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Die
Erfindung betrifft eine Patientenpositioniervorrichtung zum Positionieren
eines Patienten in einer Bestrahlungsposition für eine Strahlentherapieanlage,
insbesondere Partikelstrahlentherapieanlage.
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Bei
der Strahlentherapie ist es von besonderer Bedeutung, den Patienten
mit hoher Präzision
in einer Bestrahlungsposition zur Bestrahlung positionieren zu können. Um
die Einfallsrichtung der Bestrahlung möglichst frei bei der Therapieplanung wählen zu
können,
sollte eine Patientenpositioniervorrichtung die entsprechenden Freiheiten
zur Ausrichtung des Patienten in seiner Bestrahlungshaltung gewährleisten.
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Aus
EP 1 283 734 B1 ist
eine Vorrichtung zum Plazieren eines Tumorpatienten mit einem Tumor
im Kopf-/Halsbereich in einem Schwerionentherapieraum bekannt. Die
Vorrichtung weist einen Patientenstuhl auf, auf dem ein Patient
in sitzender Haltung fixiert werden kann und der translatorisch
bewegt sowie um eine horizontale und eine vertikale Achse rotiert
werden kann. Die Vorrichtung ist fest montiert und somit einem Behandlungsplatz
fest zugeordnet.
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Eine
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Patientenpositioniervorrichtung
anzugeben, die flexibel einsetzbar und eine hohe Freiheit bei der
Ausrichtung des Patienten im Bezug zu einem Therapiestrahl gewährleistet.
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In
der WO 2005/018735 A2 ist ein modulares Patientenlagerungssystem
offenbart. Hierbei wird eine Patientenschale, in die ein Patient
aufgenommen werden kann, über
einen robotisch gesteuerte Patientenpositioniereinheit, Roboterarmsegmente und
Drehgelenke umfasst, bewegt.
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In
der Schrift Katuin et al., „The
Use of Industrial Robot Arms for High Precision Patient Positioning", CAARI 2002, (Konferenz,
Denton/USA) ist ein Roboterarm zur Positionierung von Patienten
offenbart.
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In
der Schrift Mazal et al., „La
protontherapie: bases physiques et technologiques", Bull Cancer/Radiother
1996; 83: 230–246
ist ein Roboterarm zur Positionierung eines Patienten in liegender
oder sitzender Stellung offenbart.
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Diese
Aufgabe wird gelöst
durch eine Patientenpositioniervorrichtung nach Anspruch 1.
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Eine
Ausführungsform
der Patientenpositioniervorrichtung umfasst z.B. ein Patientenhalterungsmodul
mit einer Patientenhalterungsvorrichtung zum Haltern des Patienten
in einer Körperhaltung,
in der die Bestrahlung geplant ist. Ferner ist die Patientenhalterungsvorrichtung über ein
Lager an einer Basiseinheit des Patientenhalterungsmoduls um eine
Achse rotierbar angebracht. Die Basiseinheit weist ein Kupplungselement
auf, mit dem das Patientenhalterungsmodul an einer Vorrichtung mit
einem Positionierarm angekoppelt werden kann. Der Positionierarm
der Patientenpositioniervorrichtung weist mehrere Gelenke und einen
Kupplungspunkt zum Ankoppeln des Kupplungselements des Patientenhalterungsmoduls
auf. Die Rotationsbewegung der Patientenhalterungsvorrichtung sowie
die freie Beweglichkeit des Positionierarmes gestattet eine freie
Positionierung des Patienten in einer beliebig vorgebbaren Bestrahlungsposition.
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Eine
derartige Vorrichtung hat den Vorteil, dass beispielsweise auch
ein Therapiestuhl mit Hilfe eines robotischen Antriebs gehalten
werden kann, denn aufgrund der Geometrie von Patienten und üblicher
beispielsweise Robotmechanik ist ein Andocken eines robotischen
Antriebs von unten an den Therapiestuhl nicht ohne Weiteres möglich. Aus
diesem Grund ist das Kopplungselement vorzugsweise seitlich am Basiselement
angeordnet.
