Die Schichten sind eine über der anderen in der Strahl richtung angeordnet und in einer lateralen Richtung versetzt, so daß Zwischenräume zwischen benachbarten Lamellen der ersten und der zweiten Schicht über bzw. unter Lamellen der entsprechenden anderen ersten und zweiten Schicht positioniert sind. Die Anordnung der Lamellen erlaubt eine Reduzierung der Probleme mit Strahlungs leckage zwischen Lamellen eines Multi-Lamellen-Kollimators. Jedoch liefert die An ordnung keine so feine Auflösung, wie gewünscht wird, um eine genauere Blockposi tionierung zum Erzeugen eines Blockvolumens entsprechend einer Tumorgestalt zu ermöglichen.

Multi-Lamellen-Kollimatoren werden anstelle von Bleilegierungsblöcken heute in vie len konformen Behandlungen verwendet. Jedoch gibt es immer noch eine Anzahl von Behandlungsfällen, die die Verwendung von Blöcken erfordern, da das konforme Ge stalten bzw. Formen unter Verwendung eines MLC (Multi Leaf Collimator = Multi- Lamellen-Kollimator) nicht adäquat verwirklicht bzw. erreicht werden konnte. Dieses ist so aufgrund des sogenannten "Treppen-Stufen"-Effekts, der an Feldkanten auftritt, die nicht senkrecht zu den Lamellenflächenrändern sind. Ein wellenförmiges Dosis muster an der Grenze eines bestrahlten Volumens resultiert, wenn die Lamellen zum Erzeugen einer unregelmäßigen Gestalt gestuft sind. Diese Verteilung ist für Feldrän der bzw. Kanten, die nahe an kritischen Strukturen sind, oder wenn ein Anstoßen bzw. ein Ansetzen von zusätzlichen Feldern geplant ist, nicht akzeptabel.

Es gibt Lösungen zum Ansprechen dieses Problems der wellenförmigen Dosismuster an einer gestuften MLC-Kante. Als erstes könnten weiter Blöcke die Gestalt definie ren. Als zweites könnte der Kollimator gedreht werden, um die Lamellen senkrecht zu der in Rede stehenden Feldkante zu bringen. Letztlich könnte ein Mikro-Multi- Lamellen-Kollimator verwendet werden, der kleinere Lamellen wie solche mit 0,5 cm Breite aufweist.

Nachfolgend sind die Vorteile und Nachteile jeder dieser Lösungen aufgeführt.

1. Bleilegierungsblöcke

Vorteile:

- Gut definierte Ränder um das Ziel und kritische Strukturen
- Beste Halbschattenergebnisse

Nachteile:

- Alle dieselben Nachteile wie diejenigen des Blocks gegenüber dem MLC
- Blockerzeugung
- Eintreten in den Raum zwischen jedem Feld
- 5% Leckage
- Teuer

2. Kollimatordrehung

Vorteil:

- Der Kollimator kann gedreht werden, um die Lamellen senkrecht zu der kritischen Feldkante zu bringen

Nachteile:

- Technik ist nur möglich, falls das MLC-System zur, von irgendeinem zweiten Bac kensystem unabhängigen, Drehung in der Lage ist, was in einer neuen mechanischen Komplexität resultiert
- Diese Technik kann wellenförmige Muster zu anderen Positionen entlang des Feldrandes bewegen

3. Mikro-Multi-Lamellen-Kollimator

Vorteile:

- All dieselben Nachteile gegenüber einer Blocklösung
- Bessere Feldkantendefinition als die ursprüngliche "treppenstufige" MLC-Gestalt

Nachteile:

- Größte Leckage aller Lösungen
- Ernste mechanische und Zuverlässigkeitsprobleme
- Designprobleme beim Integrieren desselben in den Kollimatorkopf
- Kann nur kleinere Felder handhaben
- Würde keine doppelt fokussierten Lamellen haben - schlechter Halbschatten
- Herstellbarkeitsprobleme
- Sehr teuer

Dementsprechend ist das, was benötigt wird, ein Verfahren und ein System zum Ver wenden einer Multi-Lamellen-Kollimatoranordnung mit mehreren Schichten, die die Auflösung verbessert und die Leckage für die Strahlungslieferung reduziert. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein solches Verfahren und ein solches Sy stem anzugeben.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und ein System nach Anspruch 8.

Weiterbildungen der Erfindungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Das Verfahren und das System verwenden jeweils die existierende Hardware und tei len die Behandlungsdosis in Segmente. Zwischen jedem Segment würde das Feld, bezüglich des Strahles, versetzt, und die Lamellenpositionen würden zum Halten der Tumorkontur eingestellt. Durch Integrieren der oben beschriebenen Verfahrensweise in ein Hardwaresystem wird eine akkurate, konforme Bestrahlungstherapie geliefert, während die Leckage minimiert wird. Zusätzlich können höhere Dosisraten geliefert werden, ohne daß die Behandlungszeit merklich beeinflußt wird.

