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Die Erfindung betrifft eine Therapieanlage. Eine derartige Therapieanlage umfasst ein Therapiesystem, welches therapeutische Röntgenstrahlung erzeugt. Die Röntgenstrahlung weist etwa Energien im Bereich von 4 bis 20 MeV auf und dient z. B. zur Tumorbestrahlung bei Patienten. Im Betrieb ist die Strahlung auf einen Behandlungsbereich der Anlage ausgerichtet, wobei der Patient in der Therapieanlage so platziert wird, dass der Tumor sich im Behandlungsbereich befindet.
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Die Position des Tumors im Patienten ist z. B. aus CT-, MR- oder PET-Aufnahmen präzise bestimmbar, muss jedoch im Moment der therapeutischen Bestrahlung mit den absoluten Koordinaten des Raumes bzw. des Bestrahlungsgerätes, also der Therapieanlage, zur Deckung gebracht werden.
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Hierzu ist es bekannt, ein Röntgenbild des Patienten anzufertigen, wenn dieser bereits auf einer Bestrahlungsliege in der Therapieanlage positioniert bzw. fixiert ist. Das Röntgenbild sollte unmittelbar vor Beginn der Bestrahlung erstellt werden. Bei stark ortsveränderlichen Tumoren, z. B. im Magen oder in der Prostata eines Patienten, sollten auch während der Bestrahlung zusätzliche Bilder im laufenden Bestrahlungszyklus erzeugt werden, um die sich ständig verändernde Ortsposition des Tumors zu beobachten und den Patienten ggf. nachzupositionieren.
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Es ist auch bekannt, ein Röntgenbild des Patienten in einer von der Therapieanlage separaten Bildgebungsanlage zu erzeugen und die Position des Tumors durch Markierungen auf der Haut des Patienten zu kennzeichnen. Nachteilig ist, dass durch die mögliche Relativbewegung des Tumors zur Haut des Patienten keine hohe Genauigkeit bei der Positionierung in der Therapieanlage möglich ist.
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Bekannt sind auch Therapieanlagen mit zusätzlich an diesen bzw. deren Gehäuse extern angebrachten Röntgenröhren und -detektoren. So kann parallel zur Therapie eine Bildaufnahme erfolgen. Nachteilig hierbei ist, dass durch die zusätzlichen Komponenten des Röntgensystems die Zugänglichkeit zum Patienten erschwert wird.
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Die therapeutische Röntgenstrahlung in einer z. B. aus der
US 6,445,766 B1 bekannten Therapieanlage wird von einem Elektronenbeschleuniger erzeugt, dessen Energie üblicherweise regelbar ist. Bekannt ist auch, den Elektronenbeschleuniger des Therapiesystems in seiner Strahlenergie soweit wie möglich zu reduzieren und ein so genanntes MV-Imaging (Megavoltage-Imaging) durchzuführen. Zur Röntgenbilderzeugung wird also der therapeutische Röntgenstrahl verwendet, der in der Regel Energien im MeV-Bereich aufweist. Nachteilig hierbei ist, dass mit den gegebenen Elektronenbeschleunigern Energien unter ca. 1 MeV nahezu unmöglich sind. Die zur Bildgebung verwendete Röntgenstrahlung ist also sehr hochenergetisch, d. h. die Bildqualität ist nicht optimal und sehr kontrastarm bei der Weichteildarstellung des Tumorgewebes.
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Bekannt ist auch, den Patienten zu immobilisieren. Dies erhöht die Reproduzierbarkeit der markierten Positionen, z. B. auf der Haut des Patienten, und erhöht ebenfalls die Einhaltung der anfänglich justierten Position des Patienten während der Behandlung. Diese Methode kann jedoch keine Verschiebungen des Tumors im Patienten kompensieren und wird daher primär bei Tumoren im Kopfbereich angewandt. Nachteilig hierbei ist jedoch, dass der Patient sich in der Regel unwohl fühlt.
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Bekannt ist hierzu, rasche oder generelle Bewegungen des Tumors im Patienten durch Gating, d. h. Bewegungs- bzw. Ortstriggerung der therapeutischen Röntgenstrahlung, zu synchronisieren. Nachteilig ist hierbei, dass ein derartiges Gating bei Tumoren in vielen Organen, wie z. B. dem Darm, nur unzureichend funktioniert, sowie die aus diesem Ansatz resultierende Verlängerung der Behandlungszeit.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Therapieanlage anzugeben.
