DE102016104324A1

DE102016104324A1 - Storage and positioning of tumor patients for radiotherapy

Info

Publication number: DE102016104324A1
Application number: DE102016104324.9A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-03-09
Filing date: 2016-03-09
Publication date: 2017-09-14

Abstract

Vorrichtung und Verfahren zum Lagern und Positionieren von Tumorpatienten relativ zu einem aus fester Richtung einfallenden Partikelstrahl, umfassend eine Patientenlagerungsvorrichtung bestehend aus Liege, Standfuß und Verbindungselement, wobei die Liege relative zum Standfuß frei drehbar und eine Translation in drei linear unabhängige, vorzugsweise orthogonale, Richtungen möglich ist und einen CT-Scanner, einen Laseroberflächenscanner sowie einen Steuerungscomputer, wobei der Patient auf der Lagerungsvorrichtung in einer für die Bestrahlung des Tumors optimalen Haltung gelagert wird, in der der zu bestrahlende Körperteil erhöht ist, der so gelagerte Patient in einen CT Scanner gebracht wird, wo mittels eines CT Scans die genaue Position des Tumors innerhalb des Körpers des Patienten bestimmt wird, der weiterhin in unveränderter Haltung gelagerte Patient mitsamt der Lagerungsvorrichtung in die Strahlbahn geschoben wird, dort dann anhand der Laserscanneraufnahmen die exakte Position des Patienten so einjustiert wird, dass der Tumor im Isozentrum des Partikelstrahls zu liegen kommt und dann die Bestrahlung durchgeführt wird.Apparatus and method for storing and positioning tumor patients relative to a particle beam incident from a fixed direction, comprising a patient support device consisting of a couch, pedestal and connecting element, wherein the couch freely rotatable relative to the base and a translation in three linearly independent, preferably orthogonal, directions possible is and a CT scanner, a laser surface scanner and a control computer, wherein the patient is stored on the storage device in an optimum position for the irradiation of the tumor in which the body part to be irradiated is increased, the so-stored patient is placed in a CT scanner where the exact position of the tumor within the body of the patient is determined by means of a CT scan, which is further pushed into the beam path in an unchanged pose, together with the storage device, then using the laser scanner images the exact bottom Position of the patient is adjusted so that the tumor comes to rest in the isocenter of the particle beam and then the irradiation is performed.

Description

Die Erfindung beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Lagern und Positionieren von Tumorpatienten relativ zu einem aus fester Richtung einfallenden Partikelstrahl umfassend eine Patientenlagerungsvorrichtung, einen Computer-Tomographie(CT-)Scanner, einen Laseroberflächenscanner und einen Steuerungscomputer, wobei erstere wiederum aus einer Patientenliege, einem Standfuß und einer mechanischen Verbindung dieser beiden Elemente besteht. The invention relates to an apparatus and method for storing and positioning tumor patients relative to a solid-particle beam comprising a patient support apparatus, a computed tomography (CT) scanner, a laser surface scanner, and a control computer, the former in turn comprising a patient couch Stand and a mechanical connection of these two elements.

Die Strahlentherapie hat sich weltweit etabliert als ein wirkungsvolles Verfahren zur Bekämpfung lokalisierter, makroskopischer Tumore, d.h. solcher mit einer Größe im Zentimeterbereich. Radiation therapy has become established worldwide as an effective method of controlling localized, macroscopic tumors, i. those with a size in the centimeter range.

Die traditionelle Strahlentherapie verwendet elektromagnetische Strahlung mit energiereichen Photonen. Hierbei besteht das Problem, dass die lineare Absorptionsrate relativ niedrig und für gesunde wie für Tumorgewebe ungefähr gleich ist, was es sehr schwierig macht eine bestimmte therapeutische Dosis in den Tumor, nicht aber in das gesunde Gewebe einzubringen. Traditional radiotherapy uses electromagnetic radiation with high-energy photons. The problem here is that the linear absorption rate is relatively low and approximately the same for healthy as for tumor tissue, making it very difficult to introduce a particular therapeutic dose into the tumor, but not into the healthy tissue.

Die Therapie mit Partikelstrahlen hat hier den Vorteil, dass die Absorptionsrate umgekehrt proportional zum Impuls der Teilchen ist, diese also am Ende ihrer Bahn sehr schnell abgebremst werden und ihre Energie in einem scharf definierten Bereich, quasi explosionsartig, abgeben. Dadurch lassen sich sehr steile Dosisabfälle zwischen Tumor und gesundem Gewebe erreichen. Auch bei diesem Therapieansatz gibt es aber das Problem, dass Durchstrahlen von gesundem Gewebe und besonders von Risikoorganen vermieden werden sollte. Therapy with particle beams has the advantage here that the absorption rate is inversely proportional to the momentum of the particles, so they are slowed down very quickly at the end of their orbit and release their energy in a sharply defined area, almost explosively. This allows very steep dose reductions between tumor and healthy tissue. But with this therapeutic approach, there is also the problem that radiography of healthy tissue and especially of organs at risk should be avoided.