Dementsprechend liefern das System und das Verfahren jeweils besser definierte Kanten um das Ziel und kritische Oberflächen als ein herkömmlicher Multi-Lamellen- Kollimator (CMLC). Sie liefern jeweils denselben Freiraum wie ein herkömmlicher MLC. Sie liefern dieselbe maximale Feldgröße wie ein herkömmlicher MLC. Letzt endlich minimieren sie die Leckage zwischen den Lamellen, wodurch die Leckage in Richtung des Patienten minimiert wird.

Weitere Merkmale, Vorteile und Aufgaben folgen aus der Beschreibung von Ausfüh rungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Figuren. Von den Figuren zeigen:

Fig. 1 eine Strahlungsbehandlungsvorrichtung;

Fig. 2 einen Teil einer beispielhaften Bestrahlungsbehandlungsvorrichtung;

Fig. 3 eine Blockdarstellung eines Systems zum Behandeln eines Patienten;

Fig. 4 ein Ablaufdiagramm eines HDI-MLC-System entsprechend einer Ausfüh rungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 5 illustriert die Parameter und Tabellen, die zum Bestimmen der inkrementellen Tischbewegung benutzt werden können, wenn ein System und ein Verfahren entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung verwendet werden;

Fig. 6 einen Dialog, bei dem ein Abschnitt des Beckens zu behandeln ist;

Fig. 7 einen Dialog, bei dem ein Feld um einen Körper (d. h. einen Tumor) erzeugt wird; und

Fig. 8 einen zweiten Dialog mit drei neuen Feldern, die erzeugt werden.

Definitionen

Automatisches Sequenzieren: Der Vorgang des automatischen Herunterladens einer Gruppe von Feldern oder Segmenten von dem V in die Steuerung des Linearbe schleunigers in sequentieller Weise, ohne den Eingriff eines Benutzers.

Steuerkonsole:
Die Schnittstelle und Steuerung des digitalen Mevatron. Die Steuerkonsole hat eine Schnittstelle zu dem V über DMIP.

Doppelbestrahlung: Bestrahlen einer einzelnen Schicht zweimal mit dem selben Strahl, einmal mit einem blockierten Feld und einmal mit einem offenen Feld. Eine Doppel bestrahlung gibt eine Referenz für das kleinere Behandlungsfeld innerhalb eines grö ßeren offenen Feldes, um die Fähigkeit des Benutzers zu erhöhen, die Feldanordnung und die Feldgröße unter Verwendung von anatomischen Referenzen, die in dem offe nen Feld gesehen werden, zu verifizieren.

Dynamische konforme Therapie: Der Vorgang des Lieferns von dynamischen Fel dern, bei dem die Geometrie der Felder so definiert worden ist, daß die Strahlung bzw. Bestrahlung eng mit dem Tumor in der Form übereinstimmt und das umgebende normale Gewebe ausspart.

Dynamisches Feld: Ein Behandlungsfeld, das mit sich bewegenden Parametern wie Lamellenpositionen oder einem Portalwinkel, während der Strahl an ist, definiert ist. Es kann durch Segmente oder Steuerpunkte, an denen die Bewegung in dem Segment (zwischen Steuerpunkten) definiert werden kann, in einer schrittweisen, linearen Wei se als eine Funktion von MU definiert werden.

Dynamische Lamellen-Bewegung: Lamellenbewegung, während der Strahl an ist.

EPID: Electronic Portal Imaging Device = Elektronische Portalabbildungsvorrichtung

Feld: Alle die Maschinen-, Zubehör-, Tisch- und Behandlungsrauminformation, die zum Beschreiben des Zustandes zu einem gegebenen Moment in der Zeit benötigt wird.

Feldgruppe: Ein freiwählbarer Gruppierungsmechanismus, der dazu benutzt wird, einige Felder in Beziehung zueinander zu setzen. Diese Beziehung ist gewöhnlicher weise auf dem Wunsch basiert, die Felder automatisch zusammen zu sequenzieren.

HDI: High Density Intensity = Intensität hoher Dichte. Erzeugung von MLC-Feldern hoher Auflösung durch die Verwendung eines MLC, Softwarealgorithmen und eine automatische Tischbewegung.

Intensitätskarte: Eine 3D-Darstellung einer gewünschten oder gelieferten Bestrah lungsintensitätsverteilung von einer bestimmten Öffnung.

Intensitätsmodulation: Der Vorgang des Formens, Modifizierens und Bewegens des Strahls um ein Ziel, um die Dosis in dem Ziel zu maximieren und die Dosis in allen normalen Strukturen zu minimieren.

LANTIS: Local Area Network Therapy Information System = Therapieinformations system in lokalem Netzwerk

MLC: Multi Leaf Collimator = Multi-Lamellen-Kollimator

Überwachungseinheit: Die Einheit des Messens für eine Lieferung von Strahlung an einem Linearbeschleuniger. Überwachungseinheiten sind in Beziehung zu einer Dosis durch eine algebraische Formel und Verwendung von Dosiskoeffizienten.