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Ein
weiterer Vorteil liegt darin, dass mit einer derartigen Vorrichtung
der Patient in jede Ausrichtung des Positionierarms um 360° gedreht
werden kann.
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In
einer weiteren Ausführungsform
ist die Patientenhalterungsvorrichtung als Patientenliege oder Patientenstuhl
ausgebildet. Vorzugsweise umfasst sie einen Motor zum Antreiben
des insbesondere ringförmig
ausgebildeten Lagers zur Rotation um 360° oder einen Winkelsegment.
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Um
eine besonders kompakte und gewichtssparende Ausgestaltung des Patientenhalterungsmoduls
zu erzielen, weist die Patientenhalterungsvorrichtung vorteilhafterweise
eine Sitzfläche
auf, wobei die Basiseinheit mit der dazugehörigen Verstellmechanik, wie
z.B. dem Lager, unter der Sitzfläche der
Patientenhalterungsvorrichtung untergebracht, wodurch eine besonders
gute Raumnutzung erreicht ist. Es können somit vorne und seitlich
des Patientenhalterungsmoduls weitere Stützelemente, wie z.B. eine Beinstütze oder
klappbare Armlehnen vorgesehen sein, die verstellbar sind und deren
Bewegungsfreiheit durch die Basiseinheit nicht eingeschränkt wird.
Eine Rückseite
des Patientenhalterungsmoduls kann hierbei etwas über die
Sitzfläche überstehen,
wodurch die Bewegungen der weiteren Komponenten des Patientenhalterungsmoduls
ebenfalls nicht beeinträchtigt
werden. Aus diesem Grund ist das Kupplungselement insbesondere an
der Rückseite
positioniert.
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Gemäß einer
bevorzugten Variante ist das Lager unmittelbar unterhalb der Sitzfläche angeordnet.
Diese Variante ist konstruktiv sehr einfach und Platz sparend. Zudem
kann ein relativ kleines Lager eingesetzt werden.
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Zweckdienlicherweise
weist das Patientenhalterungsmodul ein Bein- und/oder Fußstütze ausgeführtes Stützelement
auf. Dies wird insbesondere durch die kompakte Ausgestaltung der
Basiseinheit ermöglicht.
Die Bein- und/oder Fußstütze bietet
dem Patienten eine bequeme Position während der Behandlung.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Variante endet ein unteres Ende des Stützelements
unterhalb der Basiseinheit, wenn das Stützelement gegen die Horizontalen
abgewinkelt ist, insbesondere um mehr 45° gegenüber der Horizontalen abgewinkelt
ist. Diese Variante deutet auf ein besonders kleines Volumen der
Basiseinheit hin, das auf ein technisches Minimum reduziert ist.
Die Basiseinheit ist daher quasi lediglich ein flaches unter der
Sitzfläche
angeordnetes Element.
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Zweckdienlicherweise
wirken das Patientenhalterungsmodul und die Vorrichtung mit dem
Positionierarm derart zusammen, dass eine Rotation des Patientenhalterungsmoduls
um 360° durch
eine Kombination von einer Teilrotation des Patientenhalte rungsmoduls
und einer Teilrotation der Vorrichtung mit dem Positionierarm erreicht
ist.
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Vorzugsweise
ist der Positionierarm als Roboterarm ausgebildet, der die freie
Beweglichkeit über
mehrere Gelenke um mehrere Achsen aufweist.
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In
einer besonders vorteilhaften Ausführungsform weist das Patientenhalterungsmodul
einen mechanischen Schirm zum Schutz der Extremitäten oder
zur Überwachung
der Bewegung hinsichtlich möglicher
Kontakte zu externen Gegenständen. Dies
erfolgt beispielsweise über
Drucksensoren oder Infrarotabstandsmessung. Der Schirm umgibt vorzugsweise
vollständig
den zu schützenden
Bereich.
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Weitere
vorteilhafte Ausführungsformen
sind durch die Gegenstände
der Unteransprüche
gegeben.
