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Die
Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Strahlentherapie unter Bildüberwachung.
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Im
Rahmen der Strahlentherapie soll im Allgemeinen ein Ziel innerhalb
des menschlichen Körpers
bestrahlt werden, um Krankheiten, insbesondere Krebs, zu bekämpfen. Dabei
wird gezielt in einem Bestrahlungszentrum (Isozentrum) einer Bestrahlungseinrichtung
eine hohe Strahlungsdosis erzeugt. Um die Strahlendosis außerhalb
des Zielvolumens zu minimieren und somit gesundes Gewebe zu schonen,
wird in der Regel die gesamte Strahlenerzeugung um den statischen
Patienten bewegt. Dadurch konzentriert sich die Strahlendosis im
Strahl im Bereich der Rotationsachse.
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Alternativ
sind, beispielsweise aus der
WO 99/053997 A1 , Bestrahlungseinrichtungen
bekannt, in denen der Bestrahlungsstrahl statisch ist, und der Patient
um eine Achse rotiert wird.
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Bei
der Bestrahlung ergibt sich jedoch häufig das Problem, dass das
Ziel der Bestrahlung im Körper
beweglich ist. So verschiebt sich beispielsweise ein Tumor im Bauchbereich
während
des Atemvorgangs. Andererseits kann ein Tumor im Zeitraum zwischen
Bestrahlungsplanung und tatsächlicher
Bestrahlung auch verschoben, gewachsen oder bereits geschrumpft
sein. Daher wurde vorgeschlagen, die Lage des Bestrahlungsziels
im Körper
während
der Bestrahlung durch Bildgebung zu kontrollieren, um den Strahl
entsprechend zu steuern oder gegebenenfalls die Bestrahlung abbrechen
zu können
und somit den Erfolg der Therapie zu erhöhen.
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Dazu
wurden Kombinationen von Bestrahlungseinrichtungen mit röntgenbasierter
Bildgebung vorgeschlagen. Diese haben jedoch den Nachteil, dass
die Bildqualität
röntgenbasierter
Bildge bungstechniken für
die Darstellung von Weichteilgewebe, z. B. Tumoren, nicht optimal
ist, und dass wegen Wechselwirkungen zwischen Röntgenstrahlen der Bildgebungseinrichtung
und Therapiestrahlen der Bestrahlungseinrichtung eine Überwachung
nicht gleichzeitig mit der eigentlichen Bestrahlung (sogenanntes „In-line
Monitoring”)
stattfinden kann. Ein Beispiel einer solchen Kombination ist in
der
US 6,487,274 B2 beschrieben.
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Zur
Ermöglichung
eines „In-line
Monitorings” wurden
weiterhin Kombinationen von Bestrahlungseinrichtungen mit MRI-Geräten (MRI: „magnetic
resonance imaging”)
vorgeschlagen. Derartige Kombinationen bieten gegenüber Kombinationen
mit röntgenbasierter
Bildgebung den Vorteil, dass die Bildgebung durch die Bestrahlung
weniger gestört
wird, und eine höhere
Bildqualität
erzielt wird.
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Ein
reines Magnetresonanzgerät
ohne zugehörige
Bestrahlungseinrichtung, bei dem ein zu untersuchender Patient jedoch
in eine Vielzahl von Positionen gebracht werden kann, wird in der
US 7,123,008 B1 beschrieben.
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Beispielsweise
in der
US 6,198,957
B1 ist ein Strahlentherapiegerät mit System zur Magnetresonanzbildgebung
(MRI-System) bekannt, bei dem ein Linearbeschleuniger um verschiedene
Achsen gedreht werden kann. Dabei geraten aber, je nach Wahl der
Drehachsen, auch Teile des MRI-Systems in einen Strahlengang des
Strahlentherapiegeräts
und können
dadurch den Strahl streuen und/oder schwächen.
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Die
US 6,725,078 B2 beschreibt
ein System, das eine Protonenstrahl-Bestrahlungseinrichtung und
ein offenes Magnetresonanzgerät
kombiniert. Dabei wird der Protonenstrahl außerhalb des Magneten des Magnetresonanzgeräts von der
Bestrahlungseinrichtung erzeugt, und durch einen Pol des Magneten
hindurch zwischen die beiden Pole geleitet.
