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Die
Erfindung betrifft eine Partikeltherapieanlage umfassend eine drehbare
Gantry mit einer Bestrahlungseinheit, über die in einem
Behandlungsraum ein Partikelstrahl aus verschiedenen Winkeln abgegeben
werden kann, wobei in dem Behandlungsraum eine Bildgebungsvorrichtung
angeordnet ist.
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Bei
einer Partikeltherapie, insbesondere von Krebserkrankungen, wird
in einem geeigneten Beschleuniger ein Partikelstrahl beispielsweise
aus Protonen oder Schwerionen erzeugt. Der Partikelstrahl wird in
einem Strahlungskanal geführt und tritt über ein
Austrittsfenster des Strahlungskanals in einen Behandlungsraum ein.
In vielen Fällen ist wegen der aufwändigen Strahlungsführung
lediglich ein ortsfestes Strahlaustrittsfenster vorgesehen. Bei
einigen Anlagen ist jedoch eine drehbare Gantry mit einem Austrittsfenster
vorgesehen. Wegen der aufwändigen Strahlungsführung
ist die Gantry sehr großvolumig aufgebaut. Die Gantry umschließt
einen oftmals zylinderförmigen Behandlungsraum, in den
ein Patiententisch hineingefahren wird. Für eine möglichst präzise
Behandlung muss das zu bestrahlende Gewebe des Patienten möglichst
genau im Isozentrum (der Treffpunkt des Strahles bei der Rotation
der Gantry) der Anlage positioniert werden.
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Am
Ende des Strahlungskanals sind in einer auch als Nozzle bezeichnet
Bestrahlungseinheit unmittelbar vor dem Austrittsfenster üblicherweise
mindestens ein Strahlendetektor sowie passive Strahlelemente angeordnet.
Um den Patienten auch von unten bestrahlen zu können, ist
die Gantry idealerweise um 360° um den Patienten rotierbar.
Hierbei besteht das Problem, dass die Bestrahlungseinheit auch in dem
Bereich unterhalb des Patienten rotierbar sein muss. Für
diesen Zweck ist der Boden eines Behandlungsraums mit einer Gantry üblicherweise
beweglich ausgebildet.
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Damit
der Partikelstrahl möglichst präzise den zu behandelnden
Bereich des Patienten trifft, ist eine genaue Ausrichtung des Patienten
relativ zu dem Partikelstrahl notwendig. Um diese genaue Ausrichtung
zu gewährleisten und auch überprüfen
zu können, wird üblicherweise eine Bildgebungsvorrichtung
im Behandlungsraum eingesetzt, mit der die Position des Patienten
bzw. des zu bestrahlenden Bereichs überprüft werden
kann. Eine derartige Bildgebungsvorrichtung umfasst üblicherweise
eine Röntgenquelle und einen Röntgendetektor,
mit dem Röntgenbilder des zu behandelnden Patienten aufgezeichnet
werden können. Es können aber auch andere Bildgebungssysteme
eingesetzt werden, wie beispielsweise ein Positronen-Emissions-Tomograph.
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Insbesondere
bei Behandlungsräumen mit einer drehbar gelagerten Gantry
stellt die Anordnung der Bildgebungsvorrichtung aufgrund von Platzproblemen
und aufgrund von vielen beweglichen Elementen, die mit der Bildgebungsvorrichtung
kollidieren können, eine Herausforderung dar.
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In
der
DE 10 2004
048 212 A1 ist beispielsweise eine Strahlentherapieanlage
mit einer Bildgebungsvorrichtung offenbart, bei der seitlich an
einem Therapiestrahlauslass jeweils ein Röntgendetektor angeordnet
ist, denen jeweils ein Röntgenstrahler gegenüberliegt.
Eine Positionierung der Röntgensysteme erfolgt durch Drehung
der gesamten Gantry. Eine flexibel einzusetzende Bildgebung ist
hierdurch nur eingeschränkt möglich.