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Es
werden mehrere Ausführungsformen
der Erfindung anhand der 1 bis 5 verdeutlicht. Es
zeigen:
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1 einen
Schnitt durch ein beispielhaftes Patientenhalterungsmodul,
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2 eine
Aufsicht auf ein beispielhaftes mit einem Motor angetriebenes Patientenpositioniermodul,
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3 und 4 eine
Skizze zur Verdeutlichung der Verwendung einer beispielhaften Patientenpositioniervorrichtung,
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5 eine
beispielhafte Ausführungsform eines
Patientenpositioniermoduls mit einer Schutzvorrichtung sowie einem
Sensorsystem, und
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6 eine
alternative Ausführungsform
einer Patientenpositioniervorrichtung.
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1 zeigt
beispielhaft ein Patientenhalterungsmodul 1 mit einem Patientenstuhl 3 als
Patientenhalterungsvorrichtung, auf dem ein Patient 5 in
einer Bestrahlungshaltung vorzugsweise fixiert sitzt. Der Patientenstuhl 3 ist
auf einer Bodenplatte 7 befestigt und kann mittels eines
Lagers 9 vorzugsweise um 360° rotiert werden. Das Lager ist
mit einer Basisplatte 11 fest verbunden, welche im Querschnitt
u-förmig
ausgebildet ist und an dessen radialen Außenseite ein Kupplungselement 13 angeordnet
ist.
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2 zeigt
eine Aufsicht auf eine beispielhafte Ausführungsform eines Patientenhalterungsmoduls, ähnlich des
Patientenhalterungsmoduls 1 aus 1. Zur Verdeutlichung
ist zusätzlich
ein Riemenantrieb mit einem Riemen 15 und einem Antriebsmotor 17 dargestellt.
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Die 3 und 4 verdeutlichen
den Einsatz einer beispielhaften Patientenpositioniervorrichtung
nach der Erfindung. Ein Patient wird auf dem Patientenhalterungsmodul 1 für die Bestrahlung
vorbereitet. Dazu nimmt er eine Körperhaltung ein, die der Bestrahlungsplanung
zugrunde lag, indem er beispielsweise mit Hilfe einer Fixiervorrichtung
in die entsprechende Position gebracht wird.
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Der
Patientenstuhl wird mit Hilfe einer Transportvorrichtung 19 von
einem Vorbereitungsraum zu einer Vorrichtung 21 mit einem
Positionierarm 23 gebracht. Dort koppelt ein Kopplungspunkt
des Positionierarms 23 mit einem Kopplungselement des Patientenhalterungsmoduls 1 an.
Der Positionierarm weist mehrere Gelenke 25 auf, die eine
freie Ausrichtung des Positionierarms im Raum ermöglichen.
Dabei ist der Positionierarm beispielsweise auch um eine vertikale
Achse 27 schwenkbar.
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Die
Patientenpositioniervorrichtung wird von einem Therapiekontrollzentrum
einer Strahlentherapieanlage angesteuert. Dies ermöglicht es,
wie in 4 dargestellt, den Patienten derart in Bezug zu einem
Therapiestrahl 31 auszurichten, beispielsweise einem Photonen,
Elektronen, Neutronen, Pionen, Protonen-, Helium-, Kohlenstoff-
oder Sauerstoff-Ionen-Strahl.
Gehört
der Therapiestrahl 31 beispielsweise zu einem Fixed-Beam-Bestrahlungsplatz 33, so
kann mit Hilfe der erfindungsgemäßen Patientenpositioniervorrichtung
die Einsatzmöglichkeit
eines derartigen Bestrahlungsplatzes wesentlich vergrößert werden.
Denn die hohe Freiheit bei der Einstellung des Einfallswinkels führt zu einem
großen
Bereich an einstellbaren Einfallswinkeln des Therapiestrahls 31 auf
einen zu behandelnden Bereich 35 des Patienten 5.
