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Die
Erfindung betrifft eine Partikeltherapie-Anlage umfassend eine drehbare
Gantry mit einer Gantrywand, die einen Innenraum umschließt, und
einen innerhalb des Innenraums angeordneten Bestrahlungsraum mit
einer Bestrahlungsraumwand.
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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 Bestrahlungsraum
ein. Am Ende des Strahlungskanals sind in einer auch als Nozzle
bezeichneten Bestrahlungseinheit unmittelbar vor dem Austrittsfenster üblicherweise
mindestens ein Strahlendetektor sowie passive Strahlelemente angeordnet.
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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In
vielen Fällen
ist wegen der aufwändigen Strahlungsführung lediglich
ein ortsfestes Strahlaustrittsfenster vorgesehen. Bei einigen Anlagen
ist die Gantry jedoch drehbar ausgebildet. Wegen der aufwändigen Strahlungsführung ist
die Gantry sehr großvolumig
aufgebaut. Damit der Patiententisch mit dem darauf gelagerten Patienten
sich in einem von der Gantry umschlossenen, zumeist zylindrischen
Innenraum positioniert werden kann, weist dieser Raum einen sehr
großen
Durchmesser auf, z. B. von 5 m. Um das Drehen der Gantry mit der
in dem Innenraum hineinragenden Nozzle um 360° zu ermöglichen, ist häufig kein
Fußboden
unterhalb des Patiententisches vorgesehen, sondern lediglich außerhalb des
zylindrischen Raums ist ein Festboden angeordnet. Durch den fehlenden
Fußboden
und den großen Durchmesser
schwebt der Patient in der Therapiepo sition etwa 3,5 m über einem
Bodenbereich der zylindrischen Gantrywand.
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Alternativ
kann der Innenraum einen beweglichen Boden aufweisen. In der
EP 1 402 923 A1 ist eine
zylinderförmige
Gantry beschrieben, die einen Bestrahlungsraum umschließt. Die
Wandung des Bestrahlungsraums ist beweglich ausgebildet und besteht
aus mehreren miteinander flexibel verbundenen Segmenten. Die Wandung
ist in einem oberen Bereich des Bestrahlungsraums bogenförmig ausgestaltet
und erstreckt sich in einem unteren Bereich des Bestrahlungsraums
waagerecht, um einen Fußboden
auszubilden. Bei einer Rotation einer Bestrahlungseinheit um die
Rotationsachse der Gantry wird die gesamte Wandung mitgedreht.
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Die
US 5,993,373 A offenbart
ebenso eine rotierende Bestrahlungskammer für die Strahlentherapie, bei
der eine Wandung bei einer Rotation der Bestrahlungseinheit um die
Rotationsachse der Gantry mitgedreht wird. Die Wandung ist aus mehreren plattenartigen
Elementen zusammengesetzt.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Partikeltherapie-Anlage
anzugeben, bei der eine hohe Sicherheit während der Bestrahlung eines
Patienten bei einer gleichzeitigen uneingeschränkten Beweglichkeit der Gantrykomponenten
gewährleistet ist.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
eine Partikeltherapie-Anlage umfassend eine drehbare Gantry mit
einer Gantrywand, die einen Innenraum umschließt, und einen innerhalb des
Innenraums angeordneten Bestrahlungsraum mit einer Bestrahlungsraumwand,
wobei die Bestrahlungsraumwand beabstandet von der Gantrywand angeordnet ist
und zwischen den beiden Wänden
ein Ausweichraum ausgebildet ist und wobei die Bestrahlungsraumwand
aus mehreren Wandelementen ausgebildet ist, die zur Vergrößerung des
Bestrahlungsraums in Richtung des Ausweichraums derart verstellbar sind,
dass eine Öffnung
in der Bestrahlungsraumwand entsteht.
