DE102005018330A1

DE102005018330A1 - System zur Erzeugung von CT-Bilddatensätzen und zur Bestrahlung eines Tumor-Patienten

Info

Publication number: DE102005018330A1
Application number: DE102005018330A
Authority: DE
Inventors: Annemarie Dr. Bakai; Dieter Cherek; Joachim Grottel; Stefan Prof. Dr. Popescu
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2005-04-20
Filing date: 2005-04-20
Publication date: 2006-10-26
Anticipated expiration: 2025-04-21
Also published as: US7466792B2; JP2006297095A; CN1853566A; US20060245537A1; DE102005018330B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein System zur Erzeugung von CT-Bilddatensätzen und zur Bestrahlung eines Patienten (7) mit genau einem Drehrahmen zur Aufnahme mindestens einer Röntgenröhre (2) und einem gegenüberliegenden Strahlungsdetektor (3), wobei die Röntgenröhre (2) mit einer dynamisch während der Drehung des Drehrahmens verstellbaren Blende (2.2) ausgestattet ist und das System einen ersten Betriebsmodus zur Bildgebung aufweist, in dem die Röntgenröhre (2) während des Umlaufs des Drehrahmens einen Strahlenfächer mit konstantem Fächerwinkel (phi) auf den gegenüberliegenden Detektor (3) ausstrahlt und aus den Messdaten des Detektors (3) CT-Bilddatensätze errechnet werden, und einen zweiten Betriebsmodus zur Bestrahlung aufweist, in dem unter Verwendung zumindest einer im ersten Betriebsmodus genutzten bildgebenden Röntgenröhre (2) ein während der Drehung des Drehrahmens sich bezüglich der Ausrichtung verändernder, senkrecht zur Systemachse (4) schmalerer Röntgenfächer ausgestrahlt wird, der unabhängig von der Winkelstellung des Drehrahmens auf die Stelle mindestens eines Tumors (7.1) im Patienten (7) ausgerichtet bleibt.

Description

Die Erfindung betrifft ein System zur Erzeugung von CT-Bilddatensätzen in einem ersten Betriebsmodus, einer automatischen Bestrahlungsplanung und einem zweiten Betriebsmodus für die Bestrahlung eines Tumor-Patienten mit einer Röntgenquelle.

Ähnliche Systeme zur kombinierten CT-Bildgebung und therapeutischen Bestrahlung von Patienten sind beispielsweise aus der Patentanmeldung US 2003/0048868 A1 bekannt. Diese Patentanmeldung offenbart ein kombiniertes therapeutisches Bestrahlungs- und Bildgebungssystem, welches einerseits einen CT-Scanner mit mindestens einer Röntgenröhre und einem gegenüberliegenden Detektor aufweist, wobei die Röntgenröhre und der Detektor auf einem Drehrahmen (=Gantry) befestigt sind und zum Zwecke des Abscannen eines Patienten diesen rotierend umlaufen, während der Patient entlang der Systemachse durch eine verschiebbare Patientenliege durch den Scanbereich geschoben wird. Zusätzlich ist eine separate Bestrahlungsvorrichtung außerhalb der Gantry, jedoch in der Scanebene der Gantry, angebracht, welche zur therapeutischen Bestrahlung des Patienten dient. Hierdurch kann der Patient ohne Lageveränderung durch den CT-Scanner abgetastet werden und anschließend direkt einer therapeutischen Bestrahlung ausgesetzt werden, ohne dass eine Verlagerung des Patienten notwendig ist.

Ein damit vergleichbares Gerät ist von der Firma „TomoTherapy" bekannt, welches ein herkömmliches CT-Gerät beinhaltet, welches durch einen zusätzlichen Linearbeschleuniger zur therapeutischen Bestrahlung ergänzt wird, so dass auch hierbei zwischen dem Scanprozeß und der Bestrahlung eine Neulagerung des Patienten nicht notwendig wird.