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Die
Schriften
US 2005/0197564
A1 und
WO 03/008986
A2 offenbaren jeweils Systeme zur MRI-geführten Strahlentherapie,
wobei eine Strahlentherapieeinheit zwischen zwei Teilen eines zweigeteilten
Magneten eines MRI-Geräts
angeordnet ist, sodass die Strahlentherapieeinheit um ein Zentrum des
statischen, geteilten Magneten rotierbar ist. Derartige zweigeteilte
Magnete sind groß,
teuer und gewährleisten
in der Regel nur ein vermindert homogenes Magnetfeld.
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Es
besteht daher weiterhin das Bedürfnis nach
Einrichtungen zur Strahlentherapie unter Bildüberwachung.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Ausführungsbeispiele einer Einrichtung
zur Strahlentherapie unter Bildüberwachung
anzugeben, die die oben genannten Nachteile vermeiden.
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Die
Aufgabe wird durch eine Einrichtung zur Strahlentherapie unter Bildüberwachung
gemäß Anspruch
1 gelöst.
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Weitere
vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Merkmale
der Unteransprüche gekennzeichnet.
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Erfindungsgemäß umfasst
eine Einrichtung zur Strahlentherapie unter Bildüberwachung eine Magnetresonanzeinrichtung
und eine Bestrahlungseinrichtung. Die Magnetresonanzeinrichtung
umfasst einen Magneten und dient in erster Linie der Bildüberwachung
eines Untersuchungsobjektes eines Patienten in einem Untersuchungsvolumen
der Magnetresonanzeinrichtung. Die Bestrahlungseinrichtung ist statisch
ausgebildet und dient der Bestrahlung des Untersuchungsobjektes
in dem Untersuchungsvolumen mit Therapiestrahlen. Der Patient, und
damit das Untersuchungsobjekt, sind dabei derart mit Hilfe einer
Patientenlagerungsvorrichtung gelagert, dass das Untersuchungsobjekt
relativ zu der Magnetresonanzeinrichtung und der Bestrahlungseinrichtung
um mindestens eine Drehachse bewegbar ist, wobei der Magnet der
Magnetresonanzeinrichtung zumindest Teile der Bestrahlungseinrichtung umgibt
oder einschließt.
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Insbesondere
die statische Ausgestaltung der Bestrahlungseinrichtung erlaubt
eine erhebliche Reduzierung des für die Einrichtung benötigten Volumens.
Außerdem
ist eine statische Bestrahlungseinrichtung technisch weniger aufwendig
und damit leichter und kostengünstiger
zu realisieren. Die Qualität
der Bestrahlung wird dabei gleichzeitig durch die Möglichkeit
einer Drehung des Untersuchungsobjektes nicht negativ beeinflusst
und eine applizierte Strahlendosis außerhalb des Zielvolumens kann
weiterhin minimiert und somit gesundes Gewebe geschont werden.
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Vorteilhaft
umfasst die Patientenlagerung der Einrichtung zur Strahlentherapie
unter Bildüberwachung
Fixierungsmittel zur Fixierung des Patienten. Die Fixierungsmittel
verhindern eine ungewollte Bewegung des Patienten und sorgen dafür, dass
der Patient während
der Bestrahlung selbst keine Kraft aufwenden muss, um eine bestimmte
Position zu halten. Durch die Verhinderung ungewollter Bewegung wird
darüber
hinaus die Bildüberwachung
erleichtert und somit die Genauigkeit und Qualität einer zielgenauen Bestrahlung
des Untersuchungsobjektes gefördert.
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Weitere
Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich
aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand
der Zeichnungen. Die aufgeführten
Beispiele stellen keine Beschränkung
der Erfindung dar. Es zeigen:
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1 eine
erste Ausführungsform
einer Einrichtung zur Strahlentherapie unter Bildüberwachung schematisch
in einem Längschnitt
dargestellt,
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2 diese
erste Ausführungsform
schematisch in einer Draufsicht dargestellt,
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3 eine
zweite Ausführungsform
einer Einrichtung zur Strahlentherapie unter Bildüberwachung
schematisch in einem Längschnitt
dargestellt,
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4 diese
zweite Ausführungsform
schematisch in einer Draufsicht dargestellt.
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Die 1 und 2 zeigen,
in einem Längsschnitt
bzw. in einer Draufsicht, eine schematische Darstellung einer ersten
Ausführungsform
einer Einrichtung zur Strahlentherapie unter Bildüberwachung,
die eine Magnetresonanzeinrichtung und eine Bestrahlungseinrichtung
umfasst. Mit der Magnetresonanzeinrichtung werden Bilddaten eines
Untersuchungsobjekts U erzeugt und insbesondere Position und Ausdehnung
des Untersuchungsobjektes kontrolliert.
