Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine medizinische Vorrichtung
zur Bestrahlung mit geladenen Teilchen zu schaffen, die Bestrahlungen von
oben und in horizontaler Richtung ausführen kann und bei der Arbeiten
zur Vorbereitung/Überwachung
ausgeführt
werden können,
ohne dass irgendein getrennter, sich bewegender Mechanismus, wie
eine sich bewegende Kabine oder dergleichen, anzubringen wäre.
Diese
Aufgabe ist durch die Vorrichtung gemäß dem beigefügten Anspruch
1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Wei terbildungen sind Gegenstand
abhängiger
Ansprüche
2 bis 7.
Wenn
es wünschenswert
ist, Bestrahlung von oben her auf seitlich (im Wesentlichen horizontale
Richtung) in einem Zustand, in dem ein Patient mit dem Gesicht nach
oben liegt, zu ermöglichen,
reicht eine Bestrahlungsvorrichtung aus, bei der die Bestrahlungsrichtung
von oben nach rechts oder links in im Wesentlichen horizontaler
Richtung in Bezug auf einen betroffenen Teil variiert werden kann
(anders gesagt, beträgt
der Variationsbereich z. B. 90°),
vorausgesetzt, dass die Bestrahlung so ausgeführt wird, dass die Positionen
des Kopfs und der Füße vertauscht
werden, wenn der Patient liegt.
Bei
einem Variationsbereich 90° befindet sich
beim oben genannten Stand der Technik das Patientenbett bei der
Bestrahlung von oben in der niedrigsten Position, und es befindet
sich bei horizontaler Bestrahlung, in der der drehbare Bestrahlungskörper um
90° gedreht
ist, in einer Querposition, mit dem Ergebnis, dass der Abstand, über den
das Patientenbett von der niedrigsten in die Querposition ansteigt, z.
B. ungefähr
2,5 m beträgt,
was im Wesentlichen dem Radius des drehbaren Bestrahlungskörpers entspricht.
Demgegenüber ist
gemäß der Erfindung
die Bestrahlungsachse der Bestrahlungsfeld-Erzeugungseinrichtung
exzentrisch gemacht, um ausgehend vom Rotationszentrum in verschiedene
Positionen zu laufen (anders gesagt, dreht sich die Bestrahlungsachse
um einen vorbestimmten Winkel, um das Rotationszentrum nicht zu
schneiden), wodurch die Position des Patientenbetts bei Bestrahlung
von oben nicht die niedrigste Position ist wie beim oben genannten
Stand der Technik, sondern das Bett um einen Weg, der der oben genannten
Exzentrizität
entspricht, etwas in eine Position angehoben werden kann, die in
einer beliebigen Richtung quer zur niedrigsten Position liegt. Auch
kann entsprechend dafür gesorgt
werden, dass die Position des Patientenbetts bei horizontaler Bestrahlung
einer solchen Position entspricht, die etwas niedriger als die andere
Querposition liegt, abweichend von derjenigen Querposition (der
anderen Querposition gemäß dem Obigen) beim
oben genannten Stand der Technik. D. h., dass sich das Patientenbett,
wenn der drehbare Bestrahlungskörper
gedreht wird, um es von einer Position bei Bestrahlung von oben
in eine Position bei horizontaler Bestrahlung zu verstellen, wie
folgt bewegt: Position bei Bestrahlung von oben allmähliches
Absenken in die niedrigste Position → allmähliches Ansteigen in die Position
bei horizontaler Bestrahlung. Auf diese Weise kann, da die Position
des Patientenbetts bei Bestrahlung von oben und diejenige bei horizontaler
Bestrahlung nicht die niedrigsten Positionen sind, sondern sie etwas
höher liegen
können,
die Änderung
(anders gesagt, Höhendifferenz
zwischen der niedrigsten Position und der Position bei Bestrahlung
von oben oder bei horizontaler Bestrahlung) der Höhenposition
des Patientenbetts bei Verstellungen, d. h. der Position bei Bestrahlung
von oben der niedrigsten Position → der Position bei horizontaler
Bestrahlung, demgemäß beträchtlich
verringert werden.
Indessen
sorgt, im drehbaren Bestrahlungskörper, die Transportanordnung
dafür,
dass Strahlen geladener Teilchen z. B. in einem diametralen Zentrum
(Rotationsachse des drehbaren Bestrahlungskörpers) eingespeist werden,
die Strahlen einmal zu einer diametral äußeren Umfangsseite gelenkt
(nach oben verschwenkt) werden, dann die Strahlen für einen
vorbestimmten Weg in der axialen Richtung des drehbaren Bestrahlungskörpers transportiert
werden, und dann die Strahlen wiederum zur diametral inneren Umfangsseite
des drehbaren Bestrahlungskörpers
am distalen Ende gelenkt werden, um sie in die Bestrahlungsfeld-Erzeugungseinrichtung
einzuspeisen. Entlang dem Strahltransportpfad sind mehrere ablenkende
Elektromagnete vorhanden, um die Strahlen zu lenken (abzulenken).
Bei
einem derartigen Aufbau ist, wenn das Patientenbett im Rotationszentrum
des drehbaren Bestrahlungskörpers
angeordnet ist und die Bestrahlungsfeld-Erzeugungseinrichtung an
der diametral äußeren Umfangsseite
derselben angeordnet ist, das distale Ende der Transportanordnung
näher an
der diametral äußeren Umfangsseite
desselben positioniert als die Bestrahlungsfeld-Erzeugungseinrichtung,
um Strahlen in die letztere einzuspeisen. Im Ergebnis ist die Transporteinrichtung
so geformt, dass sie zur diametral äußeren Umfangsseite des drehbaren
Bestrahlungskörpers
beträchtlich
vergrößert ist, so
dass der drehbare Bestrahlungskörper
vergrößerten Rotationsdurchmesser
aufweist.
Hierbei
ist, gemäß der Erfindung,
das Patientenbett an der Seite der Transporteinrichtung entgegengesetzt
zur Rotationsachse angeordnet, genauer gesagt, auf der Seite der
Transporteinrichtung entgegengesetzt zu einer Ebene, die die Rotationsachse enthält und die
im Wesentlichen rechtwinklig zur Bestrahlungsachse verläuft. Dadurch
kann die Bestrahlungsfeld-Erzeugungseinrichtung ebenfalls um einen Weg,
um den das Patientenbett zur entgegengesetzten Seite der Transporteinrichtung
versetzt ist, zur entgegengesetzten Seite der Transporteinrichtung versetzt
werden, mit dem Ergebnis, dass die oben genannte Vergrößerung zur
zugehörigen
diametral äußeren Umfangsseite
verringert werden kann. Im Ergebnis kann der drehbare Bestrahlungskörper hinsichtlich
des Rotationsdurchmessers um diesen Weg verkleinert werden.
Wie
oben beschrieben, ist, gemäß der der Erfindung,
der oben genannte Effekt des Verringerns des Rotationsdurchmessers
des drehbaren Bestrahlungskörpers
zum Effekt des Unterdrückens
der Höhenänderung
der Position des Bestrahlungskörpers zwischen
der Position bei Bestrahlung von oben und der Position bei horizontaler
Bestrahlung hinzugefügt,
wobei durch den gemeinsamen Effekt die Höhenänderung des Patientenbetts
(Höhendifferenz) dadurch
auf z. B. ungefähr
1,5 m maximal verringert werden kann, wenn die Positionen jeweiliger
Teile, wie die exzentrische Abmessung oder dergleichen, geeignet
eingestellt werden. Dadurch kann selbst in einem Zustand, in dem
sich das Patientenbett in der höchsten
Position (z. B. der Position bei Bestrahlung von oben oder der Position
bei horizontaler Bestrahlung) befindet, ein Arzt oder Techniker
Arbeiten zur Vorbereitung/Überwachung
eines Bestrahlungsvorgangs oder dergleichen ausführen, während er auf dem Boden steht,
ohne dass irgendeine spezielle Vorrichtung erforderlich wäre, so dass
die Zweckdienlichkeit beträchtlich
verbessert ist. Auch kann die Sicherheit des Patienten verbessert
werden, da die Höhenposition
des Patientenbetts verringert ist.
Durch
die Maßnahme
gemäß dem beigefügten Anspruch
2 kann das Patientenbett dadurch horizontal gehalten werden, dass
es abhängig
von der Rotationsposition des drehbaren Bestrahlungskörpers geeignet
verdreht wird. Auch wird der Effekt erzeugt, dass die relative Positionsgenauigkeit
zwischen einem Zielpunkt für
einen betroffenen Teil und dem tatsächlichen Bestrahlungspunkt
bei der Bestrahlung auf einem hohen Wert gehalten werden kann.
Durch
die Maßnahme
gemäß dem beigefügten Anspruch
3 kann das Patientenbett leicht horizontal gehalten werden, da der
Schwerpunkt desselben unter die Aufhängungsposition abgesenkt werden kann.
Auch ist das Bett schwer gemacht, wodurch es die Funktion eines
Gegengewichts für
die Transportein richtung in Bezug auf die Rotationsachse des drehbaren
Patientenbetts ausüben
kann.