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Wird
eine derartige Patientenpositioniervorrichtung mit verschiedenen
Patientenhalterungsvorrichtungen kombiniert – beispielsweise mit einem
Patientenstuhl, einer Patientenliege etc.- so erhöht sich die
Flexibilität
beim Einsatz von Bestrahlungsplätzen, insbesondere
Fixed-Beam-Bestrahlungsplätzen, weiter.
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5 zeigt
eine weitere Ausführung
eines Patientenpositioniermoduls 41, bei dem radial um den
Patienten 5 im Bereich der Beine ein Schirm 43 verläuft, an
dessen Außenseite
sowie an der Unterseite der Basisplatte 11 Drucksensorsysteme 45 angeordnet
sind. In dieser Ausführungsform
ist der Patient 5 gegenüber
ungewollten Einwirkungen von außen
zum einen über
den Schutzring 43 passiv geschützt. Zum anderen ist er gegen
derartige Einwirkungen über
eine Unterbrechung der Ansteuerung des Positionierarms (nicht eingezeichnet)
bei Aktivierung eines der Drucksensorsysteme 45 gesichert.
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Alternativ
zu den Ausführungsvarianten
in den 1 bis 5 kann die Basiseinheit derart klein
ausgebildet sein, dass sie im Wesentlichen nicht über eine
Sitzfläche 46 der
Patientenhalterungsvorrichtung 3 übersteht. Diese Ausgestaltung ist
in 6 dargestellt. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Basiseinheit
nach Art eines verschlossenen von oben durch die Sitzfläche 46 begrenzten Blocks
ausgebildet, in dem die Verstell- und Antriebsmechanik des Patientenhalterungsmoduls 1 aus Gründen der
Sicherheit und der besseren Raumnutzung untergebracht ist. Hierbei
ist das Lager 9, dessen Kontur durch gestrichelte Linien
angedeutet ist, direkt unterhalb der Sitzfläche 46 positioniert.
Mit Hilfe des Lagers 9 wird in diesem Ausführungsbeispiel nur
der Patientensitz 3 relativ zu einer Verlängerung 51 der
Basiseinheit um bis zu 90° rotiert.
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Bei
dieser Ausgestaltung des Patientenhalterungsmoduls 1 ist
außerdem
eine Bein-und-Fußstütze 47 vorgesehen,
auf der die Beine und Füße des sitzenden
Patienten 5 aufliegen, wodurch dem Patienten 5 mehr
Bequemlichkeit geboten ist. Die Bein-und-Fußstütze 47 kann dank dem
kompakten Aufbau der Basiseinheit in unterschiedlichen Winkellagen
gegenüber
der Sitzfläche 46 verstellt
werden, ohne dass ihre Bewegungsfreiheit durch die Basiseinheit
eingeschränkt
wird. Da die Basiseinheit besonders klein ausgestaltet ist, reicht
das untere Ende der Bein-und-Fußstütze 47 in
ihrer gezeigten abgewinkelten Stellung unterhalb der Basiseinheit.
Aus diesem Grund ist das Patientenhalterungsmodul 1 mittels
des Positionierarms 23 etwas über dem Boden gehalten.
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Das
Kopplungselement 13 ist auf einer Rückseite 49 des Patientenstuhls 3 positioniert.
Durch die Verlängerung 51 der
Basiseinheit ist das Kupplungselement 13 beabstandet von
dem Patientenstuhl 3 angeordnet.
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Die
Positionierung des Patienten 5 bezüglich des Bestrahlungsplatzes
kann allein durch Verstellen des Patientenhalterungsmoduls 1 oder
alternativ durch Verstellen des Positionierarms 23 in Kombination
mit dem Patientenhalterungsmodul 1 erfolgen. Als Positionierarm 23 wird
beispielweise ein handelsüblicher
mehrachsiger Roboter-Arm eingesetzt, über den eine räumliche
Positionierung und eine Vorrotation des Patientenhalterungsmoduls 1 um
z.B. 90° erfolgen.
Die weitere Rotation des Patientenstuhls 3 wird hierbei über das
Lager 9 des Patientenhalterungsmoduls 1 ausgeführt.