Dies wird nach dem bisherigen Stand der Technik dadurch erreicht, dass man den Einstrahlwinkel des Strahls variiert und zwar erfolgt dies mittels einer sogenannten Gantry, die den Partikelstrahl umlenken kann. Da hochenergetische Partikelstrahlen nur mittels starker Magnetfelder umlenkbar sind, sind solche Gantrys notwendigerweise sehr groß und schwer, was ihre Konstruktion aufwendig und teuer macht. Das Weltweit einzige bisher gebaute Exemplar einer Gantry steht im Strahlentherapiezentrum Heidelberg und hat einen Durchmesser von 13 m, wiegt 76 t und kostete bei der Errichtung ca. 60 Mio. Euro. This is achieved in the prior art in that one varies the angle of incidence of the beam and although this is done by means of a so-called gantry, which can deflect the particle beam. Since high-energy particle beams can only be deflected by means of strong magnetic fields, such gantrys are necessarily very large and heavy, which makes their construction complicated and expensive. The world's only specimen of a gantry currently built is in the Radiation Therapy Center Heidelberg and has a diameter of 13 m, weighs 76 t and cost around 60 million euros in the construction.

Ein alternativer Lösungsansatz ist, anstatt die ganzen Strahlenquelle um den Patienten zu drehen, die Strahlrichtung unverändert zu lassen und nur den Patienten drehbar zu lagern. Dieser Ansatz wurde auch schon anderweitig verfolgt. So beschreibt z. B. die Patentschrift EP 1524012 eine Patientenliege mit 2 Drehachsen und 3 Translationsrichtungen, die es gestattet einen Patienten um eine Hochachse zu drehen sowie um eine Querachse zu kippen, und dabei mittels Translation der Liegefläche das Zentrum des Tumors immer im Schnittpunkt der Drehachse zu lassen und diesen wiederum im Isozentrum des Partikelstrahls, also in einem Querschnitt durch den Strahl im Punkt maximaler Strahlungsintensität, der üblicherweise auch ein Punktspiegelungssymmetriepunkt des Strahlquerschnitts ist, zu positionieren. An alternative approach, rather than rotating the entire radiation source around the patient, is to leave the beam direction unchanged and to rotatably support only the patient. This approach has been followed elsewhere. So describes z. B. the patent EP 1524012 a patient bed with 2 axes of rotation and 3 translational directions, which allows a patient to rotate about a vertical axis and to tilt a transverse axis, while leaving the center of the tumor always at the intersection of the axis of rotation by means of translation of the bed surface and this again in the isocenter of the particle beam So to position in a cross section through the beam at the point of maximum radiation intensity, which is usually also a point mirror symmetry point of the beam cross section.

Des Weiteren beschreiben die Patentschrift DE 10 2005 041 606 und die Offenlegungsschrift DE 10 2007 026 114 Patientenpositionierungsvorrichtungen für die Strahlentherapie insbesondere der Partikelstrahlentherapie. Dabei handelt es sich um reine Positionierungssysteme, welche nur für Patienten ausgelegt ist, die flach auf dem Untersuchungstisch liegen. Darüber hinaus sind dort keine Patientenlagerungskissen bzw. Fixationshilfen offenbart, die es erlaubten, den Patienten in einer für die Bestrahlung optimalen Haltung so zu lagern, dass die Tumorregion erhöht wäre und in einer der Drehachsen der Systeme zu liegen käme. Daher ist das Problem der Einstrahlwinkelerweiterung ohne physische Gantry für die Partikelstrahlentherapie nicht gelöst. Furthermore, the patent specification DE 10 2005 041 606 and the publication DE 10 2007 026 114 Patient positioning devices for radiotherapy, in particular particle beam therapy. These are pure positioning systems designed only for patients lying flat on the examination table. In addition, there are no patient support pads or fixation aids disclosed that allow the patient to be stored in an optimal position for the irradiation so that the tumor region would be increased and would be in one of the axes of rotation of the systems. Therefore, the problem of the Einstrahlwinkelerweiterung without physical gantry for particle beam therapy is not solved.

Die tatsächliche Umsetzung der optimalen Haltung stößt auf das Problem, dass vor Beginn einer Bestrahlungssitzung jeweils ein computertomografisches Bild, eine sogenannte Positionierungs-CT-Aufnahme, erstellt wird, um die genaue Lage des Tumor und der umgebenden Risikoorgane zu bestimmen. Da der Platz im CT Scanner begrenzt ist, muss der Scan nach heutigem Stand der Technik in liegender Haltung durchgeführt werden. Wollte man dann bei Bestrahlung die für den Strahlzugang optimale Haltung verwenden, müsste also in vielen Fällen zwischen der Erstellung des CT-Bildes und dem Beginn der Bestrahlung eine Umlagerung erfolgen. Diese hätte jedoch den Nachteil, dass sich die Organe und damit auch die Position des Tumors der Schwerkraft folgend deformieren und umlagern können und zwar in einer nach dem heutigen Stand der Technik noch nicht genau vorhersagbaren Weise. The actual implementation of the optimal posture encounters the problem that a computer tomographic image, a so-called positioning CT image, is created before the start of an irradiation session, in order to determine the exact position of the tumor and the surrounding organs at risk. Since the space in the CT scanner is limited, the state-of-the-art scan must be performed in a lying position. If one then wanted to use the optimal beam access position during irradiation, a rearrangement would have to take place in many cases between the creation of the CT image and the beginning of the irradiation. However, this would have the disadvantage that the organs and thus also the position of the tumor can deform and rearrange following gravity in a manner not yet accurately predictable according to the current state of the art.

