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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung für eine Strahlentherapieeinrichtung.
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Stand der Technik
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Im
Rahmen der Strahlentherapie werden im Allgemeinen Linearbeschleuniger
zur Bestrahlung von menschlichen Krebszellen benutzt. Beschleunigte
Elektronen, bzw. die beim Auftreffen des Elektronenstrahls auf einen
Festkörper (”Target”) entstehende Bremsstrahlung
(Photonen hoher Energie), werden dabei dazu genutzt um Tumorzellen
zu zerstören. Der aus dem Strahlerkopf austretende Strahl weitet
sich von seiner annähernd punktförmigen Quelle
kegelförmig auf, so dass am Patienten eine Fläche
bestrahlt wird, das so genannte Bestrahlungsfeld, das typischerweise
größer ist, als der zu behandelnde Bereich. Um
eine Schädigung des umliegenden gesunden Gewebes zu vermeiden
bzw. zu minimieren, werden üblicherweise sehr dicke Blenden (Kollimatoren)
aus Schwermetall eingesetzt, die den Therapiestrahl auf die Größe
des Tumors begrenzen. Neben festen Blenden werden dafür
immer häufiger Lamellenkollimatoren, auch Multi-Leaf-Kollimatoren (MLC)
genannt, eingesetzt. Um eine effektive Behandlung des Tumors mit
minimalen Nebenwirkungen zu gewährleisten, sind eine möglichst
hohe Strahlendosis im zu bestrahlenden Tumorgewebe im Gegensatz
zum angrenzenden Gewebe und eine möglichst genaue Positionierung
im Strahlenfeld anzustreben.
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Der überwiegende
Teil der weltweit im Einsatz befindlichen Strahlentherapiegeräte
haben eine ähnliche Bauform mit einem Linearbeschleuniger
der in einer ”Gantry” (L-förmiger Rahmen)
um ein ortsfestes Isozentrum auf einer Kreisbahn schwenkbar ist (Rotationsachse
horizontal). Gepaart mit einer möglichen Rotation des Patiententisches
um eine vertikale – durch das ortsfeste Isozentrum gehende – Achse kann
der Tumor, der möglichst fix im Isozentrum positioniert
wurde, aus jedem Winkel bestrahlt werden. Die Strahlendosis für
den Tumor, der im Isozentrum positioniert bleibt, wird in der Regel
aus mehreren unterschiedlichen Winkeln der Gantry und/oder des Patiententisches
appliziert, so dass sich die Dosis im Tumorgewebe kumuliert, während
das umgebende gesunde Gewebe jeweils nur eine Fraktion der Gesamtdosis
erhält.
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Neben
den vorher genannten, universell einsetzbaren Strahlentherapiegeräten
mit L-förmiger Gantry wird eine Reihe von Strahlentherapiegeräten am
Markt angeboten, die einige Vorteile bei bestimmten Behandlungsarten
bieten. Es müssen jedoch jeweils konzeptbedingte Nachteile
in Kauf genommen werden.
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Seit
einiger Zeit gibt es eine tomographische Bauform, bei der die Kinematik
des Strahlentherapiegerätes vergleichbar mit der eines
diagnostischen Computer-Tomographen aufgebaut ist. Die Strahlungsquelle
ist hierbei innerhalb des ringförmigen Gehäuses
angeordnet und rotiert während der Behandlung um das zu
bestrahlende Tumorgewebe, das in der zentralen Öffnung
auf der Rotationsachse positioniert wird. Dabei wird der Therapiestrahl
durch eine Schlitzblende auf einen sehr schmalen Bereich in der
Rotationsebene begrenzt, was eine Reduktion der applizierbaren Dosisleistung
mit sich bringt. Die Dosisverteilung wird durch bewegliche Elemente
beeinflusst, indem einzelne Winkelsegmente des Strahlenfeldes dynamisch
geöffnet oder geschlossen werden. Nachteil der Bauform
ist neben der geringen applizierbaren Dosisleistung und der folglich
langen Bestrahlungszeit insbesondere die Einschränkung
hinsichtlich der möglichen Bestrahlungsrichtungen, da keine
oder lediglich eine stark eingeschränkte Rotation des Patiententisches
um eine vertikale Achse möglich ist.
