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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Justierkörper zum Ausrichten von Linienlasern,
insbesondere von Justierlasern einer medizinischen Ionenstrahl-Behandlungseinrichtung.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Justieren eines Linienlasers
unter Verwendung eines derartigen Justierkörpers.
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Zur
Behandlung von Tumoren werden mit zunehmendem Erfolg Ionenstrahl-Therapiesysteme eingesetzt,
welche den Tumor durch Beschuss mit schweren Ionen zerstören. Sie
besitzen den Vorteil, dass bei der Bestrahlung eines Zielobjekts
(Targets) der größte Teil
der Energie des Ionenstrahls auf das Target übertragen wird, während lediglich
eine geringe Energie auf das umliegende gesunde Gewebe übertragen
wird. Voraussetzung dazu ist allerdings eine hinreichend genaue
Positionierung des üblicherweise
auf einer beweglichen Patientenliege gelagerten Patienten relativ
zum in der Regel raumfesten Ionenstrahl. Zu diesem Zweck wird beispielsweise
mit Hilfe mehrerer um die Patientenliege herum angeordneter Laser
ein zwei- oder dreidimensionales Laserlicht-Fadenkreuz auf den Patienten
projiziert, anhand dessen er vor der Aktivierung des Ionenstrahls
ausgerichtet und positioniert wird.
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Der
jeweilige Laser ist dabei zweckmäßigerweise
als so genannter Linienlaser ausgebildet, der einen in einer Ebene
liegenden Fächerstrahl
von Laserlicht emittiert, welcher bei Projektion auf eine ebene
Oberfläche
eine möglichst
scharf definierte gerade Linie abbildet. Durch geeignete Anordnung
dreier verschiedener Laser um den Patiententisch herum und bei entsprechender
Ausrichtung der Strahlebenen kann dann beispielsweise erreicht werden,
dass sich die drei emittierten Fächerstrahlen
mit einer vorgegebenen Winkelrelation zueinander genau im zentralen
Punkt der Energiedeposition des Ionenstrahls, dem so genannten Isozentrum,
dessen räumliche Koordinaten
hier als bekannt vorausgesetzt werden, schneiden und dieses in der
Art eines Laserlicht-Fadenkreuzes visuell markieren. Da sich der
zu behandelnde Tumor gewöhnlich
im Körperinneren,
das heißt
unter der Körperoberfläche befindet,
gilt dies natürlich
nur, solange der Patient noch nicht in die Behandlungsposition geschoben
wurde; sobald der Patient sich nach erfolgter Grobausrichtung in
selbiger befindet, werden die Laserstrahlen jeweils auf seine Körperkontur
abgebildet und definieren dort ein präzises Koordinatensystem für seine
Feinausrichtung.
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Zweckmäßigerweise
handelt es sich dabei um ein orthogonales Koordinatensystem; das
heißt die
Strahlebenen der Laserstrahlen sollten vorzugsweise jeweils exakt
senkrecht aufeinander stehen und sich – sofern sich dort kein Hindernis
befindet – im
Isozentrum des Ionenstrahls schneiden. Prinzipiell ist es aber auch
denkbar, mit einem nicht-orthogonalen Koordinatensystem zu arbeiten.
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In
der Praxis ist die Ausrichtung beziehungsweise Eichung der Justierlaser
auf das Isozentrum der Ionenstrahlanlage unter Beachtung der vorgesehenen
Winkelrelationen zwischen den Strahlebenen aufgrund der erforderlichen
Präzision
meist mit erheblichem Aufwand verbunden. Insbesondere erweist sich
eine optische Vermessung mit Hilfe eines Theodoliten oder Nivellierinstrumentes
oder dergleichen regelmäßig als
zu ungenau. In der
DE
199 07 065 A1 wird daher vorgeschlagen, eine Orthogonalitätsprüfung und
eine Genauigkeitsprüfung
einer Laserjustierung für
ein Ionenstrahl-Therapiesystem durchzuführen, indem die Laser auf den
Mittelpunkt eines im Isozentrum des Ionenstrahls positionierten Prüfkörpers von
2 bis 3 mm Durchmesser ausgerichtet werden, wobei die Abbildung
der Laserlinien auf den gegenüberliegenden
Wänden
beziehungsweise auf dem Fußboden
des Behandlungsraums zur Überprüfung der
Abweichung von der Vertikalen beziehungsweise Horizontalen herangezogen
wird. Je nach den räumlichen
Gegebenheiten kann es dabei jedoch vergleichsweise schwierig sein,
die entsprechenden Wand- oder Fußbodenmarkierungen mit hinreichender
Präzision
vorab zu vermessen und anzubringen. Insbesondere ist die Einhaltung
der geforderten Winkelrelationen mit dieser Methode nur schwer zu
realisieren.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Justierkörper anzugeben,
der eine besonders einfache, schnelle und zugleich präzise Ausrichtung
einer Anzahl von Linienlasern, insbesondere von Justierlasern einer
medizinischen Ionenstrahl-Behandlungseinrichtung, ermöglicht,
wobei insbesondere eine bestimmte Winkelrelation zwischen den Strahlebenen
der Linienlaser gewährleistet
sein soll. Weiterhin soll ein besonders vorteilhaftes Verfahren
zum Justieren einer Anzahl von Linienlasern unter Verwendung eines
derartigen Justierkörpers
angegeben werden.