MU: Monitor Units = Überwachungseinheiten

Öffnung (Port): Wird zum Beschreiben der Öffnung bzw. des Eingangs (Port) für den Eintritt einer externen Strahlbehandlung verwendet. Ein Untersatz der Information, die in einem Feld enthalten ist.

Öffnungsfilm: Ein Filmbild, das an dem Linearbeschleuniger erfaßt wird, das aus der Austrittsdosisstrahlung von dem Patienten erzeugt wird.

Portalabbilden: Aufnehmen eines Bildes von der Strahlung, die aus dem Patienten austritt, entweder auf einem Film oder als ein elektronisches Bild.

Steuerungssoftware: Software, die zum Steuern der Positionen der Lamellen in dem Multi-Lamellen-Kollimator verwendet wird.

Segment: Ein Stück eines Behandlungsfeldes. Mehrere Segmente werden gewöhnli cherweise zur Erzeugung eines intensitätsmodulierten Feldes oder eines komplexen dynamischen Feldes verwendet. Segmente werden zur Erzeugung eines Feldes se quenziert bzw. geordnet.

Statisches Feld: Ein Behandlungsfeld oder ein Segment, das mit keinen bewegenden Parametern wie Lamellen oder Portalwinkel definiert wird. Statische Segmente kön nen zum Erzeugen eines intensitätsmodulierten Feldes aufgebaut werden.

Schritt und Schuß: Ein Verfahren der Intensitätsmodulation mit aufeinanderfolgend gelieferten statischen Feldern.

Behandlungsaufzeichnung: Die Aufzeichnung dessen, was an den Patienten geliefert wurde, an dem Linearbeschleuniger. Enthält alle Maschineneinstellungen und Para meter.

V Verify and Record = Verifizieren und Aufzeichnen. Die Schnittstelle zu einem Linearbeschleuniger zum Runterladen von Feldern, zum Verifizieren der Felder vor der Lieferung und zum Aufzeichnen der gelieferten Feldparameter.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Modulation von Bestrahlungslieferung zum Erzielen einer feineren Auflösung und Steuerung. Die folgende Beschreibung wird gemacht, um die Fachleute in die Lage zu versetzen, die Erfindung herzustellen und auszuführen und wird im Kontext einer Patentanmeldung und ihrer Anforderun gen gegeben. Verschiedene Modifikationen der bevorzugten Ausführungsform werden den Fachleuten leicht erscheinen und die grundsätzlichen Prinzipien, die in ihr enthal ten sind, können auf andere Ausführungsformen angewandt werden. Im folgenden wird die Erfindung primär mit einer Bezugnahme auf ein System zum Liefern einer Röntgenstrahlung an ein Feld eines Patienten und zum Begrenzen des Feldes unter Verwendung von mindestens einer bewegbaren Lamelle in dem Strahlweg von einer Bestrahlungsquelle beschrieben. Dieses geschieht im Wege des Beispiels. Daher ist es nicht beabsichtigt, die vorliegende Erfindung auf die Ausführungsform, die gezeigt ist, zu begrenzen, sondern es ist beabsichtigt, den größten Schutzumfang, der mit den Prinzipien und Merkmalen, die hierin beschrieben sind, in Übereinstimmung zu brin gen ist, zu beanspruchen.

Fig. 1 illustriert eine Bestrahlungsbehandlungsvorrichtung 2 eines gewöhnlichen De signs, die einen Multi-Lamellen-Kollimator (MLC) 4 und eine Steuereinheit in einem Gehäuse 9 zusammen mit einer Behandlungsbearbeitungseinheit 100, die entsprechend der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung konstruiert ist, verwendet. Die Be strahlungsbehandlungsvorrichtung 2 weist ein Portal 6, das um eine horizontale Dreh achse 8 im Laufe einer therapeutischen Behandlung gedreht bzw. geschwenkt werden kann, auf. Der MLC 4 ist an einem Vorsprung des Portals 6 befestigt. Zum Erzeugen einer Hochleistungsstrahlung, die für die Therapie benötigt wird, ist ein Linearbe schleuniger in dem Portal 6 angeordnet. Die Achse des Strahlungsbündels, das von dem Linearbeschleuniger und dem Portal 6 emittiert wird, ist mit 10 bezeichnet. Eine Elektronenstrahlung, eine Photonenstrahlung wie eine Röntgenstrahlung oder irgend eine andere detektierbare Strahlung kann für die Therapie verwendet werden.

Während der Behandlung wird der Bestrahlungsstrahl auf eine Zone 12 eines Objektes 13, zum Beispiel einen Patienten, der zu behandeln ist und in dem Isozentrum der Portaldrehung liegt, trainiert bzw. gerichtet. Die Drehachse 8 des Portals 6 und eine Drehachse 14 des Behandlungstisches 16 und die Strahlachse 10 schneiden sich alle bevorzugterweise in dem Isozentrum. Die Konstruktion einer solchen Bestrahlungsbe handlungsvorrichtung ist allgemein in der Broschüre "Digital Systems for Radiation Oncology", Siemens Medical Laboratories, Inc. A91004-M2630-B358-01-4A00, September 1991 beschrieben.