Durch
die Maßnahme
gemäß dem beigefügten Anspruch
4 ist es möglich,
das Patientenbett zwangsweise und sicher horizontal oder auf einem vorbestimmten
Winkel zu halten.
Durch
eine Konstruktion gemäß dem beigefügten Anspruch
5, bei der die Rotationsachse des drehbaren Bestrahlungskörpers durch
ein drehbares Achsenelement gebildet ist, ist es möglich, eine
Verformung, wie eine Verbiegung oder dergleichen, aufgrund des Gewichts
großer,
schwerer Elemente, wie der Transporteinrichtung, der Bestrahlungsfeld-Erzeugungseinrichtung
oder dergleichen, im Vergleich zu demjenigen Fall beträchtlich
zu verringern, in dem derartige große, schwere Elemente durch
einen im Wesentlichen zylindrischen, drehbaren Rahmen gehalten werden,
der mit keinem Achsenelement versehen ist. Dadurch ist es möglich, eine
Beeinträchtigung
der relativen Positionsgenauigkeit zwischen dem Zielpunkt und dem
Bestrahlungspunkt, wozu es durch eine Verbiegung oder dergleichen
kommt, zu verhindern und eine Verbesserung bei der Genauigkeit der
Bestrahlung zu erzielen. Auch ermöglicht es die mit einem Schaftelement
versehene Konstruktion, dass das Schaftelement die Last aller Elemente des
drehbaren Bestrahlungskörpers
hält, wodurch die
diametrale Abmessung desselben im Vergleich zum Fall verringert
werden kann, bei dem die Lagerung durch einen im Wesentlichen zylindrischen, drehbaren
Rahmen erfolgt, der mit keinem Achsenelement versehen ist.
Gemäß dem beigefügten Anspruch
6 ist es von Vorteil, die Drehung des eben genannten Achsenelements
zu überwachen,
um eine Rotationsantriebseinrichtung entsprechend zu steuern.
Die
Erfindung wird nachfolgend anhand von durch Figuren ver anschaulichten
Ausführungsformen
näher beschrieben.
1 ist
eine Vorderansicht, die schematisch den Gesamtaufbau einer medizinischen
Vorrichtung zur Bestrahlung mit geladenen Teilchen (nachfolgend
als Bestrahlungsvorrichtung bezeichnet) gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung zeigt;
2 ist
eine schematische Ansicht, die den Gesamtaufbau eines therapeutischen
Systems zur Bestrahlung mit geladenen Teilchen zeigt, das mit der Bestrahlungsvorrichtung
gemäß der 1 versehen ist;
3A ist
eine Ansicht zum Veranschaulichen eines Zustands, bei dem eine vertikale
Bestrahlung ausgeführt
wird;
3B ist
eine Ansicht zum Veranschaulichen eines Zustands, bei dem eine horizontale
Bestrahlung ausgeführt
wird;
4 ist
eine Ansicht, die einen Detailaufbau in Zusammenhang mit einem Drehantrieb
eines Vorrichtungsgerüsts
und einem wesentlichen Teil des in der 1 dargestellten
Aufbaus zeigt;
5 ist
eine vergrößerte Ansicht
eines in der 2 dargestellten Teils B, der
für eine
detaillierte Haltekonstruktion für
ein Patientenbett repräsentativ
ist;
6A ist
eine Ansicht zum Veranschaulichen eines Aufbaus nahe einer Verbindung
zwischen einem Patientenbett und einer Bestrahlungsfeld-Erzeugungseinrichtung
bei vertikaler Bestrahlung;
6B ist
eine Konstruktionszeichnung, die für den Aufbau nahe der Verbindung
zwischen dem Patientenbett und der Be strahlungsfeld-Erzeugungseinrichtung
bei horizontaler Bestrahlung repräsentativ ist;
7 ist
eine schematische Ansicht, die einen Pfad von Strahlen im Vorrichtungsgerüst zeigt;
8A ist
eine schematische Ansicht, die ein Vergleichsbeispiel zeigt, bei
dem ein Patientenbett an einer Position auf einer Rotationsachse
eines Vorrichtungsgerüsts
in einem drehbaren Rahmen angeordnet ist; und
8B ist
eine schematische Ansicht, die ein Vergleichsbeispiel zeigt, bei
dem eine Bestrahlungsachse durch eine Rotationsachse eines Vorrichtungsgerüsts verläuft.
Beim
in der 2 schematisch dargestellten therapeutischen Bestrahlungssystem
werden Strahlen geladener Teilchen (nachfolgend einfach als Strahlen
bezeichnet), die durch eine Vorrichtung 101 zur Erzeugung
geladener Teilchen (= Beschleunigungsvorrichtung, bei diesem Beispiel
ein Synchrotron, jedoch kann es sich um eine andere Beschleunigungsvorrichtung
wie ein Zyklotron oder dergleichen handeln) entsprechend einem Behandlungsplan,
wie er in einer Behandlungsplanungsvorrichtung 103 abgelegt
ist, unter Steuerung durch eine Steuerungsvorrichtung 100 durch
eine Bestrahlungsvorrichtung 102 abgestrahlt, um auf einen
betroffenen Teil eines Patienten K gestrahlt zu werden. Die Bestrahlungsvorrichtung 102 dreht
sich um eine Rotationsachse (die später beschrieben wird), um Strahlen
aus mehreren Richtungen auf den betroffenen Teil strahlen zu können.
(1) Aufbau eines Synchrotrons 101
Das
Synchrotron 101 verfügt über eine Hochfrequenz-Anlegevorrichtung 111 zum
Vergrößern einer
Betatron-Schwingungsam plitude von Strahlen durch Anlegen eines Magnetfelds
hoher Frequenz und eines elektrischen Felds (das nachfolgend als
hochfrequentes elektromagnetisches Feld bezeichnet wird) an Strahlen,
ablenkende Elektromagnete 112 zum Ablenken von Strahlbahnen,
vierpolige Elektromagnete 113 zum Steuern von Betatronschwingungen
von Strahlen, sechspolige Elektromagnete 114 zum Erregen
von Resonanz bei der Strahlemission, einen Hochfrequenz-Beschleunigungshohlraum 115 zum
Abgeben von Energie, d. h. zum Beschleunigen von Strahlen, einen
Injektor 116 zum Einspeisen von Strahlen in das Synchrotron 101 sowie
Emissionsablenker 117 zum Emittieren von Strahlen aus dem
Synchrotron 101.
Wenn
die Steuerungsvorrichtung 100 einen Emissionsbefehl an
einen Vorbeschleuniger 104 liefert, emittiert dieser entsprechend
Strahlen niedriger Energie, die durch ein Strahltransportsystem
zum Injektor 116 des Synchrotrons 101 geleitet
werden, um sie in dieses einzuspeisen. Der Pfad der eingespeisten
Strahlen wird durch die ablenkenden Elektromagnete 112 so
abgelenkt, dass er im Synchrotron 101 umläuft. Dabei
laufen die Strahlen innerhalb des Synchrotrons 101 um,
während
durch die vierpoligen Elektromagnete 113 für Betatronschwingung
gesorgt wird, deren Zahl durch das Erregungsausmaß der vierpoligen
Elektromagnete 113 geeignet gesteuert wird, wodurch Strahlen
auf stabile Weise innerhalb des Synchrotrons 101 umlaufen.
Der Hochfrequenz-Beschleunigungshohlraum 115 legt ein hochfrequentes
elektrisches Feld an die Strahlen an, während sie umlaufen, wodurch
an diese Energie zu ihrer Beschleunigung übertragen wird, so dass ihre
Energie zunimmt.
Wenn
die Energie der innerhalb des Synchrotrons 101 umlaufenden
Strahlen bis auf eine vorbestimmte Energie E angehoben ist, wird
das Zuführen
von Energie an die Strahlen durch den Hochfrequenz-Beschleunigungshohlraum 115 eingestellt, der
Umlaufbahngradient der Strahlen wird durch bekannte Steuerung mittels
der vierpoligen Elektromagnete 113, der sechspoligen Elektromagnete 114 und der
Hochfrequenz-Anlegevorrichtung 111 variiert, um für Resonanz
zum schnellen Erhöhen
der Betatron-Schwingungsamplitude zu sorgen, und die Emissionsablenker 117 sorgen
dafür,
dass das Synchrotron 101 Strahlen emittiert.
Beim
obigen Betrieb des Synchrotrons 101 bestimmt die Steuerungsvorrichtung 100 die
Energie E von Strahlen, die entlang vorbestimmten Bestrahlungsrichtungen
(in mehreren Richtungen abgestrahlt) auf einen betroffenen Teil
gestrahlt werden, auf Grundlage der Tiefe des betroffenen Teils,
wie sie über
die Behandlungsplanungsvorrichtung (die später detailliert beschrieben
wird) 103 eingegeben wird. Auch werden Muster von Werten
des Stroms, wie er jeweils den ablenkenden Elektromagneten 112,
den vierpoligen Elektromagneten 113 und dem Hochfrequenz-Beschleunigungshohlraum 115 zugeführt wird und
dazu erforderlich ist, Strahlen im Synchrotron 101 auf
die Energie E zu beschleunigen, und Werte des Stroms, wie er der
Hochfrequenz-Anlegevorrichtung 111 und den sechspoligen
Elektromagneten 114 zugeführt wird und zum Emittieren
von Strahlen der Energie E erforderlich ist, berechnet. Die jeweiligen berechneten
Stromstärken
entsprechen der Energie E jeder Vorrichtung, wie sie in einer Speichereinrichtung
in der Steuerungsvorrichtung 100 abzuspeichern sind, um
bei der Beschleunigung oder der Emission an eine Spannungsquelle 108 oder
eine Spannungsquelle 109 ausgegeben zu werden.