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In
Bezug auf den Justierkörper
wird die genannte Aufgabe erfindungsgemäß gelöst, indem dieser eine Mehrzahl
von an einer starren Haltekonstruktion angeordneten und jeweils
mit einer Referenzmarkierung versehenen Markierungsträgern aufweist,
wobei eine erste Gruppe und eine zweite Gruppe von jeweils mindestens
drei Markierungsträgern derart
angeordnet und zueinander ausgerichtet sind, dass die Referenzmarkierungen
der ersten Gruppe von Markierungsträgern in einer ersten Referenzebene
liegen und diese eindeutig festlegen, und dass die Referenzmarkierungen
der zweiten Gruppe von Markierungsträgern in einer zweiten Referenzebene
liegen und diese eindeutig festlegen, und wobei die beiden Referenzebenen
sich in einer gemeinsamen Schnittlinie schneiden.
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Die
Erfindung geht dabei von der Überlegung aus,
dass der Justierkörper
nicht nur die präzise
Ausrichtung einer Mehrzahl von Linienlasern auf einen vorgegebenen
Raumpunkt, zum Beispiel das Isozentrum einer Ionenstrahlanlage,
ermöglichen
sollte – in dem
Sinne, dass sich die von den Lasern ausgehenden Fächerstrahlen
im Targetpunkt schneiden –,
sondern darüber
hinaus auch dazu ausgelegt sein sollte, eine Einstellung und Kontrolle
einer vorgegebenen Winkelrelation zwischen den Strahlebenen der
verschiedenen Laserstrahlen vorzunehmen.
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Zu
diesem Zweck weist der Justierkörper
zunächst
eine erste Gruppe von mindestens drei voneinander beabstandeten
und mit jeweils einer Referenzmarkierung versehenen Markierungsträgern auf, wobei
sämtliche
Referenzmarkierungen in einer gemeinsamen Referenzebene liegen und
diese eindeutig festlegen oder aufspannen. Das heißt, der
Entartungsfall, dass alle Referenzmarkierungen entlang einer Raumgeraden
ausgerichtet sind, soll ausgeschlossen sein. Weiterhin weist der
Justierkörper
vorzugsweise mindestens eine weitere Gruppe von mindestens drei
Markierungsträgern
mit Referenzmarkierungen auf, die ganz analog eine zweite, gegebenenfalls
auch noch eine dritte, zur ersten Referenzebene nicht parallele
Referenzebene ausbilden. Der jeweils zwischen den Ebenen bestehende
Neigungs- oder Verkippungswinkel entspricht dabei dem zur Festlegung
des Laser-Koordinatensystems oder Fadenkreuzes gewünschten
Vorgabewert. Besonders zweckmäßig, insbesondere
im Hinblick auf die späte Vermessung
eines Patienten, ist ein orthogonales Koordinatensystem; das heißt, die
jeweils von den Referenzmarkierungen aufgespannten Referenzebenen
stehen vorteilhafterweise senkrecht aufeinander.
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Zur
Justierung der Linienlaser wird zuerst der Justierkörper derart
im Raum positioniert, dass im Falle zweier Referenzebenen ihre gemeinsame Schnittlinie
genau durch das Ionenstrahl-Isozentrum verläuft, beziehungsweise im Fall
dreier Referenzebenen ihr gemeinsamer Schnittpunkt mit dem Isozentrum
zusammenfällt,
und dass die Referenzebenen – zumindest
grob – jeweils
entlang der gewünschten
Raumrichtungen orientiert sind. Anschließend wird die eigentliche (Fein-)
Justierung der bereits grob vorpositionierten Laser durchgeführt, indem
der jeweilige Fächerstrahl
von Laserlicht auf die ihm zugeordneten Referenzmarkierungen oder
Eichstriche auf den Markierungsträgern ausgerichtet und somit
die jeweilige Strahlebene mit der zugehörigen, durch den Justierkörper definierten
Referenzebene zur Deckung gebracht wird. Ein anfänglicher Höhenversatz (Parallelverschiebung)
sowie eine Verkippung der Laserstrahlebene zur Referenzebene machen
sich dadurch bemerkbar, dass der Laserstrahl zumindest eine der
die Referenzebene aufspannenden Referenzmarkierungen nicht exakt
trifft, sondern neben ihr auf den jeweiligen Markierungsträger projiziert
wird. Eine derartige Fehlausrichtung kann durch Verschieben und/oder
Verkippen des Lasers um eine oder zwei Dreh- bzw. Kippachsen schnell
und zielführend
korrigiert werden.