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Die
Erfindung basiert auf der Überlegung, dass
die Sicherheit beim Bestrahlen eines Patienten besonders hoch ist
und dem Patienten ein Komfortgefühl
vermittelt wird, wenn der Bestrahlungsraum möglichst klein ausgebildet ist,
so dass der Patiententisch nicht meterhoch über dem Bodenbereich der Gantry
schwebt. Bei einem kleinen Bestrahlungsraum ist zum Einen die Verletzungsgefahr
beim eventuellen Abstürzen
des Patienten vom Patiententisch minimiert. Zum Anderen ist eine
Notbergung des Patienten, z. B. bei einem Stromausfall, wesentlich leichter.
Damit allerdings eine freie Positionierung des Patiententisches
gegenüber
einer Bestrahlungseinheit der Gantry sowie eine freie Bewegung der
Bestrahlungseinheit ermöglicht
ist, ist die Bestrahlungsraumwand derart gestaltet, dass bei Bedarf
einzelne Wandelemente oder Gruppen von Wandelementen weggefahren
werden können,
um eine Öffnung
auszubilden. Dank der Öffnung
wird stellenweise eine Vergrößerung des
Bestrahlungsraums in Radialrichtung ermöglicht, so dass z. B. der Patiententisch
optimal positioniert wird, ohne eine Kollision mit der Bestrahlungsraumwand
zu verursachen, indem er durch die Öffnung teilweise aus dem Bestrahlungsraum
in Richtung zur Gantrywand hinausragt.
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Die
vorgeschlagene Anlage umfasst die äußere Gantrywand, die den Innenraum
umschließt und
den Bestrahlungsraum mit der Bestrahlungsraumwand, der innerhalb
des Innenraums angeordnet ist. Die Gantrywand, die insbesondere
zylindrisch ausgebildet ist, ist zum Tragen der drehbaren Bestrahlungseinheit
vorgesehen. Die Bestrahlungseinheit erstreckt sich über den
Ausweichraum bis in den Bestrahlungsraum hinein, wobei in der Bestrahlungsraumwand
ein Durchlass für
ein Austrittsfenster der Bestrahlungseinheit ausgebildet ist. Hierbei
ist der Bestrahlungsraum insbesondere derart ausgestaltet, dass
unabhängig
von seiner Form seine Symmetrieachse mit einer Rotationsachse der
Gantry zusammenfällt.
Der Bestrahlungsraum kann ein bis auf eine vordere Seite zum Hineinfahren
des Patiententisches von allen Seiten geschlossener Raum sein, alternativ kann
er jedoch von mindestens einer weiteren Seite offen sein, z. B.
von oben, so dass ein Deckenbereich des Bestrahlungsraums durch
die Gantrywand gebildet ist. Darüber
hinaus ist der Bestrahlungsraum insbesondere derart in dem Innenraum
angeordnet, dass der Ausweichraum den Bestrahlungsraum vollständig umringt,
so dass die Bestrahlungsraumwand im Querschnitt betrachtet an keiner
Stelle einen unmittelbaren Kon takt mir der Gantrywand hat. Da jedes
der Wandelemente sich insbesondere entlang der gesamten Axiallänge des
Bestrahlungsraums erstreckt, erstreckt sich die Öffnung in der Bestrahlungsraumwand
bei einem weggefahrenen Wandelement ebenfalls entlang der gesamten
Axiallänge
des Bestrahlungsraums. Alternativ, in Abhängigkeit von der Axiallänge der
Wandelemente kann sich die Öffnung
nur teilweise in Axialrichtung erstrecken.
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Vorteilhafterweise
ist die Querschnittsfläche des
Bestrahlungsraums etwa 20% bis 60% kleiner als die Querschnittsfläche des
Innenraums und die Bestrahlungsraumwand ist von der Gantrywand bevorzugt
etwa 0,5 m bis 1 m beabstandet. Das Volumen des derart klein dimensionierten
Bestrahlungsraums ist hierbei auf ein erforderliches Minimum reduziert,
um eine störungsfreie
Positionierung des Patiententisches und eventuell den gleichzeitigen
Aufenthalt vom medizinischen Personal in dem Bestrahlungsraum zu
ermöglichen.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausgestaltung sind zumindest die Wandelemente eines
Bodenbereichs der Bestrahlungsraumwand tragend ausgebildet. Insbesondere
sind alle Wandelemente der Bestrahlungsraumwand tragend. Bei dieser
Ausgestaltung liegt ein begehbarer Boden vor, der eine besonders
hohe Sicherheit für
den Patienten gewährleistet und
gleichzeitig den Zugang zum Patienten ermöglicht.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist der Bodenbereich der Bestrahlungsraumwand
auf der Höhe
eines an den Bestrahlungsraum angrenzenden Festbodens ausgebildet.
