DE102009006097B4

DE102009006097B4 - Kollimatorvorrichtung für Radiotherapiezwecke und ein die Vorrichtung verwendendes Radiotherapiegerät

Info

Publication number: DE102009006097B4
Application number: DE102009006097A
Authority: DE
Inventors: Young Hoon Il; Dong Han Uijeongbu Lee; Mon Sik Uijeongbu Choi; Seung Woo Park; Yoon Jong Kim
Original assignee: Korea Inst Radl & Med Sciences; Korea Institute of Radiological and Medical Sciences
Current assignee: Korea Inst Radl & Med Sciences; Korea Institute of Radiological and Medical Sciences
Priority date: 2008-02-29
Filing date: 2009-01-26
Publication date: 2010-11-11
Anticipated expiration: 2029-01-27
Also published as: KR20090093654A; DE102009006097B8; DE102009006097A1; KR100981781B1; US20090220046A1

Abstract

Kollimatorvorrichtung (30) für Radiotherapiezwecke, welche aufweist:
einen Körper (32) mit einer ersten Durchlasseinheit, der in einem Hochenergiestrahlungsweg angeordnet ist, wobei die Hochenergiestrahlung im Gebrauch der Vorrichtung in Richtung eines zu behandelnden Teils eines Patienten abgestrahlt wird;
einen Rahmen (36) mit einer Durchlassöffnung (361), welcher der ersten Durchlasseinheit entspricht und gleitend verschiebbar an dem Körper (32) angeordnet ist;
einem Multi-Leaf Collimator mit mehreren Lamellen (363) (MLCs), die gleitend verschiebbar in der Durchlassöffnung (361) angeordnet sind und Strahlungsabschirmungen aufweisen;
einen Servomotor (323), der mit dem Körper (32) und dem Rahmen (36) antriebsmäßig gekoppelt ist, um den Rahmen (36) in Bezug auf den Körper (32) gleitend zu bewegen; und
eine Motorsteuerung (50), die von externer Seite Positionsverschiebungsdaten bezüglich der auf die Atmung des Patienten zurückzuführenden Bewegung des zu behandelnden Teils des Patienten empfängt und ein Signal zum Steuern des Antriebs des Servomotors (323) erzeugt, so dass die Lamellen...

Description

Verweis auf verwandte Patentanmeldungen
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der Koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2008-0019297 , eingereicht beim Koreanischen Patentamt am 29. Februar 2008, deren Offenbarung in vollem Umfang durch Bezugnahme Teil des Gegenstands der vorliegenden Anmeldung ist.
Hintergrund der Erfindung
1. Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kollimatorvorrichtung für Radiotherapiezwecke und ein Radiotherapiegerät, und insbesondere eine Kollimatorvorrichtung für Radiotherapiezwecke, welche in einem Radiotherapiegerät installiert ist, das zur Behandlung von Krebspatienten verwendet wird, indem ein zu behandelnder Teil eines Patienten kontinuierlich und genau bestrahlt wird, während ein sich physiologisch bewegender, zu behandelnder Teil nachverfolgt wird. Die Erfindung betrifft ferner insbesondere auch das Radiotherapiegerät, welches die Kollimatorvorrichtung enthält.
2. Beschreibung des Standes der Technik
In der heutigen Zeit erschweren der in unserer immer komplexeren Gesellschaft vorhandene Stress und die unregelmäßigen Mahlzeiten den Erhalt einer guten Gesundheit. Insbesondere sterben heutzutage Menschen häufig an bösartigen Tumoren, d. h. Krebs.
Die Zahl der sozial bedingten Krebserkrankungen nimmt ferner zu, so dass schnell wirksame Gegenmaßnahmen getroffen werden müssen. Daher sind in der heutigen Zeit Krebsbehandlungsverfahren und insbesondere die Radiotherapie von großem Interesse.
Eine erfolgreiche Radiotherapie an einem Tumor hat zwei Kernbestandteile. Erstens ist eine genaue Anwendung der Strahlung auf den Tumor erforderlich, und zweitens sollte die geplante Strahlungsdosis mit der Strahlungsdosis identisch sein, die tatsächlich verwendet wird.
Für eine präzise Bestrahlung des Tumors müssen zahlreiche verschiedene Verschiebungsabweichungen reduziert werden. Die durch den Körper des Patienten verursachten Verschiebungsabweichungen können in drei Kategorien eingeteilt werden: eine positionsabhängige Organbewegungsabweichung, ein Anteil der Organbewegungsabweichung, der vom Zwischenraum abhängig ist, und ein interner Anteil der Organbewegungsabweichung.
Die positionsabhängige Organbewegungsabweichung ist die Folge unterschiedlicher Körperhaltungen eines Patienten, beispielsweise Stehen oder Liegen, während der Behandlung, wodurch sich Veränderungen der Bewegung der inneren Organe eines Patienten ergeben. Die positionsabhängige Organbewegungsabweichung kann durch Abbilden der Körperhaltung des Patienten bei der Behandlung und durch Planen einer Behandlungsposition verringert werden.
Der Anteil der Organbewegungsabweichung, der vom Zwischenraum abhängig ist, ist die Folge von Veränderungen eines jeweiligen Organs und seiner Nachbarorgane entsprechend des Grades der Befüllung beispielsweise einer Blase, eines Darms oder eines Magens. Der Anteil der Organbewegungsabweichung, der vom Zwischenraum abhängig ist, kann eliminiert werden, indem der Zustand des Patienten bei der Planung der Behandlung und bei der eigentlichen Behandlung der gleiche ist.