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Sofern
die Referenzmarkierungen mit hinreichender Genauigkeit auf den Markierungsträgern angebracht
sind, und sofern der Abstand zwischen je zwei Markierungsträgern einer
Referenzebene hinreichend groß gewählt ist,
kann auf diese Weise eine hochpräzise
Ausrichtung der Laser – sowohl
im Hinblick auf den Strahlschnittpunkt als auch auf die gegenseitigen
Winkelrelationen der Strahlebenen – vorgenommen werden.
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Um
einerseits durch die Handhabung des Prüfkörpers, andererseits durch etwaige
Schwankungen der Umgebungstemperatur keine nennenswerten gegenseitigen
Verschiebungen oder Dejustierungen der Referenzmarkierungen oder
Eichstriche hervorzurufen, sind die Haltekonstruktion sowie die
Markierungsträger
selber vorteilhafterweise aus einem vergleichsweise verwindungssteifen
und temperaturstabilen Material mit einem möglichst kleinen thermischen
Ausdehnungskoeffizienten gefertigt, auf dem zweckmäßigerweise
auch das auftreffende Laserlicht gut sichtbar ist. Bevorzugt werden
solche Materialien, die sich überdies
gut verarbeiten und sicher und stabil miteinander verbinden lassen,
zum Beispiel durch Löten
oder Schweißen.
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Ein
vorteilhaftes Auslegungskriterium bzw. Designprinzip für den Justierkörper besteht
darin, dass die Markierungsträger
in Relation zueinander und zur Haltekonstruktion derart versetzt
angeordnet sind, dass die Referenzmarkierungen der jeweiligen Gruppe
von Markierungsträgern über einen
wesentlichen Bereich von seitlichen Blickrichtungen auf den Justierkörper sich
nicht gegenseitig verdecken und auch nicht durch die übrigen Markierungsträger oder durch
die Haltekonstruktion verdeckt sind. Zwar wird es im Allgemeinen
nicht zu vermeiden sein, dass für einzelne,
ungünstig
gewählte
Blickrichtungen auf den Justierkörper
die eine oder andere Referenzmarkierung durch einen der anderen
Markierungsträger oder
durch Teile der Haltekonstruktion verdeckt wird, doch sollte dies
vorteilhafterweise die Ausnahme und nicht der Regelfall sein.
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Insbesondere
sollten vorteilhafterweise die Markierungsträger in Relation zueinander
und zur Haltekonstruktion derart versetzt angeordnet sein, dass
ein zumin dest annähernd
in der jeweiligen Referenzebene liegender, von einem zugeordneten
Linienlaser ausgesandter Fächerstrahl
von Laserlicht für
einen möglichst
großen
Bereich von außerhalb des
Justierkörpers
liegenden Ausgangspunkten auf zumindest drei der die Referenzebene
aufspannenden Referenzmarkierungen oder auf deren unmittelbare Umgebung
auf der Oberfläche
des jeweiligen Markierungsträgers
trifft. Dadurch wird sichergestellt, dass für den Aufstellungsort des jeweiligen
Lasers eine vergleichsweise große
Variabilität
besteht. Insbesondere ist es damit auch möglich, für ein- und dieselbe Referenzebene
mehrere Laser vorzusehen, die ihr Laserlicht aus verschiedenen Richtungen
auf den Justierkörper
werfen, und diese anhand der auf die (nicht verdeckten) Markierungsträger beziehungsweise
deren Eichstriche fallenden Strahlen auszurichten. Sofern mindestens
drei der Referenzmarkierungen einer Gruppe von Markierungsträgern sichtbar,
also nicht verdeckt sind, ist die jeweilige Referenz- oder Messebene
eindeutig festgelegt, und der zugehörige Laser kann vollständig, in
Bezug auf Höhen-
und Neigungspositionierung, ausgerichtet werden.
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In
einer vorteilhaften Weiterbildung ist der Justierkörper derart
aufgebaut, dass mindestens eine der Gruppen von Markierungsträgern mindestens
vier, vorzugsweise genau vier Markierungsträger umfasst. Damit ist einerseits
im Normalfall eine Redundanz, das heißt eine zusätzliche Kontrollmöglichkeit
für die
Ausrichtung des zugehörigen
Lasers gegeben, andererseits bleiben selbst bei ungünstig gewählten Blickrichtungen – das heißt bei Aufstellungspositionen
des Lasers, bei denen einer der Markierungsträger verdeckt und somit nicht
vom Fächerstrahl
erfasst wird – noch
drei weitere Referenzmarkierungen sichtbar. Dies reicht aus, um
die Übereinstimmung
von tatsächlicher
Laserebene mit der Referenzebene zu überprüfen und gegebenenfalls nachzujustieren.