Solche Geräte sind in der Herstellung sehr aufwendig und bedürfen durch die Kombination der beiden Grundgeräte hoher Raumanforderungen, weshalb die Durchsetzung im Markt bisher relativ gering ist.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein System zur Erzeugung von CT-Bilddatensätzen und zur Bestrahlung eines Tumor-Patienten zu finden, welches weniger komplex aufgebaut und dadurch günstiger herzustellen ist.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des ersten Anspruches gelöst. Verbesserungen und Fortbildungen sind in den Unteransprüchen und der Beschreibung dargestellt.

Die Erfinder haben erkannt, das es möglich ist, auf der Basis eines an sich konventionellen CT-Scanners auch therapeutische Maßnahmen durchzuführen, wobei hierzu es notwendig ist, eine variable Blendeneinstellung zu verwenden, wie sie beispielsweise in der Offenlegungsschrift DE 199 50 794 A1 beschrieben ist. Notwendig ist es hierzu das System mit zwei verschiedenen Betriebsmodi auszustatten, wobei ein erster Betriebsmodus zur Bilderzeugung dient, anschließend in der Recheneinheit auf der Basis der berechneten Volumendarstellung des Patienten der Tumor erkannt und unter Berücksichtigung der Struktur des Patienten eine Bestrahlungsplanung automatisch durchgeführt wird und anschließend im zweiten Betriebsmodus unter Benutzung der gleichen Röntgenröhre die therapeutische Bestrahlung anhand des berechneten Bestrahlungsplanes ausgeführt wird.

Ergänzend kann eine derartige Tumorerkennung und darauffolgende Bestrahlung durch Kontrastmittel oder Mittel zur Sensibilisierung des Tumors gegen Strahlung unterstützt werden.

Entsprechend diesem Grundgedanken, schlagen die Erfinder ein verbessertes System zur Erzeugung von CT-Bilddatensätzen und zur Bestrahlung eines Tumor-Patienten vor, mit:

– genau einem Drehrahmen zur Aufnahme mindestens einer Strahlenquelle und mindestens einem gegenüberliegenden Strahlungsdetektor, der sich um eine Systemachse bewegt,
– mindestens einer Röntgenröhre als Strahlenquelle mit einer dynamisch während der Drehung des Drehrahmens verstellbaren Blende,
– mindestens einem Detektor mit einer Vielzahl von flächig angeordneten Detektorelementen zur Messung der von der Röntgenröhre ausgehenden Strahlung;
– einer Rechen- und Steuereinheit,
– einem ersten Betriebsmodus zur Bildgebung, in dem die mindestens eine Röntgenröhre während des Umlaufs des Drehrahmens einen Strahlenfächer mit konstantem Fächerwinkel auf den gegenüberliegenden Detektor ausstrahlt und aus den Messdaten des Detektors CT-Bilddatensätze errechnet werden,
– einem zweiten Betriebsmodus zur Bestrahlung, in dem unter Verwendung zumindest einer zur Bildgebung genutzten Röntgenröhre ein, während der Drehung des Drehrahmens sich bezüglich der Ausrichtung verändernder, senkrecht zur Systemachse schmalerer Röntgenfächer ausgestrahlt wird, der unabhängig von der Winkelstellung des Drehrahmens auf die Stelle des mindestens einen Tumors im Patienten ausgerichtet bleibt.

Zusätzlich können – wie bereits erwähnt – dem Patienten tumorspezifische Kontrastmittel oder Mittel zur Erhöhung der Sensibilität gegen ionisierende Strahlung verabreicht werden. Beispielhaft wird bezüglich der genannten Mittel auf die folgenden Schriften verwiesen: WO 2000 69473 A2, WO 96 11023 A1 und US 2003/003054 A1.

Erfindungsgemäß kann die Bewegung des Strahlenfächers im zweiten Betriebsmodus durch eine kontinuierliche Blendenverstellung erfolgen. Hierdurch ist es möglich, die Richtung des Strahls während der Umdrehung der Gantry zu verändern, so dass auch bei einem exzentrisch sitzenden Tumor der therapeu tische Strahl ausschließlich auf den Tumor ausgerichtet bleibt.

