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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Strahlentherapiegeräts mit einer
um einen Patienten rotierbar angeordneten Strahlervorrichtung. Sie
betrifft weiterhin ein Strahlentherapiegerät.
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Ein
Strahlentherapiegerät
wendet medizinisch ionisierende Strahlung auf den Menschen an, um
Krankheiten zu heilen oder deren Fortschreiten zu verzögern. Als
ionisierende, hoch energetische Strahlen werden dabei vorwiegend
Gammastrahlung, Röntgenstrahlung
und Elektronen verwendet. In den letzten Jahren wurden auch Anlagen
zur Behandlung mit Neutronen, Protonen und schweren Ionen errichtet.
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Zur
Behandlung beispielsweise eines Tumors soll mit einem Strahlentherapiegerät eine bestimmte
gewünschte
Dosisverteilung in einem Zielvolumen realisiert werden. Da die üblicherweise
verwendeten Röntgenstrahlen
praktisch nicht ablenkbar und damit fokussierbar sind, bleibt als
Steuerungsmittel nur die Einstrahlung aus verschiedenen Raumrichtungen.
Dazu wird in einem üblichen
Strahlentherapiegerät
eine Strahlervorrichtung um einen Patienten rotierbar herum angeordnet,
die beispielsweise innerhalb einer Gantry, d. h. einem ringförmigen System
aus Röntgenstrahler
und Detektoren, angeordnet sein kann. In den bisher üblichen
Verfahren wird dann aus vier bis fünf vorgegebenen festen Positionen
eine bestimmte Strahlendosis auf den Patienten eingestrahlt oder
es wird eine Ringgeometrie benutzt, d. h., die Einstrahlung erfolgt
aus einem Ringbereich über
eine geradlinige, geschlossene Bahn.
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Da
sich die Bestrahlungen aus den einzelnen Raumrichtungen in ihrer
Wirkung linear akkumulieren und keine negative Strahlung erzeugt
werden kann, ergibt sich, dass räumliche
Variationen in der Dosisverteilung, insbesondere Kanten des zu bestrahlenden
Volumens, nicht exakt dargestellt werden können.
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Es
muss notwendigerweise eine Verschleifung der Dosisverteilung eintreten.
Bei üblichen Strahlentherapiesystemen
kann sich damit eine nichtideale Dosisverteilung ergeben.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben
eines Strahlentherapiegeräts
der oben genannten Art sowie ein Strahlentherapiegerät anzugeben,
das eine besonders exakte Dosisverteilung in einem vorgegebenen Raumbereich
während
einer Strahlentherapie ermöglicht.
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Bezüglich des
Verfahrens wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst, indem eine Bestrahlung während einer
Bewegung der Strahlervorrichtung um den Patienten durchgeführt wird.
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Die
Erfindung geht dabei von der Überlegung aus,
dass eine besonders exakte Dosisverteilung möglich wäre, wenn insbesondere Kanten
des vorgegebenen Volumenbereichs besser dargestellt werden könnten. Dabei
hängen
die Schwere und die Geschwindigkeit des Abfalls der Dosisverteilung
mit dem Abstand von der Kante stark davon ab, über welchen Raumwinkelbereich
die verschiedenen Einstrahlungen verteilt werden. Insbesondere fällt der Fehler
bei gradliniger Verwischung maximal mit erster Potenz des inversen
Abstands von der Kante ab, bei zweidimensionaler Verwischung bereits
mit zweiter Potenz. Dementsprechend sollte die Einstrahlung über einen
möglichst
großen
Raumwinkelbereich verteilt werden. Dementsprechend ist es wünschenswert,
die Bestrahlung nicht nur aus vier oder fünf vorgegebenen Positionen
durchzuführen,
sondern eine wesentlich größere Anzahl
an Bestrahlungspunkten zu verwenden. Dies ist erreichbar, indem
die Bestrahlung kontinuierlich durchgeführt wird, d. h. während der
Bewegung der Strahlervorrichtung um den Patienten.
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In
vorteilhafter Ausgestaltung erfolgt die Bewegung dabei auf einer
Kugeloberfläche.