Hierbei wird das Be- oder Austreten des Bestrahlungsraums für den Patienten
und das Personal wesentlich erleichtert, da der Bodenbereich insbesondere
mit dem Festboden abschließt.
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Bevorzugt
sind die Wandelemente der Bestrahlungsraumwand an einer Rückwand befestigt. Dies
erlaubt einen stabilen Aufbau des Bestrahlungsraums, da die Rückwand ein
festes, tragendes Fundament bildet, an dem die Wandelemente auf
geeignete Weise gelagert sind. Die Rückwand ist hierbei insbesondere
ein Teil der Gantrywand und dreht mit der Gantry mit. Dies erlaubt
einen besonders einfachen Aufbau des Bestrahlungsraums, wobei die
Bestrahlungsraumwand und die Rückwand
mitdrehen, jedoch ein Fußboden
stets vorliegt.
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Nach
einer bevorzugten Variante sind die Wandelemente schwenkbar gelagert.
Die Wandelemente sind an einer oder mehreren Stellen mittels Gelenke
oder Scharnierverbindungen beispielsweise an der Rückwand oder
aneinander angeordnet. Durch eine schwenkbare Lagerung können die
Wandelemente bis zum Anschlag mit der Rückwand oder mit dem benachbarten
Wandelement aufgeklappt werden, um somit ausreichend Platz für die Öffnung in
Radialrichtung zu schaffen.
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Nach
einer alternativen, bevorzugten Variante sind die Wandelemente in
Umfangsrichtung hintereinander verfahrbar. Hierbei sind die Wandelemente ebenfalls
insbesondere an der Rückwand
gelagert. Alternativ kann der Bestrahlungsraum ein Rahmenwerk oder
Gerüst
aufweisen, welches die Konturen des Bestrahlungsraums definiert
und an dem die Wandelemente verstellbar gelagert sind.
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Vorzugsweise
ist der Bestrahlungsraum nach Art eines Zylinders ausgebildet. Bei
einem vorliegenden zylindrischen Innenraum ist die Form der Bestrahlungsraumwand
optimal an die Form der Gantrywand angepasst und eine konzentrische
Anordnung des Bestrahlungsraums gegenüber dem Innenraum, die für den Betrieb
der Bestrahlungseinheit besonders vorteilhaft ist, ist erreicht.
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Alternativ
ist der Bestrahlungsraum bevorzugt nach Art eines Quaders ausgebildet.
Diese Ausführung
des Bestrahlungsraums zeichnet sich durch den Vorteil aus, dass
die den Bodenbereich bildenden Wandelemente bei Therapien aus den
meist benutzen Einstrahlpositionen der Bestrahlungseinheit bei 0° (vertikal
von oben) und +/-90° unbewegt
bleiben, so dass ein Boden des Bestrahlungsraums stets vorhanden
ist. Darüber
hin aus ist der Bodenbereich bei dieser Ausführung flach und insbesondere
waagerecht ausgebildet, so dass er im Vergleich zum gewölbten Boden
eines zylindrischen Bestrahlungsraums bequemer zum Gehen ist.
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Vorteilhafterweise
sind die Wandelemente automatisch verfahrbar. Hierfür ist ein
Antrieb zum Verfahren der Wandelemente vorgesehen. Der Antrieb ist
insbesondere ein Motorantrieb, kann jedoch auch ein Hydraulikantrieb
oder ein pneumatischer Antrieb sein. Somit weist die Partikeltherapie-Anlage einen
hohen Automatisierungsgrad auf, der zu einem einfachen und präzisen Betrieb
führt.