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Die
genannten Auslegungsziele, insbesondere die weitgehende Verdeckungsfreiheit
der Eichmarkierungen, lassen sich vorteilhaft in dem Fall realisieren,
dass die Markierungsträger
und vorzugsweise auch die einzelnen Elemente der Haltekonstruktion
durch – im
Vergleich zur räumlichen
Gesamtausdehnung des Justierkörpers – dünne Stäbe oder
Balken gebildet sind. Ausgesprochen vorteilhaft ist eine Variante,
bei der zumindest einer der Markierungsträger, vorzugsweise jeder Markierungsträger, ein
zylindrischer Stab (Kreiszylinder) ist, wobei die am Markierungsträger angeordnete
Referenzmarkierung eine entlang dem Stabumfang verlaufende Ellipse, insbesondere
einen vollständig
in der Referenzebene liegenden Kreis, bildet. Die jeweilige Referenzmarkierung,
ausgeführt
beispielsweise als umlaufende Rille oder Erhebung, insbesondere
als Gravierung in einem metallischen Markierungsträger, ist
somit nach allen Raumrichtungen hin gut sichtbar, was unterschiedliche
Aufstellungsorte des zugeordneten Linienlasers begünstigt.
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Zur
besseren Erfassung der Ist-Lage der Laserline während des Ausrichtungsvorganges
und zur quantitativen Ermittlung und Auswertung ihres Abstandes
zur Referenzmarkierung ist vorteilhafterweise auf beiden Seiten
der Referenzmarkierung eine Anzahl von Eichstrichen oder Markierungen
auf dem Markierungsträger
angeordnet. Vorzugsweise sind diese Markierungen ähnlich wie
bei einem Lineal äquidistant
angeordnet, wobei die zentrale Referenzmarkierung optisch hervorgehoben
ist. Mit Hilfe einer derartigen Längen- oder Abweichungsskala
lässt sich
der aktuelle Abstand der Laserlinie zur Referenzlinie – ausgedrückt in z.B.
in Vielfachen des Skalenabstandes oder in absoluten Einheiten – schnell und
einfach ermitteln und zur zielgerichteten Korrektur der Laserausrichtung
heranziehen. Die einzelnen Skalenstriche können z.B. in den Markierungsträger eingraviert
sein.
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In
besonders vorteilhafter Ausgestaltung weist der Justierkörper drei
Gruppen von Markierungsträgern
auf, wobei jede der drei Gruppen mindestens drei parallel zueinander
angeordnete Zylinderstäbe
als Markierungsträger
umfasst, und wobei die Zylinderstäbe einer Gruppe jeweils orthogonal
zu den Zylinderstäben
der beiden anderen Gruppen ausgerichtet sind. Die Referenzmarkierungen
sind dabei vorteilhafterweise als entlang dem Stabumfang verlaufende
Kreise ausgeführt;
das heißt,
die jeweilige Referenzebene ist senkrecht zu der ihr zugeordneten
Gruppe von Zylinderstäben
(Markierungsträgern)
orientiert. Damit definiert der Justierkörper ein Referenz-Koordinatensystem
mit drei orthogonalen Referenz- bzw.
Messebenen, auf die die zugehörigen Laser
ausgerichtet werden können.
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Der
Justierkörper
selbst lässt
sich zuvor einfach und schnell, zum Beispiel mit Hilfe eines Lasertrackers,
auf dem Patiententisch einer Ionenstrahl-Behandlungseinrichtung
oder auf einer anderen Unterlage ausrichten, etwa derart, dass eine
der Referenzebenen exakt waagrecht im Raum liegt, was für viele
Anwendungen vorteilhaft ist. Darüber
hinaus können
anschließend
bei Bedarf durch geeignete Drehung des Justierkörpers um eine (Vertikal-) Achse
auch die beiden anderen Referenzebenen entlang eines im Behandlungsraum
festgelegten Systems von raumfesten Koordinatenachsen ausgerichtet
werden, wobei natürlich
aufgrund der vorausgesetzten Winkelrelationen (insbesondere Orthogonalität) mit zwei
ausgerichteten Referenzebenen bereits auch die dritte festliegt
bzw. ausgerichtet ist.
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Für eine gute
allseitige Sichtbarkeit der Referenzmarkierungen sind vorteilhafterweise
alle Referenzmarkierungen in einem innen liegenden Kernbereich des
Justierkörpers
angeordnet, während
die Haltekonstruktion eine Anzahl von außerhalb des Kernbereiches liegenden
Rahmenelementen aufweist.