Dadurch ist es besonders einfach, eine relativ konstante und gleichmäßige Bewegung
der Strahlervorrichtung zu erreichen. Eine derartige Geometrie kann
weiterhin technisch besonders einfach realisiert werden. Weiterhin erfolgt
jede Einstrahlung aus jeder Strahlrichtung in der gleichen Entfernung
zum Zielvolumen.
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Vorteilhafterweise
erfolgt die Bewegung der Strahlervorrichtung dabei auf einer offenen
Bahn. Die Bewegung der Strahlervorrichtung sollte nämlich einen
besonders großen
Winkelbereich in möglichst geringer
Zeit abdecken. Dies ist besonders effektiv erreichbar, wenn die
Bahn der Strahlervorrichtung nicht geschlossen ist, d. h. nicht
wieder an einen vorherigen Ausgangspunkt zurückkehrt, sondern stets wieder
eine neue Einstrahlrichtung während
der Dauer der Bestrahlung erreicht.
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Dabei
sollte vorteilhafterweise die Bewegung auf einer Spiralbahn erfolgen.
Eine Spiralbahn ermöglicht
ein gleichmäßiges Abfahren
unterschiedlichster Einstrahlrichtungen um das Zielvolumen herum.
Auch ist ein spiralförmiges
Abfahren der Kugeloberfläche
beispielsweise in der Art einer archimedischen Kugelspirale möglich. Dadurch
wird eine noch bessere und gleichmäßigere Bestrahlung des Zielvolumens
aus verschiedenen Raumrichtungen erreicht.
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Es
sind auch weitere Bahngeometrien der Bahn der Strahlervorrichtungen
denkbar. Dabei sollte vorteilhafterweise die Bahn und/oder die Bewegungsgeschwindigkeit
derart gewählt
werden, dass die Aufenthaltsdauer der Strahlervorrichtung in jedem
Raumwinkelbereich um den Patienten im Wesentlichen konstant ist.
Dadurch wird erreicht, dass die von der Strahlervorrichtung pro
Zeiteinheit maximal abzugebende Dosis (d. h. die Dosisleistung)
und damit die Leistung der Röntgenstrahlungsquelle möglichst
gering gehalten werden kann. Dies ermöglicht somit eine besonders
gute Darstellung des Zielvolumens durch eine gleichmäßige Einstrahlung
aus unterschiedlichen Raumrichtungen.
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Durch
geeignete Wahl der Bahn der Strahlervorrichtung sollte vorteilhafterweise
die Bewegung mit im Wesentlichen konstanter Bewegungsgeschwindigkeit
erfolgen. Dies führt
zu einer Verringerung der Maximalanforderung an die Verstellgeschwin digkeit
des Kollimators der Strahlervorrichtung, der einen parallelen Strahlenverlauf
erzeugt. Außerdem
kann so bei entsprechender Wahl der Bahn eine weitgehend konstante
Verweildauer der Strahlervorrichtung pro Raumwinkelbereich erreicht werden.
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Ist
nun die Bahn der Strahlervorrichtung entsprechend vorgegeben und
wird beispielsweise mit einer konstanten Bewegungsgeschwindigkeit
abgefahren, sollte eine zeitliche Verteilung der Strahldosis vorgegeben
werden. Bei einer kontinuierlichen Bestrahlung des Zielvolumens
während
der Bewegung der Strahlervorrichtung muss der im Voraus vorgegebene
Bestrahlungsplan nämlich
nicht Dosis und Einstrahlrichtung vorgeben, sondern die Dosis als
Funktion der Zeit. Das Bewegungsprogramm der Strahlervorrichtung
sollte sozusagen fest vorgegeben werden. Damit sind eine besonders
einfache Bestrahlung des Zielvolumens und deren vorherige Planung möglich.
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Bezüglich des
Strahlentherapiegeräts
wird die Aufgabe gelöst
durch ein Strahlentherapiegerät mit
einer um einen Patienten schwenkbar angeordneten Strahlervorrichtung
und einer Steuervorrichtung, die für die Durchführung des
oben angegebenen Verfahrens ausgelegt ist.