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Des
Weiteren gibt es eine Therapiegerätebauform, bei der der
Linearbeschleuniger mittels eines aus der industriellen Fertigung
stammenden Knickarmroboter positioniert wird (
WO 2009/005556 ). Das System ist
insbesondere für die stereotaktische Bestrahlung von kleinen
Zielvolumina, vorwiegend im neuronalen Bereich, geeignet. Aufgrund
der vielen Freiheitsgrade des Roboters kann die Strahlenquelle sehr
flexibel relativ zum Zielvolumen positioniert und orientiert werden.
Das durch die Bauart und die maximale Nennlast des Roboters eingeschränkte
Volumen und maximale Gewicht der Straherzeugungs- und Strahlformungskomponenten
begrenzt jedoch die Möglichkeiten zur Beeinflussung des
Therapiestrahls mit Hilfe von variable Blenden und Filtern. Auch
ist dadurch die maximal erzeugbare Dosisleistung beschränkt.
Aus diesen Gründen wird das Gerät im Allgemeinen lediglich
als Ergänzungsgerät innerhalb einer bestehenden Strahlentherapieabteilung
mit anderen weiteren Strahlentherapiegeräten eingesetzt.
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Der Erfindung zugrunde liegende
Aufgabe
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Strahlentherapieeinrichtung
mit gegenüber dem Stand der Technik erweiterter Funktionalität
auszuführen.
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Lösung der Aufgabe
der Erfindung
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit
dem Gegenstand des Anspruchs 1. Die Strahlentherapieeinrichtung
weist mindestens zwei, eine Bewegungsebene aufspannende, Geradführungen
auf, mit denen die Strahlerkopfaufnahme und der damit verbundene
Strahlerkopf flexibel relativ zu einer Patientenauflageeinrichtung
positioniert oder bewegt werden kann. Die Geradführungen
sind dabei vorteilhafterweise senkrecht zueinander angeordnet, was jedoch
für die Zielerfüllung nicht zwingend erforderlich
ist. Bei der Positionierung der Strahl-Austrittsöffnung
des mit der Strahlerkopfaufnahme verbundenen Strahlerkopfes relativ
zu einem vorgegebenen Bestrahlungspunkt, dem sogenannten Isozentrum, kann
dabei sowohl ein raumfestes Isozentrum, wie es bei den meisten Strahlentherapieanlagen üblich
ist, oder auch ein ortsveränderliches, unter Umständen geometrisch-rechnerisch
bestimmtes, Isozentrum Verwendung finden. Können die zwei
Achsen mittels geeigneter Steuerungssoftware und -elektronik sowie
ausreichend dimensionierter Antriebe unabhängig voneinander
positioniert werden, so können nicht nur einfache Kreisbewegungen
um das Isozentrum sondern auch beliebige – im Arbeitsbereich
der Achsen anfahrbare – relative Positionen und komplexe Bahnkurven
wie Ellipsen oder Splines – auch zu einem unter Umständen
stetig ortsveränderlichen Isozentrum – angefahren
werden. Um den Strahl in Richtung des ortsfesten oder ortsveränderlichen
Isozentrums zu orientieren, ist der kinematische Aufbau um mindestens
eine Drehachse, die vorzugsweise senkrecht zur, durch die Geradführungen
aufgespannten, Ebene angeordnet ist, erweitert. Um den zumeist mittels
(Lamellen-)Kollimator geformten Bestrahlungsquerschnitt verdrehen
zu können, ist es vorteilhaft, eine weitere Drehachse,
mit der der Strahlerkopf – bzw. die darin enthaltenen maßgeblichen Strahlformungskomponenten – um
die Strahlachse rotiert werden können, einzuführen.
Zur Positionierung und ggf. Orientierung der Patientenauflage bzw. des
Tumorgewebes relativ zum Strahlerkopf wird die Strahlentherapieeinrichtung
mit einem Patiententisch mit zusätzlichen Freiheitsgraden
kombiniert. Dieser kann vorzugsweise vier bis sechs Freiheitsgrade
haben.
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Für
bestimmte im Weiteren beschriebene Behandlungsarten kann es vorteilhaft
sein die beschriebene Kinematik zur Ausrichtung der Strahlenquelle
um zusätzliche Achsen zu erweitern. Die Kinematik kann
um eine weitere Geradführung – die vorteilhafterweise
senkrecht zu den zwei anderen Geradführungen steht – erweitert
werden und/oder um mindestens einen weiteren rotatorischen Freiheitsgrad
erweitert werden, so dass der Strahl in allen sechs Freiheitsgraden
relativ zum Isozentrum positioniert und orientiert werden kann.