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Dabei
sind von der Magnetresonanzeinrichtung jeweils nur ein Magnet 1 und
ein Gradientensystem 2 sowie schematisch eine Steuereinheit 8 dargestellt.
Weitere Komponenten der Magnetresonanzeinrichtung wie z. B. Hochfrequenzantennen
zur Einstrahlung von Anregungspulsen und zum Empfang von Signalen,
Anzeige- und Bildverarbeitungseinheiten sowie ihr Zusammenwirken
sind wohlbekannt und daher der Übersichtlichkeit
halber nicht dargestellt und nicht näher beschrieben.
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Auch
die Bestrahlungseinrichtung ist nur schematisch durch eine Strahlenquelle 5 und
eine Steuereinheit 9 dargestellt. Vorteilhaft wird ein
Linearbeschleuniger als Bestrahlungseinrichtung verwendet. Alternativ
können
andere Strahlenquellen, z. B. Kobaltquellen verwendet werden. Auch
hier sind die jeweiligen Strahlenerzeugungsarten und ihre Komponenten
wohlbekannt und daher nicht näher dargestellt
oder beschrieben.
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Im
Ausführungsbeispiel
der 1 und 2 ist der Magnet 1 ein
zylindrischer Magnet 1 mit einer inneren Höhlung 11,
in der das Gradientensystem 2 angeordnet ist, und in die
eine, durch eine Steuereinheit 10 gesteuerte, Patientenlagerung 3 nebst
Patient P einbringbar ist.
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Das
Gradientensystem 2 ist asymmetrisch angeordnet, um innerhalb
der Höhlung 11 Platz
für die
Strahlenquelle 5 zu schaf fen. Dabei werden z. B. Elektronen
in der Strahlenquelle 5 beschleunigt und auf Höhe eines
strahlendurchlässigen
Gebiets 7 beispielsweise mittels eines Elektromagneten
umgelenkt und zur Erzeugung des Therapiestrahls 6 auf eine
Targetanode (nicht dargestellt) gelenkt. Der Elektromagnet ist aus
nichtferromagnetischen Materialien ausgebildet, um ungewünschte Wechselwirkungen
mit den umgebenden magnetischen Feldern zu verhindern. Da er in
einem starken, äußeren Magnetfeld
arbeiten muss, ist er gegenüber
herkömmlichen
strahlablenkenden Elektromagneten entsprechend modifiziert.
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Obwohl
die Strahlenquelle 5 innerhalb des Magneten 1 angeordnet
ist, braucht dieser, da die Strahlenquelle 5 statisch ausgebildet
ist, nur geringfügig
größer als
ein herkömmlicher
Magnet eines Magnetresonanzgeräts
ausgebildet zu sein, um ausreichend Platz für die Strahlenquelle 5,
das Gradientensystem 2 und die Patientenlagerung 3 nebst
Patient P zu bieten.
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Die
Strahlenquelle 5 strahlt, gesteuert durch die Steuereinheit 9,
einen Therapiestrahl 6 (dicke gestrichelte Linie) aus.
Die Patientenlagerung 3 lagert einen Patienten P, der ein
Untersuchungsobjekt U aufweist, derart, dass sich das Untersuchungsobjekt im
Strahlengang eines von der Strahlenquelle 5 ausgestrahlten
Therapiestrahls 6 befindet.
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Die
Patientenlagerung 3 ist um eine Drehachse A drehbar, um
eine durch den Therapiestrahl 6 applizierte Strahlendosis
außerhalb
des zu bestrahlenden Untersuchungsobjekts zu minimieren und umgebendes,
gesundes Gewebe zu schonen.
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Der
Magnet 1 kann stehend oder liegend angeordnet sein. Die
Patientenlagerung 3 und gegebenenfalls von ihr umfasste
Fixierungsmittel 4a, 4b sind dementsprechend anzupassen.
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Vorteilhaft
ist der Magnet 1 dabei senkrecht stehend angeordnet, sodass
der Patient P in stehender oder sitzender Haltung mittels der Patientenlagerung 3,
beispielsweise mittels hyd raulischer oder pneumatischer Hub- und
Senkmittel, oder mittels einer ein Absenken in den Magneten ermöglichenden Aufhängung, in
die Höhlung 11 des
Magneten 1 von oben oder von unten gehoben bzw. gesenkt
werden kann. In dieser Anordnung ist die Drehachse A senkrecht,
d. h. vertikal ausgebildet.