Damit wäre es vorteilhaft, wenn man eine solche Umlagerung zwischen der Erstellung des Positionierungs-CT-Bildes und dem Beginn der Bestrahlung vermeiden könnte. Die Beschränkung hierbei ist, dass heutige CT-Scanner in ihrem vertikalen Bildbereich stark eingeschränkt sind und damit ein Scan nur in liegender Haltung, ganz sicher aber nicht in der endgültigen Bestrahlungshaltung, möglich ist. Thus, it would be advantageous to be able to avoid such a rearrangement between the creation of the positioning CT image and the beginning of the irradiation. The limitation here is that today's CT scanners are severely limited in their vertical image area and thus a scan only in a recumbent position, but certainly not in the final irradiation posture, is possible.

Die hier vorliegende Erfindung setzt sich daher zum Ziel eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Positionierung und Lagerung von Tumorpatienten zu finden, welche bei fester Einfallsrichtung des Strahls eine genaue Positionierung ermöglichen und somit eine teure und aufwendige Gantry unnötig machen. The present invention is therefore based on the goal of finding a device and a method for positioning and storage of tumor patients, which allow for a fixed direction of incidence of the beam accurate positioning and thus make an expensive and expensive gantry unnecessary.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die in den unabhängigen Ansprüchen offenbarten Vorrichtungen und Verfahren. This object is achieved by the disclosed in the independent claims devices and methods.

Die zur Lösung der Aufgabe nötigen dort beschriebenen Komponenten sind:

– Ein CT-Scanner mit großem vertikalem Bildbereich.
– Eine Lagerungsvorrichtung, fahr- oder verschiebbar zwischen dem CT-Scanner und einer Bestrahlungsposition und derart gestaltet, dass der zu bestrahlende Körperteil erhöht gelagert werden kann.
– Eine Vorrichtung zum Anzeigen von variablen Lichtmarkierungen auf dem Boden.
– Eine Laserscanner- oder vergleichbare Einrichtung, die es ermöglicht die Körperoberfläche des Patienten 3-dimensional abzubilden
– Ein Steuerungscomputer, der die Bilder des CT bzw. des Laserscans auswertet und die Lagerungsvorrichtung ansteuert.

The components described there for solving the problem are:

- A CT scanner with a large vertical image area.
- A storage device, movable or displaceable between the CT scanner and an irradiation position and designed such that the body part to be irradiated can be stored increased.
- A device for displaying variable light marks on the ground.
- A laser scanner or similar device, which allows the body surface of the patient 3-dimensional image
- A control computer, which evaluates the images of the CT and the laser scan and controls the storage device.

