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Die Erfindung betrifft ein Strahlentherapiegerät, wie es üblicherweise zur Bestrahlung von Tumoren eingesetzt wird. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Auswuchtung eines Strahlentherapiegeräts.
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Bei Strahlentherapiegeräten werden Tumore mit Strahlung, beispielsweise mit Röntgenstrahlung oder Elektronenstrahlung, bestrahlt. Bei derzeit eingesetzten Strahlentherapiegeräten ist es üblich, eine rotierbare Gantry vorzusehen. Mit der rotierbaren Gantry kann die Strahlenquelle um einen Patienten herum bewegt werden, so dass die therapeutische Strahlung von verschiedenen Raumrichtungen aus auf den Patienten gerichtet werden kann.
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Die Gantry trägt dabei eine Vielzahl von Komponenten, wie z. B. Komponenten, die zur Stahlerzeugung eingesetzt werden – wie beispielsweise Teilchenbeschleuniger – und Komponenten, die zur Strahlformung eingesetzt werden, wie beispielsweise Kollimatoren und Abschirmungen. Derartige Komponenten weisen ein teils erhebliches Eigengewicht auf. Dementsprechend hat auch die Gantry eine entsprechende Stützstruktur, die ebenfalls ein Eigengewicht aufweist, um die notwendige Stabilität zu erreichen.
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Bei Rotation der Gantry werden also große Massen oftmals im Bereich mehrerer Tonnen um den Patienten bewegt.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Strahlentherapiegerät anzugeben, das eine möglichst präzise Bewegung der Gantry um den Patienten ermöglicht und/oder eine Belastung des Strahlentherapiegeräts bei Rotation der Gantry möglichst gering hält. Weiterhin ist es die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Auswuchtung eines Strahlentherapiegeräts anzugeben, das eine möglichst präzise Bewegung der Gantry um den Patienten ermöglicht und/oder eine Belastung des Strahlentherapiegeräts bei Rotation der Gantry möglichst gering hält.
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Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung finden sich in den Merkmalen der abhängigen Ansprüche.
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Das erfindungsgemäße Strahlentherapiegerät hat eine Gantry, die mithilfe einer Lagerung rotierbar gelagert ist. Die Gantry umfasst ein Ausgleichsgewicht, das in seiner räumlichen Lage in Bezug auf die Gantry derart geändert werden kann, dass durch die Änderung der räumlichen Lage des Ausgleichsgewichts ein auf die Lagerung wirkendes Kompensationsdrehmoment erzeugt werden kann, wodurch eine Auswuchtung der Gantry erreicht wird.
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Der Erfindung liegt dabei die Erkenntnis zu Grunde, dass bei modernen Strahlentherapiegeräten die Konfiguration der Gantry üblicherweise im Betrieb geändert wird. Derartige Änderungen der Konfiguration induzieren meist eine Drehmomentänderung, welche auf die Lagerung wirkt.
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Es wurde dabei erkannt, dass eine Auswuchtung der Gantry, bei der ein Gegengewicht an der Gantry zur Kompensation der Drehmomente in fester Lage angebracht wird, der notwendigen Flexibilität der Gantry mitunter nicht gerecht wird. Bei einem festen Gegengewicht können Betriebsmodi der Gantry auftreten, bei denen die Kompensation durch das Gegengewicht nur unzureichend ist. Wenn die Gantry dann rotiert wird, wird die Lagerung der Gantry mitunter stark belastet und die gewünschte Präzision kann bei der Rotation mitunter nicht erreicht werden. Die Sicherheit und Genauigkeit beim Betrieb kann dadurch beeinträchtigt sein, ebenso kann sich die Lebensdauer des Geräts verringern.
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Selbst die Anbringung weiterer kleinerer Ausgleichsgewichte an räumlich fester Lage, die eine Feinabstimmung der Auswuchtung der Gantry erlauben, können dieses Problem nur bedingt lösen.
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Daher schlägt die Erfindung zumindest ein Ausgleichsgewicht vor, das derart angebracht ist, dass seine räumliche Lage in Bezug auf die Gantry geändert werden kann. Durch die räumliche Lageänderung des Ausgleichsgewichts kann ein Kompensationsdrehmoment erzeugt werden, das ebenso auf die Lagerung der Gantry wirkt. Bei Betrieb wird die räumliche Lage des Ausgleichsgewichts derart eingestellt, dass das Kompensationsdrehmoment die Gantry auswuchtet. Hierdurch lässt sich eine Auswuchtung der Gantry auf flexible Weise erreichen und an die individuellen Gegebenheiten, die beispielsweise fertigungsbedingt sind, anpassen. Eine Auswuchtung kann im Lauf der Zeit auf einfache Weise neu durchgeführt werden.