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Weiterhin
von Vorteil ist, dass eine Steuereinheit vorgesehen ist, welche
die einzelnen Wandelemente in Abhängigkeit von der Stellung des
Patiententisches und/oder der Bestrahlungseinheit automatisch verfährt. Für eine hohen
Präzision
beim Einstellen der Positionen der beweglichen Gantrykomponenten
ist die Bewegung der Wandelemente mit der Bewegung des Patiententisches
und der Bestrahlungseinheit synchronisiert. Bei einer drohenden
Kollision des Patiententisches mit der Bestrahlungsraumwand werden
ein oder mehrere Wandelemente weggefahren, um mit Hilfe der in der
Bestrahlungsraumwand gebildeten Öffnung
eine uneingeschränkte
Bewegung des Patiententisches zu ermöglichen.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:
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1 eine
Vorderansicht auf eine Partikeltherapieanlage mit einem zylindrischen
Bestrahlungsraum, wobei die Bestrahlungsraumwand aus klappbaren
Wandelementen besteht,
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2 eine
Vorderansicht auf eine Partikeltherapieanlage mit einem zylindrischen
Bestrahlungsraum, wobei die Bestrahlungsraumwand aus hintereinander
verschiebbaren Wandelementen besteht,
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3 eine
Vorderansicht auf eine Partikeltherapieanlage mit einem quaderförmigen Bestrahlungsraum,
wobei die Bestrahlungsraumwand aus klappbaren Wandelementen besteht,
und
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4 eine
Draufsicht auf den Bestrahlungsraum gemäß 3 mit einem
aufgeklappten seitlichen Wandelement.
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Einander
entsprechende und gleich wirkende Teile sind in allen Figuren mit
den gleichen Bezugszeichen versehen.
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In
der 1 ist eine Partikeltherapie-Anlage 2 gezeigt,
die eine um eine sich in Axialrichtung erstreckende Drehachse A
(hier durch einen Punkt angedeutet) rotierbare Gantry 4 umfasst.
Der Punkt A fällt
in der Darstellung gemäß 1 mit
einem Isozentrum I der Gantry 4 zusammen. Die Gantry 4 ist
in diesem Ausführungsbeispiel
um 360° rotierbar.
Die Gantry 4 weist eine Gantrywand 6 auf, die
einen zylinderförmigen
Innenraum 8 umschließt.
Innerhalb des Innenraums 8 ist konzentrisch zur Gantrywand 6 eine
zylindermantelförmige
Bestrahlungsraumwand 10 angeordnet, die einen zylinderförmigen Bestrahlungsraum 12 ummantelt.
In einem hier nicht dargestellten Strahlungskanal der Gantry 4 wird
ein Partikelstrahl, beispielsweise ein Schwerionen- oder Protonenstrahl
zur Behandlung eines auf einem Patiententisch 14 liegenden
Patienten 16 erzeugt. Der Partikelstrahl tritt über einen
Austrittsfenster 18 einer Bestrahlungseinheit 20 in
den Bestrahlungsraum 12 hinein.
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Die
Bestrahlungsraumwand 10 ist beabstandet von der Gantrywand 6 angeordnet,
so dass kein direkter Kontakt zwischen der Bestrahlungsraumwand 10 und
der Gantry 6 erfolgt. Somit ist zwischen den beiden Wänden 6, 10 ein
Ausweichraum 22 gebildet.
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Im
gezeigten Ausführungsbeispiel
beträgt der
Radius RB des Bestrahlungsraums 12 etwa
7/10 vom Radius RG der Gantry 4,
so dass die Querschnittsfläche
des Bestrahlungsraums 12 um etwa 50% kleiner ist als die
Querschnittsfläche
des Innenraums 8.