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Es
ist demzufolge die Aufgabe der Erfindung, eine Partikeltherapieanlage
mit einem Behandlungsraum mit einer drehbar gelagerten Gantry anzugeben,
bei dem eine Bildgebungsvorrichtung in einer Weise angeordnet ist,
die gleichzeitig eine flexible Bildgebung weitgehend unabhängig
von der Stellung der Gantry ermöglicht.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
eine Partikeltherapieanlage nach Anspruch 1.
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Die
Partikeltherapieanlage umfasst demnach:
- – einen
Behandlungsraum,
- – eine drehbare Gantry mit einer Bestrahlungseinheit, über
die in dem Behandlungsraum ein Partikelstrahl aus verschiedenen
Winkeln abgegeben werden kann,
- – einen bewegbaren Boden im Behandlungsraum, und
- – eine Bildgebungsvorrichtung, die an dem beweglich
gelagerten Boden angeordnet ist.
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Der
bewegbare Boden ist dabei so stabil ausgebildet, dass er die Bildgebungsvorrichtung,
die an und vorzugsweise auf dem Boden angeordnet ist, stabil tragen
kann. Auf diese Weise ist es möglich, die Bildgebungsvorrichtung
Platz sparend im Behandlungsraum anzuordnen. Die Gantry kann dabei
um eine Drehachse drehbar gelagert werden. Üblicherweise
umschließt die Gantry den Behandlungsraum.
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In
einer Ausführungsform weist der bewegbare Boden zumindest
ein Bodensegment auf, auf dem die Bildgebungsvorrichtung angeordnet
ist. In vorteilhafter Weise verbleibt das Bodensegment bei jeder
Stellung der Gantry innerhalb des Behandlungsraumes. Hierdurch kann
die Bildgebungsvorrichtung unabhängig von der Stellung
der Gantry zur Bildgebung verwendet werden. Ein aufwändiges
Verfahren der Bildgebungsvorrichtung entfällt.
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Das
Bodensegment kann als einstückiges Element insbesondere
mit einem einfachen Aufbau ausgebildet sein. Auf diese Weise kann
die mechanische Belastbarkeit und die notwendige Tragfähigkeit des
Bodensegments auf einfache Weise erreicht werden.
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In
vorteilhafter Weise ist das Bodensegment bei jeder Stellung der
Gantry von der Gantry selbst umschlossen. Hierdurch befindet sich
die Bildgebungsvorrichtung stets innerhalb der Gantry, wodurch eine
Nähe der Bildgebungsvorrichtung zum Patienten bei jeder
Stellung der Gantry gegeben ist.
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In
einer Ausführungsform ist der bewegbare Boden auf der Gantry
beweglich gelagert. Hierdurch ist es möglich, dass das
Gewicht der Bildgebungsvorrichtung und/oder das Gewicht des Bodens
im Wesentlichen durch die Gantry selbst oder über die Gantry
abgestützt werden.
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In
vorteilhafter Weise weist der Boden eine Geometrie auf, die der
Gantry angepasst ist. Hierdurch kann eine Bewegung der Gantry und/oder
des Bodens auf besonders einfache Weise ausgeführt werden,
ohne dass eine komplizierte Abstimmung der Bewegungen zueinander
erfolgen muss.
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In
vorteilhafter Weise umfasst die Bildgebungsvorrichtung eine Haltevorrichtung
und eine Bildgebungseinheit. Die Bildgebungseinheit kann durch die
Haltevorrichtung in verschiedenen Positionen positioniert werden.
Durch diese Ausführungsform kann eine variable Positionierung
der Bildgebungseinheit im Raum auf einfache Weise erreicht werden.
Hierdurch ist es möglich, die Bildgebungseinheit in verschiedenen
Positionen zur Bildgebung einzusetzen, was die Flexibilität
erhöht. Die Bildgebungseinheit selbst kann dabei beispielsweise
ein C-Bogen sein, an dessen Enden eine Röntgenquelle bzw.
ein Röntgendetektor angebracht ist.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Haltevorrichtung
für die Bildgebungseinheit als Roboterarm ausgebildet,
der insbesondere mehrere Gelenke aufweist. Hierdurch ist eine besonders
flexible Positionierung der Bildgebungseinheit möglich.