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Die Gantry kann dabei derart ausgebildet sein, dass eine Konfiguration der Gantry geändert werden kann, wobei die Konfigurationsänderung eine Änderung der auf die Lagerung wirkenden Drehmomente induziert. Die Lage des Ausgleichsgewichts kann dann so gewählt bzw. geändert werden, dass das durch die Lageänderung hervorgerufene Kompensationsdrehmoment die durch die Konfigurationsänderung induzierte Drehmomentänderung zumindest weit gehend kompensiert.
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Das Ausgleichsgewicht kann mit einem Verlagerungsmechanismus beweglich derart gelagert sein, dass ein Anwender die Lageänderung des Ausgleichsgewichts manuell durchführen kann.
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Diese Ausführungsform ist besonders einfach und ermöglicht es, die Auswuchtung eines Strahlentherapiegeräts manuell durchzuführen. Sie ermöglicht zudem, die Auswuchtung im Laufe des Betriebs des Strahlentherapiegeräts auf einfache Weise anzupassen und neu einzustellen, beispielsweise im Rahmen von periodisch durchzuführenden Wartungsarbeiten. Ein Anwender kann prüfen, ob die Auswuchtung noch ausreichend ist. Wenn die Auswuchtung neu kalibriert werden muss, kann der Anwender die Lage des Ausgleichsgewichts durch direkte Krafteinwirkung auf den Verlagerungsmechanismus in einfacher Weise verändern.
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In vorteilhafter Weise kann das Ausgleichsgewicht mit einem Verlagerungsmechanismus derart beweglich gelagert sein, dass die Lageänderung des Ausgleichsgewichts motorgetrieben durchgeführt werden kann.
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Im Gegensatz zu einer manuellen Lageänderung des Ausgleichsgewichts ist eine motorgetriebene Änderung besonders komfortabel durchzuführen. Eine motorgetriebene Änderung kann auch dann durchgeführt werden, wenn das Ausgleichsgewicht vollständig hinter einer Abdeckung der Gantry und von außen nicht ohne weiteres zugänglich angeordnet ist.
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Insbesondere kann die Lageänderung durch eine Steuervorrichtung für den Verlagerungsmechanismus automatisch gesteuert werden. Dies ermöglicht beispielsweise eine Steuerung und Anpassung der Auswuchtung auch während des laufenden Betriebs.
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Die Steuervorrichtung kann in Abhängigkeit der Konfiguration der Gantry die räumliche Lage des Ausgleichsgewichts insbesondere automatisch ändern. Verschiedene Konfigurationen der Gantry können beispielsweise in der Steuervorrichtung hinterlegt sein, welche dann abhängig von der gewählten Konfiguration die Lage des Ausgleichsgewichts automatisch einstellt. Hierdurch kann erreicht werden, dass die Gantry stets möglichst optimal ausgewuchtet ist. Eine Belastung der Lagerung der Gantry durch auf die Lagerung wirkende Drehmomente wird dadurch minimal gehalten. Die räumliche Lage des externen steuerbaren Ausgleichsgewichts kann durch die Steuervorrichtung überwacht und kontrolliert werden.
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Die Gantry kann über einen Rotationsmechanismus rotiert werden; die Steuervorrichtung ist insbesondere dazu ausgebildet, eine Lage des Ausgleichsgewichts unter Verwendung einer Belastung des Rotationsmechanismus einzustellen.
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Diese Ausführungsform ist besonders vorteilhaft, da eine Anpassung der Auswuchtung der Gantry aus verschiedenen, unvorhersehbaren Gründen bei Betrieb des Strahlentherapiegeräts notwendig werden kann. Dies kann schnell und einfach durchgeführt werden, indem die Belastung des Rotationsmechanismus, die im laufenden Betrieb bestimmt bzw. gemessen werden kann, dazu verwendet wird, die Lage des Ausgleichsgewichts zu bestimmen, um die Auswuchtung der Gantry anzupassen.