Fig. 2 zeigt einen Abschnitt einer illustrativen Bestrahlungsbehandlungsvorrichtung 2 und Abschnitte einer Behandlungsverarbeitungseinheit im größeren Detail. Ein Elek tronenstrahl 1 wird in einem Elektronenbeschleuniger 20 erzeugt. Der Elektronenbe schleuniger 20 weist eine Elektronenkanone 21, einen Wellenleiter 22 und eine eva kuierte Umhüllung und/oder einen Führungsmagnet 23 auf. Ein Triggersystem 3 ge neriert Injektortriggersignale und liefert diese an einen Injektor 5. Basierend auf die sen Injektortriggersignalen erzeugt der Injektor 5 Injektorpulse, die der Elektronenka none 21 in dem Elektronenbeschleuniger 20 zum Erzeugen des Elektronenstrahls 1 zugeführt werden. Der Elektronenstrahl 1 wird durch den Wellenleiter 22 beschleunigt und geführt. Zu diesem Zweck ist eine Hochfrequenzquelle(HF)-Quelle (nicht gezeigt) vorgesehen, die Radio- bzw. Hochfrequenzsignale (RF- bzw. HF-Signale) für die Er zeugung eines elektromagnetischen Feldes an den Wellenleiter 22 liefert. Die Elektro nen, die durch den Injektor 5 injiziert und durch die Elektronenkanone 21 emittiert werden, werden durch dieses elektromagnetische Feld in dem Wellenleiter 22 be schleunigt und treten an dem der Elektronenkanone 21 entgegengesetzten Ende als Elektronenstrahl 1 aus. Der Elektronenstrahl 1 tritt dann in den Führungsmagneten 23 ein und wird von diesem durch ein Fenster 7 entlang der Achse 10 geführt. Nach dem Durchgang durch eine erste Streufolie 15 geht der Strahl durch einen Durchgang 51 eines Abschirmblockes 50 und trifft auf eine zweite Streufolie 17. Als nächstes wird der Strahl durch eine Meßkammer 60 gesandt, durch der die Dosis festgestellt bzw. gemessen wird. Falls die Streufolien durch ein Target ersetzt werden, ist der Bestrah lungsstrahl ein Röntgenstrahl. Letztendlich enthält der MLC 4 eine Mehrzahl von La mellen 41 und 42. Natürlich ist dies nur ein Beispiel einer Strahlabschirmungsanord nung, die entsprechend der Erfindung verwendet werden kann. Die Erfindung ist auch in anderen Anordnungen verwendbar und für diese geeignet, wie durch die Fachleute erkannt wird.

Der MLC 4 weist eine Mehrzahl von Lamellen 41 und 42 und ein zusätzliches Paar von Aperturplatten bzw. Blendenplatten (nicht gezeigt), die senkrecht zu der Mehrzahl der Lamellen 41 und 42 angeordnet sind, auf. Um die Größe des bestrahlten Feldes zu ändern, kann die Mehrzahl der Lamellen bezüglich der Achse 10 durch eine Antriebs einheit 43, wie sie in Fig. 2 nur bezüglich der Lamelle 41 angezeigt ist, bewegt wer den. Die Antriebseinheit 43 weist einen elektrischen Motor auf, der mit den Lamellen 41 und 42 gekoppelt ist und der durch eine Motorsteuerung 40 gesteuert wird. Positi onssensoren 44 und 45 sind ebenfalls mit den Lamellen 41 bzw. 42 zum Erfassen ih rer Positionen gekoppelt.