Es kann eine Drehachse eingeführt werden, mit der eine
Rotation des Strahlerkopfes um eine Achse, die parallel zur Bewegungsfläche
der ersten beiden Geradführungen liegt und gleichzeitig
senkrecht auf der Strahlrichtung steht, realisiert werden kann.
Auch könnte der rotatorische Freiheitsgrad des Patiententisches
um die Hochachse durch eine Drehachse, mittels derer die gesamte
Strahlerkopf-Positionierkinematik um das Isozentrum gedreht werden
kann, ersetzt oder ergänzt werden.
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Um
eine Kollision des Strahlergehäuses bzw. der beweglichen
Kinematikkomponenten mit dem Boden zu vermeiden bzw. den häufig
genutzten Bewegungsraum – insbesondere bei Rotation um das
Isozentrum – zu erweitern, kann es vorteilhaft sein eine
Exzentrizität zwischen der Drehachse (in : 14y)
und der dazu vorzugsweise parallelen Achse durch den Strahlaustrittspunkt – am
Target – vorzusehen. Dadurch können die für
die Bestrahlungsbewegungen notwendigen Achsweglängen der Linearachsen
reduziert werden und/oder der vorwiegend genutzte Bewegungsraum
bei gleicher Achslänge vergrößert werden.
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Wird
die neue Strahlerkopf-Positionierkinematik mit einem Patiententisch – wie
er in Kombination mit den L-förmigen Gantrysystemen gebräuchlich ist – mit
im Allgemeinen drei kartesischen Positioniermöglichkeiten
und mindestens einem (um die Hochachse), maximal drei rotatorischen
Freiheitsgraden kombiniert, so können prinzipiell alle
Bestrahlungsfälle, die mit der L-förmigen Gantry
bestrahlbar sind auch mit der Strahlentherapieeinrichtung – bei
gleichzeitig zusätzlichen Vorteilen – abgedeckt
werden. Bei einer Strahlerkopf-Positionierkinematik mit zusätzlichen
Achsen für bis zu sechs Freiheitsgrade können die
Freiheitsgrade des Patiententisches ggf. reduziert werden.
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Bei
einer Bestrahlung der weiblichen Brust kann vorteilhafterweise durch
die freie Positionierbarkeit des Strahlerkopfes der gewünschte
Abstand zwischen Strahlerkopf und Isozentrum sowie der exakte Einstrahlwinkel
so eingestellt werden, dass der Zentralstrahl, bei dem die Dosisflächenleistung
maximal ist, im Isozentrum platziert wird und gleichzeitig durch die
tangentiale Einstrahlung das angrenzende Lungengewebe geschont werden
kann. Bei der L-förmigen Gantrybauweise ist dies wegen
der unflexiblen Positionier- und Orientierbarkeit und beim roboterbasierten
System wegen mangelnder Bestrahlungsfeldgröße
und Kollimierbarkeit des Strahls nicht möglich.
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Da
durch kombinierte Ansteuerung der beiden senkrecht zueinander stehenden
Linearantriebe sowie dem zusätzlichen rotatorischen Freiheitsgrad quasi
beliebige Bahnen und Bahnorientierungen beschrieben werden können,
können unter anderem Kreisbahnen mit – in sinnvollen
Grenzen – frei einstellbaren Radien (variable Source-Isocenter-Distance)
von dem Gerät beschrieben werden. Durch kleinere Radien
kann vorteilhafterweise mehr Dosisleistung appliziert werden und
somit die Bestrahlungsdauer verkürzt werden, dies bietet
auch Vorteile bei sogenannten stereotaktischen Behandlungen, bei
denen zumeist in wenigen Bestrahlungssitzungen eine hohe Dosis präzise
im zu bestrahlenden Gewebe appliziert wird. In einigen Fällen
kann es auch vorteilhaft sein, dass die Strahlquelle eine von der
Kreisform abweichende Bahn beschreibt – beispielsweise bei
adipösen Menschen oder bei Menschen mit ausladenden, am
Patiententisch platzierten Hilfsmitteln – um beispielsweise
auf zeitoptimiertem Weg zur nächsten Bestrahlungsposition
zu fahren. Unter anderem für die Elektronenbestrahlung
vorteilhaft ist, dass mit dem Gerät mit ggf. montierten
Zusatzkomponenten, (z. B. ein sogenannter Tubus zur Strahlführung
von Strahlerkopf zur menschlichen Hautoberfläche) nahe
an den Patienten herangefahren werden kann, so dass ein deutlich
höherer Anteil der erzeugten Dosis appliziert werden kann.