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Die Aufgabe wird gelöst durch eine Therapieanlage gemäß Patentanspruch 1. Die Erfindung beruht auf der grundlegenden Idee, in die Therapieanlage neben dem Therapiesystem ein röntgenbasiertes Bildgebungssystem fest zu integrieren, anstatt es nur als zusätzliches System zu betreiben. Hierzu wird erfindungsgemäß in die Therapieanlage außer dem Elektronenbeschleuniger für die therapeutische Röntgenstrahlung, im Folgenden erster Beschleuniger genannt, welcher alleine der Therapie dient, ein zweiter Elektronenbeschleuniger eingebaut, welcher alleine der Bildgebung dient.
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Während der erste Beschleuniger Elektronen einer ersten, für die Therapie geeigneten, in der Regel vergleichsweise hohen Energie erzeugt, erzeugt der zweite Beschleuniger Elektronen einer zweiten, für die Bildgebung geeigneten, in der Regel niedrigeren Energie. In der Regel ist auch die Leistung des ersten Beschleunigers deutlich größer als die des zweiten.
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Die Elektronen können so für Therapie- und Bildgebungszwecke jeweils geeignete Energien aufweisen, um sowohl Therapie als auch Bildgebung hochqualitativ durchführen zu können; gleiches gilt für die jeweiligen Dosisleistungen.
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Die Therapieanlage weist also erfindungsgemäß ein auf den Behandlungsbereich ausgerichtetes Bildgebungssystem auf, welches ebenfalls röntgenbasiert arbeitet.
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Das Bildgebungssystem eignet sich zur richtigen Positionierung des Patienten bei Tumorbestrahlungen bzw. dazu, die Position des Tumors im Patienten im Moment der Behandlung exakt zu ermitteln, um diesen hochgenau im Behandlungsbereich platzieren zu können.
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Erstem und zweitem Elektronenbeschleuniger ist jeweils ein Versorgungssystem zugeordnet, welches den entsprechenden Beschleuniger betreibt, also z. B. mit entsprechenden Energien etc. versorgt. Gemäß der Erfindung weisen erstes und zweites, dem jeweiligen Beschleuniger zugeordnetes Versorgungssystem mindestens eine gemeinsame Komponente auf. Mit anderen Worten erfolgt also die Versorgung der Beschleuniger aus einem zumindest teilweise gemeinsamen Versorgungssystem kosten- und aufwands-sparend.
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Da ein entsprechendes Versorgungssystem für den ersten Beschleuniger ohnehin vorhanden ist, und zumindest Teile dessen auch als Versorgungssystem des zweiten Beschleunigers verwendet werden können, erfordert das Bildgebungssystem in der Therapieanlage vergleichsweise wenige Komponenten und kann sehr platzsparend eingebracht werden.
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Die Verwendung eines zweiten Beschleunigers, der auf niedere Elektronenenergien ausgelegt ist, ist hinsichtlich der Bildqualität mit einer herkömmlichen Röntgenröhre vergleichbar.
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Durch die Integration eines zweiten Beschleunigers in die Therapieanlage entfällt eine aufwändige mechanische und elektromechanische Anbringung von gesonderten Röntgenquellen samt DC-Generatoren und Ansteuerungen, wobei dennoch Bildgebungsfunktionalität direkt in die Therapieanlage integriert wird. Da der zweite Beschleuniger nur der Bildgebung dient, kann er bezüglich seiner Abmessungen sehr klein gewählt werden.
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Bezüglich des therapeutischen Beschleunigers sind so keine Kompromisslösungen notwendig, um den ansonsten zur Therapie erzeugten hohen Dosisleistungs-Output, die Energien usw. des ersten Beschleunigers für die Bildgebung anzupassen. Der erste Beschleuniger bleibt also unbeeinträchtigt und kann optimal im Hinblick auf die Erzeugung der therapeutischen Röntgenstrahlung ausgelegt werden. Der Dosis-Output des zweiten Beschleunigers kann wesentlich niedriger gehalten werden als in dem Fall, wenn der Erstbeschleuniger zur Bildgebung genutzt wird.
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Durch das Vorhandensein zweier Beschleuniger erfolgt eine tatsächliche Trennung von Therapiesystem und Bildgebungssystem, so dass beide Beschleuniger parallel zu unterschiedlichen Zwecken im Sinne einer Funktionstrennung verwendet werden können. Dies ermöglicht zeitunabhängiges, z. B. gleichzeitiges oder alternierendes Bestrahlen und Bildgebung am Patienten, d. h. auch eine ständige Ortsverfolgung des Tumors bzw. nötigenfalls Repositionierung des Patienten während der Bestrahlung. Dies erhöht den Behandlungsdurchsatz der Therapieanlage und steigert ebenso die Qualität der therapeutischen Röntgenbestrahlung.