Der interne Anteil der Organbewegungsabweichung tritt als Folge der Positionsveränderung eines jeweiligen Organs und seiner Nachbarorgane aufgrund der Atmung oder des Herzschlags auf. In einem lebenden Körper tritt der interne Anteil der Organbewegungsabweichung physiologisch bedingt häufig auf. Insbesondere hat die Atmung eine wesentliche Auswirkung, weshalb der interne Anteil der Organbewegungsabweichung ein erhebliches Problem bei Organen darstellt, die durch die Zwerchfellatmung beeinflusst werden. Der interne Anteil der Organbewegungsabweichung kann eliminiert werden, indem die durch die Atmung des Patienten verursachte äußere anatomische Bewegung verfolgt wird und ein bestimmter Teil eines inneren Organs entsprechend der Positionsveränderung dieses Teils bestrahlt wird.
In diesem Zusammenhang hat die Anmelderin Vorrichtungen entwickelt, welche in den Koreanischen Patenten KR 10-0706758 B1 und KR 10-0740340 B1 beschrieben sind.
Wenn jedoch die vorgenannten Vorrichtungen bei der Bestrahlung des zu behandelnden Teils eines Patienten verwendet werden, wird eine Strahlungsausgabe- und -sperrvorrichtung nur geöffnet, wenn sich ein Organ in einem bestimmten Bereich befindet, wodurch sich die zur tatsächlichen Behandlung des Patienten erforderliche Zeitspanne verlängert.
Der zu behandelnde Teil eines Patienten wird mit einem Radiotherapiegerät bestrahlt, an welchem eine Abschirmung zum Schutz des normalen Gewebes des zu behandelnden Teils des Patienten angebracht ist. Die Abschirmung umfasst eine üblicherweise verwendete Lipowitz-Metallabschirmung oder einen Multi-Leaf Collimator (MLC). Die Lipowitz-Metallabschirmung muss unter Verwendung eines Legierungsblocks gebildet werden, für dessen Herstellung ein oder zwei Tage erforderlich sind, während ein MLC keine Zeit für die Herstellung einer zusätzlichen Abschirmung erfordert und im Vergleich mit dem Legierungsblock einfacher mit verschiedenen Bestrahlungsflächen herstellbar ist. Herkömmliche MLCs sind jedoch teuer und sind mit verschiedenen für die Bestrahlung notwendigen Geräten nicht kompatibel.
Aus der US 2007/0201613 A1 ist eine Vorrichtung zum Detektieren der Atmungsphase eines eine Strahlentherapie erhaltenen Patienten offenbart, die eine Kollimatorvorrichtung mit einem Körper mit Durchlasseinheit im Strahlengang eines Hochenergiestrahles umfasst. Die Kollimatorvorrichtung weist ferner einen Multi-Leaf Collimator mit mehreren Lamellen auf, die gleitend verschiebbar in einem Rahmen angeordnet sind und eine Steuerung, die die Strahlungsintensität über eine Bewegung der Lamellen an die Bewegung des Patienten anpasst.
Überblick über die Erfindung
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kollimatorvorrichtung für Radiotherapiezwecke, welche den zu behandelnden Bereich eines Patienten kontinuierlich und präzise bestrahlt, während sie die Bewegung eines inneren Organs des Patienten nachverfolgt, und ein entsprechendes Radiotherapiegerät zu schaffen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. 9 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Kollimatorvorrichtung für Radiotherapiezwecke vorgesehen, welche aufweist: einen Körper mit einer ersten Durchlasseinheit, der in einem Hochenergiestrahlungsweg angeordnet ist, wobei die Hochenergiestrahlung im Gebrauch der Vorrichtung in Richtung eines zu behandelnden Bereichs eines Patienten abgestrahlt wird; einen Rahmen mit einer Durchlassöffnung, welcher der ersten Durchlasseinheit entspricht und gleitend verschiebbar an dem Körper angeordnet ist; einem Multi-Leaf Collimator mit mehreren Lamellen (MLCs), die gleitend verschiebbar in der Durchlassöffnung angeordnet sind und Strahlungsabschirmungen aufweisen; einen Servomotor, der mit dem Körper und dem Rahmen antriebsmäßig gekoppelt ist, um den Rahmen in Bezug auf den Körper gleitend zu bewegen; und eine Motorsteuerung, die von externer Seite Positionsverschiebungsdaten bezüglich der auf die Atmung des Patienten zurückzuführenden Bewegung des zu behandelnden Bereichs des Patienten empfängt und ein Signal zum Steuern des Antriebs des Servomotors erzeugt, so dass die Lamellen dem zu behandelnden Bereich des Patienten folgen und basierend auf den Positionsverschiebungsdaten kontinuierlich Strahlung auf den zu behandelnden Bereich des Patienten aufbringen.
Der Körper kann zwei Führungsschienen aufweisen, entlang welcher der Rahmen gleitend verschiebbar ist.
Die Strahlungsabschirmungen können aus Karbonstahl oder einer Wolframlegierung bestehen.
Die Lamellen sind manuell betätigbar.
Die Lamellen können durch die gegenseitige Kopplung benachbarter Lamellen gleitend verschiebbar sein und jeweils eine nicht lineare Querschnittsstruktur aufweisen.
Die Kollimatorvorrichtung kann ferner eine Schablone umfassen, welche die Form einer Strahlungsdurchlassfläche der Lamellen definiert und aus einem Acrylmaterial gebildet ist.
Der Rahmen kann zur Bewegung in einer Richtung in Bezug auf den Körper bewegbar gekoppelt sein, wobei der Servomotor an dem Rahmen installiert ist und mit diesem antriebsmäßig gekoppelt ist, um den Rahmen in die dem Körper entsprechende Richtung zu bewegen.
