DE10250378B4

DE10250378B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Randerweiterung einer Intensitätskarte für eine Strahlentherapie mit einem modulierenden Mehrblattkollimator

Info

Publication number: DE10250378B4
Application number: DE10250378A
Authority: DE
Inventors: Ramon Alfredo Carvalho Siochi
Original assignee: Siemens Medical Solutions USA Inc
Current assignee: Siemens Medical Solutions USA Inc
Priority date: 2001-10-30
Filing date: 2002-10-29
Publication date: 2007-04-05
Anticipated expiration: 2022-10-30
Also published as: US6577707B2; US20030081721A1; DE10250378A1

Abstract

Verfahren zum Definieren eines erweiterten Feldbereiches einer Intensitätskarte zum Verwenden beim Zuführen einer Strahlung von einer Strahlungsquelle (52, 62) zu einem Objekt (P) mit einem Mehrblattkollimator (80), der eine Vielzahl von Blättern (82a–i, 84a–i) enthält, die zum Bewegen in einer ersten Richtung betreibbar sind, und der derart drehbar ist, dass die Blätter (82a–i, 84a–i) zum Bewegen in einer zweiten Richtung betreibbar sind, die sich orthogonal zu der ersten Richtung erstreckt, welches Verfahren enthält:
Definieren eines zentralen Quadratbereichs (106) mit Abmessungen, die etwa gleich dem Zweifachen einer Hinausbewegungsspanne des Mehrblattkollimators ist,
dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren weiter enthält: Definieren von vier Randspannen (108), die sich jeweils von einer Seite des zentralen Quadrats aus erstrecken und Abmessungen aufweisen, die etwa gleich dem Zweifachen einer Hinausbewegungsspanne des Mehrblattkollimators entlang eines an das zentrale Quadrat (106) angrenzenden Rands und der Hälfte der Zahl der Blätter (82a–i, 84a–i) in dem Mehrblattkollimator mal der...