(2) Aufbau einer Bestrahlungsvorrichtung 102
Ein
wesentlicher Teil der Erfindung betrifft die Bestrahlungsvorrichtung 102.
Nachfolgend werden Einzelheiten dieser Vorrichtung beschrieben.
Die 1 ist
eine Vorderansicht, die schematisch den Gesamtaufbau der Bestrahlungsvorrichtung 102 zeigt
(jedoch sind in dieser Figur ein Motor 9 zum drehenden
Antreiben eines später
beschriebenen Vorrichtungsgerüsts
und der zugehörige
Peripherieaufbau weggelassen). Gemäß den 1 und 2 verfügt die Bestrahlungsvorrichtung 102 über ein
Vorrichtungsgerüst
(drehbarer Bestrahlungskörper 1),
das mit einer Transportanordnung 4, einer Bestrahlungsfeld-Erzeugungsvorrichtung 5 und
einer drehbaren Haltekonstruktion 3, einem Drehzapfen 13,
der am Vorrichtungsgerüst 1 befestigt
ist und dessen Mittelachse das Rotationszentrum 2 (Rotationsachse)
des Vorrichtungsgerüsts 1 bestimmt,
ein Patientenbett 8, das an der Bestrahlungsfeld-Erzeugungsvorrichtung 5 hängt und
von dieser herabhängt,
einen Halterahmen 14 zum drehbaren Halten des Drehzapfens 13 und
einen Vorrichtungsgerüst-Drehantriebsmotor 9 zum
Erzeugen einer drehenden Antriebskraft für den Drehzapfen 13.
Die
am Vorrichtungsgerüst
vorhandene Transportanordnung 4 verfügt z. B. über ablenkende Elektromagnete,
vierpolige Elektromagnete oder dergleichen (diese sind alle aus
der Figur weggelassen), und sie erlaubt es, vom Synchrotron 101 emittierte Strahlen
koaxial zum Rotationszentrum 2 (Rotationsachse) des Vorrichtungsgerüsts einzuspeisen.
Die eingespeisten Strahlen werden durch die ablenkenden Elektromagnete
zunächst
auf eine Bahn abgelenkt, um auf eine Seite der Bestrahlungsfeld-Erzeugungsvorrichtung 5 transportiert
zu werden, wobei die Betatronschwingung durch die vierpoligen Elektromagnete
eingestellt wird.
Auch
verfügt
die Bestrahlungsfeld-Erzeugungsvorrichtung 5 z. B. über Scan-Elektromagnete, einen
Streukörper,
ein Kantenfilter, einen Bolus, einen Kollimator oder dergleichen
(diese sind alle aus der Figur weggelassen), um ein Bestrahlungsfeld
zu erzeugen, bei dem die Intensität und die Konfi guration von
Strahlen Werte einnehmen, wie sie durch die Behandlungsplanungsvorrichtung 103 eingestellt werden.
D. h., dass in die Bestrahlungsfeld-Erzeugungsvorrichtung 5 geleitete
Strahlung als Erstes zwischen den Magnetpolen der Scan-Elektromagnete durchlaufen,
um auf solche Weise abgelenkt zu werden, dass für kreisförmiges Scannen an einer Position
des betroffenen Teils gesorgt wird, wobei sie dann durch den Streukörper für eine Vergrößerung des
Durchmessers gestreut werden, woraufhin das Kantenfilter den Strahlen
eine Energieverteilung verleiht, die an die Dicke des betroffenen
Teils angepasst ist. Danach werden die Strahlen in den Bolus eingeführt, um
eine Energieverteilung zu erzeugen, die an die untere Konfiguration
des betroffenen Teils angepasst ist, und sie werden ferner zur horizontalen Konfiguration
des betroffenen Teils geformt, um auf diesen gestrahlt zu werden.
Dabei
ist, gemäß einem
Merkmal der Erfindung, die Bestrahlungsfeld-Erzeugungsvorrichtung 5 exzentrisch
(im Wesentlichen vertikal in einer später beschriebenen Rotationsbezugsposition
(in der 1 dargestellter Zustand)) so
angeordnet, dass ihre Bestrahlungsachse 6 an einer anderen
Position als dem Rotationszentrum 2 des Vorrichtungsgerüst 1 durchläuft (d.
h., sie läuft
nicht durch das Rotationszentrum 2). Auch verschwenkt die
Transportanordnung 4, wenn sie sich in der Rotationsbezugsposition befindet,
vom Synchrotron 101 einfallende Strahlen entsprechend schräg nach oben
zu einem radial äußeren Umfang,
sie transportiert dann die Strahlen in axialer Richtung des Vorrichtungsgerüsts 1 und
sie lenkt die Strahlen am distalen Ende im Wesentlichen vertikal
nach unten, um dafür
zu sorgen, dass sie auf die Bestrahlungsfeld-Erzeugungsvorrichtung 5 fallen. Außerdem ist
ein Gegengewicht 12, das für die Einstellung eines Gewichtsausgleichs
sorgen soll, an der Seite des Drehzapfens 13 befestigt,
die vom Vorrichtungsgerüst 1 abgewandt
ist.
Die
Transportanordnung 4 und die Bestrahlungsfeld-Erzeugungsvorrichtung 5 sind
an der Rotationshaltekonstruktion 3 angebracht, die am
Drehzapfen 13 befestigt ist (alternativ kann der Zapfen 13 am
Halterahmen 14 befestigt sein, und die Rotationshaltekonstruktion 3 kann
so gelagert sein, dass sie um den Drehzapfen 13 drehbar
ist). Dadurch ist das Vorrichtungsgerüst 1 mit dem Drehzapfen 13,
der Rotationshaltekonstruktion 3, der Transportanordnung 4 und
der Bestrahlungsfeld-Erzeugungsvorrichtung 5 einstückig so
ausgebildet, dass es um das Rotationszentrum 2 gedreht
werden kann.
Bei
der Bestrahlungsvorrichtung 102 der vorliegenden Ausführungsform
kann sich das Vorrichtungsgerüst 1,
das so aufgebaut ist, dass es sich um das Rotationszentrum 2 drehen
kann, von einer vertikalen Bestrahlungsposition (= Bezugsposition,
anders gesagt, eine Position, in der die Achse des Gegengewichts 12 einen
Winkel Θ =
0° zur Horizontalen bildet;
siehe die später
beschriebene 3A), in der die Bestrahlungsachse 6 in
der Bestrahlungsfeld-Erzeugungsvorrichtung 5, wie in der 1 dargestellt, vertikal
wird, in eine horizontale Bestrahlungsposition (siehe die später beschriebene 3B;
anders gesagt, eine Position mit Θ = 90°), in der es um 90° in der Uhrzeigerrichtung,
wie in der 1 gesehen, verdreht ist, um
die Bestrahlungsachse 6 horizontal zu stellen, drehen.
Dadurch ist es möglich,
eine Bestrahlung in einer Richtung im Bereich von einer Bestrahlung
eines auf dem Patientenbett 8 liegenden Patienten K von
vertikal oben (entsprechend Θ =
0° in der 3A)
bis zu einer Bestrahlung von rechts oder links her (rechts beim
Beispiel der 1, 3B) auszuführen. Dabei
sind, da Bestrahlung in einer Richtung im Bereich von einer Bestrahlung
eines auf dem Patientenbett 8 liegenden Patienten K von
vertikal oben bis zu einer Bestrahlung von links oder rechts her
(links in der 1) dadurch ermöglicht ist, dass
der Patient K mit Vertauschung der Lagen des Kopfs und der Füße auf dem
Patientenbett 8 liegt, die obigen Positionen kombiniert,
um eine Bestrahlung eines Patienten K aus allen Richtungen (vertikale
Bestrahlung bis horizontale Bestrahlung von rechts oder links) im
Bereich von 180° zu
ermöglichen.
Außerdem ist
bei der vorliegenden Ausführungsform
die Rotationsbezugsposition mit Θ =
0° so eingestellt,
dass, wie es in der 1 dargestellt ist, die Höhe von einer
Installationsfläche
D bis zum Patientenbett 8 bei der Position Θ = 45° minimal
ist und bei den Positionen Θ =
0° und Θ = 90° maximal
ist (die Positionen liegen auf demselben Niveau). Der Patient K
besteigt oder verlässt
das Patientenbett 8 in der Position (Θ = 45°), in der die Höhe desselben
minimal ist.