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Die
Justierung der Laserlinien auf die Eichmarkierungen kann bei einer
besonders einfach gehaltenen Ausführung des Justierkörpers durch
rein visuelle Ablesung erfolgen. In einer alternativen Variante
können
stattdessen auch mit einer elektronischen Auswerteeinheit verbundene
Laserlichtsensoren in die Markierungsträger, die man in diesem Fall auch
als Sensorträger
bezeichnen könnte,
integriert oder auf sie aufgesetzt sein. Die Laserlichtsensoren dienen
dazu, den Eichvorgang, das heißt
die Übereinstimmung
der Laserlinien mit der Sensorposition, elektronisch zu erfassen
und zum Beispiel über
einen an die Auswerteeinheit angeschlossenen optischen oder akustischen
Signalgeber anzuzeigen. Diese Variante ist insbesondere dann sinnvoll,
wenn von der bevorzugten Ableseposition aus – zum Beispiel der Bedienposition
für die
Neigungs- und Höhenverstellung
des Lasers – nicht
alle Markierungen simultan beobachtbar sind. Außerdem können derartige Sensoren auch
zur Detektion von für
das Auge nicht sichtbarem Laserlicht eingesetzt werden, wenn die verwendete
Laserlichtquelle beispielsweise Laserlicht mit einer Wellenlänge im UV-Bereich
emittiert.
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In
einer vorteilhaften Weiterbildung dieses Konzeptes könnte der
jeweilige Linienlaser auch in einer mittels Elektromotoren (Schrittmotoren
oder ähnliches)
oder sonstigen Aktoren betätigbaren
Verstellvorrichtung gelagert sein, welche über von der Auswerteeinheit
berechnete und an die Aktoren übermittelte
Steuerbefehle automatisch in die Zielposition/Zielausrichtung bewegt
wird. Gegebenenfalls ist es dabei auch vorteilhaft, die optischen
Sensoren nicht nur am Ort der den jeweiligen Sensorträger „durchstoßenden" (gedachten) Referenzebene, sprich
an der Soll-Position, vorzusehen, sondern auch an benachbarten Positionen,
um die aktuelle Ist-Lage der Laserlinie und deren Abstand von der Soll-Lage
elektronisch zu erfassen.
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Im
Bezug auf das Verfahren wird die eingangs gestellte Aufgabe dadurch
gelöst,
dass der Justierkörper
in eine Referenzposition und -tage im Raum gebracht wird, und dass
anschließend
die Strahlebene des jeweiligen Linienlasers mit einer der durch
den Justierkörper
definierten Referenzebenen zur Deckung gebracht wird, indem der
Linienlaser so lange im Raum verschoben und/oder um eine Achse gedreht
oder gekippt wird, bis der von ihm ausgehende Fächerstrahl von Laserlicht sämtliche
der zur Referenzebene gehörigen
Referenzmarkierungen des Justierkörpers trifft.
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Vorteilhafterweise
wird der Justierkörper
vor der eigentlichen Laserausrichtung mit Hilfe eines Lasertrackers
oder eines ähnlichen
mobilen Koordinatenmessgerätes
auf das – als
bekannt vorausgesetzte, in einem raumfesten Koordinatensystem durch ein
Koordinatentripel charakterisierte – Isozentrum einer Ionenstrahlanlage
ausgerichtet. Der Laserstrahl des Lasertrackers wird dabei vorteilhafterweise auf
im Außenbereich,
z.B. in den äußeren „Eckpunkten", des Justierkörpers angeordnete
Referenz- oder Visierpunkte, die beispielsweise jeweils mit einem Reflexionsspiegel
von vergleichsweise geringer Flächenausdehnung
ausgestattet sein können,
gerichtet. Durch Anvisieren von mindestens dreien dieser Vermessungspunkte
mit dem Lasertracker kann die Lage des Justierkörpers im Raum exakt bestimmt und
gemäß der Vorgabe
korrigiert werden.
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Die
mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin,
dass mit Hilfe eines mit Referenzmarkierungen versehenen Justierkörpers von
geeigneter Gestalt eine präzise
Ausrichtung von Linienlasern auf einen vorgegebenen Raumpunkt vorgenommen
werden kann, wobei gleichzeitig die zwischen den Strahlebenen bestehenden
Winkelverhältnisse
besonders einfach, schnell und präzise gemäß einem Vorgabewert (Sollwert)
justierbar sind. Nach der Erstjustage oder Eichung der Laser kann der
Justierkörper
jederzeit zur Kontrolle der Justierung herangezogen werden. Ein
bevorzugtes Anwendungsfeld ist dabei die Ausrichtung von Ziellasern
einer medizinischen Ionenstrahl-Behandlungseinrichtung auf das Ionenstrahl-Isozentrum.