In einer verbesserten Variante wird auch zusätzlich die Breite des Strahlenfächers während der Bestrahlung eingestellt, so dass der mindestens eine Tumor, der je nach vorliegender Perspektive des therapeutischen Strahles in der Projektion schmaler oder breiter wirken kann, durch eine entsprechende Breitenanpassung der Strahlen selektierter getroffen werden kann.

Eine weitere Möglichkeit zur Verbesserung der selektiven Dosisapplikation im Tumorgewebe kann dadurch erreicht werden, dass im zweiten Betriebsmodus die Beschleunigungsspannung während einer Umdrehung verändert wird. Durch diese Veränderung der Beschleunigungsspannung ändert sich auch die Eindringtiefe und die Tiefe der maximalen Energiedeposition, so dass diese an die Lage des mindestens einen Tumors in Relation zum Patienten und an den tatsächlich zurückgelegten Weg des Strahles durch den Patienten angepasst werden kann. Auf diese Weise wird, sobald der Weg durch das gesunde Gewebe des Patienten kürzer ist, die Röntgenenergie des Strahles verringert, so dass die Eindringtiefe des Strahles relativ gering ist und die maximale Energiedeposition im Zentrum des Tumors stattfindet. Bewegt sich der Strahl durch die Drehung der Gantry auf die andere Seite des Patienten, so dass vor dem Erreichen des Tumors ein längerer Weg durch gesundes Gewebe zurückgelegt werden muss, so wird die Beschleunigungsspannung erhöht, dadurch vergrößert sich die Eindringtiefe und verringert sich gleichzeitig die deponierte Energie im gesunden Gewebe, wobei die Einstellung derart stattfinden sollte, dass auch dort die maximale Energiedeposition im Zentrum des Tumors stattfinden sollte.

Aufgrund der bekannten Absorptionskoeffizienten durch die zuvor ermittelten CT-Volumendaten ist es relativ einfach in der Bestrahlungsplanung zu definieren, in welchen Gantrywinkeln, also bei welchen Bestrahlungswinkeln, welche Strahlungsener gien eingesetzt werden müssen, um einen optimalen Erfolg zu erzielen. Entsprechend kann die Beschleunigungsspannung während des Umlaufs der Gantry variiert werden.

Zusätzlich zu dieser Maßnahme oder auch in Alleinstellung kann die applizierte Strahlungsenergie auch durch die Verwendung eines spektralen Vorfilters verändert werden, so dass hierdurch eine zusätzliche Anpassungsmöglichkeit des Energiespektrums an die gewünschte Eindringtiefe aufgrund der Lage des Tumors im Patienten gegeben ist.

Zusätzlich kann zur Vermeidung zu großer Energiedepositionen im gesunden Gewebe während der Rotation der Gantry im zweiten Betriebsmodus die Dosisleistung verändert werden. Die Veränderung der Dosisleistung kann entweder durch eine Veränderung des Röhrenstromes oder durch eine Änderung der Pulsbreite bei einem gepulsten Röhrenstrom durchgeführt werden.

Da in der Regel die Anoden-Belastung für eine therapeutische Bestrahlung relativ hoch ist, kann es vorteilhaft sein, während des ersten Betriebsmodus einen kleineren Brennfleck auf der Anode der Röntgenröhre zu verwenden, der letztendlich zu einer sehr guten Bildgebung führt, während im zweiten Betriebsmodus ein größerer Brennfleck verwendet werden kann, der das Anodenmaterial weniger belastet, wobei der etwas unschärfere Strahlengang aufgrund des verbreiterten Brennfleckes im Bereich der therapeutischen Bestrahlung weniger ins Gewicht fällt.