Der Körper kann ein Gleitelement aufweisen, das in eine erste Richtung bewegbar mit dem Körper gekoppelt ist, wobei der Rahmen mit dem Körper in eine zu der ersten Richtung senkrechte zweite Richtung in Bezug auf das Gleitelement bewegbar gekoppelt ist, wobei der Servomotor einen ersten Servomotor, der an dem Körper angebracht und antriebsmäßig mit dem Gleitelement gekoppelt ist, um das Gleitelement in die erste Richtung in Bezug auf den Körper zu bewegen, und einen zweiten Servomotor aufweist, der an dem Gleitelement angeordnet ist und mit dem Rahmen antriebsmäßig gekoppelt ist, um den Rahmen in Bezug auf das Gleitelement in die zweite Richtung zu bewegen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Radiotherapiegerät vorgesehen, welches aufweist: eine Vorrichtung zum Aufbringen von Strahlung; einen mit der Bestrahlungsvorrichtung gekoppelten Körper mit einer ersten Durchlasseinheit, der in einem Hochenergiestrahlungsweg angeordnet ist, wobei die Hochenergiestrahlung im Gebrauch der Vorrichtung in Richtung eines zu behandelnden Bereichs eines Patienten abgestrahlt wird; einen Rahmen mit einer Durchlassöffnung, welcher der ersten Durchlasseinheit entspricht und gleitend verschiebbar an dem Körper angeordnet ist; einem Multi-Leaf Collimator mit mehreren Lamellen (MLCs), die gleitend verschiebbar in der Durchlassöffnung angeordnet sind und Strahlungsabschirmungen aufweisen; einen Servomotor, der mit dem Körper und dem Rahmen antriebsmäßig gekoppelt ist, um den Rahmen in Bezug auf den Körper gleitend zu bewegen; und eine Motorsteuerung, die von externer Seite Positionsverschiebungsdaten bezüglich der auf die Atmung des Patienten zurückzuführenden Bewegung des zu behandelnden Bereichs des Patienten empfängt und ein Signal zum Steuern des Antriebs des Servomotors erzeugt, so dass die Lamellen dem zu behandelnden Bereich des Patienten folgen und basierend auf den Positionsverschiebungsdaten kontinuierlich Strahlung auf den zu behandelnden Bereich des Patienten aufbringen.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die genannten und weiter Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich deutlicher aus der detaillierten Beschreibung exemplarischer Ausführungsbeispiele derselben unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen, welche zeigen:
1 ein schematisches Blockdiagramm eines Radiotherapiegerätes nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2 eine schematische Darstellung der Elemente des Radiotherapiegeräts von 1 nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
3 eine perspektivische Darstellung der in 2 dargestellten Kollimatorvorrichtung für Radiotherapiezwecke nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
4 eine Draufsicht auf die in 3 dargestellte Kollimatorvorrichtung für Radiotherapiezwecke nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
5 ein Diagramm zur Erläuterung der Verbindungsstruktur mehrerer Kollimatoren der in 3 dargestellten Kollimatorvorrichtung für Radiotherapiezwecke gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
6A bis 10C Ergebnisse von Tests, welche zur Erläuterung der Wirkung der in 4 dargestellten Kollimatorvorrichtung für Radiotherapiezwecke nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung durchgeführt wurden; und
11 eine schematische perspektivische Darstellung einer Kollimatorvorrichtung für Radiotherapiezwecke nach einem weiteren Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden durch die Erläuterung von Ausführungsbeispielen der Erfindung unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen detailliert beschrieben.
1 ist ein schematisches Blockdiagramm eines Radiotherapiegerätes 10 nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 2 ist eine schematische Darstellung der Elemente des Radiotherapiegeräts 10 von 1 nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 3 ist eine perspektivische Darstellung der in 2 dargestellten Kollimatorvorrichtung 30 für Radiotherapiezwecke nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 4 zeigt eine Draufsicht auf die in 3 dargestellte Kollimatorvorrichtung 30 für Radiotherapiezwecke nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 5 zeigt ein Diagramm zur Erläuterung der Verbindungsstruktur mehrerer Kollimatoren der in 3 dargestellten Kollimatorvorrichtung 30 für Radiotherapiezwecke gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Wie in den 1 bis 5 dargestellt, weist das Radiotherapiegerät 10 eine Vorrichtung 20 zum Aufbringen von Strahlung, im Folgenden Bestrahlungsvorrichtung 20 genannt, und die Kollimatorvorrichtung 30 für Radiotherapiezwecke auf.
Die Bestrahlungsvorrichtung 20 bringt eine Strahlenbehandlung auf einen zu behandelnden Bereich eines Patienten auf. Die Bestrahlungsvorrichtung 20 ist eine Vorrichtung zum Beschleunigen von Elektronen oder Teilchen und zum Erzeugen und Aufbringen von Strahlung, wie sie allgemein in der Physik oder der Medizinwissenschaft verwendet wird, und ihr Aufbau sowie ihr Prinzip sind bekannt, weshalb auf eine detaillierte Beschreibung derselben an dieser Stelle verzichtet wird.
Die Kollimatorvorrichtung 30 für Radiotherapiezwecke weist eine Kollimatorantriebseinheit 40 und eine Motorsteuerung 50 auf.
Die Kollimatorantriebseinheit 40 weist einen Körper 32, ein Gleitelement 34, einen Rahmen 36, einen ersten Servomotor 323 und einen zweiten Servomotor 341 auf.