Der Verfahrens- bzw. Behandlungsablauf wäre hierbei, dass zu Beginn der Therapiesitzung der Patient auf der Lagerungsvorrichtung gelagert wird und zwar von Anfang an in der späteren Bestrahlungshaltung. Die Lagerungsvorrichtung ist, besonders in ihren vertikalen Abmessungen, derart bemessen, das der Patient in Bestrahlungshaltung in den CT-Scanner gefahren werden kann, wo dann eine CT Aufnahme erstellt und anhand dessen die genaue Tumorposition innerhalb des Körpers, also relative zu dessen Oberfläche, bestimmt wird. In üblichen CT Scannern ist besonders der vertikale Bildbereich sehr begrenzt, derzeit auf ca. 60cm, weswegen vorliegende Erfindung vorteilhafterweise vorschlägt den Patienten innerhalb der durch das CT Gerät gegebenen Grenzen maximal erhöht zu lagern und „schräg“ durch den CT Scanner zu fahren. Es wäre auch denkbar, den Patientenlagerungstisch so zu modifizieren, dass mehr Höhe zu Verfügung steht. Während anhand der durch die CT Aufnahme bestimmten gegenwärtigen Anatomischen Situation (Position des Tumors und Lage der zu vermeidenden Risikoorgane) die während der Bestrahlungssitzung einzubringende räumliche Soll-Dosisverteilung berechnet wird, wird der Patient mitsamt der fahrbaren Lagerungsvorrichtung in nach wie vor unveränderter Haltung vor die Strahlenquelle geschoben, wo die Grobpositionierung anhand von Markierungen auf dem Boden erfolgt, welche vorzugsweise von einem Leuchtmarkierungssystem, insbesondere einem Markierungslaser auf den Boden projiziert werden. Die Feinjustierung, bei der das Ziel ist, das Zielvolumen, also das Tumorgewebe mit einer Genauigkeit von mindestens +/–0,5mm innerhalb des Isozentrums des Partikelstrahls zu positionieren, erfolgt dann mit Hilfe des Laserscanners und des Steuerungscomputers, der die Lagerungsvorrichtung ansteuert und durch Verschiebung der Liege in die drei verfügbaren Translationsrichtungen den Tumor so positioniert, dass er mit der gewünschten Präzision einerseits in der Drehachse der Lagerungsvorrichtung und andererseits im Isozentrum des Partikelstrahls zu liegen kommt. The process or treatment process would be here that at the beginning of the therapy session, the patient is stored on the storage device and that from the beginning in the subsequent treatment posture. The storage device is dimensioned, particularly in its vertical dimensions, in such a way that the patient can be moved to the CT scanner in the irradiation position, where a CT image is taken and used to determine the exact tumor position within the body, ie relative to its surface becomes. In conventional CT scanners, especially the vertical image area is very limited, currently to about 60 cm, so the present invention advantageously proposes to store the patient maximally elevated within the limits given by the CT device and to drive "obliquely" through the CT scanner. It would also be conceivable to modify the patient table so that more height is available. While the spatial target dose distribution to be introduced during the irradiation session is calculated on the basis of the current anatomical situation determined by the CT scan (position of the tumor and location of the risk organs to be avoided), the patient, together with the mobile storage device, remains in the unchanged position in front of the radiation source pushed, where the coarse positioning is based on markings on the floor, which are preferably projected by a luminous marking system, in particular a marking laser on the ground. The fine adjustment, in which the goal is to position the target volume, so the tumor tissue with an accuracy of at least +/- 0.5mm within the isocenter of the particle beam, then using the laser scanner and the control computer that controls the storage device and through Moving the couch in the three available translational directions the tumor positioned so that it comes to rest with the desired precision on the one hand in the axis of rotation of the storage device and on the other hand in the isocenter of the particle beam.

Erst wenn dies erreicht ist und sobald die Berechnung der Soll-Dosisverteilung abgeschlossen ist, wird der Partikelstrahl aktiviert und die eigentliche Bestrahlung begonnen. Only when this is achieved and once the calculation of the target dose distribution is completed, the particle beam is activated and the actual irradiation is started.

Die zur Ermöglichung dieses Verfahrens nötige erfindungsgemäße Lagerungsvorrichtung besteht hierbei aus einem Standfuß oder Fundament, das fahr- oder verschiebbar ausgestaltet und z.B. mit Rollen versehen ist und einer darüber befindlichen, über druckstabile mechanische Elemente verbundenen Liegefläche. Die Verbindungselemente sind dabei so ausgestaltet, dass die Liegefläche um mindestens eine Achse drehbar ist und weiterhin eine Translation der Liegefläche relativ zu dieser Drehachse in drei linear unabhängige, vorzugsweise orthogonale Richtungen, möglich ist. The storage device according to the invention, which is necessary for making this process possible, consists here of a pedestal or foundation, which can be designed to be movable or displaceable and has e.g. is provided with rollers and an overlying, connected via pressure-stable mechanical elements lying surface. The connecting elements are designed such that the lying surface is rotatable about at least one axis and further a translation of the lying surface relative to this axis of rotation in three linearly independent, preferably orthogonal directions, is possible.

Der Vorteil dieser Erfindung besteht darin, dass der Patient zwischen dem CT-Scan und dem Beginn der Strahlenbehandlung nicht mehr bewegt wird und damit die Wahrscheinlichkeit einer Verschiebung der inneren Organe des Patienten und damit des Tumors soweit wie möglich minimiert wird. Dies lässt eine wesentlich genauere und verlässlichere Strahlapplikation zu als dies bisher möglich war und erlaubt darum, den bei der Berechnung der Soll-Dosisverteilung mit eingeplanten Sicherheitssaum von 3–5mm zu reduzieren. Dies erlaubt nicht nur die bessere Therapierung von nach dem Stand der Technik behandelbarer Tumore im Zentimeterbereich sondern auch eine Ausweitung der Therapierbarkeit auf kleinere Tumore, das frühere Stadien der Tumorentwicklung. Die Heilungschancen und die mit einer Therapie verbundenen Belastungen der Patienten verringern sich dadurch nicht unerheblich. The advantage of this invention is that the patient is no longer moved between the CT scan and the beginning of the radiation treatment, thus minimizing as far as possible the likelihood of dislocation of the internal organs of the patient and thus of the tumor. This allows a much more accurate and reliable beam application than was previously possible and therefore allows to reduce the in the calculation of the target dose distribution with scheduled safety margin of 3-5mm. This not only allows the better treatment of tumors that can be treated according to the state of the art in the centimeter range but also an extension of the therapeutic capacity to smaller tumors, the earlier stages of tumor development. The chances of recovery and the burden on the patients associated with therapy are thus not negligibly reduced.