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In
vorteilhafter Weise ist es möglich, die positionierbare
Bildgebungseinheit in einer Parkstellung so zu positionieren, dass
sie an einer Rückwand der Gantry angeordnet ist. Auf diese
Weise kann die Bildgebungseinheit in einer Position geparkt werden,
in der sie weitgehend vor Kollisionen geschützt ist.
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Ausführungsformen
der Erfindung mit vorteilhaften Weiterbildungen gemäß den
Merkmalen der abhängigen Ansprüche werden in der
folgenden Zeichnung näher erläutert, ohne jedoch
darauf beschränkt zu sein.
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Es
zeigen:
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1 eine
Vorderansicht auf einen zylinderförmigen Behandlungsraum
einer Partikeltherapieanlage mit einer Bildgebungseinheit,
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2 einen
Längsschnitt durch den zylinderförmigen Behandlungsraum
gemäß 1, und
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3 einen
schematischen Überblick über eine Partikeltherapieanlage.
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Gleiche
Bezugszeichen haben in den Figuren die gleiche Bedeutung.
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In 1 und 2 ist
aus verschiedenen Perspektiven ein Behandlungsraum 6 einer
Partikeltherapie-Anlage 2 mit einer um eine Drehachse D drehbaren
Gantry 4 dargestellt. Die Drehachse D verläuft
bei der Darstellung der Partikeltherapie-Anlage gemäß 1 senkrecht
zur Zeichnungsebene und ist deshalb durch einen Punkt D angedeutet.
Die Gantry 4 umschließt den etwa zylinderförmigen
Behandlungsraum 6, in dem ein Patiententisch 8 positionierbar
ist, wie aus 2 zu entnehmen ist. Die Gantry 4 umfasst
außerdem einen teilweise gezeigten Strahlungskanal 10.
Im Strahlungskanal 10 wird ein hier nicht dargestellter
Partikelstrahl, beispielsweise ein Schwerionen- oder Protonenstrahl
zur Behandlung eines auf dem Patiententisch 8 liegenden Patienten 12 geführt.
Der Partikelstrahl tritt über ein Austrittsfenster 14 einer
Bestrahlungseinheit 16 in den Behandlungsraum 6 ein,
wobei die Bestrahlungseinheit 16 aus einer rotierbaren,
tragfähigen Seitenwand 18 des Behandlungsraums 6 herausragt. Nach
hinten ist der Behandlungsraum 6 durch eine Rückwand 20 begrenzt,
die in diesem Ausführungsbeispiel eine einfache Verkleidung
ohne mechanische Belastbarkeit ist und mit der Gantry 4 um
die Drehachse D rotiert.
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Der
Behandlungsraum 6 weist weiterhin einen Boden auf, der
aus einem einzigen massiven kreisbogenförmigen Bodensegment 22 besteht,
das auf der Seitenwand 18 der Gantry 4 gelagert
ist. Das Bodensegment 22 hat im gezeigten Ausführungsbeispiel
eine waagerechte Nullposition angenommen und bildet somit eine begehbare
Bodenfläche 23.
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Auf
dieser Bodenfläche 23 ist eine Bildgebungsvorrichtung 50 angeordnet.
Die Bildgebungsvorrichtung 50 umfasst eine Bildgebungseinheit 52, die
hier als C-Bogen ausgebildet ist, an dessen Enden ein Röntgenstrahler 56 bzw.
ein Röntgendetektor 58 angeordnet sind. Über
eine Haltevorrichtung 54, die hier als Roboterarm mit mehreren
Gelenken ausgebildet ist, kann die Bildgebungseinheit 52 im
Raum positioniert werden. Mit der Bildgebungseinheit 52 wird
die Position des Patienten 8 vor und/oder während
der Behandlung überprüft. Die Bodenfläche kann
aber auch durch eine Wand oder einen Deckenkonstruktion erweitert
sein, die Bildgebungsvorrichtung 50 kann entsprechend mit
diesen Konstruktionen verbunden werden.