Der Körper 32 ist an der Bestrahlungsvorrichtung 20 befestigt. Der Körper 32 weist eine erste (nicht dargestellte) Durchlasseinheit auf. Die erste Durchlasseinheit ist in einem Hochenergiestrahlungsweg angeordnet, wobei die Hochenergiestrahlung von der Bestrahlungsvorrichtung 20 im Gebrauch auf den zu behandelnden Bereich eines Patienten abgestrahlt wird. Der Körper 32 ist mit zwei Führungsschienen 321 versehen. Der Körper 32 besteht aus einem Metall, wie beispielsweise Karbonstahl oder einer Aluminiumlegierung. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt und der Körper 32 kann aus jedem anderen Material bestehen, das zum Stützen des Rahmens 36 geeignet ist. Der erste Servomotor 323 ist an dem Körper 32 installiert.
Das Gleitelement 34 ist in Bezug auf den Körper 32 in eine Richtung bewegbar angebracht. Das Gleitelement 34 ist in Bezug auf den Körper 32 in eine erste Richtung X entlang den auf dem Körper 32 angeordneten Führungsschienen 321 gleitend verschiebbar angebracht, wie in 3 dargestellt. Eine (nicht dargestellte) zweite Durchlasseinheit, welche der auf dem Körper 32 angeordneten ersten Durchlasseinheit entspricht, ist an dem Gleitelement 34 angeordnet. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Gleitelement 34 mit dem ersten Servomotor 323 antriebsmäßig unter Verwendung einer Kugelumlaufspindel 325 und einer Kugelmutter 366 verbunden, welche verbreitet zum Umwandeln von Drehbewegung in lineare Bewegung verwendet werden. Genauer gesagt ist die Kugelumlaufspindel 325 an der Abtriebswelle des ersten Servomotors 323 befestigt, und die Kugelmutter 366, in welche die Kugelumlaufspindel 325 eingesetzt ist, ist mit dem Gleitelement 34 verbunden, so dass sich die Kugelumlaufspindel 325 mit der Drehung des ersten Servomotors 323 dreht, und somit das mit der Kugelmutter 366 verbundene Gleitelement 34 in der ersten Richtung X gleitet. Es ist ebenfalls möglich, bekannte Zahnstangen- oder Zahnradeinrichtungen anstelle der Kugelumlaufspindel 325 und der Kugelmutter 366 zu verwenden.
Der zweite Servomotor 341 ist in einer zum ersten Servomotor 323 senkrechten Richtung angeordnet und an dem Gleitelement 34 befestigt.
Der Rahmen 36 ist in eine zweite Richtung Y entlang den Führungsschienen 331 gleitend verschiebbar mit dem Gleitelement 34 verbunden. Der Rahmen 36 weist ein Durchlassloch 361 auf, durch welches von der Bestrahlungsvorrichtung 20 kommende Strahlung hindurchgeht. Das Durchlassloch 361 ist derart angeordnet, dass es mit der ersten Durchlasseinheit fluchtet. Mehrere Lamellen 363 eines Multi-Leaf Collimators (MLCs) (oder Abschirmlamellen) sind in dem Durchlassloch 361 angeordnet. Die Lamellen 363 sind in Bezug zueinander verschiebbar, wobei jeder die gleiche lineare Querschnittsstruktur aufweist, wie in 5 dargestellt. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Lamellen 363 in zwei Gruppen auf jeder Seite des Durchlasslochs 361 unterteilt, wobei jede Gruppe 25 Lamellen umfasst. Die Seiten des Rahmens 36 sind offen, so dass Bereiche eines Endes der Lamellen 363 geschoben oder gezogen werden. Die Lamellen 363 bestehen aus Karbonstahl oder einer Wolframlegierung, bei der es sich um ein Material handelt, das zum Abschirmen der von der Bestrahlungsvorrichtung 20 aufgebrachten verwendet wird, um so gegebenenfalls die Strahlung zu blockieren oder freizugeben. Die Lamellen 363 können manuell betätigt werden. Die Kollimatorantriebseinheit 40 kann ferner eine Schablone 365 umfassen, die der Erstellung der Form einer Strahlungsdurchlassfläche dient, welche entsprechend der offenen Form der Lamellen 363 ausgebildet ist. Die Schablone 365 kann aus einem Acrylmaterial bestehen. Vorab wird eine Vielzahl von Formen der Schablone 365 hergestellt, so dass die Form der Schablone 365 der Form des zur behandelnden Bereichs des Patienten entspricht. Wenn bei in dem Durchlassloch 361 angeordneter Schablone 365 das Durchlassloch 361 mittels der Lamellen 363 geöffnet wird und die Lamellen 363 derart gleitend verschoben werden, dass die Schablone 365 das Durchgangsloch 361 abschirmt, so ist der Teil des Durchgangslochs 361, in dem die Schablone 365 angeordnet ist, offen und die anderen Teile des Durchlasslochs 361 sind abgeschirmt, so dass die Strahlung in der Form des zu behandelnden Bereichs des Patienten durchtritt.
Die erste Richtung X und die zweite Richtung Y sind zueinander senkrecht. Daher ist der Rahmen 36 über das Gleitelement 34 in zwei Richtungen in Bezug auf den Körper 32 bewegbar angeordnet. Der Rahmen 36 ist mit dem zweiten Servomotor 341 antriebsmäßig verbunden. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel werden, wie bei dem Antriebsverbindungselement zwischen dem Gleitelement 34 und dem ersten Servomotor 323, eine Kugelumlaufspindel 326 und eine Kugelmutter 367 für das antriebsmäßige Verbinden des Rahmens 36 und des zweiten Servomotors 341 verwendet.