Zum Rahmen der Erfindung gehört es auch, wenn anstelle einer einzigen Röntgenröhre auf der Gantry, eine weitere Röntgenröhre angebracht ist. Diese weitere Röntgenröhre kann entweder in Verbindung mit einem entsprechenden Detektor zur schnelleren und verbesserten Bildgebung verwendet werden. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, diese zweite Röntgenröhre ausschließlich als zusätzliche therapeutische Strahlenquelle auszulegen, um die Bestrahlungsdauer während der Therapie zu verringern. Auch bei dieser Röhre kann eine variable Blendensteuerung vorgesehen werden, oder eine Steuerung der Beschleunigungsspannung, der Einsatz von spektralen Filtern und einer Dosisleistungsvariation genutzt werden. Auch kann die zweite Bestrahlungsquelle mit der variablen Blendensteuerung zur gleichzeitigen Bestrahlung eines weiteren Tumors in der gleichen Bestrahlungsebene ausgerichtet werden kann, so dass parallel gleichzeitig zwei lokal entfernte und in der gleichen Bestrahlungsebene angeordnete Tumore bestrahlt werden.

Ergänzend kann zusätzlich auf dem Drehrahmen auch ein PET- oder SPECT-Detektor eingesetzt werden, um hierdurch die Lokalisierung eines Tumors in Kombination mit der computertomographischen Aufnahme zu verbessern.

Bezüglich des konkreten Betriebsablaufes zwischen CT-Bilderzeugung und therapeutischer Bestrahlung schlagen die Erfinder einerseits vor, dass dem System ein Betriebsprogramm vorliegt, welches den Patienten relativ zum Drehrahmen sequentiell in Systemachsenrichtung bewegt, wobei an jeder sequentiellen Systemachsenposition im ersten Betriebszustand eine Bildauswertung und automatische Erkennung der Lage des mindestens einen Tumors stattfindet, anschließend an Hand der gemessenen Struktur des Patienten eine automatische Bestrahlungsplanung über den gemessenen Abschnitt durchgeführt und darauf im zweiten Betriebsmodus eine Bestrahlung des mindestens einen Tumors mit den berechneten Bestrahlungsdaten für den gescannten Abschnitt ausgeführt wird. Bei dieser Variante wird also der Patient im Bereich des vermuteten Tumors gescannt, falls ein Tumor in diesem Bereich erkannt wird, automatisch eine Bestrahlungsplanung über diesen Bereich durchgeführt und anschließend ohne einen Vorschub in z-Richtung zunächst eine Bestrahlung in dieser Ebene aufgrund der durchgeführten Bestrahlungsplanung vorgenommen. Danach findet ein Vorschub in Systemachsenrichtung statt, so dass ein neuer Querschnitt des Patienten im Scanbereich und Therapiebereich des Systems vorliegt und das Verfahren wird so lange iterativ weitergeführt, bis der gesamte Tumor bestrahlt wurde und kein weiterer Tumor in der Bilddarstellung gefunden wird.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass in dem System ein Betriebsprogramm vorliegt, welches dem Patienten im ersten Betriebszustand relativ zum Drehrahmen kontinuierlich in Systemachsenrichtung bewegt und einen vollständigen Spiralscan durchführt, wobei anschließend eine Bildauswertung und automatische Erkennung der Lage des mindestens einen Tumors stattfindet. Danach wird anhand der gemessenen Struktur des Patienten eine automatische Bestrahlungsplanung durchgeführt und darauf im zweiten Betriebsmodus eine kontinuierliche Bestrahlung des mindestens einen Tumors mit den berechneten Bestrahlungsdaten ausgeführt.

Bei beiden Vorgehensweisen ist eine Verlagerung des Patienten zwischen dem CT-Scan und der therapeutischen Bestrahlung nicht notwendig, so dass auch der lokalisierte Tumor mit großer örtlicher Sicherheit während der Bestrahlung sich am gedachten Ort befindet. Allerdings scheint die Sicherheit bezüglich eines Bewegungsfehlers des Patienten während der Untersuchung oder einer zwischenzeitlichen Umlagerung gegenüber dem zuvor geschilderten Verfahren etwas geringer zu sein.