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Die
Bildgebungseinheit 52 kann dabei in einer Parkstellung
positioniert werden, wie es in 1 gezeigt
ist. In dieser Stellung befindet sich die Bildgebungseinheit 52 an
der Rückwand 20 der Gantry 4. Hierdurch
behindert die Bildgebungsvorrichtung 50 weder die Positionierung
des Patienten 8 noch die Bestrahlung des Patienten 8 durch
den Partikelstrahl. Zur Bildgebung kann die Bildgebungseinheit 52 aus der
Parkstellung heraus verfahren werden, und an die gewünschte
Position um den Patienten 8 herum positioniert werden.
Eine mögliche Position während des Betriebs der
Bildgebungsvorrichtung 50 ist in 2 gezeigt.
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Die
Tragfähigkeit des Bodensegments 22 ist den Erfordernissen
entsprechend gewählt, so dass sowohl die Bildgebungsvorrich tung 50 als
auch etwaiges Bedienpersonal (hier nicht dargestellt) tragen kann.
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Das
Bodensegment 22 ist über eine Anzahl von Lagern 24,
die in diesem Ausführungsbeispiel Rollenlager sind, derart
auf der Seitenwand 18 gelagert, dass das Bodensegment 22 und
die Seitenwand 18 zueinander relativ beweglich sind. Dies
bedeutet, dass die Gantry 4 rotieren kann, wobei das Bodensegment 22 in
seiner Nullposition bleibt. Alternativ kann das Bodensegment 22 angetrieben
von einer äußeren Kraft über seine Rollenlager 24 bei
feststehender Gantry 4 eine Bewegung um die Drehachse D
ausführen. Möglich ist auch, dass zum Verfahren des
Bodensegments 22 um die Drehachse D seine Lage gegenüber
der Gantry 4 fest bleibt und es bei der Rotation der Gantry
mitgeführt wird.
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Das
Bodensegment 22 weist einen Ausleger 26 auf, der über
einen sich senkrecht zu der horizontalen Bodenfläche 23 erstreckenden
Steg 28 mit dem Bodensegment 22 verbunden ist.
Zur Führung des Auslegers 26 und des Steges 28 beim
Verfahren des Bodensegments 22 um die Drehachse D sind
eine um den Behandlungsraum 6 umlaufende Kulisse 30, die
insbesondere in einem den Behandlungsraum 6 angrenzenden
Festboden 32 ausgebildet ist bzw. ein zwischen der Gantry 4 und
dem Festboden 32 gebildeter Schacht 34 vorgesehen.
Darüber hinaus ist zum Festhalten des Bodensegments 22 in
der Nullposition ein Reibelement 36 vorgesehen, das an
dem Ausleger 26 angreift und über eine Feder 28 elastisch gelagert
ist.
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Die
in 1 und 2 gezeigte Anordnung hat den
Vorteil, dass bei sehr vielen Bestrahlungswinkeln ein ortsfester
Boden im Behandlungsraum 6 vorhanden ist. Z. B. ist ausgehend
von der gezeigten senkrechten Lage der Bestrahlungseinheit 16 oberhalb
des Bodensegments 22 eine Rotation der Bestrahlungseinheit 16 um
90° im Uhrzeigersinn sowie entgegen dem Uhrzeigersinn möglich,
ohne dass dabei eine Kollision mit dem Bodensegment 22 droht.
In diesem Winkelbereich muss also das Bodensegment 22 nicht
weggefahren werden. Erst bei einer Aus lenkung der Bestrahlungseinheit 16 aus
der gezeigten Position um einen Drehwinkel, der größer
ist als +/–90°, erfolgt ein Verschieben des Bodensegments 22 um
die Drehachse D. Hierfür kann das Bodensegment 22 einen
eigenen Antrieb aufweisen, so dass angesteuert von einer Steuereinheit
das Bodensegment 22 um die Drehachse D verfahren wird,
noch bevor ein Kontakt zwischen dem Bodensegment 22 und
der Bestrahlungseinheit 16 entsteht. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel
ist allerdings kein separater Antrieb bzw. keine separate Ansteuerung
des Bodensegments 22 vorgesehen, sondern es erfolgt eine
Zwangsführung des Bodensegments 22 über die
Bestrahlungseinheit 16, die bei ihrer Drehung das Bodensegment 22 vor
sich schiebt.