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Die Aktivierung des zweiten, also Bildgebungsbeschleunigers, erfolgt also durch eine separate Injektoreinheit bzw. Versorgungssystem bzw. eine separat geregelte Versorgung. Damit kann das Bildgebungssystem unabhängig vom ersten Beschleuniger Röntgenstrahlung erzeugen, welche vor, während oder in Pausen des Betriebs des ersten Beschleunigers erzeugt wird. Die so erzeugten Röntgenbilder können während der Behandlung des Patienten kontinuierlich ausgewertet und mit dem Bestrahlungsplan zur Deckung gebracht werden.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Versorgungssysteme HF-Versorgungssysteme. Deren jeweilige HF-Zuführungen, d. h. die HF-Quelle und deren Verbindung zu den Beschleunigern, weisen eine gemeinsame Komponente auf. So kann z. B. eine einzige HF-Quelle verwendet werden oder die Verbindungsleitung zwischen Quelle und Beschleuniger kann gemeinsame Komponenten aufweisen.
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In einer Ausgestaltung der oben genannten Variante weisen die Versorgungssysteme tatsächliche eine gemeinsame HF-Quelle auf, die dann mit den Beschleunigern über Wellenleiter und eine Wellenleiterverzweigung verbunden ist. So wird z. B. nur ein Magnetron- oder Klystronsystem als HF-Quelle benötigt, die Verzweigung kann ein Wellenleiter, z. B. eine Hohlleiterverzweigung sein. Mit anderen Worten weist damit die Therapieanlage nur ein einziges Versorgungssystem für beide Beschleuniger auf, welches über eine Verzweigung verfügt, um sowohl ersten als auch zweiten Beschleuniger zu versorgen.
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Bei der Therapieanlage kann insbesondere der Wellenleiter ein Hohlleiter oder ein koaxiales Wellenleitersystem sein.
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Insbesondere kann in einer bevorzugten Ausgestaltung der zweite Beschleuniger nur aus wenigen, z. B. eine bis drei Kavitäten aufgebaut sein. Ein entsprechender Beschleuniger ist einfach und kostengünstig herzustellen.
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In einer weiteren Ausführungsform kann der zweite Beschleuniger ein solcher sein, welcher Elektronenenergien bis max. etwa 3 MeV erzeugen kann. Besonders bevorzugt ist die Ausgestaltung des Beschleunigers mit einem Arbeitspunkt für Elektronenenergien von 1 MeV oder weniger, also z. B. im üblichen Röntgen-Bereich von 40 kV bis 200 kV.
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In einer bevorzugten Ausführungsform sind in der Therapieanlage die beiden Beschleuniger bezüglich des Behandlungsbereiches um einen Winkel versetzt angeordnet. Mit anderen Worten, es sind die Strahlrichtungen der jeweiligen Röntgenstrahlungen, welche von den Beschleunigern erzeugt werden, um diesen Winkel versetzt. Der Winkel ist hierbei so gewählt, dass der zweite Beschleuniger und/oder ein diesem bezüglich des Behandlungsbereiches gegenüber liegender Röntgenempfänger des Röntgensystems außerhalb eines Strahlkegels der therapeutischen Röntgenstrahlung liegt. Mit anderen Worten es sind die beiden Beschleuniger bezüglich ihrer Röntgenstrahlrichtungen so zueinander angeordnet, dass zumindest der Detektor des Röntgensystems nicht von der therapeutischen Röntgenstrahlung erfasst wird, sondern dieser primär von Röntgenstrahlung des niederenergetischen Bildgebungsstrahls beleuchtet wird.
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Durch die versetzte Anbringung des Bildgebungssystems zum therapeutischen Röntgenstrahl werden Beschleuniger und/oder Detektor des Röntgensystems nicht durch die starke therapeutische Röntgenstrahlung zur Patientenbehandlung geschädigt, da sie außerhalb des zur Tumortherapie verwendeten Röntgenstrahlungsfeldes liegen.
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In besonders geeigneter Weise sind daher die beiden Beschleuniger bezüglich ihrer Röntgenstrahlrichtungen um 90° versetzt, kreuzen sich also im Behandlungsbereich.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Therapieanlage ein den Behandlungsbereich röhrenförmig zumindest teilweise umgebendes Gehäuse auf, das das Therapiesystem und das Bildgebungssystem als Einbauten enthält. So ergibt sich eine kompakte Therapieanlage, welche beide Funktionalitäten der therapeutischen Bestrahlung und der Bildgebung in sich in einem Gehäuse vereint.