Erfindungsgemäß kann weiterhin ein Betriebsprogramm vorliegen, welches während der therapeutischen Nutzung der Strahlung parallel die Absorption dieser Strahlung auf dem Detektor misst und eine gegebenenfalls vorhandene Bewegung des Tumors aus den Messdaten detektiert. Dies kann beispielsweise in der Art eines Kymogramms geschehen, oder es können parallel Bilder rekonstruiert und die Tumorbewegung aus den gewonnen Schnittbildern detektiert werden. Wenn diese Information vorliegt, kann zusätzlich ein Betriebsprogramm vorliegen, welches die aktuell detektierte Bewegung des Tumors zur sofortigen Korrektur der Blendeneinstellung und/oder der sonstigen Bestrahlungsparameter, wie zum Beispiel Spannung oder Dosisleitung, nutzt.

Zusätzliche Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, wobei nur die für das Verständnis der Erfindung notwendigen Merkmale dargestellt sind.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert werden, wobei die folgenden Bezugszeichen verwendet werden: 1: CT-Bestrahlungstherapiesystem; 2: Röntgenröhre; 2.1: Brennfleck; 2.2: Blende; 3: Detektor; 4: Systemachse; 5: Gehäuse; 6: verschiebbare Patientenliege; 7: Patient, 7.1: Tumor; 8: Öffnung in der Gantry; 9: Rechen- und Steuereinheit; 10: Daten- und Steuerleitung; 11: Drehrahmen; 12: Detektionsmodul; 13: Steuermodul; 14: Rekonstruktionsmodul; 15: Planungsmodul; 16: Strahlenfächer; 17: Erkennungsmodul; d: Eindringtiefe; Prg₁–Prg_n: Programme; U_X: Beschleunigungsspannung; φ: Fächerwinkel.