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Wie
gesagt, ist es jedoch auch denkbar, den Magneten 1 in herkömmlicher,
liegender Weise anzuordnen und den Patienten P in liegender Haltung
auf der Patientenlagerung 3 zu lagern, die in herkömmlicher
Weise in die Höhlung 11 des
Magneten 1 verfahrbar ist. Je nach Ausführungsform sind gegebenenfalls
von der Patientenlagerung 3 umfasste Fixierungsmittel 4a, 4b angepasst
auszuführen.
Dabei wäre
die Drehachse A waagrecht, also horizontal ausgebildet.
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Fixierungsmittel 4a, 4b ermöglichen
eine definierte Drehbewegung des Patienten P und damit des Untersuchungsobjekts
U, indem sie ungewollte Bewegungen des Patienten verhindern. Gleichzeitig sorgen
die Fixierungsmittel 4a, 4b dafür, dass
der Patient während
der Bestrahlung selbst keine Kraft aufwenden muss, um eine bestimmte
Position zu halten. Sie können
beispielsweise in Form von den Patienten stützenden Teilen 4a,
wie etwa Lehnen, Stützen, Tritt-
oder Sitzflächen,
oder in Form von restriktiven Elementen 4b, wie z. B. Gurten
oder Bändern,
ausgeführt
sein. Vorteilhaft sind die Fixierungsmittel 4a, 4b dabei
anatomisch geformt.
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Der
Therapiestrahl 6 muss in der Ausführungsform der 3 und 4 nicht
durch den Magneten 1 dringen, sondern nur durch das Gradientensystem 2.
Dazu umfasst das Gradientensystem 2 ein strahlendurchlässiges Gebiet 7,
das der Therapiestrahl 6 ungehindert durchdringen kann.
In dem strahlendurchlässigen
Gebiet 7 sind keine Materialien vorhanden, die den Therapiestrahl 6 streuen oder
schwächen
können.
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In
einer einfachen Ausgestaltung ist das strahlendurchlässige Gebiet 7 frei
von Material. Vereinfacht könnte
man von einem „Loch” durch
das Gradientensystem 2 sprechen. Alternativ wer den Teile,
die sich in einem strahlendurchlässigem
Gebiet 7, befinden aus entsprechend strahlendurchlässigem Material,
z. B. aus Kunststoffen wie etwa Polyethylen, Polyethylenterephthalat
(PET) und/oder Polyamid, die gegebenenfalls auch glasfaserverstärkt sein
können,
gefertigt und/oder einzelne Komponenten, insbesondere leitende Teile
wie etwa Spulen, des Gradientensystems 2 in einer Art und
Weise angeordnet, sodass das strahlendurchlässige Gebiet 7 frei
von den Therapiestrahl 6 streuenden oder schwächenden
Materialien sind.
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Ein
dafür besonders
geeignetes Gradientensystem, ein sogenanntes „Multi-Segment-System” mit lokalen
Magnetfeldgradienten, ist beispielsweise in der
DE 10 2005 051 021 A1 offenbart.
Durch die Aufteilung des Gradientensystems in Segmente können diese
flexibel angeordnet werden, sodass die Strahlenschwächung durch
die Spulen des Gradientensystems in bestimmten Gebieten verringert
werden kann.
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Die 3 und 4 zeigen,
wieder in einem Längsschnitt
bzw. in einer Draufsicht, eine schematische Darstellung einer weiteren
Ausführungsform
einer Einrichtung zur Strahlentherapie unter Bildüberwachung,
die eine Magnetresonanzeinrichtung und eine Bestrahlungseinrichtung
umfasst. Mit der Magnetresonanzeinrichtung werden Bilddaten eines
Untersuchungsobjekts U erzeugt und insbesondere Position und Ausdehnung
des Untersuchungsobjektes kontrolliert.
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Dabei
ist von der Magnetresonanzeinrichtung nur schematisch ein Magnet 1' und eine Steuereinheit 8 dargestellt.
Weitere Komponenten der Magnetresonanzeinrichtung wie z. B. ein
Gradientensystem, Hochfrequenzantennen zur Einstrahlung von Anregungspulsen
und zum Empfang von Signalen, Anzeige- und Bildverarbeitungseinheiten
sowie ihr Zusammenwirken sind in üblicher Weise ausgebildet und
daher der Übersichtlichkeit
halber nicht dargestellt und nicht näher beschrieben.