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Falls
das Bodensegment 22 um die Drehachse D bewegt wird, bewegt
sich die Bildgebungsvorrichtung 50 entsprechend mit. Um
das Risiko von möglichen Kollisionen der Bildgebungsvorrichtung 50 mit
anderen Elementen zu vermeiden, kann die Bildgebungsvorrichtung 50 während
der Bewegung in die Parkposition verfahren werden. In der ausgelenkten
Position des Bodensegmentes kann nach Stillstand der Gantry dann
wieder ein Bildaufnahme mit der Bildgebungsvorrichtung 50 erfolgen.
Dafür ist die Bestimmung des Winkels des Bodensegments 22 gegen
die Nulllage über einen geeigneten Winkelaufnehmer wesentlich.
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Um
einen harten Stoß zwischen der Bestrahlungseinheit 16 und
dem Bodensegment 22 zu vermeiden, sind sowohl an der Bestrahlungseinheit 16 als
auch am Bodensegment 22 im Bereich einer Kontaktstelle
zwischen den beiden Pufferelemente 40 angeordnet. Damit
ein möglichst großflächiger Kontakt zwischen
dem Bodensegment 22 und der Bestrahlungseinheit 16 erfolgt,
weist das Bodensegment 22 beidseitig zwei geneigte Flügel 42 auf,
die sich außerhalb des Behandlungsraums 6 ausstrecken
und die Pufferelemente 40 des Bodensegments 22 tragen.
Durch die geneigte Stellung der Flügel 42 wird
insbesondere ein günstiger Winkel eingestellt, so dass
die Pufferelemente 40 des Bodensegments 22 und
der Bestrahlungseinheit 16 großflächig
aufeinander aufliegen, wenn die Bestrahlungseinheit 16 bei
ihrer Drehung das Bodensegment 22 erreicht. Um die Flügel 42 außer halb
des Behandlungsraums anordnen zu können, ist in der Seitenwand 18 eine
umlaufende Vertiefung 44 vorgesehen, die in den Figuren
durch eine gestrichelte Linie angedeutet ist.
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Das
Bodensegment 22 ist in diesem Ausführungsbeispiel
nach Art einer Leichtmetallkonstruktion ausgebildet, so dass der
Antrieb der Gantry 4 beim Verschieben des Bodensegments 22 durch
die Bestrahlungseinheit 16 möglichst wenig ausgelastet wird.
Bei einer Auslenkung der Bestrahlungseinheit 16 ausgehend
von ihrer in den Figuren gezeigten Vertikallage um einen Auslenkwinkel,
der größer als 180° ist, summieren sich
die Komponenten der Gewichtskraft sowohl des Bodensegments 22 als
auch der Bestrahlungseinheit 16 die in Richtung zurück
zur Nullposition wirken, was eine sehr hohe Belastung für den
Antrieb der Gantry 4 bedeutet. Damit der Antrieb nicht
unnötig belastet wird, ist bei der Partikeltherapie-Anlage 2 vorgesehen,
dass die Bestrahlungseinheit 16 ausgehend von ihrer Vertikallage
nur bis 180° im Uhrzeigersinn oder entgegen dem Uhrzeigersinn verfahren
wird, wodurch allerdings der gesamte Winkelbereich von 360° abgedeckt
ist.
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Der
Patiententisch 8 wird in diesem Ausführungsbeispiel über
einen Roboterarm 46 in den Behandlungsraum 6 hineingefahren.
Dabei hat der Patiententisch 8 keinen Kontakt mit dem Bodensegment 22.
Der Roboterarm 46 ist hierbei ein mehrachsiger Industrieroboterarm
mit einer mehrteiligen Mechanik und ist auf dem Festboden 32 montiert.
Mit Hilfe des Roboterarms 46 wird der Patiententisch 8 translatorisch
in die horizontale sowie in die vertikale Richtung bewegt. Hierbei
ist ein Drehen des Roboterarms 46 um mehrere Achsen möglich,
so dass die Bewegung des Patiententisches 8 sich durch
drei translatorische Freiheitsgrade sowie drei Rotationsfreiheitsgrade auszeichnet.