Es stellen im Einzelnen dar:
1: System zur Erzeugung von CT-Bilddatensätzen und zur Bestrahlung eines Tumorpatienten;
2: System gemäß 1 im Querschnitt, im ersten Betriebsmodus;
3: System aus 1 im Querschnitt, im zweiten Betriebsmodus;
4: Darstellung der unterschiedlichen Energiedeposition bei verschiedenen Endringtiefen und unterschiedlichen Strahlungsenergien.
Die 1 zeigt ein erfindungsgemäßes System zur Erzeugung von CT-Bilddatensätzen und Bestrahlung eines Tumorpatienten 1 mit einem Gehäuse 5, in dem sich ein Drehrahmen oder Gantry befindet, an dem eine Röntgenröhre 2 und ein gegenüberliegender Detektor 3 befestigt sind. Ein Patient 7 kann durch eine Öffnung 8 im Zentrum des Drehrahmens entlang einer Systemachse 4 mit Hilfe einer längsverschieblichen Patientenliege 6 in den Bereich der Öffnung 8 verschoben werden und dabei, ohne dass eine neue Lagerung notwendig wäre, sowohl gescannt als auch mit der gleichen Röntgenröhre therapeutisch bestrahlt werden. Die Steuerung, Datensammlung und Therapieplanung wird durch eine Rechen- und Steuereinheit 9 durchgeführt, die über eine Steuer- und Datenleitung 10 mit dem Bestrahlungssystem und der verschiebbaren Liege verbunden ist. Die Durchführung der einzelnen erfindungsgemäßen Verfahrensschritte wird durch die Programme Prg₁ bis Prg_n ausgeführt und ist in der Recheneinheit 9 implementiert.
Zur Verdeutlichung der Erfindung ist in der 2 ein Querschnitt durch das Gehäuse 5 des kombinierten Systems in schematischer Weise dargestellt. Im Gehäuse 5 befindet sich der Drehrahmen 11, an dem eine Röntgenröhre 2 mit einem gegenüberliegenden Detektor 3 angeordnet sind. Die Röntgenröhre weist einen Brennfleck 2.1 oder Fokus auf, von dem ausgehend ein Strahlenfächer 16 mit einem Fächerwinkel φ auf den gegenüberliegenden Detektor 3 auftritt. Bei diesem Detektor 3 kann es sich um einen Einzeilendetektor handeln, jedoch wird bevorzugt ein Mehrzeilendetektor verwendet. Der Patient 7 befindet sich auf einem Patiententisch 6, der entlang der Systemachse 4 verschiebbar ist, wobei hier im Patienten 7 beispielhaft ein Tumor 7.1 dargestellt ist. Durch die Rotation von der Röntgenröhre 2 und dem Detektor 3 kann durch Sammlung der Absorptionswerte der auf dem Detektor 3 auftreffenden Strahlung in allgemein bekannter Weise eine Volumendarstellung des Patienten 7 rekonstruiert werden. Zur Darstellung der Drehung von Röntgenröhre und Detektor ist mit gepunkteten Linien das gleiche Röhren-/Detektorsystem nochmals in einem anderen Drehwinkel dargestellt. Die Bezugszeichen hierfür sind mit einem Hochstrich versehen.
In der 2 ist im unteren Bereich zusätzlich die Recheneinheit 9 schematisch angedeutet, welche in diesem ersten Betriebsmodus das Detektionsmodul 12 zur Aufnahme und Datensammlung der Detektordaten und das Steuermodul 13, welches die Drehung und gesamte Steuerung des Systems ausführt, in Betrieb. Über die Datenleitung zwischen dem Modul 13 und dem Modul 12 wird zusätzlich die jeweilige Winkelstellung des Röntgen-/Detektorsystems in Relation zu den gesammelten Daten weitergegeben. Sind alle Daten gesammelt, werden diese an das Rekonstruktionsmodul 14 übertragen, wo die Bildrekonstruktion beziehungsweise Rekonstruktion der Volumendaten des Patienten stattfindet. In diesem Betriebsmodus entspricht das System einem einfachen Computertomographen, wie er aus dem Stand der Technik bekannt ist.
Nach Beendigung der Volumendatenrekonstruktion durch das Rekonstruktionsmodul 14 können die Volumendaten an ein automatisches Erkennungsmodul 17 übertragen werden, in dem die Lage eines Tumors 7.1 im Patienten aufgrund der Volumendatensätze bestimmt wird. Diese Lage des Tumors wird anschließend zusammen mit den weiteren Volumendaten des Patienten an das Planungsmodul 15 übergeben, in dem die automatische Bestrahlungsplanung durchgeführt wird.