Die Motorsteuerung 50 dient der Erzeugung eines Signals zur Steuerung des Antriebs des ersten Servomotors 323 und des zweiten Servomotors 341. Die Motorsteuerung 50 ist elektrisch mit dem ersten Servomotor 323 und dem zweiten Servomotor 341 mittels einer elektrischen Leitung verbunden. Die Motorsteuerung 50 empfängt von außen Positionsverschiebungsdaten bezüglich der durch die Atmung des Patienten verursachten Bewegung des zu behandelnden Teils des Patienten und erzeugt das Signal zur Steuerung des Antriebs des ersten Servomotors 323 und des zweiten Servomotors 341 basierend auf den Positionsverschiebungsdaten, so dass die Lamellen 363 dem zu behandelnden Teil des Patienten folgen und die Strahlung kontinuierlich auf den zu behandelnden Teil aufgebracht wird. Die von der Motorsteuerung 50 empfangenen Positionsverschiebungsdaten bezüglich des zu behandelnden Teils des Patienten können beispielsweise mit einer in dem Koreanischen Patent 0706758 der Anmelderin beschriebenen Vorrichtung erhalten werden. Die vorliegende Erfindung liefert die Positionsverschiebungsdaten des zu behandelnden Teils nicht selbst, so dass eine detaillierte Beschreibung des Erhaltens der Positionsverschiebungsdaten vorliegend nicht erfolgt und hierzu auf die genannte Patentschrift verwiesen wird.
Im Folgenden wird die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Radiotherapiegeräts 10 detailliert beschrieben.
Die Beschreibung bezieht sich auf den Fall, in dem ein Patient wie in der 2 dargestellt auf dem Radiotherapiegerät 10 liegt. Es sei angenommen, dass die Lunge des Patienten behandelt werden soll. Die Form, in welcher die Strahlung auf den zu behandelnden Teil des Patienten aufgebracht werden soll, wird mittels der Schablone 365 gebildet. Da die Schablone 365 aus einem Acrylmaterial besteht, kann die Schablone 365 einfach und schnell hergestellt werden. Das Durchlassloch 361 wird geöffnet, die Schablone 365 in das Durchgangsloch 361 eingesetzt und die Lamellen 363 werden in Richtung der Mitte des Durchgangslochs 361 geschoben. Das Durchgangsloch 361 ist durch die Lamellen 363 beinahe vollständig abgeschirmt, so dass die Strahlung durch den mittels der Schablone 365 geformten Bereich hindurchgeht, wie in 3 dargestellt. Im Hinblick darauf bringt die Bestrahlungsvorrichtung 20 durch die Schablone 365 Strahlung auf den zu behandelnden Teil auf. Die aus Acrylmaterial gebildete Schablone 365 beeinflusst die Ausbreitung der von der Bestrahlungsvorrichtung 20 ausgegebenen Strahlung nicht wesentlich, was bei der Planung der aufgebrachten Energie und der Strahlungsdosis berücksichtigt wird. Die den zu behandelnden Teil des Patienten betreffenden Positionsverschiebungsdaten werden in Echtzeit in die Motorsteuerung 50 gleichzeitig mit dem Aufbringen der Strahlung aus der Bestrahlungsvorrichtung 20 eingegeben. Die Positionsverschiebungsdaten des zu behandelnden Teils des Patienten werden unter Verwendung der erwähnten bekannten Vorrichtung nach dem Koreanischen Patent KR 10-0706758 B1 und zuvor ermittelter Bewegungsinformationen erhalten und in die Motorsteuerung 50 eingegeben. Die Positionsverschiebungsdaten können auch nicht in Echtzeit in die Motorsteuerung 50 eingegeben werden und können in die Motorsteuerung 50 entsprechend einer vorbestimmten Zeitplanung, beispielsweise einem Behandlungsplan, eingegeben werden. Die Motorsteuerung 50 erzeugt das Signal zur Steuerung des Antriebs des ersten Servomotors 323 und des zweiten Servomotors 341, um die in dem Durchlassloch 361 des Rahmens 36 gebildete Bestrahlungsform beizubehalten, während der Rahmen 36 kontinuierlich der Bewegung des zu behandelnden Teils des Patienten folgt. Infolgedessen wird der zu behandelnde Teil des Patienten kontinuierlich in beinahe der gleichen Weise bestrahlt, als wenn der Patient nicht atmet. Die Radiotherapievorrichtung 10 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel bringt kontinuierlich Strahlung auf den zu behandelnden Teil des Patienten auf, während sie dem zu behandelnden Teil des Patienten folgt, so dass eine wirksame und schnelle Radiotherapie durchgeführt wird. Des weiteren bringt das erfindungsgemäße Radiotherapiegerät 10 keine Strahlung auf die nicht krebskranken Bereiche des Patienten auf, wodurch ein Nebeneffekt der Radiotherapie verringert wird. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel werden die Lamellen 363 manuell bewegt, wodurch die Herstellungskosten der Kollimatorvorrichtung 30 für Radiotherapiezwecke verringert werden. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel dient die Schablone 365 der Bestimmung der Form des zu behandelnden Teils des Patienten, wodurch der zu behandelnde Teil des Patienten präzise definiert wird. Zwar umfasst das Radiotherapiegerät 10 die Bestrahlungsvorrichtung 20 und die Kollimatorvorrichtung 39 für Radiotherapiezwecke, jedoch kann die Kollimatorvorrichtung 30 für Radiotherapiezwecke, da sie einfach von der Bestrahlungsvorrichtung 20 lösbar und an diese anbringbar ist, an verschiedene Bestrahlungsvorrichtungen angebracht werden, wodurch die Flexibilität erheblich vergrößert ist.