Aufgrund seiner Portabilität
lässt sich
ein- und derselbe Justierkörper
zur Eichung / Überprüfung mehrerer Lasersysteme,
insbesondere von verschiedenen Ionenstrahl-Behandlungseinrichtungen,
einsetzen; eine aufwändige
Vermessung jeder einzelnen Anlage zur Anbringung von Wand- oder Bodenmarkierungen,
wie sie im Stand der Technik notwendig ist, ist vermieden.
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Darüber hinaus
sind selbstverständlich
vielfältige
andere vorteilhafte Verwendungen und Einsatzmöglichkeiten für den Justierkörper denkbar, nämlich überall dort,
wo mit Hilfe von Linienlasern ein Laserlicht-Fadenkreuz erzeugt
und auf ein Objekt projiziert werden soll, etwa in der industriellen
Fertigungstechnik, im Qualitätsmanagement,
im Vermessungswesen, etc.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen in jeweils
schematischer und stark vereinfachter Darstellung:
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1 einen
Blick von oben auf eine Patientenliege einer Ionenstrahl-Behandlungseinrichtung, wobei
um die Patientenliege herum eine Anzahl von Linienlasern zur Erzeugung
eines auf das Ionenstrahl-Isozentrum ausgerichteten Laserlicht-Fadenkreuzes
angeordnet ist,
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2 eine
Seitenansicht der Patientenliege und ihrer Peripherie gemäß 1,
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3 einen
Justierkörper,
mit dessen Hilfe die Linienlaser der Behandlungseinrichtung gemäß 1 oder 2 auf
das Ionenstrahl-Isozentrum ausgerichtet werden (Draufsicht),
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4 eine
Seitenansicht des Justierkörpers gemäß 3,
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5 eine
alternative, zweite Ausführungsform
des Justierkörpers
in Draufsicht,
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6 eine
Seitenansicht des Justierkörpers gemäß 5,
und
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7 eine
dritte Ausführungsform
des Justierkörpers.
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Gleiche
Teile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
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Die
in zwei verschiedenen Ansichten (Draufsicht beziehungsweise Seitenansicht)
in 1 und 2 lediglich ausschnittsweise
und nur mit einem Teil zugehöriger
Komponenten dargestellte Ionenstrahl-Behandlungseinrichtung 2 umfasst
einen an der Decke des Behandlungsraumes angeordneten Ionenstrahl-Kollimator 4,
der einen von einer hier nicht gezeigten Ionenquelle erzeugten Ionenstrahl 6 fokussiert
und in vertikaler Richtung, hier als z-Richtung bezeichnet, zum
Boden des Behandlungsraumes hin emittiert. Die vertikal im Raum
orientierte z-Achse definiert zusammen mit der jeweils waagrecht
verlaufenden x-Achse und der y-Achse ein raumfestes orthogonales
Koordinatensystem 8. Im Abstand a von der Austrittskante
des Kollimators 4, welcher mit der Energie der austretenden
Ionen variieren kann, befindet sich das für die Tumorbehandlung relevante
Isozentrum 10 des Ionenstrahls 6. Die Koordinaten
(x, y, z);iso des Isozentrums 10 lassen sich
auf eine hier nicht näher
interessierende Weise ermitteln und werden im Folgenden als bekannt
vorausgesetzt.
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Zur
Behandlung eines Tumors wird ein Patient auf der in alle drei Raumrichtungen
beweglichen Patientenliege 12 festgeschnallt und derart
in Position gebracht, dass das Tumorzentrum, dessen Lage im Körper beispielsweise
durch computertomographische Aufnahmen oder andere bildgebende medizinische
Verfahren bekannt ist, mit dem Isozentrum 10 des Ionenstrahls 6 zusammenfällt. Um
die Patientenpositionierung zu erleichtern, ist um die Patientenliege 12 herum
eine Anzahl von Linienlasern L1, L1', L2 und L3 angeordnet, die ein zwei-
oder dreidimensionales Laserlicht-Fadenkreuz erzeugen, dessen Zentrum
mit dem Isozentrum 10 des Ionenstrahls 6 zusammenfällt.
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Im
Ausführungsbeispiel
erzeugt der an der Decke des Behandlungsraumes angeordnete Laser L3
einen Fächerstrahl 14 von
Laserlicht, der in einer zur x-z-Ebene des vereinbarten Orthogonal-Koordinatensystems
parallelen Ebene liegt und durch das Isozentrum 10 hindurchgeht.