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Für eine weitere Beschreibung der Erfindung wird auf die Ausführungsbeispiele der Zeichnung verwiesen. Es zeigt in einer schematischen Prinzipskizze:
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1 eine Therapieanlage gemäß der Erfindung im Betrieb.
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1 zeigt eine Therapieanlage 2, welche ein röhrenförmiges bzw. ringförmiges Gehäuse 4 umfasst, in welchem ein Therapiesystem 6 und ein Bildgebungssystem 8 angeordnet sind. Das Therapiesystem 6 umfasst einen ersten Beschleuniger 10a für Elektronen, sowie ein erstes Versorgungssystem 12a, welches den ersten Beschleuniger 10a mit Energie versorgt, ansteuert und betreibt. Das Bildgebungssystem 8 umfasst einen zweiten Beschleuniger 10b, welcher von einem zweiten Versorgungssystem 12b entsprechend betrieben wird, und einen Bildempfänger 14 in Form eines Detektors zur Erzeugung. von Röntgenbildern.
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1 zeigt die Therapieanlage 2 im Betrieb, weshalb ein Patient 16 zur therapeutischen Bestrahlung seines Tumors 18 in einer zentralen Öffnung 20 des Gehäuses 4 bzw. der Therapieanlage 2 gelagert ist.
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Die Versorgungssysteme 12a, b weisen zum Transport von Energie in Form von HF-Wellen jeweils an den Beschleunigern 10a, b angeschlossene Hohlleiter 22a, b auf, welche dem jeweiligen Versorgungssystems 12a, b für sich zugeordnet sind. Beide Systeme weisen jedoch auch gemeinsame Komponenten auf, nämlich eine die Hohlleiter 22a, b speisende Komponente 24 in Form eines Waveguide, eine gemeinsame HF-Quelle 26 und einen von der HF-Quelle 26 zur Komponente 24 führenden Hohlleiter 28. Der zweite Beschleuniger 10b des Bildgebungssystems 8 beinhaltet zwei Kavitäten 30.
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Im Betrieb erzeugt nun zunächst der zweite Beschleuniger 10b des Bildgebungssystems 8 einen zweiten Strahlenkegel 32b von Röntgenstrahlung 36b, der sowohl einen im Zentrum der Therapieanlage 2 liegenden Behandlungsbereich 34 als auch dessen Umgebung mit Röntgenstrahlung 36b durchleuchtet. Hierzu erzeugt der Beschleuniger Elektronen einer zweiten Energie E2.
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Der Patient 16 ist bezüglich seiner Lagerung so in der Therapieanlage 2 grob vorjustiert, dass dessen Tumor 18 im bzw. möglichst nahe am Behandlungsbereich 34 liegt. Durch Gewinnung eines Röntgenbildes mit Hilfe des Bildempfängers 14 wird die aktuelle Lage des Tumors in der Therapieanlage 2 abgebildet. Hieraus und aus der Kenntnis der geometrischen Lage des Behandlungsbereiches 34 und der Kenntnis der Aufnahmegeometrie des Bildgebungssystems 8 kann der Patient 16 nun feinjustiert werden, so dass der Tumor 18 tatsächlich im Zentrum des Behandlungsbereiches 34 zum Liegen kommt.
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Sodann erzeugt der erste Beschleuniger 10a Röntgenstrahlen 36a in einem ersten Strahlenkegel 32a, welcher im Wesentlichen nur den Behandlungsbereich 34 überdeckt mit einer ersten Energie E1, die deutlich größer ist als die Energie E2 der zur Bildgebung verwendeten Röntgenstrahlung. So ist sichergestellt, dass möglichst nur der Tumor 18 und nicht sonstige Körperregionen des Patienten 16 mit therapeutischer Röntgenstrahlung 36a bestrahlt werden.
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Um die Komponenten des Bildgebungssystems 8 gegenüber der Röntgenstrahlung 36a zu schützen, ist dieses bzw. dessen Strahlrichtung 38b gegenüber der Strahlrichtung 38a der ersten Röntgenstrahlung 36a um den Winkel α, Beispiel 90°, versetzt. Die Strahlrichtungen schneiden sich allerdings im Behandlungsbereich 34, damit dort sowohl Bestrahlung als auch Bildgebung stattfinden können.