Gemäß der 4 kann
dadurch eine Antriebskraft auf den Drehzapfen 13 übertragen
werden, dass z. B. eine Kette 17 oder dergleichen zwischen
einem an einem Achsende des H Drehzapfens 13 befestigten
Ritzel 15 und einem an einem Achsende (links in der 2)
eines drehbaren Achsenelements 9a des Rotationsantriebsmotors 9 für das Vorrichtungsgerüst vorhandenen
Ritzel 16 vorhanden ist, die umlaufend angetrieben wird.
Der
Rotationsantriebsmotor 9 für das Vorrichtungsgerüst ist z.
B. ein bekannter Servomotor, der durch ein von einer Rotationssteuerung 18 für das Vorrichtungsgerüst ausgegebene
Antriebsbefehlssignal auf Grundlage eines Steuersignals von der
Steuerungsvorrichtung 100 angetrieben wird. Dabei befindet
sich am anderen Achsenende (links in der 2) des drehbaren
Achsenelements 9a des Rotationsantriebsmotors 9,
koaxial einstückig
mit einem Motorteil, ein Winkelcodierer 19 zum Ausgeben eines
Impulssignals (anders gesagt, eines Erfassungssignals für die Drehzahl
des drehbaren Achsenele ments 9a) für jeweils einen bestimmten
winzigen Rotationswinkel an die Rotationssteuerung 18 für das Vorrichtungsgerüst.
Wenn
die Bestrahlungsrichtung für
den betroffenen Teil eines Patienten K vom Vorrichtungsgerüst 1 einzustellen
oder zu modifizieren ist, wird von der Steuerungsvorrichtung 100 ein
an die Bestrahlungsrichtung angepasstes Steuersignal an die Rotationssteuerung 18 ausgegeben.
Die Rotationssteuerung 18 führt eine Regelung des Rotationsantriebsmotors 9 auf
Grundlage eines Steuersignals von der Steuerungsvorrichtung 100 und
eines Erfassungssignals vom Winkelcodierer 19 so aus, dass
das Vorrichtungsgerüst 1 an
eine vorbestimmte Winkelposition gelangt. Dadurch wird das Vorrichtungsgerüst 1 drehend
in die oben genannte, eingestellte Winkelposition angetrieben, um
sich dadurch an eine Position zu bewegen, an der Strahlen aus der
oben genannten Bestrahlungsrichtung auf einen Patienten gestrahlt werden
können.
Außerdem kann
irgendwo am Vorrichtungsgerüst 1 oder
am Gegengewicht 12 ein bekannter Neigungsmesser vorhanden
sein, dessen Erfassungssignal in die Rotationssteuerung 18 für das Vorrichtungsgerüst eingegeben
wird, um den Rotationsantriebsmotor 9 auf Grundlage dieses
Signals und eines Steuersignals von der Steuerungsvorrichtung 100 zu
regeln. In jedem Fall wird das Vorrichtungsgerüst 1, wenn eine vorbestimmte
Winkelposition erreicht ist, vorzugsweise dadurch angehalten, dass
in der Drehposition eine Rotationsbremse 20 betätigt wird,
die am Außenumfang
des Ritzels 15 vorhanden ist.
Außerdem besteht
für eine
Rotationsantriebsquelle für
das Vorrichtungsgerüst 1 keine
Beschränkung
auf einen elektrischen Typ, wie den Rotationsantriebsmotor 9,
sondern es kann Hydraulikdruck, Luftdruck oder dergleichen verwendet
werden, und ein Antriebskraft-Übertragungssystem
für das Vorrichtungsgerüst kann
eine Zahnstange mit Ritzel, einen Antrieb mit mehreren Zahnrädern, ein
Band, einen Federmechanismus oder dergleichen, abweichend vom oben
genannten Riemensystem, verwenden. Für die Erfassung der Winkelpositionen
besteht keine Beschränkung
auf einen Codierer, sondern es kann jede bekannte Winkelmessvorrichtung
verwendet werden.
Das
Patientenbett 8 ist so aufgebaut, dass es drehend angetrieben
werden kann, damit es in jeder beliebigen Position des Vorrichtungsgerüsts 1 horizontal
gehalten werden kann, wobei das Vorrichtungsgerüst auf die oben beschriebene
Weise verschiedene Rotationspositionen in Bezug auf das Rotationszentrum 2 einnehmen
kann (alternativ kann das Patientenbett 8 unter einem vorbestimmten
Winkel zur Bestrahlungsachse G geneigt werden).
Gemäß der 5 sind
Bett-Rotationsantriebsmotoren 21, 21 (die an zwei
Stellen in der Längsrichtung
des Patientenbetts 8 angebracht sind) koaxial mit einer
Rotationsachse m des Patientenbetts 8 am unteren Ende der
Bestrahlungsfeld-Erzeugungsvorrichtung 5 vorhanden. Achsenden
an beiden Seiten (zentral in den Richtungen rechts und links in
der 5) der drehbaren Achsenelemente 21a der
Bett-Rotationsantriebsmotoren 21 sind in Löcher 22 eingesetzt,
die in Armabschnitten 8a des Patientenbetts 8 vorhanden
sind und an diesen durch Anschlagselemente 23 befestigt
sind, wodurch die Antriebskraft des Rotationsantriebsmotors 9 für das Vorrichtungsgerüst an das
Patientenbett 8 übertragen
wird, um eine Änderung
des relativen Rotationswinkels (anders gesagt, eine Neigung) zu
ermöglichen,
den das Patientenbett 8 relativ zur Bestrahlungsfeld-Erzeugungsvorrichtung 5 bildet.
Die
Bett-Rotationsantriebsmotoren 21 sind z. B. bekannte Servomotoren
wie der oben genannte, in der 2 darge stellte
Rotationsantriebsmotor 9 für das Vorrichtungsgerüst, und
sie werden durch ein Antriebsbefehlssignal betrieben, das von einer
Bettrotationssteuerung 24 auf Grundlage eines Steuersignals
von der Steuerungsvorrichtung 100 ausgegeben wird.
Dabei
sind an den anderen Achsenden (beide Endseiten in den Richtungen
rechts und links in der 5) der drehbaren Schaftelemente 21a der Bett-Rotationsantriebsmotoren
Winkelcodierereinheiten 19 so angebracht, dass sie koaxial
und einstückig
mit den Motorteilen vorliegen, die für jeden bestimmten winzigen
Rotationswinkel ein Impulssignal (ein Erfassungssignal für die Drehzahl
der drehbaren Achsenelemente 21a) an die Bettrotationssteuerung 24 ausgeben.
Wenn die Lage eines Patienten K auf das Einstellen oder Modifizieren
der Richtung der Bestrahlung des betroffenen Teils eines Patienten
K vom Vorrichtungsgerüst 1 einzustellen
oder zu modifizieren ist, wird an die Bettrotationssteuerung 24 von der
Steuerungsvorrichtung 100 ein Steuersignal entsprechend
der Bestrahlungsrichtung ausgegeben. Die Bettrotationssteuerung 24 führt eine
Regelung der Bett-Rotationsantriebsmotoren 21 auf Grundlage eines
Steuersignals von der Steuerungsvorrichtung 100 und eines
Erfassungssignals von den Codierereinheiten 25 in solcher
Weise aus, dass das Patientenbett 8 in eine vorbestimmte
Winkelposition in Bezug auf die Bestrahlungsfeld-Erzeugungsvorrichtung 5 gelangt.
Dadurch wird das Patientenbett 8 drehend in die oben genannte,
vorgegebene Winkelposition angetrieben, um die Lage auf eine Position
zu modifizieren, bei der Strahlen vom Vorrichtungsgerüst 1 aus
einer vorbestimmten Strahlungsrichtung auf den betroffenen Teil
gestrahlt werden können.
Außerdem kann
irgendwo am Patientenbett 8 ein bekannter Neigungsmesser
vorhanden sein, dessen Erfassungssignal in die Bettrotationssteuerung 24 eingegeben
wird, um eine Regelung der Bett-Rotationsantriebsmotoren 21 auf
Grundlage des Erfassungssignals und eines Steuersignals von der Steuerungsvorrichtung 100 auszuführen. In
jedem Fall wird, wenn eine vorbestimmte relative Winkelposition
erreicht wird, die oben genannte Regelung vorzugsweise fortgesetzt,
wobei eine Verschiebung des Schwerpunkts berücksichtigt wird, wie sie durch
eine feine Änderung
der Lage eines Patienten K hervorgerufen wird, wenn ein Patient
K auf das Patientenbett 8 gelegt wird. Auch können, um
eine Bestrahlung höherer
Qualität
auszuführen,
ein Dreiachsen-Verstellmechanismus und ein Dreiachsen-Rotationsmechanismus
am Patientenbett 8 vorhanden sein.
Außerdem besteht
für eine
Rotationsantriebsquelle für
das Patientenbett 8 keine Beschränkung auf einen elektrischen
Typ, wie die Bett-Rotationsantriebsmotoren 21, sondern
es kann hydraulischer Druck, Luftdruck oder dergleichen verwendet werden,
und ein Antriebskraft-Übertragungssystem kann
eine Zahnstange mit Ritzel, einen Antrieb mit mehreren Zahnrädern, ein
Band, ein Federmechanismus oder dergleichen, abweichend vom obigen System
mit Direktverbindung, verwenden. Für die Erfassung von Winkelpositionen
besteht keine Beschränkung
auf einen Codierer, sondern es können bekannte
Winkelmesser verwendet werden.