Der Bereich eines Patienten, der bestrahlt wird, ist als das Feld bekannt. Wie wohlbe kannt ist, sind die Lamellen 4 im wesentlichen undurchlässig für die emittierte Strah lung. Sie sind zwischen der Strahlungsquelle und dem Patienten montiert, um das Feld zu begrenzen. Bereiche des Körpers, zum Beispiel gesundes Gewebe, werden daher einer so gering wie möglich gehaltenen Strahlung ausgesetzt, und bevorzugterweise überhaupt keiner Strahlung. Bevorzugterweise ist mindestens eine der Lamellen be wegbar, die Verteilung der Strahlung über das Feld muß nicht gleichförmig sein (ei nem Bereich kann eine höhere Dosis als einem anderen gegeben werden), und weiter hin sind, wenn das Portal zur Drehung in der Lage ist, unterschiedliche Strahlwinkel und Bestrahlungsverteilungen möglich, ohne den Patienten herum zu bewegen. Die zentrale Behandlungsverarbeitungseinheit oder Steuereinheit 100 (Fig. 1) ist gewöhn licherweise getrennt von der Bestrahlungsbehandlungsvorrichtung 2 in einem unter schiedlichen Raum angeordnet, um den Therapeuten vor Strahlung zu schützen. Die Behandlungsverarbeitungseinheit 100 enthält eine Ausgabevorrichtung wie mindestens eine visuelle Anzeigeeinheit wie einen Monitor 70 und eine Eingabevorrichtung wie eine Tastatur 19, obwohl die Daten auch über Datenträger wie Datenspeichervorrich tungen oder andere technisch machbare Wege eingegeben werden können. Die Be handlungsbearbeitungseinheit 100 wird typischerweise durch den Therapeuten betrie ben, der die tatsächliche Lieferung der Bestrahlungshandlung, wie sie durch einen Onkologen vorgeschrieben ist, überwacht bzw. steuert. Durch Verwendung der Ta staturen 19 oder einer anderen Eingabevorrichtung gibt der Therapeut in eine Steuer einheit 76 der Behandlungsverarbeitungseinheit 100 die Daten ein, die die Strahlung definieren, die an den Patienten zu liefern ist, zum Beispiel entsprechend der Vor schrift des Onkologen. Das Programm kann auch über eine andere Eingabevorrich tung wie eine Datenspeichervorrichtung oder durch Datenübertragung eingegeben werden. Auf dem Schirm des Monitors 70 können verschiedene Daten vor und wäh rend der Behandlung angezeigt werden.

Eine zentrale Verarbeitungseinheit 18, die in der Behandlungsverarbeitungseinheit 100 enthalten ist, ist mit der Eingabevorrichtung, z. B. der Tastatur 19, zur Eingabe der vorgeschriebenen Lieferung der Strahlungsbehandlung und mit einer Dosissteuerein heit 61, die die gewünschten Werte der Strahlung für die Steuerung des Triggersy stems 3 erzeugt, verbunden. Das Triggersystem 3 paßt die Pulswiederholungsfrequenz oder andere Parameter geeignet an, um die Strahlungsausgabe zu ändern. Ein digitales Dosimetriesystem ist besonders vorteilhaft, um die digitale Ausgabe der zentralen Verarbeitungseinheit 18 zu steuern. Die zentrale Verarbeitungseinheit 18 enthält in geeigneter Weise die Steuereinheit 76 zur Steuerung des Ausführens des Behandlungs programms in Verbindung mit einem Speicher 77 und einer Kombinationsschaltung 78, die in geeigneter Weise Signale von der Steuereinheit 76 und dem Speicher 77 erhält.

Zur Ansprache der Probleme, die mit einem Bleilegierungsblock und herkömmlichen MLC-System verbunden sind, wird ein MLC-System mit einer Intensität hoher Defi nition angegeben, das erhöhte Dosierungen bzw. Dosen mit einer verbesserten infor mellen bzw. konformen Bestrahlungstherapie erlaubt. Zusätzlich erlauben das System und das Verfahren entsprechend den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eine minimale Leckage. Fig. 3 illustriert eine Blockdarstellung eines Systems 300 zur Behandlung eines Patienten. Das System 300 ist in zwei Phasen unterteilt, eine Pla nungsphase 302 und eine Behandlungsphase 304.

Die Planungsphase 302 weist eine Datenbasis (Datenbank) 303, die Behandlungsfelder von einem Behandlungsplanungssystem 306 erhält, einen Strahlformer 308 und ein Therapieinformationssystem mit lokalem Netzwerk (LANTIS) 310 auf. Das Behand lungsplanungssystem 306 ist typischerweise ein sehr ausgefeiltes System, das durch einen Arzt oder ähnliches verwendet wird, um eine gewisse Information über eine spezifische Art und Weise eines Tumors oder ähnliches zu liefern. Eine der Funktio nen des Behandlungsplanungssystems 306 ist das Liefern einer Translation des Tisches ebenso wie die Information für die Positionierung der Lamellen des Multi-Lamellen- Kollimators.

Der Strahlformer 308 und das LANTIS 319 liefern in ähnlicher Weise Feldinforma tionen an die Datenbasis 303 zum Liefern der Information, die sich auf die Tischposi tion und die Lamellenpositionsinformation beziehen. Die Steuerungssoftware 312 und das LANTIS 310 werden zum Liefern von Segmenten und zum Empfangen von In formationen von der Datenbasis 303, die sich auf die Steuerung des Multi-Lamellen- Kollimators und ebenso auf die Positionierung des Tisches 320 zusammen mit der Steuerung des Linearbeschleunigers des Behandlungssystems beziehen, verwendet. Die Steuerungssoftware 311 in der Behandlungsphase 304 empfängt und liefert die Information an die Steuerkonsole 314. Die Steuerkonsole steuert wiederum den Line arbeschleuniger 316, den MLC 318 und den Tisch 320. Dementsprechend könnte die vorliegende Erfindung in der Planungsphase oder Behandlungsphase ebenso wie in den Behandlungssystemen zum Liefern der geeigneten Bestrahlungstherapie angeord net sein.