Im zweiten Betriebsmodus dieses Systems, der in der 3 schematisch dargestellt ist, hat das Planungsmodul 15 die Berechnung der Strahlentherapie durchgeführt und übergibt nun die notwendigen Daten zur Steuerung an das Steuermodul 13, welches nun die Bestrahlung des Patienten 7 und insbesondere des Tumors 7.1 durchführt.
Hierbei wird – wie in der 3 erkennbar ist – ein wesentlich gebündelterer Strahlenfächer 16 erzeugt, der unabhängig von der Drehrichtung der Gantry immer genau auf die tatsächliche Lage des Tumors 7.1 im Patienten 7 ausgerichtet ist und auch bezüglich seiner Breite entsprechend der vom Fokus 2.1 gesehenen Projektion eingestellt wird. Zusätzlich ist in der 3 erkennbar, dass der Brennfleck 2.1 wesentlich größer ausgebildet ist, als in der 2, so dass auch bei einer Dauerbelastung der Anode in der Röntgenröhre 2, aufgrund der höheren Dosisleistung, kein vorzeitiger Verschleiß der Anode auftritt.
Selbstverständlich können bei dieser therapeutischen Bestrahlung nun unterschiedliche Beschleunigungsspannungen in Abhängigkeit vom aktuellen Drehwinkel der Röntgenröhre eingestellt werden. Es besteht die Möglichkeit, ein zusätzliches Spektralfilter mit jeweils variierender Dicke in den Strahleneingang einzuführen um die gewünschte Strahlhärte des Röntgenstrahles 16 zu erreichen. Auch kann eine Dosismodulation durch Veränderung des Röhrenstroms oder Veränderung der Pulsbreite verwirklicht werden.
Bezüglich der Änderung der Strahlungsenergie und der damit verbunden unterschiedlichen Energiedepositionen in Abhängigkeit von der Eindringtiefe der Strahlung wird auf die nachfolgende 4 verwiesen, in der über die Eindringtiefe d die deponierte Energie je cm³ aufgetragen ist. Die drei dargestellten Graphen der Energiedeposition für die unterschiedlichen Beschleunigungsspannungen U₁ bis U₃ zeigen, allerdings in etwas übertriebener Darstellung, wie mit größer werdender Strahlungsenergie sich die Eindringtiefe verändert, wobei die im Gewebe deponierte Energie, also die therapeutisch wirksame Dosis, in unterschiedlichen Schichttiefen appliziert wird, so dass durch entsprechende Variation der Beschleunigungsspannung und dadurch der Energieverteilung des Röntgenspektrums auch die therapeutische Dosis in jeweils unterschiedlichen Eindringtiefen vornehmlich abgegeben werden kann.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten Merkmale der Erfindung nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Insgesamt wird also in der Erfindung ein ein System zur Erzeugung von CT-Bilddatensätzen und zur Bestrahlung eines Tumor-Patienten gezeigt, welches mit genau einem Drehrahmen zur Aufnahme mindestens einer Röntgenröhre und einem gegenüberliegenden Strahlungsdetektor, wobei die Röntgenröhre mit einer dynamisch während der Drehung des Drehrahmens verstellbaren Blende ausgestattet ist, und das System einen ersten Be triebsmodus zur Bildgebung aufweist, in dem die Röntgenröhre während des Umlaufs des Drehrahmens einen Strahlenfächer mit konstantem Fächerwinkel auf den gegenüberliegenden Detektor ausstrahlt und aus den Messdaten des Detektors CT-Bilddatensätze errechnet werden, und einen zweiten Betriebsmodus zur Bestrahlung aufweist, in dem unter Verwendung zumindest einer im ersten Betriebsmodus genutzten bildgebenden Röntgenröhre ein, während der Drehung des Drehrahmens sich bezüglich der Ausrichtung verändernder, senkrecht zur Systemachse schmalerer Röntgenfächer ausgestrahlt wird, der unabhängig von der Winkelstellung des Drehrahmens auf die Stelle mindestens eines Tumors im Patienten ausgerichtet bleibt.