Außerdem ist;
gemäß einem
Merkmal der Erfindung, selbst dann, wenn sich das Vorrichtungsgerüst 1 an
einer beliebigen Position (im Bereich von Θ = 0° bis 90°) in der Rotationsrichtung befindet
und sich das Patientenbett 8 selbst an einer beliebigen Position
in Bezug auf die Bestrahlungsfeld-Erzeugungsvorrichtung in der Rotationsrichtung
befindet, das Patientenbett 8 auf der Seite entgegengesetzt zur
Transportanordnung 4 in Bezug auf eine Ebene S angeordnet,
die das oben genannte Rotationszentrum 2 enthält und im
Wesentlichen rechtwinklig zur Bestrahlungsachse 6 steht
(siehe die 1 sowie 3A und 3B).
Auch
sind dabei das Patientenbett 8 und die Bestrahlungsfeld-Erzeugungsvorrichtung 5 vorzugsweise
so aufgebaut, dass die Rotationsachse m des Patientenbetts 8 dem
tatsächlichen
Bestrahlungspunkt 7 von Strahlen, wie in den 6A und 6B dargestellt,
auch bei vertikaler Bestrahlung (in der 6A dargestellter
Zustand; entsprechend der 3A) und
bei horizontaler Bestrahlung (in der 6B dargestellter
Zustand; entsprechend der 3B) entspricht.
Ferner
ist es wünschenswert,
dass auf einer Verlängerung
der Bestrahlungsachse 6, jenseits des Patientenbetts 8 ein
Röntgenstrahlempfänger installiert
ist, der von vorne dauernd der Bestrahlungsachse 6 zugewandt
ist. Auch ist es wünschenswert;
dass Lasermarkierungen für
die Positionierung in der Nähe
eines Patienten installiert sind.
(3) Therapeutische Prozedur
durch das therapeutische System zur Bestrahlung mit geladenen Teilchen
Nachfolgend
erfolgt eine detaillierte Erläuterung
zu einer therapeutischen Prozedur mittels des auf die obige Weise
aufgebauten therapeutischen Systems zur Bestrahlung mit geladenen
Teilchen und zur Wirkung der Bestrahlungsvorrichtung 102.
Die
Behandlungsplanungsvorrichtung 103 besteht z. B. aus einem
Computer, mehreren Displays, einer Eingabevorrichtung und einer
Patientendatenbank (die Patientendatenbank kann von der Vorrichtung
getrennt sein und von dieser über
ein Netzwerk verbunden werden), und sie hat die Funktion der Unterstützung von
Behandlungsplanungsarbeiten, wie sie von einem Arzt als Schritt
vor einer tatsächlichen
Bestrahlung ausgeführt
werden. Hierbei beinhalten die Behandlungspla nungsarbeiten konkret
die Identifizierung des betroffenen Teils, die Bestimmung des Bestrahlungsbereichs
und der Bestrahlungsrichtung, die Bestimmung der Bestrahlungsdosis
für einen
Patienten, die Berechnung der Dosisverteilung in einem Patientenkörper usw.
(a) Identifizierung des
betroffenen Teils
Zum
Beispiel werden bei einer Diagnose vor einer Behandlung dreidimensionale
Bilddaten für
einen Tumor innerhalb des Körpers
vorab durch Röntgen-CT-Untersuchung
und KSR-Untersuchung erfasst. Diese Daten werden für jeden
Patienten zur Registrierung und Verwaltung als digitale Daten in der
Patientendatenbank nummeriert. Außerdem werden in der Patientendatenbank
alle Daten aufgezeichnet und verwaltet, die zur Behandlung eines
Patienten erforderlich sind; sie beinhalten Information, wie den
Patientennamen, eine Patientennummer, das Alter, die Körperlänge, das
Körpergewicht,
Daten zu medizinischer Untersuchung, den klinischen Verlauf, den
therapeutischen Verlauf, Therapeutikdaten usw. Ein Arzt kann in
geeigneter Weise auf die Patientendatenbank zugreifen, um Bilddaten
des oben genannten betroffenen Teils zu erhalten, um diesen auf
einem Display der Behandlungsplanungsvorrichtung 103 anzuzeigen,
wobei diese Bilddaten den betroffenen Teil als dreidimensionales
Bild darstellen, das aus einer beliebigen Richtung betrachtbar ist, oder
als Schnittbild, das durch Scheibenunterteilung der Bilddaten in
beliebiger Tiefe in beliebiger Richtung erhalten wird. Auch ist
die Funktion einer Unterstützung
der Identifizierung des betroffenen Teils dadurch, dass der Kontrast
jedes Bilds angehoben wird, ein Bereich mit bestimmter Gradation
als Schwellenwert herausgezeichnet wird und dergleichen, vorhanden.
Ein Arzt identifiziert den Bereich des betroffenen Teils unter Verwendung
dieser Unterstützungsfunktionen.
(b) Zeitweilige Auswahl
eines Bestrahlungsbereichs und einer Bestrahlungsrichtung
Anschließend ermittelt
ein Arzt den Bestrahlungsbereich, der den betroffenen Teil einhüllt und eine
geeignete Toleranz erlaubt, die die Möglichkeit berücksichtigt,
dass der betroffene Teil aufgrund der Atmung oder dergleichen bewegt
wird. Ferner wählt der
Arzt mehrere Bestrahlungsrichtungen (z. B. im Bereich von Θ = 0° bis 90°) aus, in
denen sich keine inneren Organe, wie das Rückgrat, befinden, die hohe
Empfindlichkeit auf radioaktive Strahlung zeigen.
(c) Bestimmung eines Bestrahlunqsfeldprofils
Auf
Grundlage mehrerer ausgewählter
Bestrahlungsrichtungen wird ein Bestrahlungsfeldbild, wie es aus
einer Bestrahlungsrichtung gesehen wird, angezeigt, und hervorgehoben
wird ein Bestrahlungsfeldprofil angezeigt, das einen gesamten Tumor abdeckt.
Auch wird ein dreidimensionales Bild angezeigt, und es werden die
Position des maximalen Querschnitts und eine dreidimensionale Konfiguration
entsprechend dem Querschnitt angezeigt. Diese Bilder werden gesondert
in mehreren Schirmen des Displays angezeigt. Dabei bilden Daten
der dreidimensionalen Konfiguration, entsprechend dem maximalen
Querschnitt oder dem Bestrahlungsfeldprofil, fundamentale Daten
(Grunddaten) für
ein Bestrahlungsfeld, das durch die Bestrahlungsfeld-Erzeugungsvorrichtung 5 umgeformt
oder korrigiert wird.
(d) Endgültige Bestimmung
der Bestrahlungsrichtung, der Bestrahlungsdosis und dergleichen
Auf
Grundlage der Information zum Bestrahlungsfeldprofil zeigt die Behandlungsplanungsvorrichtung 103 Positionen
jeweiliger Strahlungskeulenplatten des Kollimators in der Be strahlungsfeld-Erzeugungsvorrichtung
sowie das Bild des maximalen Querschnitts des Bestrahlungsfelds
in Schichten an. Dabei bestimmt ein Arzt Positionen der Strahlungskeulenplatten
auf Grundlage der Schichtbilder, und das ermittelte Ergebnis wird
prompt auf dem Schirm des Displays angezeigt. Danach simuliert die
Behandlungsplanungsvorrichtung 103, auf Grundlage von Information
zur Positionseinstellung der Strahlungskeulenplatten, eine Verteilung
der Strahlungsdosis im Körper
mittels Berechnung, um das Ergebnis der berechneten Verteilung der
Strahlungsdosis auf dem Display anzuzeigen. Dabei werden Bestrahlungsparameter,
wie die Bestrahlungsdosis, die Bestrahlungsenergie oder dergleichen,
von einem Arzt vorgegeben, die Simulation wird hinsichtlich mehrerer
zuvor ausgewählter
Bestrahlungsrichtungen realisiert, und schließlich wird vom Arzt diejenige
Bestrahlungsrichtung ausgewählt,
für die
das beste Ergebnis erzielt wird.
Außerdem werden
Information zur Einstellung der ausgewählten Bestrahlungsrichtungen,
Information zu Einstellpositionen der Strahlungskeulenplatten des
Kollimators auf Grundlage dieser Richtungen, Daten zu Bestrahlungskorrektureinrichtungen
und Bestrahlungsparameter in der Patientendatenbank als für den Patienten
spezielle Therapeutikdaten gespeichert.
(e) Rotationsantrieb des
Vorrichtungsgerüsts
und des Patientenbetts
Die
Steuerungsvorrichtung 100 verfügt über eine Eingabevorrichtung
und ein Display als vom Benutzer betriebene Schnittstellen, und
sie kann Behandlungsdaten eines Patienten einschließlich Information
zur Einstellung von Bestrahlungsrichtungen, wie von der Behandlungsplanungsvorrichtung 103 ermittelt,
mittels Netzwerkverbindung von der Patientendatenbank, die der Behandlungsplanungsvorrichtung 103 untergeordnet
ist, erhalten, und die Daten können
auf dem Display angezeigt werden, um von einem Arzt bestätigt zu
werden.