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In
einigen Fällen kann es vorteilhaft sein, dass das Isozentrum – auf
das während der Bestrahlung im Allgemeinen der Strahl ausgerichtet
wird – nicht ortsfest im Raum liegt, sondern variabel gelegt oder
bewegt werden kann, d. h. ortsveränderlich ist. Man spricht
in diesem Zusammenhang auch von einem ”virtuellen” Isozentrum.
Durch die beschriebene Kinematik mit zwei Geradführungen
kann das Isozentrum – um das der Strahlerkopf bei Standardbestrahlungen
rotiert – in der Bestrahlungsebene soweit sinnvoll frei
gelegt werden. Bei Kombination mit einer dritten – senkrecht
auf den beiden anderen Linearachsen stehenden – Linearachse
kann das Isozentrum sogar in allen drei kartesischen Freiheitsgraden frei
bzw. ortsveränderlich gelegt werden. Vorteile bietet dies
z. B. bei der zeitaufwendigen, meist manuellen Positionierung des
Patienten im raumfesten Isozentrum vor der Bestrahlung. Die zu bestrahlende Person
muss bei einem ortsveränderlichen Isozentrum nur noch grob
positioniert werden, durch bildgebende Verfahren kann dann durch
Abgleich der 3D-Planungsdaten – z. B. auf Basis einer CT-Aufnahme – die
Lage des Tumorgewebes (virtuelles bzw. ortsveränderliches
Isozentrum) im Raum ermittelt und anschließend mit angepassten
Bahnsteuerungsdaten bestrahlt werden. Die bei diesem sogenannten automatischen
Setup notwendige Repositionierung des Patienten in drei kartesischen
Bewegungsrichtungen sowie ggf. den bis zu drei rotatorischen Orientierungs-Freiheitsgraden
ist somit nicht mehr nötig.
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Vorteilhafterweise
bietet die Strahlerkopf-Positionierkinematik zusätzliche
Freiheitsgrade gegenüber einem Strahlentherapiegerät
mit L-förmiger Gantry, um eine Tumorverfolgung, wie sie
insbesondere bei – sich während der Bestrahlung
bewegenden – Lungen- und Prostatatumoren vorteilhaft ist,
zu realisieren und gleichzeitig auch die Möglichkeit hohe Dosisleistungen,
bei großen Strahlquerschnitten und aufwändiger
Strahlkollimation zu applizieren. Durch die erwähnte mögliche
Erweiterung der Strahlerkopf-Positionierkinematik um weitere Achsen
und somit Freiheitsgrade kann auch eine Tumorverfolgung in allen
sechs Raum-Freiheitsgraden realisiert werden. Es kann auch zweckmäßig
sein, die Freiheitsgrade der Strahlerkopf-Positionierkinematik mit
weiteren Freiheitsgraden des Patiententisches zu kombinieren, um
den gewünschten relativen Abstand und die gewünschte
relative Orientierung zum, im Tumor liegenden, ortsveränderlichen
Isozentrum zu realisieren. Auch kann für diese Zielerreichung
eine Kombination mit zusätzlichen Freiheitsgraden, die
mittels sogenannter dynamischer (Lamellen-)Kollimatoren realisiert
werden können, vorteilhaft sein.
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Bislang
zeichnet sich bei einer Ganzkörperbestrahlung insbesondere
die sogenannte Translationstechnik dadurch aus, dass eine – im
Allgemeinen gewünschte – homogene Dosisverteilung
im Körper der bestrahlten Person erreicht wird. Bei dieser
Bestrahlungstechnik wird die zu bestrahlende Person – zumeist
auf einem Schlittensystem liegend – senkrecht zur Strahlrichtung
mit einem definierten Geschwindigkeitsprofil durch den aktivierten
Strahl gefahren. Die Idee der Bestrahlung in Translationstechnik,
kann auf die erfindungsgemäße Strahlentherapieeinrichtung
so übertragen werden, dass der Patient vorteilhafterweise
statisch positioniert wird und die Strahlerkopf-Positionierkinematik
die Translationsbewegung ausführt. Der Patient kann hierzu
beispielsweise auf dem Boden oder dem Patiententisch liegen und
die Strahlenquelle fährt – nach unten orientiert – in
einer linearen Bewegung entlang der Körperlängsachse
und bestrahlt somit vergleichsweise homogen den gesamten Körper
der zu bestrahlenden Person. Gegenüber anderen Strahlentherapiegeräten
bietet dies den Vorteil, dass kein zusätzliches Schlittensystem
notwendig ist und keine damit verbundene zeitaufwändige
Umrüstung erfolgen muss. Mit bekannten robotergeführten
Systemen ist eine Ganzkörperbestrahlung wegen der beschriebenen Nachteile
nicht möglich.