Im Folgenden werden die Spezifikation eines zur Prüfung der Wirkung der vorliegenden Erfindung verwendeten Probenprodukts und das Testergebnis beschrieben.
6 ist eine Spezifikationstabelle der Kollimatorvorrichtung 30 für Radiotherapiezwecke. Die Lamellen 363 der Kollimatorvorrichtung 30 für Radiotherapiezwecke bestehen aus Karbonstahl, bei dem es sich um eine Legierung aus Stahl und Kohlenstoff handelt, umfassen 50 Metalllamellen (MLCs), welche in zwei Gruppen zu je 25 Lamellen unterteilt sind. Jede Lamelle 363 ist mit Abmessungen von 10 cm × 0,4 cm × 5 cm (Länge × Breite × Höhe) ausgebildet und ihre maximale Bestrahlungsfläche (oder das Durchlassloch) ist mit 10 × 10 cm² ausgebildet.
Die Seitenfläche jeder Lamelle 363 ist parallel zu einem aufgebrachten Bestrahlungsstrahl ausgerichtet. Die Lamellen 363 sind nebeneinander liegend ausgebildet, wobei jeder die gleiche nicht-lineare Querschnittsstruktur aufweist, wie in 5 dargestellt, um Strahlungsleckage zwischen den Lamellen zu verhindern.
Um die Tauglichkeit der Kollimatorvorrichtung 30 für Radiotherapiezwecke zu prüfen, wurde Strahlung auf eine herkömmliche Lipowitz-Legierungsabschirmung und die Kollimatorvorrichtung 30 für Radiotherapiezwecke abgestrahlt, und die durch die Strahlung auf Filmen erzeugten Bilder wurden verglichen. Zur Messung der Strahlenmenge wurde ein Gafchromic EBT-Film verwendet und mittels eines Transparentscanners gelesen.
Co-60 wurde als die Strahlenquelle einer Vorrichtung T780 (AECL, Kanada) verwendet, wobei es sich um eine Gammastrahlenemissionsvorrichtung handelt. Die Dosis betrug 160,76 cGy/min. Die Entfernung (SCD) zwischen der Strahlungsquelle und der Kollimatorvorrichtung 30 für Radiotherapiezwecke betrug 80 cm. Die Entfernung (SFD) zwischen der Strahlungsquelle und dem Film betrug 112 cm. Der Film wurde unter Verwendung von Acryl fixiert. 7 ist eine Tabelle der spezifischen Testbedingungen für die Überprüfung der Tauglichkeit der erfindungsgemäßen Kollimatorvorrichtung 30 für Radiotherapiezwecke.
Drei Tests wurden durchgeführt. Zuerst wurde Strahlung aufgebracht, wenn sich kein Organ bewegt, wie beispielsweise bei einem Patienten ohne Lebenszeichen. Zweitens wurde für den Fall einer tatsächlichen Organbewegung ein Film in der vorgenannten Vorrichtung nach dem Koreanischen Patent 0740339 installiert, um die Bewegung des Organs basierend auf Positionsverschiebungsdaten des Organs wiederzugeben, und es wurde Strahlung aufgebracht. Im dritten Test wurde Strahlung während der Bewegung des Organs, der Kollimatorvorrichtung 30 für Radiotherapiezwecke und der Vorrichtung zum Reproduzieren der Organbewegung aufgebracht, und die Verteilung der auf einen Film aufgebrachten Strahlung wurde untersucht. Die 8A bis 10B zeigen die Ergebnisse der drei Tests. Wie in den 8A bis 8C dargestellt, wurde zur Bestimmung des sich nach der Radiotherapie einstellenden Einflusses derselben auf normales Gewebe ohne Organbewegung die Position der Platte, in welcher der Film angeordnet war, fixiert, Strahlung wurde auf den Film aufgebracht und ein Bild erhalten. Als Ergebnis wurde eine klare Kontur erkannt, wie sie in 8A dargestellt ist.
Eine Isodosenkurve und ein Halbschattenbereich wurden aus dem sich ergebenden Bild ermittelt, um quantitative Daten zu erhalten. Die quantitativen Daten werden mittels dem von Verisoft hergestellten Programm PTW analysiert. Der tatsächliche Abstand bezüglich des Halbschattenbereichs wird durch das Ermitteln des Pixelwerts eines entsprechenden Punkts festgestellt. Unter den Testbedingungen ist ein Pixel 0,2647857 mm. Die aus dem ersten Test erhaltene durchschnittliche optische Dichte in horizontaler Richtung beträgt 157,3 MU. 8B zeigt die Dosisverteilung in dem Film. Der Bereich des Halbschattens, welcher einen Abstand zwischen einer maximalen Dosis und 90% und 20% der Isodosenkurve angibt, liegt 4,8 mm von der linken Seite der in 8C dargestellten Isodosenkurve sowie 4,2 mm von der rechten Seite derselben.
Wie in den 9A bis 9C dargestellt, wurde durch Aufbringen von Strahlung auf den EBT-Film ein Bild erhalten, wobei zuvor die Position der Platte, in welcher der Film angeordnet war, um einen bestimmten Bereich entsprechend der Bewegung des Organs und dem Signal bewegt worden war.
Wie in 9A ersichtlich, weist das Bild eine unscharfe Kontur auf. Dies bedeutet, dass die Strahlung nicht in geeigneter Weise auf einen Bereich aufgebracht wurde, der für eine tatsächliche Behandlung vorgesehen war, und somit auch auf normale, nicht krebskranke Bereiche eines Organs aufgebracht wurde. Eine Isodosenkurve und ein Halbschattenbereich wurde wurden aus dem erhaltenen Bild ermittelt, um mehr quantitative Daten zu erhalten.