Mit Hilfe der drehbaren Lagerungsvorrichtung ist es weiterhin möglich, den Patienten so relativ zum Strahl auszurichten, dass die Dosis für gesundes Gewebe bzw. kritische, weil empfindliche, Organe minimiert wird. So ist bei Behandlung von Tumoren im Kopf-Hals-Bereich eine Lagerung in Rückenlage mit erhöhtem, rekliniertem Kopf diejenige, die den Besten Zugang des Strahls zum Zielvolumen erlaubt. Bei Tumoren im Thorax (Brustkorb) bzw. Mediastinum (Brusthöhle) ist dies eine Lagerung ebenfalls in Rückenlage mit erhöhtem Brustkorb und maximal rekliniertem Kopf und bei Tumoren im Rektalbereich bzw. kleinen Becken eine Lagerung in Bauchlage mit erhöhtem Becken und abgesenkten Beinen in Oberkörper. Über Drehachse der Lagerungsvorrichtung kann bei Positionierung des Tumors im Schnittpunkt von Drehachse und Isozentrum des Strahls über eine kontinuierliche Drehung während der Bestrahlung eine gleichmäßige Räumliche Dosisverteilung erreicht werden. Alternativ kann auch auf eine kontinuierliche Drehung verzichtet und der vorhandene Rotationsfreiheitsgrad der Liege nur dazu verwendet werden, einen besseren Zugang des Strahls zum Tumor vorbei an Risikoorganen zu erreichen. With the aid of the rotatable storage device, it is also possible to orient the patient relative to the beam in such a way that the dose for healthy tissue or critical, because sensitive, organs is minimized. For example, in the treatment of tumors in the head and neck region, a supine position with an elevated, reclined head is that which allows the best access of the beam to the target volume. For tumors in the thorax (thorax) or mediastinum (chest cavity) this is a storage also in the supine position with raised chest and maximally reclined head and in tumors in the rectal or small pelvis a prone position with elevated pelvis and lowered legs in the upper body. About the axis of rotation of the storage device can, when positioning the tumor at the intersection of the axis of rotation and isocenter of the beam via a continuous rotation during irradiation a uniform spatial dose distribution can be achieved. Alternatively, it is also possible to dispense with a continuous rotation and to use the existing rotational degree of freedom of the couch only to achieve a better access of the beam to the tumor past risk organs.

In jedem Fall wird damit also die Funktion einer teuren und aufwendig zu bauenden Gantry imitiert ohne dass eine solche benötigt wird. In Anbetracht der somit durch die erfindungsgemäße Lagerungsvorrichtung und das erfindungsgemäße Therapieverfahren potentiell einsparbarer Kosten wiegt dieser Vorteil alleine schon sehr schwer. Zusammen mit den oben ausgeführten sind die hier offenbarte Vorrichtung und das sie einsetzende Verfahren dem bisherigen Stand der Technik weit überlegen sein. In any case, so that the function of an expensive and expensive to build gantry is imitated without that one is needed. In view of the potential costs that can be saved by the storage device according to the invention and the therapy method according to the invention, this advantage alone already weighs very heavily. Together with the above, the apparatus disclosed herein and the method employing it are far superior to the prior art.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung, die einzeln oder in Kombination realisiert werden können, sollen im Weiteren erläutert werden. Advantageous developments of the invention, which can be implemented individually or in combination, will be explained below.

Eine bevorzugte Möglichkeit, die Lagerung eines Patienten in verschiedenen für die Bestrahlung vorteilhaften Haltungen zu realisieren besteht darin, die Liegefläche aus gelenkig verbundenen Segmenten aufzubauen. Die Segmente entsprechen dabei in Größe, Anordnung und Beweglichkeit vorteilhafter weise den Elementen des menschlichen Körpers, z.B. sollte es zumindest für Kopf, Brustkorb, Oberarm, Unterarm, Becken, Oberschenkel, Unterschenkel und Füße eigene Segmente geben, die in Ihrer Gesamtheit und durch die sie verbindenden Gelenke die Konturen des menschlichen Körpers bei verschiedenen Lagerungshaltungen annährend nachbilden können. A preferred way to realize the storage of a patient in different positions advantageous for the irradiation is to build the lying surface of articulated segments. The segments advantageously correspond in size, arrangement and mobility to the elements of the human body, e.g. At least for the head, chest, upper arm, forearm, pelvis, thighs, lower legs and feet, there should be separate segments which, in their entirety and through the joints connecting them, can approximately reproduce the contours of the human body in different postures.

Die dadurch ermöglichten Lagerungspositionen sollten zumindest folgende umfassen:

– Rückenlage mit erhöht gelagertem Brustkorb und maximal rekliniertem Kopf zur Bestrahlung von mediastinalen Tumoren
– halbsitzend mit rekliniertem Kopf zur Bestrahlung von Tumoren im Hals-Kopf-Bereich sowie
– Bauchlage mit erhöhtem Becken, abgesenkten Beinen und abgesenktem Oberkörper zur Bestrahlung von Tumoren im Rektalbereich.