Description

Die Erfindung betrifft allgemein eine Strahlentherapie und insbesondere ein Verfahren und ein System zum Erweitern des Feldbereichs einer bei einer Strahlentherapie mit einem modulierenden Mehrblattkollimator verwendeten Intensitätskarte.
Strahlenemittierende Einrichtungen sind allgemein bekannt und werden beispielsweise als Strahlentherapieeinrichtungen für die Behandlung von Patienten verwendet. Eine Strahlentherapieeinrichtung enthält allgemein ein Gestell, das um eine horizontale Drehachse im Verlaufe einer therapeutischen Behandlung geschwenkt werden kann. Ein Linearbeschleuniger ist in dem Gestell zum Erzeugen eines Hochenergiestrahlungsstrahls für eine Therapie angeordnet. Der Hochenergiestrahlungsstrahl kann beispielsweise ein Elektronenstrahl oder ein Photonenstrahl (Röntgenstrahl) sein. Während einer Behandlung ist der Strahlungsstrahl auf einen Bereich eines Patienten gerichtet, der in dem Isozentrum der Gestelldrehung liegt.
Zum Steuern der zu dem Patienten emittierten Strahlung ist typischerweise eine Strahlabschirmeinrichtung, wie etwa eine Plattenanordnung oder ein Kollimator, in der Bahn des Strahlungsstrahls zwischen der Strahlungsquelle und dem Patienten vorgesehen. Ein Beispiel für eine Plattenanordnung ist ein Satz aus vier Platten, die zum Definieren einer Öffnung für den Strahlungsstrahl verwendet werden können. Der Kollimator ist eine Strahlabschirmeinrichtung, die eine Mehrzahl von Blättern (beispielsweise relativ dünne Platten oder Stäbe bzw. Stangen) beinhalten kann, die typischerweise als gegenüberliegende Blattpaare angeordnet sind. Die Platten sind aus einem relativ dichten und strahlungsundurchlässigem Material ausgebildet und sind allgemein zum Begrenzen des Strahlungsstrahls unabhängig positionierbar.
Die Strahlabschirmeinrichtung definiert ein Feld an dem Bereich des Patienten, für den eine vorbestimmte Strahlungsmenge zu liefern ist. Die übliche Behandlungsfeldform resultiert in einem dreidimensionalen Behandlungsvolumen, das Segmente von normalem Gewebe enthält, wodurch die Dosis beschränkt ist, mit der der Tumor beaufschlagt werden kann. Die dem Tumor gelieferte Dosis kann erhöht werden, falls die Menge des bestrahlten normalen Gewebes verringert wird, und die dem normalen Gewebe gelieferte Dosis verringert wird. Das Verhindern des Zuführens von Strahlung zu den den Tumor umgebenden und überlagernden gesunden Organen begrenzt die Dosis, die dem Tumor zugeführt werden kann.
Die Zuführung von Strahlung durch eine Strahlentherapieeinrichtung wird typischerweise durch einen Onkologen verschrieben. Die Verschreibung ist eine Definition eines bestimmten Volumens und einer Strahlungsstufe bzw. eines Strahlungspegels, deren bzw. dessen Zuführung zu dem Volumen zugelassen ist. Die tatsächliche Bedienung der Strahlungsausrüstung wird jedoch normalerweise durch einen Therapeuten ausgeführt. Die Strahlungsemittiereinrichtung ist zum Zuführen der durch den Onkologen verschriebenen, bestimmten Behandlung programmiert. Bei einer Programmierung der Einrichtung für eine Behandlung muß der Therapeut die tatsächliche Strahlungsausgabe berücksichtigen und muß die Dosiszuführung auf der Grundlage der Plattenanordnungsöffnung zum Erzielen der verschriebenen Strahlenbehandlung mit der gewünschten Tiefe in dem Ziel einstellen.
Die Herausforderung für den Strahlentherapeuten besteht darin, die beste Zahl von Feldern und Intensitätsstufen zum Optimieren von Dosisvolumenhistogrammen zu bestimmen, die einen kumulativen Strahlungspegel definieren, der einem bestimmten Volumen zuzuführen ist. Typische Optimierungsmaschinen bzw. Optimierungsvorrichtungen optimieren die Dosisvolumenhistogramme durch Berücksichtigen der Verschreibung des Onkologen oder einer dreidimensionalen Spezifikation der zuzuführenden Dosis. In derartigen Optimierungsvorrichtungen wird das dreidimensionale Volumen in Zellen unterteilt, wobei jede Zelle einen bestimmten auszugebenden Strahlungspegel definiert. Die Ausgaben der Optimierungsvorrichtungen sind Intensitätskarten, die durch Variieren der Intensität jeder Zelle in der Karte bestimmt sind. Die Intensitätskarten bestimmen eine Zahl von Feldern, die optimierte Intensitätspegel an jeder Zelle definieren. Die Felder können statisch oder dynamisch moduliert sein, so dass eine verschiedene akkumulierte Dosis an verschiedenen Punkten in dem Feld empfangen wird. Nach Zuführung einer Strahlung gemäß der Intensitätskarte sollte die akkumulierte Dosis an jeder Zelle oder das Dosisvolumenhistogramm möglichst genau der Verschreibung entsprechen.
Konventionelle Behandlungsplanungssysteme sind derart ausgeführt, dass sie nur eine Strahlungszuführung mit Intensitätskarten ermöglichen, die Dimensionen bzw. Abmessungen haben, die allgemein gleich der Zahl der Blättermal der Blattbreite in der Richtung senkrecht zu der Blattbewegung und gleich zu dem Wert (Blatthinausbewegung·2) + (Schmalbündelstrahlbreite·2) in der Blattbewegungsrichtung ist. Diese Feldabmessungen sind die Ergebnisse von mechanischen Begrenzungen bei einer Kollimatoreinstellung für beliebige Intensitätsverteilungen. Somit sind konventionelle Systeme auf eine feste Feldgröße, Kollimatoreinstellung und beliebige Intensitätsverteilungen beschränkt.