Wenn sich ein Ziel zusammen mit einem Bewegungssignal des Organs bewegt, beträgt die durchschnittliche optische Dichte des Bildes in horizontaler Richtung 158 MU. 9B zeigt die Dosisverteilung in dem Film. Der Bereich des Halbschattens befindet sich 10,3 mm links von der in 9C dargestellten Isodosenkurve und 13,5 mm von der rechten Seite derselben. Im Vergleich mit dem sich nicht bewegenden Film (d. h. dem Ziel), tritt eine Abweichung von 5,5 mm auf der linken Seite und 9,3 mm auf der rechten Seite auf.
Wie in den 10A bis 10C dargestellt, wurde die unnötige Bestrahlung von benachbartem Gewebe durch das Durchführen der beiden Tests bestimmt. Bei diesem Test wurden die in dem Koreanischen Patent KR 10-0740339 B1 beschriebene Vorrichtung zum Reproduzieren der Organbewegung und die Kollimatorvorrichtung 30 für Radiotherapiezwecke zur Verringerung der Bestrahlung benachbarten Gewebes verwendet. Da die Strahlung nicht direkt auf einen Menschen aufgebracht wurde, wurde der Test unter Verwendung der Vorrichtung zum Reproduzieren der Organbewegung wie in den beiden vorherigen Tests durchgeführt.
10A zeigt ein Bild, das durch gleichzeitiges Bewegen der Kollimatorvorrichtung 30 für Radiotherapiezwecke und einer Platte, an welcher ein als Ersatz für die Organbewegung dienender Film angebracht war, und durch Aufbringen von Strahlung erhalten wurde, wobei das Bild, wie in 8A dargestellt, eine klare Kontur zeigte. Die durchschnittliche optische Dichte des Bildes in horizontaler Richtung betrug 158 MU. 10B zeigt die Dosisverteilung in dem Film. Der Bereich des Halbschattens lag 6,6 mm links von einer in 10C dargestellten Isodosenkurve und 4,2 mm rechts von derselben. Im Vergleich mit dem Fall, in welchem sich die Kollimatorvorrichtung 30 für Radiotherapiezwecke nicht gleichzeitig bewegt, tritt eine Abweichung von 3,8 mm auf der linken Seite und 9,3 mm auf der rechten Seite auf. Somit wird die Behandlungsabweichung sicher verringert, wenn die Kollimatorvorrichtung 30 für Radiotherapiezwecke und die Bewegung des Organs zusammen verwendet werden.
Der Körper 32 weist die Führungsschienen 321 auf, und der Rahmen 36 ist bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel auf den Führungsschienen 321 gleitend verschiebbar angebracht. Die Führungsschienen 321 müssen jedoch nicht am Körper 32 ausgebildet sein, sondern die Führungsschienen 321 können beispielsweise an dem Rahmen 36 ausgebildet sein, oder der Rahmen 36 ist nach einem anderen Aufbau in Bezug auf den Körper 32 gleitend verschiebbar.
Die Lamellen 363 bestehen bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel aus Karbonstahl oder einer Wolframlegierung. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt, sondern es können zahlreiche verschiedene Abwandlungen der Lamellen 363 zum Abschirmen der Strahlung verwendet werden.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel werden die Lamellen 363 manuell bewegt. Die Lamellen 363 können jedoch auch automatisch unter Verwendung eines Motors oder Getriebes bewegt werden, obwohl dies die Herstellungskosten erhöht.
Die Lamellen 363 sind in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel durch die Korrelationen zwischen den benachbarten Kollimatoren und der jeweiligen unregelmäßigen Struktur gleitend verschiebbar. Obwohl die Lamellen 363 nicht die unregelmäßige Struktur aufweisen, können die Lamellen 363 jedoch beispielsweise einander flächig berühren, so dass die Lamellen 363 in Bezug zueinander gleitend verschiebbar sind.
Die Kollimatorantriebseinheit 40 weist ferner die Schablone 365 zum Ausbilden der Form der Strahlungsdurchlassfläche auf, wobei die Schablone 365 in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel aus Acrylmaterial besteht. Die Schablone 365 kann jedoch aus verschiedenen Materialien gebildet sein, vorausgesetzt, es handelt sich um ein Material wie Holz, das Strahlung nicht abschirmt, und die Schablone 365 muss nicht in der Kollimatorantriebseinheit 40 vorgesehen sein.
Das Gleitelement 34 ist in die erste Richtung bewegbar mit dem Körper 32 verbunden. Der Rahmen 36 ist in Bezug auf den Körper 32 in die zweite Richtung bewegbar mit dem Gleitelement 34 verbunden, wobei die zweite Richtung senkrecht zur ersten Richtung verläuft. Der erste Servomotor 323 ist an dem Körper 32 installiert und mit dem Gleitelement 34 antriebsmäßig verbunden, um das Gleitelement 34 in Bezug auf den Körper 32 in die erste Richtung zu bewegen. Der zweite Servomotor 341 ist an dem Gleitelement 34 installiert und ist mit dem Rahmen 36 antriebsmäßig verbunden, um den Rahmen 36 in Bezug auf das Gleitelement in die zweite Richtung zu bewegen. Wie in 11 dargestellt, ist jedoch ein Rahmen in Bezug auf den Körper in eine Richtung bewegbar gekoppelt, und ein Servomotor ist an dem Rahmen installiert und mit dem Rahmen antriebsmäßig verbunden, um den Rahmen in Bezug auf den Körper in diese Richtung zu bewegen.