Claims

System zur Erzeugung von CT-Bilddatensätzen und zur Bestrahlung eines Patienten (7) mit: 1.1. genau einem Drehrahmen zur Aufnahme mindestens einer Strahlenquelle (2) und mindestens einem gegenüberliegenden Strahlungsdetektor (3), der sich um eine Systemachse (4) bewegt, 1.2. mindestens einer Röntgenröhre (2) als Strahlenquelle mit einer dynamisch während der Drehung des Drehrahmens verstellbaren Blende (2.2), 1.3. mindestens einem Detektor (3) mit einer Vielzahl von flächig angeordneten Detektorelementen zur Messung der von der Röntgenröhre (2) ausgehenden Strahlung; 1.4. einer Rechen- und Steuereinheit (9), 1.5. einem ersten Betriebsmodus zur Bildgebung, in dem die mindestens eine Röntgenröhre (2) während des Umlaufs des Drehrahmens einen Strahlenfächer mit konstantem Fächerwinkel (φ) auf den gegenüberliegenden Detektor (3) ausstrahlt und aus den Messdaten des Detektors (3) CT-Bilddatensätze errechnet werden, 1.6. einem zweiten Betriebsmodus zur Bestrahlung, in dem unter Verwendung zumindest einer zur Bildgebung genutzten Röntgenröhre (2) ein, während der Drehung des Drehrahmens sich bezüglich der Ausrichtung verändernder, senkrecht zur Systemachse (4) schmalerer Röntgenfächer ausgestrahlt wird, der unabhängig von der Winkelstellung des Drehrahmens auf die Stelle mindestens eines Tumors (7.1) im Patienten (7) ausgerichtet bleibt.
System gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Patient während der Bestrahlung ein Kontrastmittel zur verbesserten Darstellung des mindestens einen Tumors (7.1) aufweist.
System gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Patient (7) während der Bestrahlung ein Mittel zur Sensibilisierung des mindestens einen Tumors (7.1) gegen Strahlung aufweist.
System gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung des Strahlenfächers im zweiten Betriebsmodus durch kontinuierliche Blendenverstellung erfolgt.
System gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlenfächer im zweiten Betriebsmodus auch bezüglich seiner Breite senkrecht zur Systemachse (4) durch Blendenverstellung verändert wird.
System gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Betriebsmodus die Beschleunigungsspannung während einer Umdrehung verändert wird, um die Eindringtiefe und Energiedeposition an die Lage des mindestens einen Tumors (7.1) im Patienten (7) anzupassen.
System gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Röntgenröhre (2) über mindestens ein spektrales Vorfilter verfügt, welche(s), gegebenenfalls während des Betriebs, zur Änderung des verwendeten Röntgenspektrums in den Strahlengang eingebracht werden können.
System gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Betriebsmodus die Dosisleistung während einer Umdrehung verändert wird, um gesundes Gewebe weniger zu belasten.
System gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass im ers ten Betriebsmodus ein kleinerer Brennfleck (2.1) an der Röntgenröhre (2) vorliegt als im zweiten Betriebsmodus.
System gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass am Drehrahmen zusätzlich eine zweite Bestrahlungsquelle angebracht ist.
System gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Bestrahlungsquelle eine Röntgenquelle (2) ist und diese eine variable Blendensteuerung aufweist, die gegebenenfalls zur gleichzeitigen Bestrahlung eines weiteren Tumors ausgerichtet werden kann.
System gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehrahmen zusätzlich einen PET- oder SPELT-Detektor aufweist.
System gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Betriebsprogramm vorliegt, welches den Patienten relativ zum Drehrahmen sequentiell in Systemachsenrichtung bewegt, wobei an jeder sequentiellen Systemachsenposition im ersten Betriebszustand eine Bildauswertung und automatische Erkennung der Lage des mindestens einen Tumors (7.1) stattfindet, anschließend an Hand der gemessenen Struktur des Patienten (7) eine automatische Bestrahlungsplanung über den gemessenen Abschnitt durchgeführt und darauf im zweiten Betriebsmodus eine Bestrahlung des mindestens einen Tumors mit den berechneten Bestrahlungsdaten für den gescannten Abschnitt ausgeführt wird.
System gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Betriebsprogramm vorliegt, welches den Patienten (7) im ersten Betriebszustand relativ zum Drehrahmen kontinu ierlich in Systemachsenrichtung bewegt und einen vollständigen Spiralscan durchführt, wobei eine Bildauswertung und automatische Erkennung der Lage des mindestens einen Tumors (7.1) stattfindet, anschließend an Hand der gemessenen Struktur des Patienten (7) eine automatische Bestrahlungsplanung durchgeführt und darauf im zweiten Betriebsmodus eine kontinuierliche Bestrahlung des mindestens einen Tumors (7.1) mit den berechneten Bestrahlungsdaten ausgeführt wird.
System gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Betriebsprogramm vorliegt, welches während der therapeutischen Nutzung der Strahlung parallel die Absorption dieser Strahlung auf dem Detektor (3) gemessen wird und eine gegebenenfalls vorhandene Bewegung des Tumors (7.1) detektiert wird.
System gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein Betriebsprogramm vorliegt, welches die aktuell detektierte Bewegung des Tumors (7.1) zur Korrektur der Blendeneinstellung und/oder von Bestrahlungsparametern nutzt.