DE102011086120A1 - X-ray source for use in radiation therapy device, comprises electron gun unit, which generates electron beam, and corresponds to target generating x-ray beam - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Röntgenquelle mit einer Elektronenstrahlerzeugungseinheit, ein Strahlentherapiegerät mit einer Röntgenquelle und ein zugehöriges Verfahren.The invention relates to an X-ray source with an electron beam generating unit, a radiotherapy device with an X-ray source and an associated method.
Die Strahlentherapie ist ein etabliertes Verfahren, bei dem ionisierende Strahlung eingesetzt wird, um pathologisches Gewebe, wie z. B. Tumorgewebe, zu behandeln. Ziel der Strahlentherapie ist es, das zu behandelnde Gewebe mit einer ausreichenden therapeutischen Dosis zu bestrahlen und dabei gleichzeitig gesundes, umliegendes Gewebe zu schonen. Der therapeutische Effekt basiert unter anderem darauf, dass ionisierende Strahlung unterschiedlich auf gesundes Gewebe und pathologisches Gewebe wirkt.Radiation therapy is an established method using ionizing radiation to treat pathological tissue, such as tissue. As tumor tissue to treat. The aim of radiotherapy is to irradiate the tissue to be treated with a sufficient therapeutic dose while at the same time sparing healthy, surrounding tissue. Among other things, the therapeutic effect is based on the fact that ionizing radiation has different effects on healthy tissue and pathological tissue.
Die Strahlentherapie von sich bewegenden Zielvolumina, wie z. B. einem Lungentumor, stellt eine Herausforderung dar, da sich die zu bestrahlende Anatomie bewegt. Es gilt nämlich, die therapeutische Strahlung möglichst gezielt im Tumor zu applizieren und umliegendes Gewebe möglichst gut zu schonen. Die Bewegung kann die Genauigkeit der Bestrahlung reduzieren. Eine Möglichkeit, dieser Unsicherheit zu begegnen, ist es, einen größeren Sicherheitssaum zu verwenden, der allerdings zu einer stärkeren Dosisbelastung von gesundem Gewebe führen kann.Radiation therapy of moving target volumes, such. A lung tumor presents a challenge as the anatomy to be irradiated moves. It is important to apply the therapeutic radiation as specifically as possible in the tumor and to protect the surrounding tissue as well as possible. The movement can reduce the accuracy of the irradiation. One way to counteract this uncertainty is to use a larger safety margin, which, however, may lead to a higher dose burden on healthy tissue.
Ein Verfahren, das bei der Bestrahlung von sich bewegenden Tumoren eingesetzt wird, ist das so genannte Gating-Verfahren. Bei dem Gating-Verfahren wird der Bewegungszyklus des Zielvolumens überwacht und eine Bestrahlung findet nur dann statt, wenn sich das Zielvolumen in einer bestimmten, für die Bestrahlung geeigneten Phase des Bewegungszyklus befindet.One method used in the irradiation of moving tumors is the so-called gating procedure. In the gating method, the movement cycle of the target volume is monitored and irradiation only takes place when the target volume is within a certain phase of the movement cycle suitable for the irradiation.
Ein anderes bei der Bestrahlung von sich bewegenden Tumoren verwendetes Verfahren ist eine bewegungskompensierte Bestrahlung mit aktiver Strahlnachführung (Motion-Tracking). Hierbei wird die Strahlposition fortwährend mit der Bewegung des Zielvolumens harmonisiert, indem die Strahllage lateral zur Strahlrichtung kontinuierlich an die Tumorbewegung angepasst werden.Another method used in the irradiation of moving tumors is motion-compensated irradiation with active tracking (motion tracking). Here, the beam position is continuously harmonized with the movement of the target volume by the beam position are adjusted laterally to the beam direction continuously to the tumor movement.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine weitere Röntgenquelle mit einer Elektronenstrahlerzeugungseinheit, ein weiteres Strahlentherapiegerät mit einer Röntgenquelle und ein weiteres zugehöriges Verfahren zur Bestrahlung eines sich bewegenden Zielvolumens anzugeben, die eine schnelle Bestrahlung mit geringer Strahlenbelastung und gleichzeitig eine präzise Bestrahlung des Zielvolumens bei gleichzeitiger Schonung des umgebenden Gewebes ermöglichen.It is the object of the invention to specify a further X-ray source with an electron beam generating unit, a further radiotherapy device with an X-ray source and a further associated method for irradiating a moving target volume, which provide rapid irradiation with low radiation exposure and at the same time precise irradiation of the target volume with simultaneous protection of the surrounding tissue.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung finden sich in den Merkmalen der abhängigen Ansprüche.The object of the invention is solved by the subject matter of the independent claims. Advantageous developments of the invention can be found in the features of the dependent claims.