Bei
der tatsächlichen
Bestrahlung gibt die Steuerungsvorrichtung 100, auf Grundlage
der obigen Information zur Einstellung der Bestrahlungsrichtungen,
Befehle zum Start der Rotation des Vorrichtungsgerüsts 1 und
des Patientenbetts 8 an die Rotationssteuerung 18 für das Vorrichtungsgerüst sowie die
Bett-Rotationssteuerung 24 aus, um auf den Zielpunkt 10 des
betroffenen Teils zu zielen (siehe die 1 und 2),
der auf der Bestrahlungsachse 6 positioniert ist und als
Bestrahlungszielpunkt zum Realisieren einer Bestrahlung dient, was
dann beginnt, wenn die Strahlungsbehandlung vom Arzt oder einem
Radiologietechniker, der bei der Behandlung durch den Arzt hilft,
auf Grundlage des obigen Behandlungsplan gestartet wird.
Die
Rotationssteuerung 18 des Vorrichtungsgerüsts dient
dazu, einen erforderlichen Steuerungsbefehl an den Rotationsantriebsmotor 9 für das Vorrichtungsgerüst, der
einen Mechanismus niedriger Ordnung bildet, entsprechend einem Befehl
von der Steuerungsvorrichtung 100 auszugeben, und sie führt, bei
Empfang des Rotationsstartbefehls von der Steuerungsvorrichtung 100,
eine Regelung des Rotationsantriebsmotors 9 für das Vorrichtungsgerüst auf die
oben beschriebene Weise aus, um das Vorrichtungsgerüst 1 um
den Drehzapfen 13 (genauer gesagt, um das Rotationszentrum 2)
zu drehen, um dieses in eine vorbestimmte Position entsprechend der
eingestellten Rotationsrichtung (Sollwinkel) zu bewegen. Dabei bewegt
sich, wenn angenommen wird, dass der Abstand zwischen dem tatsächlichen Bestrahlungspunkt 7 und
dem Rotationszentrum 2 für den Zielpunkt 10 der
Rotation den Wert d hat, der Bestrahlungspunkt 7 im Bereich
von Θ =
0° bis 90°, um einen
Bogen mit dem Radius d um das Rotationszentrum 2 zu ziehen
(siehe die 1).
In ähnlicher
Weise dient die Bett-Rotationssteuerung 24 dazu, einen
erforderlichen Steuerungsbefehl an die Bett-Rotationsantriebsmotoren 21,
die einen Mechanismus niedriger Ordnung bilden, entsprechend einem
Befehl von der Steuerungsvorrichtung 100 auszugeben, und
sie führt
bei Empfang des Rotationsstartbefehls von der Steuerungsvorrichtung 100 eine
Regelung der Bett-Rotationsantriebsmotoren 21 auf die oben
beschriebene Weise aus, um das Patientenbett 8 so in Bezug
auf die Bestrahlungsfeld-Erzeugungsvorrichtung 5 zu verdrehen,
dass es in horizontalem Zustand gehalten wird (alternativ wird das
Patientenbett mit einer vorbestimmten Neigung eingestellt).
Außerdem werden
bei der obigen Prozedur Information zur aktuellen Position und zum
Antriebszustand des Vorrichtungsgerüsts 1, wie durch die
Rotationssteuerung 18 für
das Vorrichtungsgerüst
gesteuert, und Information zur aktuellen Position und zum Antriebszustand
des Patientenbetts 8, wie durch die Bett-Rotationssteuerung 24 gesteuert,
dauernd an die Steuerungsvorrichtung 100 übertragen,
um auf dem Display derselben angezeigt zu werden.
Außerdem bildet
die Transportanordnung 4 eine Transporteinrichtung zum
Einspeisen und Transportieren von Strahlen geladener Teilchen zum Patientenbett,
die Bestrahlungsfeld-Erzeugungsvorrichtung 5 bildet
eine Bestrahlungsfeld-Erzeugungseinrichtung zum Erzeugen eines Bestrahlungsfelds von
durch die Transportanordnung transportierten Strahlen, der Drehzapfen 13 bildet
ein drehbares Achsenelement, das an einem sich drehenden Bestrahlungskörper befestigt
ist und dessen Mittelachse die Rotationsachse bildet, und der Halterahmen 14 bildet
eine Halteeinrichtung zum drehbaren Halten des drehbaren Achsenelements.
Auch
bildet der Rotationsantriebsmotor 9 für das Vorrich tungsgerüst eine
Rotationsantriebseinrichtung zum drehenden Antreiben des drehbaren Achsenelements,
der Winkelcodierer 19 bildet eine Rotationserfassungseinrichtung
zum Erfassen der Rotationsposition des drehbaren Achsenelements, und
die Rotationssteuerung 18 für das Vorrichtungsgerüst bildet
eine Rotationssteuerungseinrichtung zum Steuern der Rotationsantriebseinrichtung
entsprechend dem Erfassungsergebnis.
Ferner
bilden die Bett-Rotationsantriebsmotoren 21 eine Bettantriebseinrichtung
zum Antreiben des Patientenbetts, das drehbar aufgehängt und
gelagert ist, und zum Ändern
der Neigung des Betts, die Codierereinheiten 25 bilden
eine Neigungserfassungseinrichtung zum Erfassen der Neigung des
Patientenbetts, und die Bett-Rotationssteuerung 24 bildet
eine Neigungssteuerungseinrichtung zum Steuern der Bett-Antriebseinrichtung
entsprechend dem Erfassungsergebnis.
(5) Effekt der Ausführungsform
Die
medizinische Vorrichtung zur Bestrahlung mit geladenen Teilchen
gemäß der Ausführungsform,
die im therapeutischen System zur Bestrahlung mit geladenen Teilchen
vorhanden ist, liefert die folgenden Effekte.
(5-1) Fähigkeit
einer Bestrahlung von oben und in horizontaler Richtung, während die
Patientenhöhe
niedrig gehalten wird
Beispielsweise
wird bei der oben genannten Konstruktion aus dem Stand der Technik,
bei der ein drehbarer Rahmen gedreht wird, der mit einer Bestrahlungskammer
versehen ist, die sich auf seiner Achse drehen kann, die Position
des Patientenbetts in der Höhenrichtung
bei einer Kreisbewegung (vertikale Bewegung) der Bestrahlungskammer,
wie sie durch die Drehung des drehbaren Rahmens hervorgerufen wird,
in der Hö henrichtung
stark geändert.
D. h., dass, da der Durchmesser der Drehung eines mit einer Transporteinrichtung
und einer Bestrahlungsfeld-Erzeugungseinrichtung versehenen Bestrahlungskörpers z.
B. 5 m beträgt,
der Hubweg von der niedrigsten Position des Patientenbetts für Bestrahlung
von oben zu einer Querposition desselben für horizontale Bestrahlung in
der Höhenrichtung
ungefähr
2,5 m beträgt,
was im Wesentlichen dem Radius der Drehung entspricht.
Demgegenüber ist
bei der Bestrahlungsvorrichtung 102 der Ausführungsform
dafür gesorgt, dass
die Bestrahlungsachse 6 der Bestrahlungsfeld-Erzeugungsvorrichtung 5 exzentrisch
so verläuft,
dass sie an einer anderen Position als dem Rotationszentrum 2 des
Vorrichtungsgerüsts 1 durchläuft (anders
gesagt, die Bestrahlungsachse 6 bildet einen vorbestimmten
Winkel, um das Rotationszentrum 2 nicht zu schneiden),
wodurch die Position des Patientenbetts 8 bei Bestrahlung
von oben (entsprechend der Position Θ = 0°) nicht die niedrigste Position
ist wie beim obigen Stand der Technik, sondern sie etwas an eine
Position (rechte Position in der 1) angehoben
ist, die in einer Richtung quer zur niedrigsten Position liegt (entsprechend
der Position Θ =
45° bei
der Ausführungsform).
Auch kann die Position des Patientenbetts (entsprechend der Position Θ = 90° bei der
Ausführungsform)
bei horizontaler Bestrahlung eine Position sein, die gegenüber der anderen
Querposition etwas abgesenkt ist, abweichend von der Querposition
(der anderen Querposition gemäß dem Obigen)
beim obigen Stand der Technik.
D.
h., dass sich das Patientenbett 8, wenn das Vorrichtungsgerüst 1 verdreht
wird, um es von der Position (Θ =
0°) bei
Bestrahlung von oben in eine Position (Θ = 90°) bei horizontaler Bestrahlung
zu verstellen, wie folgt bewegt: von der Position (Θ = 0°) bei Bestrahlung
von oben → allmähliches
Absenken zur niedrigsten Position (Θ = 45°) → allmähliches Absenken zur Position
(Θ = 90°) bei horizontaler
Bestrahlung. Auf diese Weise kann, da die Position (Θ = 0°) des Patientenbetts 8 bei
Bestrahlung von oben und die Position (Θ = 90°) desselben bei horizontaler Bestrahlung
nicht der niedrigsten Position entsprechen, sondern sie etwas höher als
diese sein können, die Änderung
(anders gesagt, die Höhendifferenz zwischen
der niedrigsten Position (Θ =
45°) und
der Position (Θ =
0°) bei
Bestrahlung von oben oder der Position (Θ = 90°) bei horizontaler Bestrahlung)
der Höhenposition
des Patientenbetts bei Verstellungen, entsprechend beträchtlich
verringert werden, d. h., bei: Position bei Bestrahlung von oben → niedrigste Position → Position
bei horizontaler Bestrahlung.