Die Kollimatorvorrichtung für Radiotherapiezwecke und das Radiotherapiegerät gemäß der vorliegenden Erfindung folgen dem zu behandelnden Teil des Patienten und bestrahlen den Behandlungsbereich des Patienten kontinuierlich und genau, wodurch der Patient effektiv und schnell behandelt wird.

Claims

Kollimatorvorrichtung (30) für Radiotherapiezwecke, welche aufweist: einen Körper (32) mit einer ersten Durchlasseinheit, der in einem Hochenergiestrahlungsweg angeordnet ist, wobei die Hochenergiestrahlung im Gebrauch der Vorrichtung in Richtung eines zu behandelnden Teils eines Patienten abgestrahlt wird; einen Rahmen (36) mit einer Durchlassöffnung (361), welcher der ersten Durchlasseinheit entspricht und gleitend verschiebbar an dem Körper (32) angeordnet ist; einem Multi-Leaf Collimator mit mehreren Lamellen (363) (MLCs), die gleitend verschiebbar in der Durchlassöffnung (361) angeordnet sind und Strahlungsabschirmungen aufweisen; einen Servomotor (323), der mit dem Körper (32) und dem Rahmen (36) antriebsmäßig gekoppelt ist, um den Rahmen (36) in Bezug auf den Körper (32) gleitend zu bewegen; und eine Motorsteuerung (50), die von externer Seite Positionsverschiebungsdaten bezüglich der auf die Atmung des Patienten zurückzuführenden Bewegung des zu behandelnden Teils des Patienten empfängt und ein Signal zum Steuern des Antriebs des Servomotors (323) erzeugt, so dass die Lamellen (363) dem zu behandelnden Teil des Patienten folgen und basierend auf den Positionsverschiebungsdaten kontinuierlich Strahlung auf den zu behandelnden Teil des Patienten aufbringen.
Kollimatorvorrichtung (30) für Radiotherapiezwecke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (32) zwei Führungsschienen (321) aufweist, entlang welcher der Rahmen (36) gleitend verschiebbar ist.
Kollimatorvorrichtung (30) für Radiotherapiezwecke nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsabschirmungen aus Karbonstahl oder einer Wolframlegierung bestehen.
Kollimatorvorrichtung (30) für Radiotherapiezwecke nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lamellen (363) manuell betätigbar sind.
Kollimatorvorrichtung (30) für Radiotherapiezwecke nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lamellen (363) durch die gegenseitige Kopplung benachbarter Lamellen (363) gleitend verschiebbar sind und jeweils eine nicht lineare Querschnittsstruktur aufweisen.
Kollimatorvorrichtung (30) für Radiotherapiezwecke nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner mit einer Schablone (365), welche die Form einer Strahlungsdurchlassfläche der Lamellen (363) definiert und aus einem Acrylmaterial gebildet ist.
Kollimatorvorrichtung (30) für Radiotherapiezwecke nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (36) zur Bewegung in einer Richtung in Bezug auf den Körper bewegbar gekoppelt ist, wobei der Servomotor (323) an dem Rahmen (36) installiert ist und mit diesem antriebsmäßig gekoppelt ist, um den Rahmen (36) in entsprechende Richtung in Bezug auf den Körper (32) zu bewegen.
Kollimatorvorrichtung (30) für Radiotherapiezwecke nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (32) ein Gleitelement (34) aufweist, das in eine erste Richtung bewegbar mit dem Körper (32) gekoppelt ist, wobei der Rahmen (36) mit dem Körper (32) in eine zu der ersten Richtung senkrechte zweite Richtung in Bezug auf das Gleitelement (34) bewegbar gekoppelt ist, wobei der Servomotor einen ersten Servomotor (323), der in dem Körper (32) angebracht und antriebsmäßig mit dem Gleitelement (34) gekoppelt ist, um das Gleitelement (34) in die erste Richtung in Bezug auf den Körper (32) zu bewegen, und einen zweiten Servomotor (341) aufweist, der an dem Gleitelement (34) angeordnet ist und mit dem Rahmen (36) antriebsmäßig gekoppelt ist, um den Rahmen (36) in Bezug auf das Gleitelement (34) in die zweite Richtung zu bewegen.
Radiotherapiegerät (10), welches aufweist: eine Vorrichtung (20) zum Aufbringen von Strahlung; einen mit der Bestrahlungsvorrichtung (20) gekoppelten Körper (32) mit einer ersten Durchlasseinheit, der in einem Hochenergiestrahlungsweg angeordnet ist, wobei die Hochenergiestrahlung im Gebrauch der Vorrichtung in Richtung eines zu behandelnden Teils eines Patienten abgestrahlt wird; einen Rahmen (36) mit einer Durchlassöffnung (361), welcher der ersten Durchlasseinheit entspricht und gleitend verschiebbar in dem Körper (32) angeordnet ist; einem Multi-Leaf Collimator mit mehreren Lamellen (363) (MLCs), die gleitend verschiebbar in der Durchlassöffnung (361) angeordnet sind und Strahlungsabschirmungen aufweisen; einen Servomotor (323; 341), der mit dem Körper (32) und dem Rahmen (36) antriebsmäßig gekoppelt ist, um den Rahmen (36) in bezug auf den Körper (32) gleitend zu bewegen; und eine Motorsteuerung (50), die von externer Seite Positionsverschiebungsdaten bezüglich der auf die Atmung des Patienten zurückzuführenden Bewegung des zu behandelnden Teils des Patienten empfängt und ein Signal zum Steuern des Antriebs des Servomotors (323; 341) erzeugt, so dass die Lamellen (363) dem zu behandelnden Teil des Patienten folgen und basierend auf den Positionsverschiebungsdaten kontinuierlich Strahlung auf den zu behandelnden Teil des Patienten aufbringen.