Die Erfindung beansprucht eine Röntgenquelle mit einer Elektronenstrahlerzeugungseinheit, die einen Elektronenstrahl erzeugt und auf ein Target richtet, in dem Bremsstrahlung erzeugt wird. Die Röntgenquelle umfasst eine Ablenkeinheit, die den Elektronenstrahl in mindestens einer vorgebbaren Richtung ablenkt, bevor der Elektronenstrahl auf das Target auftrifft, dort ein Röntgenstrahl erzeugt wird, der vom Target in der vorgebbaren Richtung weitergegeben wird. Die Richtung des Röntgenstrahls stimmt mit der Richtung des abgelenkten Elektronenstrahls überein. Grund dafür sind die hohe Energie des Elektronenstrahls und die hohe Geschwindigkeit seiner Elektronen. Auch ändert sich die keulenförmige Verteilung des Röntgenstrahls bei Ablenkung des Elektronenstrahls nicht. Dadurch ist in vorteilhafter Weise möglich, bei einem bewegten zu bestrahlenden Zielvolumen, wie beispielsweise ein Lungentumor, über die Ablenkung des Elektronenstrahls eine Nachführung des Röntgenstrahls zu erreichen und dabei die Dosisverteilung des Röntgenstrahls auf dem bewegten Zielvolumen trotz dessen Bewegung unverändert und entsprechend der zuvor bei einer Bestrahlungsplanung angenommenen Verteilung aufrecht zu halten. Auch entfällt eine bislang erforderliche Verkippung der gesamten Elektronenstrahlerzeugungseinheit zur Nachführung des Röntgenstrahls bei einem bewegten Zielvolumen. Weiterhin ermöglicht die Ablenkung des Elektronenstrahls auch Verbesserungen in der Bestrahlungsplanung und Planapplikation. Durch schnelles Scannen der Richtung des Elektronenstrahls und damit des Intensitätsmaximums des Röntgenstrahlenbündels auf rotationssymmetrischen Trajektorien ist im zeitlichen Mittel über die Applikation eines Bestrahlungssegmentes eine weitgehend homogene Dosisverteilung zu erzielen. Damit wird es möglich, auch mit inhomogenen Strahlprofilen ohne Ausgleichsfilter einfache Bestrahlungspläne, die bislang meist ein homogenes Strahlprofil erforderten, zu applizieren. Weiterhin besteht die Möglichkeit, bei einem geöffneten Multi-Leaf-Kollimator Bestrahlungspläne mit einem schwachen Dosisgradienten nur durch Scannen des Elektronenstrahls ohne Verwendung von Multi-Leaf-Kollimator-Lamellen abzustrahlen. In der allgemeinsten Anwendung kann schließlich die Möglichkeit einer elektronischen Steuerung des Strahlprofils als weiterer Freiheitsgrad in die Bestrahlungsplanoptimierung aufgenommen werden. Damit ist es möglich, die Zahl der je Gantrywinkel notwendigen Segmente zu reduzieren. Wegen der im Vergleich zur Lamellenverstellung des Kollimators sehr schnellen elektromagnetischen Steuerbarkeit des Elektronenstrahls ist somit eine Beschleunigung der Planabstrahlung im Vergleich zu bisher bekannten Verfahren realisierbar.The invention claims an X-ray source comprising an electron beam generating unit which generates and directs an electron beam to a target in which Bremsstrahlung is generated. The X-ray source comprises a deflection unit, which deflects the electron beam in at least one predeterminable direction, before the electron beam strikes the target, where an X-ray is generated which is propagated by the target in the predeterminable direction. The direction of the X-ray coincides with the direction of the deflected electron beam. The reason for this is the high energy of the electron beam and the high velocity of its electrons. Also, the club-shaped distribution of the X-ray beam does not change upon deflection of the electron beam. This makes it possible in an advantageous manner, in a moving target volume to be irradiated, such as a lung tumor to achieve a tracking of the X-ray beam via the deflection of the electron beam and thereby the dose distribution of the X-ray beam on the moving target volume despite its movement unchanged and according to the previously in a Radiation planning assumed to maintain distribution. Also eliminates a previously required tilting of the entire electron beam generating unit for tracking the X-ray beam at a moving target volume. Furthermore, the deflection of the electron beam also allows improvements in the treatment planning and plan application. By rapidly scanning the direction of the electron beam and thus the intensity maximum of the X-ray beam on rotationally symmetrical trajectories, it is possible to achieve a largely homogeneous dose distribution in the time average via the application of an irradiation segment. This makes it possible, even with inhomogeneous beam profiles without compensation filter simple Irradiation plans, which so far usually required a homogeneous beam profile to apply. Furthermore, with an open multi-leaf collimator, it is possible to emit treatment plans with a low dose gradient only by scanning the electron beam without using multi-leaf collimator lamellae. Finally, in the most general application, the possibility of electronic control of the beam profile can be included as a further degree of freedom in the treatment plan optimization. This makes it possible to reduce the number of segments required per gantry angle. Because of the very fast in comparison to the lamellar adjustment of the collimator electromagnetic controllability of the electron beam thus an acceleration of the Planabstrahlung compared to previously known methods can be realized.