Zur Beschreibung des Betriebes der vorliegenden Erfindung in größerem Detail wird nun auf Fig. 4 Bezug genommen.

MLC-System mit Intensität hoher Definition (HDI)

Fig. 4 ist ein Ablaufdiagramm eines HDI-MLC-Systems entsprechend einer Ausfüh rungsform der vorliegenden Erfindung. Zuerst wird die Behandlungsöffnungsdosis in Schritt 402 in Segmente unterteilt. Als nächstes wird der Strahl, der mit der Bestrah lungstherapie verbunden ist, in Schritt 404 zwischen Behandlungsdosen übertragen bzw. verschoben. Letztendlich wird in Schritt 406 die Lamellenposition des MLC eingestellt, um die Gestalt zu halten.

Bei einer Ausführungsform würden, falls eine Öffnung mit einer MLC-Lamelle mit einer Standardbreite von 1 cm behandelt wird und das Feld in zwei unterteilt wäre, dann jedes der beiden Felder mit der Hälfte der Dosis behandelt. Zwischen den Fel dern 1 und 2 würde eine Verschiebung um 5 mm des Feldes auftreten und die Lamel lenpositionen würden zur Beibehaltung der korrekten Öffnungsgestalt geändert wer den. Das Erzeugen eines konformen Feldes auf diese Art und Weise erzeugt eine 5 mm Auflösung des Strahlrandes bzw. der Strahlkante und reduziert die ursprüngliche Leckage um die Hälfte.

Das HDI MLC-System ermöglicht eine wesentlich stärker konforme Gestalt als die ursprünglichen 1 cm MLC-Lamellenbreiten. Dieses Versetzen des Feldes und die Re positionierung der Lamellen kann durch eine automatische Steuerung verwirklicht werden und die Behandlungsüberwachung würde verglichen mit einer Standard Blockformungs-Behandlung minimal sein. Außerdem ist die Menge der Strahlkonfor mität, d. h. das Ausmaß der Übereinstimmung des Strahls mit der gewünschten Form, nur durch die Anzahl der Versetzungen bzw. Verschiebungen, in die das ursprüngli che Feld unterteilt ist, begrenzt.

Es ist wichtig, daß, wenn die HDI verwendet wird, der Tisch in einer präzisen Weise bewegt wird, um sicherzustellen, daß die Mehrfach-Dosen akkurat überwacht bzw. bestrahlt werden können. Fig. 5 illustriert die Parameter und Tabellen, die zum Be stimmen der inkrementellen Tischbewegung verwendet werden könnten, wenn ein System und ein Verfahren entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Er findung verwendet werden.

Eine Zwischenlamellenleckage ist ein Problem bei herkömmlichen Multi-Lamellen- Kollimatorsystemen, wenn der Dosierungsbetrag ansteigt. Jedesmal, wenn eine andere Feldaufteilung auftritt, fällt der Betrag der Zwischenlamellenleckage um eine Hälfte. Zum Beispiel hat eine 5 mm Verschiebung eine Zwischenlamellenleckage von ungefähr 0,7% und für eine 3 mm Verschiebung einer Leckage von ungefähr 0,3%. Wenn dieses klinisch implementiert wird, wird ein geometrischer Algorithmus benötigt, um den Verschiebungs- bzw. Versatzbetrag in irgendeiner der drei Ebenen (x, y und z Vektor) ebenso wie die Lamellenbewegungen, die benötigt werden, zu berechnen.

Ein System und ein Verfahren entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind insbesondere nützlich für die klinische Anwendung, die ein viel stärker konformes Feld bei einer signifikanten Reduzierung der Röntgenstrahlenleckage ge genüber derjenigen eines Kundenblocks und eines MLC-Lamellen-Designs mit einer kleineren Lamellenbreite liefert.

Das Folgende wird detaillierter eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung diskutieren.

HDI-Übersicht

Ein HDI-Verfahren und ein HDI-System nach einer bevorzugten Ausführungsform sind mit einer automatischen Tischbewegung und einer MLC-Halterung integriert. Die HDI-Funktionalität wird dem Benutzer ermöglichen, ein MLC-Feld, das in ein HDI- Feld zu wandeln ist, auszuwählen. Während der Umwandlung wird der Benutzer in der Lage sein, die gewünschte Auflösung des HDI-Feldes auszuwählen. Ein HDI-Feld ist eine Gruppe von Feldern, die zur Erzeugung der HDI-Felddefinition automatisch sequenziert bzw. geordnet werden.

Die HDI-Funktionalität kann vollständig innerhalb der Planungsphase oder der Be handlungsphase vorhanden sein. Dieses wird der neuen Funktionalität erlauben, Vor teil aus den existierenden Schnittstellen zu der Datenbasis bzw. Datenbank zur Erzeu gung von Feldern und von automatisch sequenzierten Gruppen zu ziehen. Die HDI- Funktionalität ist ein automatisiertes Verfahren des Erzeugens von neuen Feldern mit neuen MLC-Gestalten, neuen Tischparametern und neuen Gruppierungsanordnungen, die heutzutage alle manuell ausgeführt werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Kernfunktionalität eine HDI sein, die innerhalb eines HDI-Dialoges zur Visualisierung der Targetgestalt (Zielgestalt) und der HDI-Definition enthalten ist.