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Bislang
ist die Umstellung und Umrüstung von Strahlentherapiegeräten – insbesondere
der L-förmigen Gantrybauweise und der tomographischen Bauweise – auf
andere Bestrahlungsapplikationen zum Teil sehr zeitaufwändig
oder gar nicht durchgeführt werden. Auch sind zumeist manuelle Arbeitsvorgänge
notwendig. Bei dem roboterbasierten Bestrahlungssystem, das grundsätzlich
die Freiheitsgrade für beispielsweise einen automatischen Komponentenwechsel
aufweist, gibt es wegen starker Einschränkungen bezüglich
verbaubarer Volumina und Massen für Strahlerzeugungs- und
-formungseinrichtungen lediglich eine sehr begrenzte Anzahl an sinnvoll
durchführbaren Bestrahlungsapplikationen. In vielen Fällen
müssen vor der Bestrahlung des nächsten Patienten
(in einigen Fällen auch während der Bestrahlungssitzung)
spezielle Strahlformungs- bzw. Strahlabschirmungskomponenten oder
zusätzliche Hilfsmittel beispielsweise am Strahlaustritt
des Therapiegerätes angebracht, montiert oder gewechselt
werden (z. B. spezielle Kollimatoren für stereotaktische
Bestrahlungen, oder Tuben zur Elektronenbestrahlung). Mit der Strahlerkopf-Positionierkinematik
können flexibel Positionen und Orientierungen angefahren
werden, die im Arbeitsablauf am Gerät sehr vorteilhaft
sind. So können beispielsweise ergonomische Komponentenwechsel-
und Servicepositionen angefahren werden, so dass MTRAs oder technisches
Personal in – ggf. ergonomisch individuell – angepassten
Lagen an den jeweils relevanten Geräteteilen arbeiten können.
Des Weiteren können (z. B. bei Betreten des Bunkers durch
einen MTRA) Parkpositionen angefahren werden, so dass z. B. der
MTRA frei an den Patienten herantreten kann. Zusätzlich
ist ein automatischer Wechsel von Kollimatoren, Strahlformungskomponenten, Hilfsmitteln,
Bildgebungskomponenten, etc. denkbar, so dass die Maschine selbständig
die dem jeweiligen Bestrahlungsfall zugeordnete Komponente automatisch
anfährt und z. B. mittels Schnellverschluss am Gerät
montiert (vergleichbar einem Greiferwechselsystem bei industriellen
Handhabungsmaschinen). Die Komponenten können hierzu beispielsweise
in einem Magazin vorteilhafterweise im Randbereich des Arbeitsraumes – bereitgestellt
werden.
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Mittels
aktueller, geeigneter Steuerungssoftware sowie -elektronik und Achskomponenten
können die abzufahrenden Bahnen so schnell geplant und
ggf. geregelt werden, dass eine hohe Bahngenauigkeit zu erwarten
ist. Zweckmäßigerweise sind hierfür alle
Achsen unabhängig voneinander frei positionierbar. Dies
bietet die Möglichkeit auch dynamische Bestrahlungstechniken
anzuwenden, bei denen während der Bewegung bestrahlt wird
und ggf. zusätzlich die Kollimatorlamellen, die Dosisleistung
und andere Bestrahlungs-Kennwerte eingestellt werden können.
Vorteilhaft ist weiterhin, dass im Gegensatz zur L-förmigen
Gantry (mit lediglich einem Achsfreiheitsgrad) auch mehrachsige
Kalibrierungsroutinen durchgeführt werden können.
Diese können in regelmäßigen Abständen – mit
geeigneter Software und ggf. zusätzlichen Kalibrierungshilfsmitteln – durchgeführt
werden. Dadurch können ungewünschte Strahlabweichungen
nach Durchlauf der Kalibrierungsroutine bzw. messungen beispielsweise
durch in der Steuerung hinterlegte Ausgleichswerte weitestgehend
eliminiert werden. Verschiedenste Kalibrierungsverfahren sind Stand
der Technik und werden z. B. in der Robotik häufig angewendet.