Durch die Translations- und Rotationsbewegung des Patiententisches 8 werden
die Lage und die Entfernung des Patienten 12 zur Bestrahlungseinheit 16 eingestellt.
Während seiner Positionierung in dem Behandlungsraum 6 bleibt
der Patiententisch 8 in einer horizontalen Lage, damit
der Patient 12 stabil liegt.
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Der
hier beschriebene Behandlungsraum 6 der Partikeltherapie-Anlage 2 zeichnet
sich dadurch aus, dass eine Bestrahlung des Patienten 12 von
allen Winkellagen möglich ist, wobei ein problemloses Verfahren
der Bestrahlungseinheit 16 unterhalb des Patiententisches 8 gewährt
ist, indem das Bodensegment 22 über seine bewegliche
Lagerung von der Bestrahlungseinheit 16 selbst weggeschoben
wird. Diese Ausgestaltung hat den wesentlichen Vorteil, dass kein
zusätzlicher Antrieb sowie keine separate Ansteuerung des
Bodensegments 22 erforderlich sind. Zudem kann das Bodensegment 22 für
sehr viele Bestrahlungswinkel in seiner Nullposition bleiben, wodurch
ein begehbarer und befahrbarer Behandlungsraumboden auch während
der Behandlung des Patienten 12 vorhanden ist.
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Zudem
ist durch die Anordnung der Bildgebungsvorrichtung 50 auf
dem bewegbaren Boden 22 eine vorteilhafte Positionierung
der Bildgebungsvorrichtung 50 im Behandlungsraum 6 gegeben.
Dadurch, dass das Bodensegment 22 unabhängig von der
Stellung der Gantry 4 stets im Behandlungsraum 6 verbleibt,
ist die Bildgebungsvorrichtung 50 stets für eine
Bildgebung verfügbar. Das Gewicht der Bildgebungsvorrichtung 50 ist über
das Bodensegment 22 und über die Gantry 4 abgestützt,
so dass aufwändige Halterungskonstruktionen für
eine Bildgebungsvorrichtung entfallen.
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3 zeigt
einen schematischen Überblick über den Aufbau
einer Partikeltherapieanlage 2. In einer Partikeltherapieanlage 2 erfolgt
die Bestrahlung insbesondere von tumorerkranktem Gewebe mit einem
Partikelstrahl. Als Partikel werden vornehmlich Ionen wie beispielsweise
Protonen, Pinnen, Heliumionen, Kohlenstoffionen oder andere Ionensorten
eingesetzt.
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Üblicherweise
werden derartige Partikel in einer Partikelquelle 111 erzeugt
und in einem Vorbeschleuniger 113, z. B. einem linearen
Beschleuniger (LINAC für engl.: "LINear ACcelerator"),
beschleunigt. Anschließend werden die Partikel in einen
Beschleuniger 115, beispielsweise ein Synchrotron oder Zyklotron,
eingespeist, in dem sie auf hohe Energien, wie sie zur Bestrahlung
nötig sind, beschleunigt werden. Nachdem die Partikel den
Beschleuniger 115 verlassen, führt ein Hochenergiestrahl-Transportsystem 117 den
Partikelstrahl zu den gewünschten Bestrahlungsräumen 6.
In einem Bestrahlungsraum 6 werden die beschleunigten Partikel
auf einen Patienten gerichtet. Je nach Ausgestaltung erfolgt dies
von einer festen Richtung (im so genannten "fixed beam"-Räumen)
aus oder aber über eine bewegliche rotierbare Gantry 4 von
verschiedenen Richtungen aus. Bei den letztgenannten Behandlungsräumen 6 kommt
die Anordnung der Bildgebungsvorrichtung auf einem bewegbaren Boden,
wie sie beispielsweise vorstehend anhand von 1 und 2 beschrieben
ist, zur Anwendung.
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Dieser
Grundaufbau einer Partikeltherapieanlage 2 ist typisch
für viele Partikeltherapieanlagen, kann aber auch hiervon
abweichen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102004048212
A1 [0006]