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Vorteilhafterweise
ist die Strahlervorrichtung in einer ringförmigen Gantry angeordnet, die
um einen Durchmesser der Gantry als Schwenkachse schwenkbar befestigt
ist. Die Strahlervorrichtung kann somit innerhalb der Gantry ringförmig um
den Patienten gelegt werden oder die Strahlervorrichtung in der
Gantry ist direkt derart ausgelegt, dass sie aus einem Ringbereich
um den Patienten bzw. das Zielvolumen einstrahlen kann. Die gesamte
Abdeckung der Kugeloberfläche
um das Zielvolumen ist dann durch die Schwenkung der Gantry in einer
im Durchmesser der Gantry liegenden Schwenkachse möglich. Dadurch
ist eine komplette Abdeckung aller Raumbereiche um den Patienten
bzw. das Zielvolumen möglich.
Vorteilhafterweise ist die Schwenkachse dabei horizontal angeordnet.
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In
weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist die Gantry dabei um eine
weitere, vertikale Achse schwenkbar befestigt. Dies bietet eine
noch größere Flexibilität bei der
Wahl der Einstrahlrichtung. Eine derartige vertikale Achse ist kinematisch
gleichwertig mit einer horizontalen Schwenkung des Patiententisches
um die Hochachse, bietet jedoch den Vorteil, den Patienten nicht
bewegen oder beschleunigen zu müssen.
Damit werden Positionierungsungenauigkeiten vermieden und der Aufenthalt
des Patienten im Gerät
wird möglichst
angenehm gestaltet.
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In
vorteilhafter Ausgestaltung ist die Strahlervorrichtung derart angeordnet,
dass ihre Hauptstrahlrichtung gegenüber dem Mittelpunkt der Gantry
versetzt ist. Dadurch wird eine noch bessere Abdeckung des Raumbereiches
des Zielvolumens erreicht, da bei einer derartigen Versetzung in
Umfangsrichtung die Einstrahlung der Strahlervorrichtung gegenüber der
jeweils entgegengesetzten Richtung verschoben ist und somit die
Auflösung
in Umfangsrichtung verdoppelt wird. Der Strahl fällt also nicht genau durch die
Koinzidenz der Schwenkachsen der Gantry.
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Die
mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin,
dass durch die Durchführung
einer Bestrahlung während
einer Bewegung der Strahlervorrichtung um den Patienten eine besonders
effiziente Strahlentherapie ermöglicht
wird und eine besonders exakte Darstellung des Zielvolumens durch
eine Einstrahlung aus einem besonders großen Raumwinkelbereich ermöglicht wird.
Die Einstrahlung erfolgt nicht mehr wie in bisher bekannt gewordenen
Strahlentherapiegeräten
aus beispielsweise vier bis fünf
festen Positionen oder einer Ringgeometrie, sondern es wird kontinuierlich
die gesamte Kugeloberfläche
um das Zielvolumen herum von der Strahlervorrichtung angefahren
und es erfolgt während
der Bewegung die vorgegebene Einstrahlung. Eine typische Strahlungsbehandlung
von z. B. zwei Minuten Dauer ist so beispielsweise mit einer Spiralbahn
mit ca. zehn Umläufen
von ca. 10 s Dauer möglich.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen
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1 schematisch
einen Bahnverlauf einer Strahlervorrichtung eines Strahlentherapiegeräts, und
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2 schematisch
ein Strahlentherapiegerät
mit einer Gantry.
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Gleiche
Teile sind in allen FIGs mit denselben Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt
schematisch Teile eines Strahlentherapiegeräts 1. Dieses umfasst
eine Liegefläche 2 für einen
Patienten 4. Eine Strahlervorrichtung 6 wird zur
Einstrahlung einer bestimmten Strahlendosis in ein Zielvolumen 8 um
den Patienten 4 herumbewegt.