Durch geeignete Sensorintegration und/oder Kollisions- bzw. Bahnplanungsalgorithmen
können mit dem kinematischen System vorteilhafterweise
auch Ausweichstrategien gefahren werden, falls z. B. eine Kollision
mit einem Menschen, Hilfsmittel, etc. droht.
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Um
einen zeitoptimierten Arbeitsablauf an der Strahlentherapieeinrichtung
zu gewährleisten und alle Bestrahlungsorientierungen einstellen
zu können, sollte die Drehachse (in : 14y)
möglichst in beide Richtungen frei drehend sein, mindestens
jedoch eine 360°-Drehung darstellen können. Die
Versorgungsleitung(en) bzw. Signalleitung(en) für die Strahlerzeugungskomponenten
können vorteilhafterweise auf der Rückseite der
Therapieanlage über geeignete Kabelführungen (z.
B. Schleppketten) durch den Lagerring der rotatorischen Achse hindurch
geführt werden oder unter Umständen über Schleifringe
bzw. Rotationsdurchführungen, etc. realisiert werden. Die
Ausführung der dargestellten horizontalen Achse mit zwei
parallelen Querbalken begünstigt die Möglichkeit
der Durchführung von Elementen von der Rückseite
durch den Lagerring der Drehachse auf die Vorderseite bzw. umgekehrt.
Eine solche zweibalkige Konstruktion hätte auch den Vorteil
einer höheren Verwindungssteifigkeit, da schwere Komponenten
sinnvoll platziert werden können, z. B. als Ausgleichsmassen.
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Insgesamt
bietet sich die Möglichkeit einen Teil der schweren Strahlerzeugungskomponenten durch
die Rotationslagerung der Drehachse (in : 14y)
auf die Rückseite des Gerätes zu verlagern und
somit das Schwerkraft-Biegemoment, das durch die Strahlformungskomponenten
und die Strahlerzeugungskomponenten erzeugt wird, zu reduzieren
bzw. gleichmäßig auf beide Seiten zu verteilen,
so dass vorteilhafterweise der Schwerpunkt der Strahlerkopfaufnahme
mit Strahlerkopf im Zentrum des Lagerrings der Drehachse liegt.
Diese Komponenten können entweder fest mit dem Strahlerkopf verbunden
sein oder auch teilweise oder komplett relativ dazu positioniert
werden. Durch Einsatz eines sogenannten Magnetrons als Hochfrequenz-Generator
(vergleichsweise kompakte Bauform und unempfindlich gegenüber
Bewegungen/Verkippungen) ist es möglich und kann es vorteilhaft
sein, alle Strahlerzeugungs- und Formungskomponenten in der Strahlerkopfaufnahme
und dem Strahlerkopf zu platzieren, was eine Reduktion von notwendigen
und teilweise teueren Zusatzkomponenten ermöglicht (z.
B. Wegfall des sogenannten rotary joints, zur Übertragung der
Hochfrequenz-Energie von einem stationären zu einem beweglichen
Teil eines Strahlentherapiegerätes).
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Vorteilhaft
bei der Strahlentherapieeinrichtung ist des Weiteren, dass sie mittels
am Markt verfügbarer Standardkomponenten zu vergleichsweise niedrigen
Kosten realisierbar ist. Da außerdem wichtige Strahlerzeugungs-
und -formungskomponenten wie (z. B. der Lamellen-Kollimator und
die daran montierbaren Zusatzkomponenten oder der Linearbeschleuniger)
ohne großen Anpassungsaufwand von herkömmlichen
Strahlentherapiegeräten (insbesondere der L-förmigen
Gantrybauweise) übernommen werden können, können
die im Krankenhaus etablierten Zusatzkomponenten, Hilfsmittel, etc.
unter Umständen weiterhin eingesetzt werden, so dass vorteilhafterweise
auch ein Großteil der bekannten und bewährten
Arbeitsabläufe an der Strahlentherapieeinrichtung beibehalten
werden kann.
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Die
meist gängige Integration von Bild-gebenden und sensorischen
Verfahren (z. B. kV- oder MV-Röntgengeräte zur
2D- oder 3D-Bildgebung, Ultraschall, Stereoskopische Infrarotkameras,
etc.) zur Lokalisierung des Patienten, des Tumors, von Gerätekomponenten,
Hilfsmitteln, etc. im Raum oder direkt am Gerät können
auch auf das neue System übertragen werden. So können
beispielsweise durch Integration eines C-Bogens (mit Röntgenquelle
und Röntgendetektor an den gegenüberliegenden
Enden des Bogens, ähnlich den in der diagnostischen Radiologie
gebräuchlichen) in die Strahlerkopfaufnahme oder den Strahlerkopf
integriert werden, mit dem 2D- oder 3D-Röntgenaufnahmen – beispielsweise
zur Lagekontrolle des Tumorgewebes – erzeugt werden können.