In den Oberbegriffen der beigefügten unabhängigen Ansprüche wird von der US 6,134,296 ausgegangen. Diese Druckschrift beschreibt ein Verfahren, bei dem eine erste Intensitätskarte einer zu liefernden Strahlung definiert wird, die eine Mehrzahl von Zellen einer ersten Größe enthält. Die Intensitätskarte wird dann in Zellen einer zweiten Größe unterteilt; eine Mehrzahl dieser Zellen der zweiten Größe wird in orthogonale Zellen aufgeteilt und basierend auf dieser Aufteilung wird die Bestrahlung vorgenommen. Ein für die Bestrahlung verwendeter Mehrblatt- bzw. Mehrlamellenkollimator kann um 90° gedreht werden. Das bestrahlte Gesamtfeld bzw. Behandlungsfeld ist quadratisch.

In der US 5,724,403 ist ein Verfahren zur Einstellung der Bestrahlung eines Feldes beschrieben, das in mehrere Sektionen unterteilt ist. Für die Sektionen werden Keilkorrekturen errechnet, die bei der Bestrahlung jeder der Sektionen verwendet werden. Ein quadratisches Bestrahlungsfeld kann von Backen begrenzt werden oder mittels eines drehbaren Kollimators definiert werden.

Die DE 100 60 888 A1 beschreibt ein System und ein Verfahren zum Optimieren einer Strahlenbehandlung mit einem intensitätsmodulierten Mehrlamellenkollimator, bei dem ein Bestrahlungsfeld in eine Mehrzahl von Zellen unterteilt wird, für die ein Behandlungsintensitätspegel definiert ist. Die Zellen sind zur Bildung einer Matrix in wenigstens einer Dimension annähernd gleich einer Breite einer Kollimatorlamelle gruppiert. Das Verfahren enthält weiter das Zerlegen in orthogonale Matrizen und Optimieren der Strahlenabgabe durch Auswahl der orthogonalen Matrizen mit in Kombination mit benachbarten Zellen minimalen vertikalen und horizontalen Gradienten. Eine quadratische Bestrahlungsfläche 194 ist beispielsweise aus vier Unterflächen zusammengesetzt, innerhalb der eine vorbestimmte Strahlungsmenge durch Drehung des Kollimators um 90° erzeugt werden kann.

Die US 5,663,999 beschreibt eine Bestrahlungsvorrichtung, bei der das zu bestrahlende Feld in Sektion unterteilt wird. Ein Kollimator wird derart angeordnet, dass er über jeder der Sektionen eine Öffnung bildet, so dass die Sektion mit einer vorbestimmten Strahlungsmenge beaufschlagt werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Bestrahlungsfelder zu ermöglichen, die über die Feldabmessungen hinaus gehen, die durch mechanische Beschränkungen üblicher Mehrblattkollimatoren bestehen.

Diese Aufgabe wird durch Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 und 17 sowie ein System gemäß dem Anspruch 14 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der jeweiligen Verfahren bzw. des Systems sind in den jeweiligen Unteransprüchen gekennzeichnet.

Es wird ein Verfahren zum Definieren eines erweiterten Feldbereiches einer Intensitätskarte zum Verwenden beim Zuführen einer Strahlung von einer Strahlungsquelle zu einem Objekt mit einem Mehrblattkollimator offenbart. Der Mehrblattkollimator enthält eine Vielzahl von Blättern, die zum Bewegen in einer ersten Richtung betreibbar sind, und ist derart drehbar, dass die Blätter zum Bewegen in einer zweiten Richtung betreibbar sind, die sich orthogonal zu der ersten Richtung erstreckt. Das Verfahren enthält die Schritte zum Definieren eines zentralen Quadratbereichs mit Abmessungen, die etwa gleich dem zweifachen einer Hinausbewegungsspanne des Mehrblattkollimators ist, und zum Definieren von vier Randspannen, die sich jeweils von einer Seite des zentralen Quadrats aus erstrecken und Abmessungen aufweisen, die etwa gleich dem zweifachen einer Hinausbewegungsspanne des Mehrblattkollimators entlang eines an dem zentralen Quadrat angrenzenden oder benachbarten Rands und der Hälfte der Zahl der Blätter in dem Mehrblattkollimator mal der Blattbreite minus der Hälfte der Abmessung des zentralen Quadrats ist. Das mittlere Quadrat und die vier Randspannen definieren einen Feldbereich für eine Intensitätskarte, die mit dem Mehrblattkollimator lieferbar ist, der derart positioniert ist, dass sich Blätter in der ersten und der zweiten Richtung bewegen.