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Der Rotationsmechanismus kann zum Beispiel einen Motor zur Rotation der Gantry umfassen. Die Steuervorrichtung kann dann dazu ausgebildet sein, eine Lage des Ausgleichsgewichts unter Verwendung einer Motorstromaufnahme bei Rotation des Gantry zu steuern.
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Wenn beispielsweise festgestellt wird, dass sich die Motorstromaufnahme bei einer Drehung der Gantry im Uhrzeigersinn im Vergleich zur Motorstromaufnahme bei einer Drehung der Gantry gegen Uhrzeigersinn deutlich unterscheidet, kann dies ein Hinweis dafür sein, dass die Auswuchtung der Gantry nicht mehr ausreichend ist. Die Lage des Ausgleichsgewichts kann dann derart geändert werden, dass die Motorstromaufnahmen bei Rotation im Uhrzeigersinn bzw. gegen Uhrzeigersinn aneinander angeglichen werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Auswuchtung einer Gantry eines Strahlentherapiegeräts, welche Gantry rotierbar gelagert ist, umfasst folgende Schritte:
- – Bereitstellen eines Ausgleichsgewichts, dessen räumliche Lage in Bezug auf die Gantry mithilfe einen Verlagerungsmechanismus derart änderbar ist, dass durch die Änderung der räumlichen Lage des Ausgleichsgewichts ein Kompensationsdrehmoment erzeugbar ist, wodurch eine Auswuchtung der Gantry bewirkbar ist,
- – Einstellen der räumlichen Lage des Ausgleichsgewichts zur Auswuchtung der Gantry.
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Insbesondere kann bei einer Konfigurationsänderung der Gantry, welche Konfigurationsänderung eine Änderung der auf eine Lagerung der Gantry wirkenden Drehmomente induziert, die räumliche Lage des Ausgleichsgewichts derart eingestellt werden, dass die durch die Konfigurationsänderung induzierte Drehmomentänderung zumindest teilweise kompensiert wird. Eine derartige Einstellung kann insbesondere automatisch gesteuert erfolgen.
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Die räumliche Lage des Ausgleichsgewicht kann in einer Ausführungsform eingestellt werden, indem
- – die Gantry mithilfe eines Rotationsmechanismus rotiert wird,
- – eine Belastung des Rotationsmechanismus, z. B. über eine Motorstromaufnahme, ermittelt wird,
- – und die räumliche Lage des Ausgleichsgewichts unter Verwendung der Belastung des Rotationsmechanismus ermittelt wird.
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Beispielsweise kann die Motorstromaufnahme eines Rotationsmotors der Gantry dazu verwendet werden, die Belastung des Rotationsmechanismus zu kennzeichnen und darüber eine unzureichende Auswuchtung der Gantry festzustellen, die dann mithilfe des Ausgleichsgewichts neu justiert wird.
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Die vorangehende und die folgende Beschreibung der einzelnen Merkmale, deren Vorteile und deren Wirkungen bezieht sich sowohl auf die Vorrichtungskategorie als auch auf die Verfahrenskategorie, ohne dass dies im Einzelnen in jedem Fall explizit erwähnt ist; die dabei offenbarten Einzelmerkmale können auch in anderen als den gezeigten Kombinationen erfindungswesentlich sein.
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Ausführungsformen der Erfindung mit Weiterbildungen gemäß den Merkmalen der abhängigen Ansprüche werden anhand der folgenden Zeichnung näher erläutert, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein. Es zeigen:
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1 eine Seitansicht eines stark schematisierten Strahlentherapiegeräts mit einer Gantry, welche einen auskragenden Arm aufweist,
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2 eine Seitansicht etwas modifizierten Ausführungsform des in 1 gezeigten Strahlentherapiegeräts, bei dem das Ausgleichsgewicht motorgetrieben gesteuert verfahren wird,
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3 eine Seitansicht eines Strahlentherapiegeräts mit geänderter Gantrykonfiguration,
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4 eine Seitenansicht eines weiteren Strahlentherapiegeräts, mit einer anderen Art von Konfigurationsänderung der Gantry,
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5 ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,
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6 ein Ablaufdiagramm einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, und
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7 eine Frontansicht einer Ausführungsform mit zwei Ausgleichsgewichten.
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1 zeigt den schematischen Aufbau eines Strahlentherapiegeräts 11. Das Strahlentherapiegerät 11 verfügt über eine Standvorrichtung 13, an der über eine Lagerung 15 eine drehbar gelagerte Gantry 17 angeordnet ist. Mithilfe eines nicht näher dargestellten Rotationsmechanismus, der einen Rotationsmotor umfasst, kann die Gantry 17 um die Lagerung 15 um eine horizontale Achse um 360° gedreht werden.