Der Laser L1 erzeugt einen Fächerstrahl 16 von
Laserlicht, der in einer zur x-y-Koordinatenebene parallelen Ebene
liegt, ebenfalls durch das Isozentrum 10 hindurchgeht und
den Laserstrahl 14 (genauer: die Strahlebene) des Lasers 13 in
der zur x-Achse des Koordinatensystems parallelen, durch das Isozentrum 10 hindurchgehenden
Schnittlinie S schneidet. Weiterhin kann ein hier nicht näher dargestellter
Laser 12 vorgesehen sein, dessen Strahlebene parallel zur
y-z-Koordinatenebene liegt und ebenfalls das Isozentrum 10 enthält. In diesem
Fall schneiden sich also die orthogonal aufeinanderstehenden Strahlebenen
der drei Laser genau im Isozentrum 10.
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Darüber hinaus
kann es auch sinnvoll sein, pro Messebene mehr als einen Laser zu
installieren, was hier im Ausführungsbeispiel
durch den Laser 11' angedeutet
ist, dessen Strahlebene mit der Strahlebene des Lasers L1 zusammenfällt. Wenn
der mit Hilfe der Laserstrahlen in Bezug auf das Isozentrum 10 auszurichtende
Patient auf der Patientenliege 12 liegt, werden nämlich die
Laserlinien auf dessen Körperkontur
abgebildet, wobei es zum Beispiel infolge hervorstehender Körperteile
zu Abschattungs- und Verdeckungseffekten kommen kann. Daher kann
es zweckmäßig sein,
insbesondere für
die horizontale Laserebene die Möglichkeit vorzusehen,
das Laserlicht aus verschiedenen seitlichen Ausgangsrichtungen auf
den Patienten 2 zu „werfen".
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Um
die Ausrichtung der Linienlaser auf das Isozentrum 10 des
Ionenstrahls 6 unter Beachtung der Orthogonalitätsbedingungen
besonders einfach und schnell, zugleich aber auch mit besonders
hoher Genauigkeit vornehmen zu können,
ist ein speziell für diesen
Zweck entwickelter und hergerichteter Justierkörper 18 vorgesehen.
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3 zeigt
in der Art einer Prinzipskizze eine erste Variante des Justierkörpers 18,
der die Ausrichtung zweier Laserebenen ermöglicht. Dargestellt ist eine
Draufsicht auf die Unterseite des Justierkörpers 18; 4 zeigt
eine dazu korrespondierende Seitenansicht. Die zur Erleichterung
der räumlichen
Orientierung neben dem Justierkörper 18 dargestellten
Koordinatenachsen korrespondieren zu denjenigen aus 1 und 2.
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Der
Justierkörper 18 umfasst
eine flache Bodenplatte 20 und eine dazu senkrechte Trägerplatte 22,
die zusammen eine starre Haltekonstruktion 24 beziehungsweise
Trägerkonstruktion
für daran
befestigte Markierungsträger 26 bilden.
Bei den Markierungsträgern 26 handelt
es sich jeweils um Zylinderstäbe 28 mit
kreisförmigem
Querschnitt, die senkrecht von der sie tragenden Platte 20 oder 22 abstehen.
Auf der Bodenplatte 20 ist eine erste Gruppe von insgesamt
vier zueinander parallelen Zylinderstäben 28 befestigt;
an der seitlichen Trägerplatte 22 befindet
sich eine entsprechende zweite Gruppe. Jeder der Zylinderstäbe 28 trägt eine
als umlaufende Kreisnut ausgebildete Referenzmarkierung 30.
Die Referenzmarkierungen 30 der ersten Gruppe von Zylinderstäben 28 sind
alle auf der gleichen Höhe über der
Bodenplatte 20 angeordnet, liegen also alle in der zur
Bodenplatte 20 parallelen Referenzebene E1. Ganz analog
liegen alle Referenzmarkierungen 30 der zweiten Gruppe
von Zylinderstäben 28 in
einer zur Referenzebene E1 senkrechten Referenzebene E2.
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Darüber hinaus
ist durch die zueinander versetzte Anordnung der Zylinderstäbe 28 auf
der Bodenplatte 20 beziehungsweise der vertikalen Trägerplatte 22 gewährleistet,
dass zum einen die Referenzmarkierungen 30 von drei beliebig
aus der jeweiligen Gruppe herausgegriffenen Zylinderstäben 28 die
zugehörige
Referenzebene auch eindeutig definieren (aufspannen), und dass zum
anderen die zu einer Referenzebene gehörigen Referenzmarkierungen 30 allseitig
möglichst
gut sichtbar sind, das heißt, nicht
durch andere Markierungsträger 26 oder
Teile der Haltekonstruktion 24 verdeckt werden. Insbesondere
sind die Zylinder 28 der ersten Gruppe derart versetzt
auf der Bodenplatte 20 angebracht, dass in der Seitenansicht
aus Blickrichtungen entlang der x-Achse oder der y-Achse jeweils
alle Zylinder 28, speziell deren Referenzmarkierungen 30,
sichtbar sind und somit sowohl vom Fächerstrahl 14 des
in 1 und 2 mit L1 bezeichneten Linienlasers als
auch vom Strahl 15 des auf die gleiche Ebene ausgerichteten
(redundanten) Lasers 11' erfasst
werden.