Ein System zum Definieren einer Intensitätskarte zum Verwenden beim Zuführen einer Strahlung von einer Strahlungsquelle zu einem Objekt unter Verwendung eines Mehrblattkollimators enthält allgemein einen Prozessor, der zum Definieren eines Zentralquadratbereichs mit Abmessungen, die etwa gleich dem zweifachen einer Hinausbewegungsspanne des Mehrblattkollimators ist, und zum Definieren von vier Randspannen betreibbar ist, die sich jeweils von einer Seite des zentralen Quadrats erstrecken und Abmessungen haben, die etwa gleich dem zweifachen einer Hinausbewegungsspanne des Mehrblattkollimators entlang eines an dem zentralen Quadrat angrenzenden Rands und der Hälfte der Zahl der Blätter in dem Mehrblattkollimator mal der Blattbreite minus der Hälfte der Abmessung des zentralen Quadrats sind. Das mittlere Quadrat und die vier Randspannen definieren einen Feldbereich für eine Intensitätskarte, die mit dem Mehrblattkollimator lieferbar ist, der derart positioniert ist, dass die Blätter sich in der ersten und der zweiten Richtung bewegen. Das System enthält ferner einen Speicher, der zum zumindest zeitweisen Speichern einer Intensitätskarte ausgelegt ist.

Ein Verfahren zum Zuführen einer Strahlung an einer Strahlungsquelle zu einem erweiterten Feldbereich mit einem Mehrblattkollimator enthält allgemein den Schritt zum Erzeugen einer Intensitätskarte mit Grenzen, die durch zwei Rechtecke definiert sind, wobei jedes davon Abmessungen aufweist, die etwa gleich dem zweifachen einer Hinausbewegungsspanne des Mehrblattkollimators und der Zahl der Blätter des Mehrblattkollimators mal der Blattbreite sind. Die zwei Rechtecke sind derart angeordnet, dass die Mitten der Rechtecke die gleiche mittlere Achse haben und orthogonal zu einander positioniert sind.