In einer Ausgestaltung der Erfindung kann der Elektronenstrahl aus unterschiedlichen Winkeln auf das Target auftreffen.In one embodiment of the invention, the electron beam can impinge on the target from different angles.
In einer weiteren Ausprägung der Erfindung kann die Ablenkeinheit mindestens eine elektromagnetische Spuleneinheit umfassen. Durch die Verwendung von elektromagnetischen Spuleneinheiten lässt sich der Elektronenstrahl sehr schnell steuern.In a further embodiment of the invention, the deflection unit may comprise at least one electromagnetic coil unit. By using electromagnetic coil units, the electron beam can be controlled very quickly.
In vorteilhafter Weise kann die elektromagnetische Spuleneinheit mindestens zwei gekreuzte Elektromagnete aufweisen. Durch Einsatz von gekreuzten Elektromagnetspulen können zum Elektronenstrahl transversale Felder erzeugt werden.Advantageously, the electromagnetic coil unit may comprise at least two crossed electromagnets. By using crossed electromagnetic coils transverse fields can be generated to the electron beam.
Weiterhin kann die Ablenkeinheit eine Ablenksteuereinheit umfassen, durch die die Ablenkeinheit steuerbar ist. Damit wird die Voraussetzung für eine gezielte Ablenkung des Elektronenstrahls geschaffen.Furthermore, the deflection unit may comprise a deflection control unit, by means of which the deflection unit can be controlled. This creates the prerequisite for a targeted deflection of the electron beam.
Des Weiteren beansprucht die Erfindung ein Strahlentherapiegerät mit einer erfindungsgemäßen Röntgenquelle.Furthermore, the invention claims a radiation therapy device with an X-ray source according to the invention.
In einer weiteren Ausführungsform kann das Strahlentherapiegerät eine Bewegungsverfolgungseinheit umfassen, die eine Bewegung eines zu bestrahlenden Zielvolumens ermittelt.In a further embodiment, the radiation therapy device may comprise a movement tracking unit which determines a movement of a target volume to be irradiated.
Weiterhin kann die Bewegungsverfolgungseinheit die Ablenksteuereinheit derart steuern, dass der Elektronenstrahl und damit das Intensitätsmaximum des Röntgenstrahlbündels dem Zielvolumen folgt. Damit kann die elektromagnetisch steuerbare Ablenkung des Elektronenstrahls im Zusammenhang mit bekannten Motion-Tracking-Verfahren eingesetzt werden.Furthermore, the movement tracking unit can control the deflection control unit in such a way that the electron beam and thus the intensity maximum of the x-ray beam follow the target volume. Thus, the electromagnetically controllable deflection of the electron beam can be used in conjunction with known motion tracking methods.
Des Weiteren beansprucht die Erfindung ein Verfahren zur Bestrahlung eines sich bewegenden Zielvolumens mit einem Strahlentherapiegerät. Dabei wird ein Elektronenstrahl, der einen Röntgenstrahl erzeugt, unter vorgebbaren Winkeln abgelenkt wird, wodurch die Richtung des Röntgenstrahls änderbar ist.Furthermore, the invention claims a method for irradiating a moving target volume with a radiotherapy device. In this case, an electron beam which generates an X-ray beam is deflected at predeterminable angles, whereby the direction of the X-ray beam is changeable.
In einer weiteren Ausführungsform kann die Ablenkung des Elektronenstrahls derart durchgeführt werden, dass der Röntgenstrahl dem Zielvolumen folgt.In a further embodiment, the deflection of the electron beam may be performed such that the X-ray beam follows the target volume.
In einer Ausgestaltung der Erfindung kann die Ablenkung des Elektronenstrahls auf elektromagnetische Weise erfolgen. Dadurch lässt sich in vorteilhafter Weise der Elektronenstrahl sehr schnell steuern.In one embodiment of the invention, the deflection of the electron beam can be carried out in an electromagnetic manner. As a result, the electron beam can be controlled very quickly in an advantageous manner.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen anhand von schematischen Zeichnungen.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the embodiments described below with reference to schematic drawings.
Es zeigen:Show it:
In
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Elektronenkanoneelectron gun
- 22
- Linearbeschleuniger (LINAC)Linear accelerator (LINAC)
- 33
- Elektronenstrahlelectron beam
- 44
- Targettarget
- 55
- RöntgenstrahlX-ray
- 66
- AblenkeinheitDeflector
- 100100
- Erzeugen ElektronenstrahlGenerating electron beam
- 110110
- Ermittlung Positionsdaten ZielvolumenDetermination of position data Target volume
- 120120
- Ermittlung AblenkwinkelwinkelDetermination of deflection angle
- 130130
- Ablenkung ElektronenstrahlDeflection electron beam
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 19927743 B4 [0003] DE 19927743 B4 [0003]
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---|---|---|---|
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Publications (1)
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DE102011086120A1 true DE102011086120A1 (en) | 2012-07-12 |
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ID=46509734
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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Citations (2)
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---|---|---|---|---|
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- 2011-11-10 DE DE102011086120A patent/DE102011086120A1/en not_active Ceased
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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