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Auch
die Bestrahlungseinrichtung ist wieder nur schematisch durch eine
Strahlenquelle 5' und eine
Steuereinheit 9 darge stellt. Es kommen die gleichen Strahlungsquellen
wie in den vorhergehenden Ausführungsformen
in Betracht.
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Der
in diesem Ausführungsbeispiel
U-förmige,
offene Magnet 1' umfasst
ein Joch 12 und zwei Polschuhe 13a und 13b.
Zwischen den Polschuhen 13a und 13b ist ein freier
Raum, in den eine, durch eine Steuereinheit 10 gesteuerte,
Patientenlagerung 3 nebst Patienten P einbringbar ist.
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An
der dem Joch 12 gegenüberliegenden Seite
des Magneten 1' ist
die Strahlenquelle 5' angeordnet
und kann, gesteuert durch die Steuereinheit 9, einen Therapiestrahl 6' (dicke gestrichelte
Linie) ohne Hindernisse im Strahlengang auf den Patienten P strahlen.
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Wie
in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen
lagert die Patientenlagerung 3 einen Patienten P, der ein
Untersuchungsobjekt U aufweist, derart, dass sich das Untersuchungsobjekt
im Strahlengang eines von der Strahlenquelle 5' ausgestrahlten Therapiestrahls 6' befindet.
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Weiterhin
wie in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen
ist die Patientenlagerung 3 um eine Drehachse A drehbar,
um eine durch den Therapiestrahl 6' applizierte Strahlendosis außerhalb
des zu bestrahlenden Untersuchungsobjekts zu minimieren und umgebendes,
gesundes Gewebe zu schonen.
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Wieder
kann der Magnet 1' stehend
oder konventionell liegend angeordnet sein. Die Patientenlagerung 3 und
gegebenenfalls von ihr umfasste Fixierungsmittel 4a, 4b sind
dementsprechend anzupassen. Es wird hierzu wieder auf die Beschreibung der 1 und 2 verwiesen.
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Alle
Ausführungsbeispiele
ermöglichen
eine therapeutische Bestrahlung eines Untersuchungsobjektes eines
Patienten unter Bildüberwachung
durch die Magnetresonanzeinrichtung. Dabei befindet sich ein Isozentrum
der Bestrahlung in einem Untersuchungsvolumen der Magnetresonanzeinrichtung.
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Die
Bildüberwachung
mittels der Magnetresonanzeinrichtung erfolgt beispielsweise mittels schnellen
Aufnahmesequenzen, die eine Echtzeitbildgebung mit Aufnahmegeschwindigkeiten
von unter einer Sekunde pro Bild erlauben und/oder unter Hilfe von
Nachverarbeitungsprogrammen, die z. B. die bekannte Drehbewegung
kompensieren. Es ist ebenfalls denkbar, dass die Drehbewegung in
bestimmten Winkelschritten, z. B. alle paar Grad, und die Bildüberwachung
in den Stillstandzeiten zwischen den Schritten erfolgt. Auf diese
Weise ist auch die Verwendung älterer,
nicht ausreichend schneller Magnetresonanzeinrichtungen möglich.
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Dabei
wird z. B. eine Querschnittsfläche
des Therapiestrahls 6, 6' in gängiger Art und Weise, z. B. durch
einen Multi-Leaf-Collimator
(MLC), dem bestrahlten Querschnitt des Untersuchungsobjektes U angepasst.
Gegebenenfalls wird auch die Position der Patientenlagerung 3 während einer
Bestrahlung angepasst. Die dazu nötigen Daten erhalten die Steuereinheiten 8, 9, 10,
die auch als eine einzige Steuereinheit ausgebildet sein können, durch
die Bildüberwachung
mittels der Magnetresonanzeinrichtung.
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Eine
ausreichende Drehgeschwindigkeit der Patientenlagerung 3 leitet
sich aus der Forderung ab, zur Realisierung einer Bestrahlungstherapie,
beispielsweise mit einem IMRT-Verfahren (IMRT: intensitätsmodulierte
Radiotherapie), den Patienten pro Bestrahlungssitzung etwa einmal
um seine Körperachse
drehen zu können.
Typische Drehgeschwindigkeiten dürften
daher etwa in der Größenordnung von
1 Grad pro Sekunde liegen. Dabei muss die Drehachse nicht parallel
zum Strahlengang des Therapiestrahls 6, 6' liegen. Gegebenenfalls
kann auch nur eine Teildrehung (< 360°) des Untersuchungsobjektes
für eine
Bestrahlung ausreichend sein.