Indessen
führt,
im Vorrichtungsgerüst 1,
die Transportanordnung 4, nachdem sie Strahlen geladener
Teilchen im Rotationszentrum 2 des Vorrichtungsgerüsts 1 eingespeist
hat, die Strahlen zu einer diametral äußeren Umfangsseite (verschwenkt
sie nach oben), wie es schematisch in der 7 dargestellt
ist, und sie transportiert die Strahlen dann um einen vorbestimmten
Weg in der axialen Richtung des Vorrichtungsgerüsts 1, und sie lenkt
die Strahlen erneut zur diametral inneren Umfangsseite des Vorrichtungsgerüsts 1 am
distalen Ende, um die Strahlen in die Bestrahlungsfeld-Erzeugungsvorrichtung 5 einzuspeisen.
Die mehreren Ablenkelektromagnete zum Lenken (Ablenken) der Strahlen
sind auf die oben beschriebene Weise am Strahltransportpfad vorhanden.
Bei einem solchen Aufbau ist, wenn die Transportanordnung 4 in
einem im Wesentlichen zylindrischen drehbaren Rahmen, der drehbar
gelagert ist, vorhanden ist, das Patientenbett 8 im Rotationszentrum 2 des
Vorrichtungsgerüsts
angeordnet, und die Bestrahlungsfeld-Erzeugungsvorrichtung ist an
der diametral äußeren Umfangsseite
desselben, wie beim obigen Stand der Technik, angeordnet, und das distale
Ende der Transportanordnung 4 ist, wie es schematisch in
der 8A darge stellt ist, nahe der diametral äußeren Umfangsseite
desselben, bezogen auf die Bestrahlungsfeld-Erzeugungsvorrichtung 5,
angeordnet, um Strahlen in diese einzuspeisen. Im Ergebnis ist die
Transportanordnung 4 so geformt, dass sie zur Außenumfangsseite
des Vorrichtungsgerüsts 1 beträchtlich
vergrößert ist,
so dass der Rotationsdurchmesser des Vorrichtungsgerüsts 1 vergrößert ist.
Indessen
kann dann, wenn die Bestrahlungsachse 6 durch die Rotationsachse
des Vorrichtungsgerüsts
verläuft
und das Patientenbett 8 näher an der diametral äußeren Umfangsseite
desselben (entgegengesetzte Seite der Transportanordnung 4) als
die Position des Rotationszentrums 2 des Vorrichtungsgerüsts im drehbaren
Rahmen angeordnet ist, wie es schematisch in der 8B dargestellt
ist, die Bestrahlungsfeld-Erzeugungsvorrichtung 5 auch
um einen Wert, um den das Patientenbett 8 zur entgegengesetzten
Seite der Transportanordnung 4 versetzt ist, zur entgegengesetzten
Seite der Transportanordnung 4 (Unterseite in der 8B)
versetzt sein, wie es durch Vergleich mit der 8A erkennbar
ist, mit dem Ergebnis, dass die obige Vergrößerung zur zugehörigen Außenumfangsseite
der diametralen Richtung verringert werden kann. Im Ergebnis kann
das Vorrichtungsgerüst 1 entsprechend
diesem Ausmaß des
Durchmessers der Drehung verkleinert werden, wie es in der 8B dargestellt
ist.
Auch
kann bei dieser Ausführungsform
dieselbe Wirkung wie beim in der 8B dargestellten Vergleichsbeispiel
erzielt werden, da das Patientenbett 8 näher an der
entgegengesetzten Seite der Transportanordnung 4 als die
Position des Rotationszentrums 2 angeordnet ist, genauer
gesagt, an der entgegengesetzten Seite der Transportanordnung 4 (Unterseite
in der 8B) in Bezug auf die Ebene, die
das obige Rotationszentrum 2 enthält und im Wesentlichen rechtwinklig
zur Bestrahlungsachse 6 verläuft.
Wie
oben beschrieben, ist bei der Ausführungsform der obige Effekt
der Verringerung des Rotationsdurchmessers des Vorrichtungsgerüsts 1 zum Effekt
des Unterdrückens
einer Höhenschwankung der
Position des Patientenbetts 8 zwischen der Position (Θ = 0°) bei Bestrahlung
von oben und der Position (Θ =
90°) bei
horizontaler Bestrahlung hinzugefügt, wobei dieser Multiplikationseffekt
die Höhenschwankung
des Patientenbetts 8 (Höhendifferenz von
der Position Θ =
45° zu der
Position Θ =
0° oder 90°) auf ungefähr 1,5 m
maximal herab drücken kann,
wenn die Positionen jeweiliger Teile, wie die Exzenterabmessung
der Bestrahlungsachse 6 oder dergleichen, geeignet eingestellt
werden. Dadurch kann ein Arzt oder Techniker sogar in einem Zustand, in
dem sich das Patientenbett 8 an seiner höchsten Position
(der Position Θ =
0° bei Bestrahlung
von oben und der Position Θ =
90° bei
horizontaler Bestrahlung) Arbeiten zum Vorbereiten/Überprüfen der Bestrahlung
oder dergleichen ohne jegliche spezielle gesonderte Vorrichtung
ausführen,
während
er auf dem Boden steht, so dass die Zweckdienlichkeit beträchtlich
verbessert ist. Auch ist die Sicherheit eines Patienten verbessert,
da die Höhenposition
des Patientenbetts 8 verringert ist.
(5-2) Verbesserung der
Bestrahlungsgenauigkeit oder dergleichen
Im
Fall der Konstruktion, bei der jeweilige Bauelemente des Vorrichtungsgerüsts 1 z.
B. im im Wesentlichen zylindrisch geformten drehbaren Rahmen angeordnet
sind, wie es im obigen Abschnitt (5-1) unter Bezugnahme auf die 8A erläutert wurde,
werden große
und schwere Gegenstände, wie
die Transportanordnung 4, die Bestrahlungsfeld-Erzeugungsvorrichtung 5 oder
dergleichen, durch den im Wesentlichen zylindrisch geformten drehbaren
Rahmen, der mit keinem Achsenelement versehen ist, gehalten. Daher
ist es schwierig, die Erzeu gung einer Verformung, wie einer Biegung
oder dergleichen, im drehbaren Rahmen, wozu es durch das Gewicht
kommt, zu unterdrücken,
und demgemäß ist es
schwierig, eine Beeinträchtigung
der relativen Positionsgenauigkeit zwischen dem Zielpunkt 10 der
Rotation und dem Bestrahlungspunkt 7 zu verhindern, was
der Biegung oder dergleichen zuzuschreiben ist.
Demgegenüber kann
bei der Bestrahlungsvorrichtung 102 gemäß der Ausführungsform die Konstruktion
mit einem Achsenelement, wobei die jeweiligen Bauelemente des Vorrichtungsgerüsts 1 am obigen
Drehzapfen 13 befestigt sind, die Erzeugung einer Biegung
oder dergleichen im Vergleich zur obigen Konstruktion verringern,
bei der die Last durch den drehbaren Rahmen getragen wird. Dadurch kann
eine Beeinträchtigung
der relativen Positionsgenauigkeit zwischen dem Zielpunkt 10 und
dem Bestrahlungspunkt 7 verhindert werden, und die Bestrahlungsgenauigkeit
kann verbessert werden.
Der
Aufbau mit Achsenelement, bei dem die Last aller Elemente des Vorrichtungsgerüsts 1 durch den
Drehzapfen 13 getragen werden kann, kann zu einer Verringerung
der diametralen Abmessung des Vorrichtungsgerüsts 1 im Vergleich
zum Fall führen, bei
dem eine Halterung durch den im Wesentlichen zylindrischen drehbaren
Rahmen erfolgt, wie er in der 8 dargestellt
ist und der mit keinem Achsenelement versehen ist.
(5-3) Verkleinerung eines
Gebäudes
Wie
es im obigen Abschnitt (5-1) beschrieben ist, kann bei der Ausführungsform
die Vorrichtung 102 zur Bestrahlung mit geladenen Teilchen
insgesamt verkleinert werden, da der Rotationsdurchmesser (anders
gesagt, die diametrale Abmessung) und die Achsenabmessung des Vorrichtungsgerüsts 1 verringert
werden können.
Dadurch ist es z. B. dann, wenn das Synchro tron 101 auf
einer normalen Stockwerksfläche
F installiert wird, wobei seine Strahleinspeiseachse dem Rotationszentrum 2 des Vorrichtungsgerüsts 1 entspricht,
nicht erforderlich, dass das Niveau der Installationsfläche D, die
auf der Bestrahlungsvorrichtung 102 installiert ist, viel
niedriger als die Stockwerksfläche
F liegt, und es reicht eine Halbuntergrundkonstruktion aus. Demgemäß kann,
während
z. B. der in der 8A einen dreistöckigen Aufbau
oder dergleichen für
ein Gebäude
zum Aufnehmen des Synchrotrons 101 und der Bestrahlungsvorrichtung 2 benötigt, das
gesamte Gebäude beträchtlich
verkleinert werden (insbesondere in der Höhe).