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Zur
Durchführung
der Laserjustierung wird zunächst
der mit seiner Bodenplatte 20 auf der Patientenliege 12 aufliegende
Justierkörper 18 zum
Beispiel mit Hilfe eines Lasertrackers in seine Sollposition und
-tage gebracht, so dass die Schnittlinie S' der von den Referenzmarkierungen 30 aufgespannten Referenzebenen
E1, E2 (und ggf. einer dritten Ebene E3) im Isozentrum 10 des
Ionenstrahls 6 liegt. Anschließend wird die eigentliche Justierung
der bereits grob vorpositionierten Laser L1, L1', L2, L3 durchgeführt, indem der jeweilige Fächerstrahl
auf die zugehörigen
Referenzmarkierungen 30 der Zylinderstäbe 28 ausgerichtet
und damit die tatsächliche
Strahlebene mit der Referenzebene in Deckung gebracht wird. Damit
ist automatisch die Laser-Isozentrums-Kongruenz gewährleistet.
Um beispielsweise den Laser L3 zu justieren, muss dieser so lange
um die beiden in 2 eingezeichneten Achsen A1
und A2 gedreht oder gekippt werden und in y-Richtung verschoben werden, bis der
von ihm ausgehende Laserstrahl 14 exakt auf die zugehörigen Referenzmarkierungen 30 des
Justierkörpers 18 trifft.
Eine Translation in x-Richtung oder z-Richtung sowie eine Rotation
um die y-Achse ist hingegen aufgrund der Fächernatur des Laserstrahls
weitgehend unerheblich. Entsprechendes gilt für die Ausrichtung der anderen
Laserstrahlquellen.
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Der
in 5 und in 6 in einer
Seitenansicht dargestellte Justierkörper 18 entspricht
dem in 3 und 4 dargestellten Justierkörper, weist darüber hinaus
aber noch eine dritte Gruppe von Zylindern 28 auf, deren
Referenzmarkierungen 30 eine dritte, auf den beiden anderen
Referenzebenen senkrechte Referenzebene festlegen. Damit können ohne
Umverlagerung des Justierkörpers 18 drei
orthononale Laserebenen auf einmal (oder nacheinander) ausgerichtet
und überprüft werden.
Zur Halterung der zusätzlichen
Zylinderstäbe 28 ist
die aus 3 oder 4 bekannte
Haltekonstruktion 24 um entsprechende Rahmenelemente 32 erweitert.
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Schließlich ist
in 7 noch eine weitere Variante des Justierkörpers 18 dargestellt,
die drei Gruppen von Zylinderstäben 28 umfasst,
wobei jede Gruppe vier parallel zueinander ausgerichtete Zylinderstäbe 28 aufweist,
und wobei die Zylinderstäbe 28 einer
Gruppe jeweils orthogonal zu den Zylinderstäben 28 der beiden
anderen Gruppen ausgerichtet sind. Im Unterschied zu den beiden
vorigen Varianten befindet sich die hier nur schematisch durch einen Kreis
angedeutete Haltekonstruktion 24 für die Zylinderstäbe 28 komplett
außerhalb
eines die Referenzmarkierungen 30 umgebenden Kernbereiches
und ist aus mehreren umlaufenden Halteringen gebildet (vergleichbar
zum Beispiel mit Längen-
und Breitengraden bei einem Globus).
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Die
räumliche
Ausdehnung des Justierkörpers 18,
die bei der Ausführung
gemäß 7 im
Wesentlichen durch die Länge
der Zylinderstäbe 28 gegeben
ist, liegt zweckmäßigerweise
in einem Bereich von etwa 50 cm bis 100 cm.
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- 2
- Ionenstrahl-Behandlungseinrichtung
- 4
- Ionenstrahl-Kollimator
- 6
- Ionenstrahl
- 8
- Koordinatensystem
- 10
- Isozentrum
- 12
- Patientenliege
- 14,
15, 16
- Fächerstrahl
- 18
- Justierkörper
- 20
- Bodenplatte
- 22
- Trägerplatte
- 24
- Haltekonstruktion
- 26
- Markierungsträger
- 28
- Zylinderstab
- 30
- Referenzmarkierung
- 32
- Rahmenelement
- a
- Abstand
- A1,
A2
- Achse
- E1,
E2, E3
- Referenzebene
- L1,
L1',L2, L3
- Linienlaser
- S,
S'
- Schnittlinie
(Schnittpunkt)