Die funktionellen Anforderungen enthalten:

- Die Fähigkeit zur Erzeugung von HDI-Feldern und Gruppen aus einem MLC-Feld. Jedes Feld wird neue Feldgestalten und neue Tischparameter haben.
- Die Fähigkeit zum Auswählen der Auflösung für die HDI-Felder.
- Die Fähigkeit zur Visualisierung der Ergebnisse der HDI-Felder und Auflösungs abschnitte.
- Einen neuen Autosequenzierungs-Gruppentyp für HDI-Felder mit speziellen Grup penregeln.
- Die Fähigkeit zum Liefern, Verifizieren und Aufzeichnen der HDI-Gruppe und Felder.
- Die Fähigkeit zum Öffnen bzw. Übertragen auf eine Öffnung einer HDI-Gruppe.

Funktionelle Anforderungen

Ein HDI-Dialog illustriert die MLC-Gestalt abhängig von den erzeugten Feldern. Die se Information wird dann an die Steuerkonsole geliefert, die wiederum die Position der Lamellen des MLC steuert. Fig. 6 illustriert einen Dialog, bei dem ein Abschnitt des Beckens zu behandeln ist. Die bevorzugte Ausführungsform des Betreibens des HDI-Dialogs wird unten beschrieben.

B HDI-Dialog

1. Der HDI-Dialog wird eine HDI-Anzeige der MLC-Gestalt und eine Projektion der logischen MLC-Lamellenränder liefern.
2. Der HDI-Dialog wird eine Steuerung zum Einstellen der gewünschten Auflö sung der logischen Lamellenbegrenzungen liefern.
3. Die HDI-Anzeige wird dynamisch durch die Auflösungssteuerung gesteuert. 4. Die HDI-Anzeige weist ein Graustufenbild auf, das die überlappenden HDI- Feldgestalten zeigt. Dieses wird ähnlich zu dem Tx Visualisierungs-Tab-Display sein.
4. Die HDI-Anzeige wird die abgeleiteten Tischpositionen für jedes HDI-Feld in Betracht ziehen, wenn die überlappenden Felder angezeigt werden.
5. Der HDI-Dialog wird einen Sicherungsknopf und einen Abbruchknopf bereit stellen.
6. Wenn der Benutzer das Sichern auswählt, wird der HDI-Dialog neue Felder, die dem ursprünglichen Feld der ausgewählten Auflösung entsprechen, erzeugen.
7. Die Auflösungssteuerung wird Optionen bereitstellen, zum Beispiel:
- - Keine
- - 5,0 mm
- - 3,3 mm
- - 2,5 mm
- - 2,0 mm
8. Der Sicherungsknopf wird gesperrt, wenn "keine" auf der Auflösungssteuerung ausgewählt ist.
9. Basierend auf einem definierten Algorithmus wird 1 neues Feld erzeugt, wenn der Sicherungsknopf gedrückt oder angeklickt wird und 5,0 mm auf der Auflö sungssteuerung ausgewählt ist.
10. Basierend auf einem definierten Algorithmus werden 2 neue Felder erzeugt, wenn der Sicherungsknopf gedrückt bzw. angeklickt wird und 3,3 mm auf der Auflösungssteuerung ausgewählt ist.
11. Basierend auf einem definierten Algorithmus werden 3 neue Felder erzeugt, wenn der Sicherungsknopf gedrückt bzw. angeklickt wird und 2,5 mm auf der Auflösungssteuerung ausgewählt ist.
12. Basierend auf einem definierten Algorithmus werden 4 neue Felder erzeugt, wenn der Sicherungsknopf gedrückt bzw. angeklickt wird und 2,0 mm auf der Auflösungssteuerung ausgewählt ist.

Zum Illustrieren der Dialoge, die die Nutzung des Systems entsprechend der Ausfüh rungsform der vorliegenden Erfindung illustrieren. Fig. 7 illustriert einen Dialog mit der Erzeugung eines Feldes um einen Körper (d. h. einen Tumor). Zu bemerken ist der Treppenstufeneffekt, der durch das Feld erzeugt wird. Fig. 8 illustriert einen zweiten Dialog mit drei neuen Feldern, die erzeugt worden sind. Wie es gezeigt ist, stimmen die drei neuen Felder mit der Kontur des Körperbildes konformer, d. h. formgetreuer, überein.

Obwohl die vorliegende Erfindung entsprechend der gezeigten Ausführungsformen beschrieben worden ist, werden die Fachleute erkennen, daß es Variationen der Aus führungsformen geben kann und diese Variationen innerhalb des Umfangs der Erfin dung, wie sie durch die nachfolgenden Ansprüche definiert werden, liegen.