The storage positions made possible by this should include at least the following:

- Supine with elevated thorax and maximum reclined head for irradiation of mediastinal tumors
- Semi-sitting with reclined head for the radiation of tumors in the neck-head area as well
- Prone position with raised pelvis, lowered legs and lowered upper body for the irradiation of tumors in the rectal area.

Des Weiteren ist es vorteilhaft die Lagerungsvorrichtung so auszugestalten, dass die Drehachse entweder die Hochachse ist oder, z.B. indem ein weiteres Gelenk in die Verbindung zwischen Standfuß und Liegefläche eingebaut ist, die Drehung um eine cranio-kaudale Achse eines halbsitzenden Patienten möglich ist. Des Weiteren sollte es möglich sein unabhängig von der Verschiebung der Liegevorrichtung als Ganzes eine Translation in alle drei Raumrichtungen d. h. X-, Y- und Z-Richtung zu ermöglichen und zwar mit einem Einstellbereich von nicht weniger als +/–3 cm um eine Mittelstellung. Dieser Wert entspricht in etwa der bei der Grobpositionierung erreichbaren Genauigkeit. Furthermore, it is advantageous to design the storage device such that the axis of rotation is either the vertical axis or, e.g. by incorporating another joint into the connection between the pedestal and the bed, rotation about a cranio-caudal axis of a patient sitting halfway is possible. Furthermore, it should be possible regardless of the displacement of the reclining device as a whole, a translation in all three spatial directions d. H. X-, Y- and Z-direction to allow and with a setting range of not less than +/- 3 cm to a center position. This value corresponds approximately to the precision achievable during coarse positioning.

Damit die Feinjustierung durch den Steuerungscomputer automatisch erfolgen kann, ist es vorteilhaft wenn alle Freiheitsgrade der Lagerungsvorrichtung elektromotorisch verstellbar sind. Thus, the fine adjustment can be done automatically by the control computer, it is advantageous if all degrees of freedom of the storage device are adjustable by electric motor.

Da der Patient von vor Beginn des Positionierungs-CTs bis nach Ende der eigentlichen Bestrahlung in gleicher Haltung auf der Liege verbleibt ist es sehr wichtig, dass diese auf geeignete Weise mit einer Polsterung ausgestattet ist. Dies sollte weiterhin derart gestaltet sein, dass die Erhöhung des jeweils zu bestrahlenden Körperteils erleichtert wird und für den Patienten die bequemste unter den Umständen mögliche Lagerung geschaffen wird. Um leichter beweglich zu sein bzw. vom medizinisch-technischen Bedienungspersonal leichter bewegt werden zu können ist es von Vorteil, wenn die Liege aus leichtem Material besteht, wobei die Verwendung von Metallen nicht angezeigt ist, da diese unter Umständen nicht CT verträglich sind. Since the patient remains in the same posture from the beginning of the positioning CT until the end of the actual irradiation, it is very important that the patient is suitably equipped with a padding. This should continue to be designed so that the increase in each case to be irradiated body part is facilitated and the patient the most comfortable storage possible under the circumstances is created. To be easier to move or easier to be moved by the medical-technical operating personnel, it is advantageous if the couch is made of lightweight material, the use of metals is not indicated, since they may not be compatible with CT.

Die vor der Feinjustierung nötige Grobpositionierung der Lagerungsvorrichtung als Ganzes erfolgt durch das Bedienpersonal und zwar anhand von auf dem Boden angezeigter Markierungen, vorzugsweise von einem Laser projizierte Leuchtmarkierungen. The necessary prior to the fine adjustment coarse positioning of the storage device as a whole is carried out by the operator on the basis of displayed on the ground markers, preferably projected by a laser light markings.

Die daran anschließende Feinjustierung erfolgt vorteilhafterweise automatisch durch den Steuerungscomputer und zwar mittels des folgenden Regelkreises:
Die Laserscanner erstellen ein Bild der Körperoberfläche des Patienten, welches dann vom Steuerungscomputer ausgewertet wird um die Ist-Position des Patienten zu bestimmen. Unter Hinzunahme der zuvor ermittelten Position des Tumors im Körper des Patienten erfolgt dann vom Steuercomputer die Berechnung der absoluten (Ist-)Position des Tumors im Raum und Vergleich mit einer Soll-Position, die dem Schnittpunkt von Drehachse der Lagerungsvorrichtung und Isozentrum des Therapiestrahls entspricht. Aus diesen ergibt sich durch Differenzbildung ein Verschiebungsvektor, um den die Position der Lagerungsvorrichtung zu korrigieren ist, damit der Tumor in der oben definierten Soll-Position zu liegen kommt. Der Steuerungscomputer übermittelt einen dahin gerichteten Impuls an die Schrittmotoren der Lagerungsvorrichtung. Nach dieser Repositionierung erfolgt eine erneute Bildaufnahme durch den Laserscanner und eine erneute Berechnung und Ausführung eines Verschiebevektors. Dies wird solange fortgesetzt bis die Positionsabweichung innerhalb gewünschter Toleranzen liegen, üblicherweise sind dies +/–0,5 mm. The subsequent fine adjustment is advantageously carried out automatically by the control computer by means of the following control loop:
The laser scanners create an image of the body surface of the patient, which is then evaluated by the control computer to determine the actual position of the patient. By adding the previously determined position of the tumor in the patient's body, the control computer then calculates the absolute (actual) position of the tumor in space and compares it with a desired position corresponding to the point of intersection of the axis of rotation of the storage device and isocenter of the therapeutic beam. From these results by subtraction, a displacement vector by which the position of the storage device is to be corrected so that the tumor comes to rest in the above-defined desired position. The control computer transmits a pulse directed thereto to the stepper motors of the storage device. After this repositioning takes place a new image acquisition by the laser scanner and a new calculation and execution of a displacement vector. This is continued until the position deviation is within desired tolerances, usually +/- 0.5 mm.

Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus den im Folgenden unter Bezugnahme auf die Abbildungen näher ausgeführten bevorzugten Ausführungsbeispielen. Dies dient nur der Illustration und sollen die vorliegende Erfindung in keiner Weise einschränken. Other features and advantages will become apparent from the following with reference to the Illustrative illustrations of preferred embodiments. This is for illustration only and is not intended to limit the present invention in any way.

Es folgt eine kurze Beschreibung der Abbildungen. Es zeigen Below is a brief description of the illustrations. Show it

1: Schematische Darstellung der im hier offenbarten Verfahren zur Positionierung und Lagerung von Tumorpatienten verwendeten Komponenten anhand des Beispiels einer Prostatabestrahlung. 1 : Schematic representation of the components used in the herein disclosed method for positioning and storage of tumor patients using the example of a prostate radiation.

2: Zwei schematische Seitenansichten eines Patienten in halbsitzender Lage mit rekliniertem Kopf zur Bestrahlung des Hals-Kopf-Bereichs auf einer Lagerungsvorrichtung liegend die ebenfalls um die Hochachse drehbar ist. 2 Two schematic side views of a patient in a semi-sitting position with reclined head for irradiation of the neck-head area on a storage device which is also rotatable about the vertical axis.

3: Ein Patient in Bauchlage auf eine entsprechend eingestellte Lagerungsvorrichtung die das Becken erhöht und die Beine bzw. den Oberkörper in abgesenkter Position lagern lassen. 3 : A patient lying prone on an appropriately adjusted storage device that raises the pelvis and allows the legs or upper body to be stored in a lowered position.

1 zeigt ein Behandlungszimmer 10 enthaltend einen Markierungslaser 16 zur Projektion von Leuchtmarkierungen anhand derer die Grobpositionierung der Lagerungsvorrichtung erfolgt, weiterhin zwei an der Decke installierte Laserscanner 11, die die Kontur des Patienten ermitteln und an den Steuerungscomputer 17 weitergeben, die Strahlenquelle 20, die einen in konstante Richtung einfallenden Strahl emittieren kann, die Patientenlagerungsvorrichtung 12 bestehend aus einer Liegefläche (13) und einem Standfuß (14) verbunden durch einen Pfosten (15) mit integriertem Drehgelenk. Nicht gezeigt ist der CT-Scanner mittels dessen die vor Beginn der Behandlung nötige Positionierungsaufnahme erfolgt. 1 shows a treatment room 10 containing a marking laser 16 for the projection of luminous marks on the basis of which the coarse positioning of the storage device is carried out, two laser scanners installed on the ceiling 11 , which determine the contour of the patient and the control computer 17 pass on, the radiation source 20 which can emit a beam incident in a constant direction, the patient support apparatus 12 consisting of a lying surface ( 13 ) and a pedestal ( 14 ) connected by a post ( 15 ) with integrated swivel joint. Not shown is the CT scanner by means of which the necessary prior to the start of treatment positioning recording.