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Ein
derartiger Bestrahlungsraum 12, der deutlich kleiner ist
als der Innenraum 8 der Gantry 4, zeichnet sich
durch eine hohe Sicherheit bei einem eventuellen Abstürzen des
Patienten 16 aus dem Patiententisch 16 oder bei
Bergungsarbeiten aus.
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In
der in 1 gezeigten Ausgestaltung der Partikeltherapie-Anlage 2 ist
die Bestrahlungsraumwand 10 aus mehreren bogenartigen Wandelementen 24 ausgebildet,
die an einer drehbaren Rückwand 26 gelagert
sind. Die Rückwand 26 ist
in diesem Ausführungsbeispiel
ein Teil der Gantry 4 und ist nach Art einer den Bestrahlungsraum 12 von
hinten begrenzenden, tragenden Wand ausgestaltet. Bei einer Rotation
der Gantry 4 zum Positionieren der Bestrahlungseinheit 20 drehen
sich sowohl die Rückwand 26 als
auch die an ihr gelagerten Wandelemente 24 der Bestrahlungsraumwand 10.
Somit wird die Gefahr einer Kollision der Bestrahlungseinheit 20 mit
einem der Wandelemente 24 vermieden.
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In
dem Ausführungsbeispiel
gemäß 1 sind
die Wandelemente 24 mittels Scharnieren schwenkbar an der
Rückwand
gelagert und können bis
zum Anschlag mit der Rückwand 26 aufgeklappt werden.
Dies wird insbesondere durch eine Anpassung der Dimensionen der
Wandelemente 24 und des Ausweichraums 22 aneinander
erreicht, d. h. eine Breite B des Ausweichraums 22 in Radialrichtung
ist gleich oder größer als
eine Länge
L der Wandelemente 24 in Axialrichtung. Nach einer alternativen,
nicht gezeigten Ausführung
ist die Länge
L der Wandelemente 24 kleiner als die Breite B des Ausweichraums 22,
so dass die Wandelemente 24 in einem spitzen Winkel gegenüber der
Rückwand 26 aufgeklappt
werden. Prinzipiell ist es auch möglich, eines oder mehrere der
Wandelemente 24 komplett aus der Bestrahlungsraumwand 10 abzunehmen.
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Beim
Aufklappen oder Abnehmen eines oder mehrerer Wandelemente 24 entsteht
eine Öffnung 28 in
der Bestrahlungsraumwand 10, durch die der Bestrahlungsraum 12 stellenweise
in Radialrichtung vergrößert wird.
Durch die Vergrößerung des
Bestrah lungsraum 12 ist ein uneingeschränktes Positionieren des Patiententisches 14 im
Bestrahlungsraum 12 ermöglicht.
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Zur
koordinierten Bewegung der Wandelemente 24 mit der Bewegung
des Patiententisches 14 und/oder der Bestrahlungseinheit 20 ist
eine hier nicht näher
gezeigten Steuereinheit vorgesehen (siehe 4). In Abhängigkeit
von der Position der Bestrahlungseinheit 20 oder des Patiententisches 14 steuert
sie einen ebenfalls nicht gezeigten Antrieb der Wandelemente 24 automatisch
an, um an der benötigten
Stelle in der Bestrahlungsraumwand 10 die Öffnung 28 auszubilden.
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Die
Partikeltherapie-Anlage 2 ist außerdem derart ausgebildet,
dass die Wandelemente 24, die einen Bodenbereich 25 (siehe 3 und 4)
des Bestrahlungsraums 12 bilden, etwa auf der Höhe eines
an den Bestrahlungsraum 12 angrenzenden Festbodens 30 angeordnet
sind. Dadurch wird vorteilhafterweise der Zugang zum Bestrahlungsraum 12 erleichtert.
Zumindest die Wandelemente 24 im Bodenbereich 25 sind
tragend ausgebildet, damit sie begehbar sind. Bevorzugt sind alle
Wandelemente 24 tragend ausgebildet, so dass bei der Rotation
der Gantry 4 und somit der Bestrahlungsraumwand 10 stets
ein begehbarer Fußboden
vorliegt.