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Auch
ist prinzipiell die Integration von bewährten Bildgebungssystemen
wie bei den am Markt erhältlichen L-förmigen Gantrysystemen
in vergleichbarer kinematischer Bauform möglich. Hierzu
kann ein Steg an der Strahlerkopfaufnahme befestigt werden, der
nahe am kinematischen Linearachssystem parallel zur Strahlrichtung
orientiert ist, an dem Detektor(en) und Röntgenquelle(n)
ggf. über geeignete Mechanismen für die Bildgebung
positioniert werden (hierbei kann man sich beispielsweise an dem
in
WO 2007/042440 beschriebenen
Aufbau orientieren). Dies entspräche im Grunde einer Art
Imitation der L-förmigen Gantrybauweise jedoch mit den
zusätzlichen Vorteilen der Strahlentherapieeinrichtung. Ebenso
können die gebräuchlichen Bildgebungsmöglichkeiten
anderer Hersteller bzw. Typen, die häufig auf mehrgelenkige
Klappmechanismen beruhen und die großteils die kV-Quelle
und den kV-Detektor seitlich (Röntgenstrahlrichtung senkrecht
zur MV-Strahlrichtung) und/oder den MV-Detektor von unten (in den
Strahl) einklappen bzw. einbringen, auf die Strahlentherapieeinrichtung übertragen
werden. Auch externe unbewegte Bildgebungssysteme (z. B. mit zwei
oder drei senkrecht aufeinander stehenden kV-Quelle-Detektor-Paaren) – wie
sie beispielsweise mit stereotaktischen Bestrahlungssystem angeboten werden – können
mit der Strahlentherapieeinrichtung kombiniert werden. Es kann auch
vorteilhaft sein, eigenständige bewegte Bildgebungssysteme,
wie sie aus der radiologischen Diagnostik bekannt sind mit im Raum
oder direkt am Patiententisch zu integrieren.
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zeigt
beispielhaft ein Strahlentherapiegerät 1, bei
dem eine Strahlerkopfaufnahme 11 und ein damit verbundener
Strahlerkopf 11k über eine horizontal angeordnete
erste Geradführung 13x und einer dazu senkrecht
angeordneten senkrechten zweiten Geradführung 13z relativ
zu einer strahlendurchlässigen Patientenauflage 12a positioniert
werden kann. Der Strahl kann dabei mittels eines Linearbeschleunigers
erzeugt werden und die Geradführungen können zur
Zielerfüllung auch unter einem um einige Grad von 90° abweichenden
Winkel zueinander angeordnet sein. Die Tragstruktur der ersten kinematischen
Achse (zweite Geradführung 13z) ist mit zwei boden-
und deckenmontierte Ständern realisiert, auf denen je ein
Linearschlitten die zweite Geradführungen 13z realisiert.
Entlang zweier, an diesen Linearschlitten montierten, parallelen
Querbalken realisiert ein weiterer Linearschlitten die zweite Achse
des kinematischen Systems (die erste Geradführung 13x).
Um die Austrittsöffnung des, mit dem Strahlerkopfgehäuse
verbundenen, Strahlerkopfs 11k in allen Positionen auf
das, auf der Patientenauflage 12a platzierte, Bestrahlungszentrum – auch
Isozentrum genannt – auszurichten ist eine Drehachse 14y vorgesehen.
Diese kann mittels einer, am Linearschlitten der ersten Geradführung 13x befestigten, Drehlagereinheit
realisiert werden. In der, mit dieser Drehlagereinheit verbundenen
Strahlerkopfaufnahme 11 kann ein Großteil der
zum Teil sehr massebehafteten Strahlerzeugungskomponenten verbaut sein.