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Die Gantry 17 weist einen auskragenden Arm 19 auf. In dem auskragenden Arm 19 befinden sich Komponenten des Beschleunigers 21, der zur Stahlerzeugung verwendet wird, sowie des Kollimators 23, der zur Strahlformung und -begrenzung verwendet wird.
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Gegenüberliegend zum auskragenden Arm 19 befindet sich auf der anderen Seite der Lagerung 15 ein Gegenarm 25 mit einem Gegengewicht 27. Das Gegengewicht 27 kompensiert teilweise das durch den auskragenden Arm 19 verursachte Drehmoment auf die Lagerung 15.
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In dem Gegenarm 25 können weitere Komponenten des angeordnet sein, wie beispielsweise Bildgebungskomponenten 29 (z. B. Strahlenquelle für diagnostische Röntgenstrahlung, Detektoren für Portalbilder (EPID), etc...).
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Weiterhin befindet sich innerhalb des Gehäuses der Gantry 13 ein Ausgleichsgewicht 31 im Gegenarm 25, das mithilfe eines Verlagerungsmechanismus 33 beweglich gelagert ist. Der in 1 gezeigte Verlagerungsmechanismus 33 ist als mechanischer Verlagerungsmechanismus 33 ausgebildet, mit dem ein Anwender den Abstand des Ausgleichsgewichts 31 zur Lagerung 15 manuell verändern kann.
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Durch die Verschiebung des Ausgleichsgewichts 31 kann eine Feinabstimmung der Auswuchtung der Gantry 15 erreicht werden.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung, können zwei (oder auch mehrere) Ausgleichsgewichte jeweils mit einem Verlagerungsmechanismus beweglich gelagert sein. Die Ausgleichsgewichte mit zugehörigen Verlagerungsmechanismen können symmetrisch bezüglich einer mittigen Achse angeordnet sein. Beispielsweise können zwei Ausgleichsgewichte symmetrisch bezüglich einer Ebene angeordnet sein, die senkrecht zur Rotationsebene der Gantry 25 steht und in der die Therapiestrahlzentralachse des Strahlentherapiegeräts liegt.
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In einer Seitansicht gemäß 1 wären dann die beiden Ausgleichsgewichte 31, 31'' mitsamt Verlagerungsmechanismus 33, 33'' hintereinander angeordnet und daher nicht als zwei verschiedene Ausgleichsgewichte zu identifizieren. Eine Frontansicht der beiden Ausgleichsgewichte 31, 31'' ist z. B. in 7 zu sehen.
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Falls die Gantry 17 wie in 1 gezeigt eine Konstruktion mit einen auskragenden Arm 19 und einen Gegenarm 25 aufweist, können die beiden Ausgleichsgewichte 31, 31'' mit Verlagerungsmechanismus 33, 33'' z. B. jeweils seitlich im Gegenarm 25 angeordnet sein, also an beiden Seiten des Gegenarms 25. Der Raum zwischen den beiden Ausgleichsgewichten 31, 31'' kann dann z. B. dazu genutzt werden, um Elektronik, Schaltungen und/oder Leitungen aufzunehmen.
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2 zeigt eine weitere Ausführungsform des in 1 gezeigten Strahlentherapiegeräts 11, bei dem der Verlagerungsmechanismus 33' motorgetrieben ist, so dass der Abstand des Ausgleichsgewichts 31 zur Lagerung 15 mit einer Steuervorrichtung 35 insbesondere automatisch eingestellt werden kann.
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3 und 4 zeigen Ausführungsformen der Erfindung, mit denen erläutert wird, wie eine Auswuchtung der Gantry 15 bei einer Konfigurationsänderung angepasst bzw. neu eingestellt werden kann.
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Bei der in 3 dargestellten Ausführungsform wird ein montierbares Zubehörteil 37 am auskragenden Arm der Gantry 15 montiert. Dieses Zubehörteil 37 kann beispielsweise eine weitere Kollimationsvorrichtung sein. Durch das Gewicht des Zubehörteils 37 findet eine Konfigurationsänderung der Gantry 15 statt, die eine Änderung der Auswuchtung der Gantry 15 notwendig macht.