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Zur
Durchführung
der Therapie wird der Patient 16 zunächst auf dem Patiententisch 14 immobilisiert.
Der Patiententisch 14 wird über einen Roboter 32 (siehe 4)
in den Bestrahlungsraum 12 hineingefahren und derart orientiert,
dass ein erkranktes Gewebe des Patienten 16 im Isozentrum
I der Gantry 4 liegt. Zum Einstellen eines für die Bestrahlung günstigen
Winkels kann die Gantry 4 um ihre Drehachse A gedreht werden,
wobei sowohl die Rückwand 26 als
auch die Bestrahlungsraumwand 10 mitrotieren.
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Das
Ausführungsbeispiel
gemäß 2 unterscheidet
sich vom vorhergehenden im Wesentlichen dadurch, dass die Wandelemente 24 nicht schwenkbar
gelagert sind, sondern bei Bedarf zur Bildung der Öffnung 28 hintereinander
verfahren werden kön nen.
Hierfür
sind an der Rückwand 26 geeignete
Führungsmittel
(hier nicht gezeigt), z. B. Linearführungen angebracht, die für eine Gleitbewegung der
einzelnen Wandelemente 24 in Umfangsrichtung des Bestrahlungsraums 12 vorgesehen
sind.
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In
der Vorderansicht gemäß 3 ist
eine alternative Ausführung
der Partikeltherapie-Anlage 2 gezeigt, bei der der Bestrahlungsraum 12 nach
Art eines Quaders ausgestaltet ist. Der Bestrahlungsraum 12 kann
jedoch auch andere geometrische Formen aufweisen, wie z. B. einen
hexagonalen Querschnitt. Zur Ausbildung des Bestrahlungsraums 12 sind
hierbei 3 flache Wandelemente 24 vorgesehen – zwei seitlich
angeordnete und ein weiteres, welches den Bodenbereich 25 des
Bestrahlungsraums 12 bildet. Der Bestrahlungsraum 12 ist
nach oben geöffnet,
um die Einführung
des Austrittsfenster 18 und eine geringfügige Auslenkung
der Bestrahlungseinheit 20 von seiner gezeigten vertikalen
Position zu erleichtern.
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Bei
einer Rotation der Bestrahlungseinheit 20 der Gantry 4 um
einen größeren Winkel
sowie für eine
störungsfreie
Positionierung des Patiententisches 14 können die
Wandelemente 24 aufgeklappt werden. Dies ist in 4 gezeigt.
Die Wandelemente 24 sind ebenfalls wie bei den vorhergehenden
Ausführungsbeispielen
an der Rückwand 26 schwenkbar gelagert.
Das Bodenwandelement 24 befindet sich auf der gleichen
Höhe wie
der Festboden 30 und schließt mit diesem ab.
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Wie
aus der 4 ersichtlich ist, ist der Patiententisch 14 im
Bestrahlungsraum 12 mittels eines Patienten-Handlingssystems
positionierbar, welches in diesem Ausführungsbeispiel ein von der
oben beschriebenen, hier symbolisch dargestellten Steuereinheit 31 angesteuerter
Roboter 32 ist. Der Roboter 32 ist außerhalb
des Bestrahlungsraums 12 auf dem Festboden 30 montiert.
Der Roboter 32 ist ein mehrachsiger Industrieroboter mit
einer mehrteiligen Mechanik. Mit seiner Hilfe wird der Patiententisch 14 translatorisch
und rotatorisch bewegt, um ein erkranktes Gewebe des Patienten 16 im
Isozentrum I der Gantry 4 zu positionieren. Um eine optimale Positionierung
zu ermöglichen,
werden bei Bedarf eines oder mehrere der Wandelemente 24 aufgeklappt,
wie in 4 gezeigt. Während
der Bestrahlung des Patienten 16 bleibt der Patiententisch 14 in
einer annährend
horizontalen Lage, damit der Patient 16 stabil auf dem
Tisch 14 liegt.