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Um
das Zielvolumen 8 trotz der physikalisch bedingten Verschleifung
der Strahlenergiedeposition über
die Länge
des Strahls möglichst
genau abzubilden, sollte die Einstrahlung über einen möglichst großen Raumwinkelbereich verteilt
werden. Dazu erfolgt die Einstrahlung während der Bewegung der Strahlervorrichtung 6 um
den Patienten 4.
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Die
Strahlervorrichtung 6 bewegt sich dabei mit konstanter
Geschwindigkeit auf einer Spiralbahn 10, die auf einer
Kugeloberfläche
liegt. Damit ist einerseits ein gleicher Abstand zum Zielvolumen 8 aus jedem
Raumwinkel gewahrt, andererseits ist gewährleistet, dass die Strahlervorrichtung 6 in
jedem Raumwinkelbereich um das Zielvolumen 8 herum in etwa
die gleiche Aufenthaltsdauer hat.
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Die
Bestrahlung wird dabei anhand eines vorgegebenen Bestrahlungsplans
durchgeführt.
Dabei wird im Bestrahlungsplan die Strahlendosis pro Zeiteinheit
während
der Dauer der Bewegung der Strahlervorrichtung 6 vom Anfangspunkt 12 zum Endpunkt 14 der
Spiralbahn festgelegt.
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2 zeigt
schematisch ein Strahlentherapiegerät 1, welches zur Ausführung des
oben angegeben Verfahrens geeignet ist. Die Strahlervorrichtung 6 ist
innerhalb einer Gantry 16 beweglich angeordnet. Weiterhin
umfasst das Strahlentherapiegerät 1 eine
Steuervorrichtung 18, die die Steuerbefehle, die vom Bestrahlungsplan
vorgegeben sind, an die entsprechenden Bauteile der Gantry 16 weitergibt, um
die Strahlendosis und Bewegung der Strahlervorrichtung 6 zu
steuern.
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Die
Gantry 16 ist dabei sowohl um die horizontale Achse 20 als
auch um die vertikale Achse 22 schwenkbar angeordnet. Damit
ist die Anordnung besonders flexibel hinsichtlich der Erreichbarkeit
eines besonders großen
Raumwinkelbereichs. Zudem ist keine Bewegung der Liegefläche 2 notwendig,
was einen besonders angenehmen Aufenthalt des Patienten 4 im
Strahlentherapiegerät 1 bedeutet.
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Die
Strahlervorrichtung 6 ist dabei derart angeordnet, dass
ihre Hauptstrahlrichtung 24 nicht direkt auf den Mittelpunkt 26 der
Gantry 16 ausgerichtet, sondern in Umfangsrichtung versetzt.
Dadurch bestrahlt die Strahlervorrichtung 6 aus der jeweils
gegenüberliegenden
Position auf der Kugeloberfläche nicht
nur aus einer anderen Raumrichtung, sondern auch einen versetzten
Raumbereich, so dass die Auflösung
in Umfangsrichtung vergrößert wird.
Dabei sollte der Versatz idealerweise 1/4 der Breite der Auflösung des
Kollimators der Strahlervorrichtung 6 betragen, so dass
in gegenüberliegender
Richtung der Strahl um 1/2 der Breite versetzt ist. Dadurch wird
die Auflösung
in Umfangsrichtung verdoppelt.
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Durch
ein Verfahren und ein Strahlentherapiegerät 1, bei dem wie oben
dargestellt eine Bestrahlung kontinuierlich, d. h. ohne Halt aus
der Bewegung erfolgt, lässt
sich insgesamt eine bessere Abdeckung unterschiedlichster Raumwinkel,
eine bessere Darstellung des Zielvolumens 8 und somit eine
effektivere und besonders exakte Bestrahlung realisieren.
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- 1
- Strahlentherapiegerät
- 2
- Liegefläche
- 4
- Patient
- 6
- Strahlervorrichtung
- 8
- Zielvolumen
- 10
- Bahn
- 12
- Anfangspunkt
- 14
- Endpunkt
- 16
- Gantry
- 18
- Steuervorrichtung
- 20
- horizontale
Achse
- 22
- vertikale
Achse
- 24
- Hauptstrahlrichtung
- 26
- Mittelpunkt