2 und 3 zeigen die Anwendung der drehbaren Lagerungsvorrichtung 12 als Gantryersatz, einmal am Beispiel einer Bestrahlung eines Tumors im Kopf-Halsbereich (2) und einmal bei der Bestrahlung des Rektalbereichs, z.B. zur Behandlung eines Prostatatumors (3). Zu sehen ist jeweils eine schematische Darstellung der Strahlquelle und, als Linie angedeutet, des daraus austretenden und sich geradlinig ausbreitenden Therapiestrahls. In 2 ist der Patient in halbsitzender Haltung mit teilweise rekliniertem Kopf, in 3 in Bauchlage mit erhöhtem Becken und abgesenkten Beinen und Oberkörper auf der Liege 13 gelagert. In beiden Fällen ermöglicht dies einerseits eine gute Zugänglichkeit der Tumorregion für den therapeutischen Partikelstrahl, gestattet aber andererseits trotzdem noch eine Abbildung der relevanten Körperregion in einem CT Scanner. Durch die jeweils mittels eines geschwungenen Pfeils angedeuteten Rotationsfreiheitsgrades lässt sich zum einen eine kontinuierliche Drehung der Liege um die Hochachse während der Bestrahlung wird eine gleichmäßige, rotationssymmetrische Dosisverteilung innerhalb des Tumors erreichen oder aber einfach nur ein optimaler Zugang zum Zielvolumen unter Vermeidung von gesundem Gewebe, insbesondere strahlungsempfindlichen Risikoorganen finden. Beide Vorteile werden im Stand der Technik durch Rotation der in Form einer Gantry ausgeführten Strahlquelle um den Patienten erreicht, die den Nachteil eines hohen konstruktiven Aufwandes und damit verbundener Kosten mit sich bringt. 2 and 3 show the application of the rotatable storage device 12 as gantry replacement, once with the example of an irradiation of a tumor in the head and neck area ( 2 ) and once during the irradiation of the rectal area, eg for the treatment of a prostate tumor ( 3 ). In each case, a schematic representation of the beam source and, indicated as a line, the emerging from it and straight propagating therapy beam. In 2 the patient is in a semi-sitting posture with partially reclined head, in 3 in prone position with raised pelvis and lowered legs and upper body on the couch 13 stored. In both cases, this allows on the one hand a good accessibility of the tumor region for the therapeutic particle beam, but on the other hand still allows imaging of the relevant body region in a CT scanner. By the rotational degree of freedom indicated in each case by means of a curved arrow, on the one hand a continuous rotation of the couch about the vertical axis during irradiation will achieve a uniform, rotationally symmetric dose distribution within the tumor or else just optimal access to the target volume while avoiding healthy tissue, in particular find radiation-sensitive organs at risk. Both advantages are achieved in the prior art by rotating the executed in the form of a gantry beam source to the patient, which brings with it the disadvantage of high design complexity and associated costs.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

10 10: Therapieraum therapy room
11 11: Laserscanner laser scanner
12 12: Patientenlagerungsvorrichtung Patient support device
13 13: Liegefläche lying area
14 14: Standfuß/Fundament Base / foundation
15 15: Verbindungselement, frei drehbar um Hochachse Connecting element, freely rotatable about vertical axis
16 16: Markierungslaser laser marking
17 17: Steuerungscomputer control computer
18 18: Patient patient
19 19: Isozentrum isocenter
20 20: Strahlquelle beam source
28 28: Strahlbahn beam track

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 1524012 [0006]
DE 102005041606 [0007]
DE 102007026114 A [0007]

Claims

Contraption ( 12 ) for storing and positioning tumor patients relative to a particle beam incident from a fixed direction, comprising - a patient couch ( 13 ) - a pedestal or foundation ( 14 ) - a pressure-stable mechanical connecting element between couch ( 13 ) and stand ( 14 ), characterized in that - the patient couch ( 13 ) is adjustable so that the storage of patients in different postures is possible - a body part of the patient to be irradiated is maximally increased storable - the device ( 12 ) as a whole is movable or displaceable - the couch ( 13 ) relative to the base ( 14 ) is translatable along three linearly independent, preferably orthogonal, directions and is rotatable about at least one axis that is not parallel to the ground

Apparatus according to claim 1, characterized in that the position of the lying surface relative to the axis of rotation is adjustable so that the tumor center can be placed in the axis of rotation.

Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the lying surface consists of articulated connected segments.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that a patient can be stored in lying on the back, half-sitting or lying on the stomach attitude.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the axis of rotation is the vertical axis.

Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the storage device allows rotation about the cranio-caudal axis of a semi-sitting patient.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that a translation of the couch ( 13 ) relative to the base ( 14 ) in the X, Y or Z direction is possible.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the movement of the storage device takes place in all degrees of freedom by an electric motor.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that it consists of a CT compatible lightweight material.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the setting accuracy of the storage device in all degrees of freedom is significantly better than the usual treated tumors (one to several centimeters).

Method for storing and positioning tumor patients relative to a particle beam incident from a fixed direction, comprising - a patient positioning device ( 12 ) according to one of the preceding claims - a CT scanner - a laser surface scanner ( 11 ) - and a control computer ( 17 ) characterized in that - the patient is stored on the storage device in an optimal position for the irradiation of the tumor in which the body part to be irradiated is increased - the patient thus stored is placed in a CT scanner, where by means of a CT scan the exact Position of the tumor is determined within the body of the patient, ie stored within a limited volume of the CT scanner maximally increased - the still stored in unaltered posture patient is pushed together with the storage device in the beam path - there then by taking pictures of the laser scanner ( 17 ) the exact position of the patient is adjusted so that the tumor in the isocenter ( 9 ) of the particle beam is located

A method according to claim 12, characterized in that the Einjustierung takes place by means of a control loop in which a laser scan image is created by the control computer with the addition of known from the CT scan position of the tumor within the body, the absolute actual position of the tumor is determined in space and then a necessary displacement is calculated by comparison with a desired position, by means of which a readjustment of the position of the patient couch ( 13 ) relative to the base ( 14 ), and this is repeated until the accuracy of the positioning is within a desired tolerance.

Method according to one of claims 12 or 13, characterized in that the coarse positioning is carried out by operating personnel based on markings on the floor

A method according to claim 14, characterized in that the markings are luminescent markings which are generated and displayed by means of a suitable device, preferably a marking laser.