Die schweren Komponenten können hierbei auf beiden Seiten
der durch die erste Geradführung 13x und die zweite
Geradführung 13z aufgespannten Ebene platziert
sein. Hierbei können die jeweiligen Komponenten durch die
Drehlagereinheit und die Querbalken hindurch miteinander verbunden
sein. Im Strahlerkopf 11k kann ein um die Strahlachse drehbarer
mit ein- und ausfahrbaren Lamellen bestückter Kollimator
(z. B. Multi-Leaf-Collimator) vorgesehen sein, mit dem ein Teil
der Strahlung abgeschirmt wird, so dass der Bestrahlungsquerschnitt
geformt werden kann. Um das – bei der Strahlentherapieeinrichtung 1 nicht
zwingend raumfeste – Isozentrum, das geometrisch-rechnerisch
in das zu bestrahlende Gewebe gelegt wird, relativ zum Strahlenaustritt
bewegen zu können, kann die Patientenauflage 12a selbst
bzw. mit einem mehrachsigen Patiententisch 12 im Raum manipuliert
werden. Durch Kombination der vier beschriebenen Freiheitsgrade
der Strahlpositioniereinheit mit einer zusätzlichen Geradführung
der Patientenauflage 15 sowie einer Drehachse durchs ortsfeste
Isozentrum 16 können prinzipiell alle sechs relativen
Raum-Freiheitsgrade zwischen Strahlaustritt und Isozentum mit der
Strahlentherapieeinrichtung 1 eingestellt werden.
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Die
erste Geradführung 13x und zweite Geradführung 13z können
beispielsweise mit gängigen Elektroantrieben über
Spindeln, Ketten, Zahnstangen, etc. und mittels geeigneter Positionsaufnehmer angetrieben
bzw. mittels Direktantrieben direkt positioniert werden und mittels
Linearführungen geführt werden. Die Linearachskomponenten
der zweiten Geradführung 13z können hierbei
gut an den dargestellten Tragpfeiler befestigt werden oder darin
integriert werden. Die rotatorische Bewegung der Drehachse 14y kann
beispielsweise mittels geeigneter Wälz-, Kugellager, etc.
geführt werden und z. B. mittels eines Elektromotors über
eine Stirnradverzahnung angetrieben werden.
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Mittels
geeigneter Steuerungssoftware und -elektronik können die
beschriebenen Achsen der Strahlentherapieeinrichtung 1 unabhängig
voneinander positioniert werden. Dadurch können auch komplexe,
von einfachen rotatorischen oder translatorischen Bewegungen abweichende,
Bestrahlungsbahnen im Arbeitsbereich der Strahlentherapieeinrichtung 1 abgefahren
werden. Zusätzlich können weitere Achsen in den
Patiententisch 12 oder die Patientenauflage 12a integriert
sein. Auch können weitere Achsen in den kinematischen Aufbau
zur Positionierung des Strahls (Strahl-Positionierkinematik) integriert
werden um alle sechs Raum-Freiheitsgrade realisieren zu können,
ohne dass die Patientenauflage bewegt werden muss. Zusätzlich
zu den zwei senkrecht zueinander stehenden Geradführungen kann eine
dritte Geradführung eingeführt werden, mit der
die Strahlerkopfaufnahme 11 und der Strahlerkopf 11k entlang
einer senkrecht zu den beiden anderen Geradführungen verlaufenden
Achse positioniert werden kann. Des Weiteren kann eine weitere rotatorische
Achse eingeführt werden, die eine Drehung des Strahlerkopfes 11k um
eine Achse ermöglicht, die senkrecht sowohl auf der Drehachse 14y als auch
auf einer Achse, die die Strahlrichtung beschreibt, liegt.
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Durch
Anbringung von nicht dargestellten beweglichen oder unbeweglichen
Bildgebungskomponenten wie Röntgenquellen oder -detektoren
an der Strahlerkopfaufnahme 11 und/oder am Strahlerkopf 11k oder
durch externe, unabhängig vom kinematischen Aufbau der
Strahlentherapieeinrichtung 1 angebrachte Bildgebungskomponenten
können Aufnahmen des zu bestrahlenden Zielvolumens sowie des
umliegenden Bereichs gemacht werden und somit die Relativposition
der Patientenauflage 12a bzw. des zu bestrahlenden und
umliegenden Gewebes zur Strahlaustrittsöffnung bestimmt
werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Strahlentherapiegerät
- 11
- Strahlerkopfaufnahme
- 11k
- Strahlerkopf
- 12
- Patiententisch
- 12a
- Patientenauflage
- 13x
- erste
Geradführung
- 13z
- zweite
Geradführung
- 14y
- Drehachse
- 15
- Geradführung
der Patientenauflage
- 16
- Drehachse
durch ortsfestes Isozentrum.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - WO 2009/005556 [0006]
- - WO 2007/042440 [0023]