(5-4) Leichterer Aufbau
der Bestrahlungsvorrichtung
Der
Aufbau, bei dem die Bestrahlungsfeld-Erzeugungsvorrichtung 5 versetzt
ist und die Größe der Transportanordnung 4 entsprechend
verkleinert ist, wie es im obigen Abschnitt (5-1) beschrieben ist,
ermöglicht
es, den Schwerpunkt der gesamten Bestrahlungsvorrichtung 102,
die mit der Transportanordnung 4 und der Bestrahlungsfeld-Erzeugungsvorrichtung 5 versehen
ist, näher
an das Rotationszentrum 2 als z. B. beim in der 8A dargestellten
Aufbau zu legen. Daher ist das Erfordernis eines Gegengewichts 12,
das zum Ausgleichen des Gewichts erforderlich ist, gelindert, und
entsprechend kann ein leichterer Aufbau der Bestrahlungsvorrichtung 102 erzielt
werden.
(5-5) Andere Effekte
(1) Nutzung von ungenutztem
Raum
Bei
der Bestrahlungsvorrichtung 102 der Ausführungsform
ist über
einem Patienten K an der Position Θ = 90° bei horizontaler Bestrahlung
(siehe die 1 und 3B) ein
großer
Raum freigehalten, so dass an dieser Position eine Röntgenstrahl- CT-Untersuchungsvorrichtung
oder dergleichen installiert werden kann, um CT-Fotografien zu erstellen,
ohne dass der Patient K das Patientenbett 8 verlassen müsste. Außerdem kann
an der obigen Position, als Maßnahme
zum Ausnutzen dieses Raums, eine Vorrichtung angebracht werden,
die dazu dient, Anordnungen zuzuführen und aufzubauen, wie einen
Bolus, einen Kollimator oder dergleichen, die in der Bestrahlungsfeld-Erzeugungsvorrichtung 5 vorhanden
sind und für
jeden Patienten ausgetauscht oder eingestellt werden müssen.
(2) Keine Gewichtsbeschränkung für das Bett
Im
Fall dieser Konstruktion, bei der jeweilige Bauelemente des Vorrichtungsgerüsts 1 z.
B. im im Wesentlichen zylindrischen drehbaren Rahmen, wie z. B.
in der 8A dargestellt und wie im obigen
Abschnitt (5-2) beschrieben, angeordnet sind, ist es wünschenswert,
das Patientenbett 8 so leicht wie möglich zu machen, um eine Beeinträchtigung
der Bestrahlungsgenauigkeit zu unterdrücken. Demgegenüber ist
es bei der Bestrahlungsvorrichtung 102 der Ausführungsform
möglich,
dass es die Aufgaben eines Gegengewichts für die Transportanordnung 4 und
für die
Bestrahlungsfeld-Erzeugungsvorrichtung 5 übernimmt,
so dass eine schwere Last unproblematisch ist und demgemäß keine
Gewichtsbeschränkung
besteht.
Außerdem nutzt
die obige Ausführungsform die
Antriebskraft des Rotationsantriebsmotors 9 für das Vorrichtungsgerüst zum zwangsweisen
drehenden Antreiben des Patientenbetts 8, um es unabhängig von
der Rotationsposition des Vorrichtungsgerüsts 1 (Θ = 0° bis 90°) z. B. im
horizontalen Zustand zu halten, wobei jedoch keine Beschränkung hierauf besteht.
D. h., dass das Patientenbett 8 am unteren Ende der Bestrahlungsfeld-Erzeugungsvorrichtung 5 frei
drehbar aufgehängt
und daran festgehalten werden kann und dass ein schwerer Gegenstand
(Gewicht oder dergleichen) am Patientenbett 8 vorhanden
sein kann, um es dadurch auf natürliche
Weise in horizontaler Lage zu halten. Auch kann das Patientenbett 8 aus
einem schweren Material hergestellt werden, um einen schweren Gegenstand
zu bilden. In diesen Fällen
ist die Funktion als Gegengewicht für die Transportanordnung 4 usw.,
wie im obigen Punkt (2) beschrieben, weiter verbessert.
Auch
befindet sich bei der obigen Ausführungsform der Rotationswinkel
des Vorrichtungsgerüsts 1 im
Bereich von Θ =
0° bis 90°, jedoch
besteht keine Beschränkung
hierauf. D. h., dass dann ein geringfügig größerer Bereich, z. B. Θ = 0° bis 120°, verwendet
werden kann, dass die Positionsbeziehung zwischen dem Rotationszentrum 2 der
Bestrahlungsvorrichtung 102 und dem Bestrahlungspunkt 7 geeignet
eingestellt wird. Auch kann im Gegensatz hierzu ein Bereich von
weniger als 90° verwendet
werden, wobei es z. B. für
horizontale Bestrahlung und Bestrahlung in einer Richtung nahe an
dieser ausreicht, das Patientenbett 8 um einen kleinen
Winkel zu neigen (wobei ein Patient nicht dazu gezwungen wird, eine
unnatürliche
Lage einzunehmen), um unzureichenden Rotationswinkel des Vorrichtungsgerüsts 1 zu
kompensieren. Bei einer von den Erfindern ausgeführten Untersuchung ergab es
sich, dass es dann, wenn zumindest eine Drehung im Bereich von Θ = 0° bis 60° möglich ist,
eine Neigungseinstellung durch Rotationsantrieb des Patientenbetts 8 sowie
eine Einstellung der Position in der Richtung, in der ein Patient
aufgelegt wird, möglich
machen, geladene Teilchen aus einer ausreichenden Anzahl von Winkeln
tatsächlich
auf den betroffenen Teil zu strahlen.
Gemäß der Erfindung
liefern der Effekt einer Verringerung der Höhenänderung der Position des Patientenbetts 8 von
der Position bei Bestrahlung von oben zur Position bei horizontaler
Bestrahlung sowie der Effekt des Verringerns des Rotationsdurchmessers
des drehbaren Bestrahlungskörpers
einen Multiplikationseffekt zum Herabdrücken der Höhenänderung des Patientenbetts
(Höhendifferenz) auf
maximal ungefähr
1,5 m, vorausgesetzt, dass die Positionen jeweiliger Teile, wie
die Exzenterabmessung oder dergleichen, geeignet eingestellt werden. Demgemäß kann ein
Arzt oder Techniker sogar in einem Zustand, in dem sich das Patientenbett
an der höchsten
Position befindet (an der Position bei Bestrahlung von oben und
der Position bei horizontaler Bestrahlung) Arbeiten zum Vorbereiten/Überwachen der
Bestrahlung ausführen,
während
er ohne jede spezielle gesonderte Vorrichtung auf dem Boden steht,
so dass die Zweckdienlichkeit beträchtlich verbessert werden kann.
Auch kann die Sicherheit für den
Patienten verbessert werden, da die Höhenposition des Patientenbetts
verringert ist.
Auch
kann die Gesamtgröße der Vorrichtung zur
Bestrahlung mit geladenen Teilchen verringert werden, da der Rotationsdurchmesser
(anders gesagt, die diametrale Abmessung) und die axiale Abmessung
des drehbaren Bestrahlungskörpers
verringert werden können.
Dadurch wird der Effekt erzeugt, eine beträchtliche Verringerung des Raums
zu ermöglichen,
in dem diese Vorrichtung normalerweise installiert wird, wobei die
Strahleinspeiseachse dem Rotationszentrum des drehbaren Bestrahlungskörpers entspricht,
und es kann die Abmessung (insbesondere die Höhenabmessung) eines gesamten
Gebäudes
zum Aufnehmen der Vorrichtung zur Erzeugung geladener Teilchen und
der Vorrichtung zur Bestrahlung mit diesen verkleinert werden.
Ferner
ermöglicht
es der Aufbau, bei dem die oben genannte Bestrahlungsfeld-Erzeugungsvorrichtung
versetzt ist und eine Vergrößerung der Transporteinrichtung
entsprechend verringert ist, die Position des Schwerpunkts der gesamten
medizinischen Vorrichtung näher
an das Rotationszentrum als bei einem Aufbau zu legen, bei dem eine
Bestrahlungsfeld-Erzeu gungsvorrichtung diametral an einer Außenumfangsseite
eines Patientenbetts angeordnet ist, mit der Position, an der das
Patientenbett angebracht ist, als Position einer Rotationsachse
eines drehbaren Bestrahlungskörpers.
Dadurch wird der Effekt erzeugt, dass z. B. ein beim oben genannten Aufbau
benötigtes
Gegengewicht überflüssig wird oder
Erfordernisse desselben verringert sind, so dass entsprechend ein
leichterer Aufbau der medizinischen Vorrichtung zur Bestrahlung
mit geladenen Teilchen erzielt werden kann.