Fig. 6
Hauptmenüzeile:
File = Datei
View = Ansicht
Config = Konfiguration
Help = Hilfe
Patient:
Active Patient = Aktiver Patient
Menüzeile im linken unteren Fenster:
Facts = Fakten
Tx Summary = Tx Zusammenfassung
Prescription = Vorschrift
Tx Visualization = Tx Visualisierung
Linkes Fenster:
Rx Name = Rx Name
Left Pelvis = Linkes Becken
Field Name = Feldname
Technique = Technik
Pattern = Muster
Field treated count = Zählung behandelter Felder
Fractions = Fraktionen
Delivered = geliefert
Pattern = Muster
Dose = Dosis
Delivered = geliefert
Pattern = Muster
Start = Beginn
Last = Letzter
Rx Notes = Rx Bemerkungen
PF WEEKLY = PF wöchentlich
Field Notes = Feldbemerkungen
Unterste Zeile:
For Help, press F1 = Für Hilfe, Drücke F1
Mittlere Menüleiste:
Patient list = Patientenliste
Tx Delivery Chart = Tx Lieferungsdarstellung
Mevatron Setup = Mevatron Einstellung
All Fields = Alle Felder
Course 1 = Ablauf 1
Site: Left Pelvis = Ort: linkes Becken
Rechtes Fenster:
Mevatron Connection Not Available = Mevatron-Verbindung nicht verfügbar
Enable Portal Imaging = Gebe Portalabbildung frei
Enable Treatment Course Edit = Gebe Behandlungsablaufeditierung frei
Edit Workflow = Editierungsablauf
Save = Sichern
Create = Erzeugen
Remove = Entfernen
Interrupt = Unterbrechen
Drag and Drop Ordering = Drag und Drop Bestellung
Hi Res MLC . . . = Ho. Aufl. MLC . . .
Approve for Treatment = Bestätige für Behandlung
Approve Field = Bestätige Feld
Approve Site = Bestätige Ort
Edit Treatment Fields = Editiere Behandlungsfelder
Edit = Editiere
Add New = Füge Neue hinzu

Fig. 7
High resolution MLC Field setup = MLC-Feldeinstellung hoher Auflösung
Intensity Map = Intensitätskarte
Field Shape = Feldgestalt
Group name = Gruppenname
Select resolution = Wähle Auflösung
Original field = Ursprüngliches Feld
Zoom = Vergrößere
Fit method = Anpasungsverfahren
Extrusive = extrusiv
Show delta = Zeige Delta
All deltas = Alle Deltas
Cancel = Abbruch

Fig. 8
3 fields at 0,33 mm = 3 Felder bei 0,33 mm
Sonst wie Fig. 7.

Claims

1. Verfahren zum Liefern einer konformen Bestrahlungstherapie eines Objektes unter Verwendung eines Multi-Lamellen-Kollimators (318), das die Schritte aufweist:

a) Teilen einer Behandlungsdosis in Segmente (402);
b) Verschieben des mit der Behandlungstherapie verbundenen Strahles zwi schen den Behandlungsdosen (404);
c) Einstellen des Multi-Lamellen-Kollimators (318) zum Erhalten einer Kontur des Objektes (406).

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Mehrzahl der Segmente zwei Segmente aufweist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Mehrzahl der Segmente drei Segmente aufweist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Schritte des Verschiebens und Einstellens (404 und 406) durch eine automatische Steuerung bereitgestellt werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der Schritt (404) des Verschiebens das Versetzen des Feldes, das mit dem Segment verbunden ist, um einen vorbestimmten Abstand aufweist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem der Schritt (406) des Einstellens das Repositionieren der Lamellen des Multi- Lamellen-Kollimators aufweist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem ein geometrischer Algorithmus (Fig. 5) zum Berechnen des Betrages des Verschiebens und des Repositionierens der Lamellen verwendet wird.

8. System (300) zum Behandeln eines Patienten unter Verwendung eines Bestrah lungstherapiesystems, das einen Multi-Lamellen-Kollimator (318) enthält, das auf weist:
eine Planungsstufe (302) zum Planen der Behandlung des Patienten;
eine Behandlungsstufe (304) zum Behandeln des Patienten basierend auf der Planungs stufe (302); und
ein System mit einer Intensität hoher Definition (HDI), das auf mindestens die Pla nungsstufe (302) oder die Behandlungsstufe (304) reagiert, zum Liefern eines verbes serten Mittels für die Bestrahlungstherapie, während die Leckage in dem Multi- Lamellen-Kollimator (318) minimiert wird.

9. System nach Anspruch 8, bei dem das HDI-System aufweist:
ein Mittel zum Teilen einer Behandlungsdosis in Segmente (402);
ein Mittel zum Verschieben des mit der Bestrahlungstherapie verbundenen Strahles zwischen Behandlungsdosen (404); und
ein Mittel zum Einstellen des Multi-Lamellen-Kollimators zum Erhalten einer Kontur des Objektes (406).