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Diese Auswuchtung kann auf einfache Weise dadurch bewerkstelligt werden, indem die Position des Ausgleichsgewichts 31 verändert wird. Diese Positionsänderung kann beispielsweise wie anhand von 2 gezeigt durch die Steuervorrichtung 35 und den motorgetriebenen Verlagerungsmechanismus 33' erreicht werden.
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Bei dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel findet eine Konfigurationsänderung der Gantry 15 dadurch statt, dass die Bildgebungskomponente 29 im Gegenarm ausgefahren wird. Diese Konfigurationsänderung kann beispielsweise automatisch gesteuert dadurch ausgeglichen werden, dass der Abstand des Ausgleichsgewichts 31 zur Lagerung 15 geändert wird.
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5 zeigt ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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In einem ersten Schritt wird eine unzureichende Auswuchtung der Gantry festgestellt. Die kann beispielsweise dadurch geschehen, dass wie vorstehend beschrieben die Konfiguration der Gantry geändert wird, welche eine bestehende Auswuchtung der Gantry ändert (Schritt 51).
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In einem zweiten Schritt wird ein Ausgleichsgewicht mithilfe eines Verlagerungsmechanismus in seiner räumlichen Lage geändert, um eine hinreichende Auswuchtung der Gantry zu erreichen (Schritt 53).
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6 zeigt ein Ablaufdiagramm einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Feststellung einer unzureichenden Auswuchtung.
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Dabei wird die Gantry um 360° rotiert (Schritt 61). Ausgangspunkt der Gantryrotation kann dabei eine Position sein, bei der sich der auskragende Arm in vertikaler Stellung befindet (entsprechend einer Winkelposition von 180°).
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Während der Rotation der Gantry im Uhrzeigersinn wird die Laststromaufnahme des Rotationsmotors gemessen und insbesondere dann aufgezeichnet, wenn sich der auskragenden Arm in horizontaler Stellung befindet (Winkelpositionen 90° und 270°; Schritt 63).
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Anschließend erfolgt eine Rotation der Gantry gegen Uhrzeigersinn um 360° (Schritt 65). Auch hierbei wird die Laststromaufnahme des Rotationsmotors aufgezeichnet, inbesondere wenn sich die Gantry in horizontaler Stellung befindet (Winkelpositionen 270° und 90°; Schritt 67).
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Anschließend werden die aufgezeichneten Motorstromaufnahmen miteinander verglichen (Schritt 69).
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Wenn beispielsweise die Motorstromaufnahme beim Heben des Gegenarms durch die Horizontale geringer ist als die Motorstromaufnahme beim Absenken des Gegenarms durch die Horizontale, kann daraus geschlossen werden, dass das Gegengewicht des Gegenarms zu leicht ist. Dies kann kompensiert werden, indem das Ausgleichsgewicht weiter entfernt von der Lagerung der Gantry angeordnet wird (Schritt 71).
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Nach geänderter Lage des Ausgleichsgewichts können Schritte 61 bis 69 wiederholt werden, um die korrekte Lage des Ausgleichsgewichts zu kontrollieren und zu überwachen.
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Einem derartigen Verfahren, das auf der Motorstromaufnahme des Rotationsmechanismus beruht, kann eine Auswuchtung individuell ermittelt und eingestellt werden. Dieses Verfahren ist unabhängig von dem Absolutwert der Motorstromaufnahme, der aufgrund unterschiedlicher Lagerungswiderstände von Gerät zu Gerät unterschiedlich ausfallen kann. Das Verfahren kann auch dann durchgeführt werden, wenn sich der Absolutwert der Motorstromaufnahme im Lauf der Lebensdauer des Geräts ändert.
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Bezugszeichenliste
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- 11
- Strahlentherapiegerät
- 13
- Standvorrichtung
- 15
- Lagerung
- 17
- Gantry
- 19
- auskragender Arm
- 21
- Beschleuniger
- 23
- Kollimator
- 25
- Gegenarm
- 27
- Gegengewicht
- 29
- Bildgebungskomponente
- 31
- Ausgleichsgewicht
- 33, 33'
- Verlagerungsmechanismus
- 35
- Steuervorrichtung
- 37
- Zubehörteil
- 51
- Schritt 51
- 53
- Schritt 53
- 61
- Schritt 61
- 63
- Schritt 63
- 65
- Schritt 65
- 67
- Schritt 67
- 69
- Schritt 69
- 71
- Schritt 71