Vorstehend wurden einige Nachteile des Stands der Technik sowie einige Vorteile der Erfindung erläutert. Weitere Merkmale, Vorteile und Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen für Fachleute ersichtlich. Es zeigen:
1 eine Darstellung einer Strahlungsbehandlungseinrichtung und einer Behandlungskonsole gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung und einen für eine Behandlung in der Behandlungseinrichtung positionierten Patienten,
2 ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung von Abschnitten der Strahlungsbehandlungseinrichtung von 1,
3 eine Prinzipdarstellung von Blättern eines Mehrblattkollimators, der für eine Behandlung in der Strahlungsbehandlungseinrichtung von 1 positioniert ist,
4 eine Prinzipdarstellung eines Intensitätskartenfeldes, das durch eine orthogonale Dekomposition bzw. Zerlegung erweitert ist,
5 eine prinzipielle Veranschaulichung eines Intensitätskartenfeldes, das durch eine monoton abnehmende Profilabgabe erweitert ist,
6 eine prinzipielle Veranschaulichung eines Intensitätskartenfelds, das unter Verwendung der orthogonalen Dekomposition bzw. Zerlegung von 1 und der monoton abnehmenden Profilabgabe von 5 erweitert ist,
7 eine prinzipielle Veranschaulichung eines Feldes, in dem eine monoton abnehmende Profilabgabe für jedes Blatt in beiden Kollimatoreinstellungen ermöglicht ist.
Entsprechende Bezugszeichen geben entsprechende Teile in verschiedenen Ansichten der Zeichnung an.
Die nachstehende Beschreibung ist derart dargestellt, dass sie einem Fachmann ermöglicht, die Erfindung auszuführen und zu verwenden. Beschreibungen von bestimmten Ausführungsbeispielen und Anwendungen sind lediglich beispielhaft angeführt und verschiedene Modifikationen sind dem Fachmann leicht ersichtlich.
Unter Bezugnahme auf die Zeichnung und zunächst auf 1 ist eine Strahlungsbehandlungseinrichtung gemäß der Erfindung gezeigt und allgemein mit Bezugszeichen 20 angegeben. Die Strahlungsbehandlungseinrichtung 20 enthält eine (nicht dargestellte) Strahlabschirmeinrichtung in einem Behandlungskopf 24, eine Steuereinheit in einem Gehäuse 26, die mit einer allgemein mit Bezugszeichen 30 angegebenen Behandlungsverarbeitungseinheit verbunden ist. Die Strahlungsbehandlungseinrichtung enthält ferner ein Gestell 36, das für eine Drehung um eine Achse A im Verlaufe einer therapeutischen Behandlung geschwenkt werden kann. Der Behandlungskopf 24 ist an dem Gestell 36 für eine gemeinsame Bewegung befestigt und ein Linearbeschleuniger ist im Gestell zur Erzeugung einer für die Therapie verwendeten Hochleistungsstrahlung angeordnet. Die von dem Linearbeschleuniger emittierte Strahlung verläuft allgemein entlang einer Achse R. Es kann eine Elektronen-, Photonen- oder eine weitere erfaßbare Strahlung für die Therapie verwendet werden. Während einer Behandlung wird der Strahlungsstrahl auf eine Zone Z eines Objekts P (beispielsweise eines Patienten, der zu behandeln ist) fokussiert. Die zu behandelnde Zone ist an einem Isozentrum angeordnet, das durch den Schnitt der Drehachse A des Gestells 36, der Drehachse T des Behandlungstisches 38 und der Strahlungsstrahlachse R definiert ist. Das drehbare Gestell 36 ermöglicht verschiedene Strahlwinkel und Strahlungsverteilungen, ohne dass der Patient bewegt werden muß.
Die Behandlungsverarbeitungseinheit 30 wird zum Eingeben einer Information, wie beispielsweise einer Strahlungsintensität und eines Behandlungsortes, in die Strahlungsbehandlungseinrichtung 20 und zum Ausgeben von Daten für eine Überwachung der Behandlung verwendet. Die Verarbeitungseinheit 30 enthält eine Ausgabeeinrichtung, wie etwa einen visuellen Anzeigemonitor 40, und eine Eingabeeinrichtung, wie etwa eine Tastatur 42. Die Behandlungsverarbeitungseinheit 30 wird typischerweise durch eine Therapeuten bedient, der eine tatsächliche Ausführung bzw. Lieferung einer Strahlungsbehandlung, wie sie durch einen Onkologen verschrieben ist, handhabt. Der Therapeut verwendet die Tastatur 42 zur Eingabe von Daten in die Verarbeitungseinheit 30, die die dem Patienten zuzuführende Strahlungsdosis definieren. Die Daten können ebenso über weitere Eingabeeinrichtungen, wie beispielsweise über eine Datenspeichereinrichtung eingegeben werden. Es können verschiedene Arten von Daten vor und während der Behandlung an dem Bildschirm des Anzeigemonitor 40 angezeigt werden.
2 zeigt ein Blockschaltbild der Strahlungsbehandlungseinrichtung 20 zur detaillierteren Veranschaulichung von Abschnitten der Behandlungsverarbeitungseinheit 30. Ein Elektronenstrahl 50 wird in einem Elektronenbeschleuniger erzeugt, der allgemein mit 52 angegeben ist. Der Elektronenbeschleuniger 52 enthält eine Elektronenkanone 54, einen Wellenleiter 56 und einen evakuierten Umhüllungs- oder Führungsmagneten 58. Ein Triggersystem 60 erzeugt Injektionsmitteltriggersignale bzw. Injektortriggersignale und führt sie einem Injektor 62 zu. Auf der Grundlage der Injektortriggersignale erzeugt der Injektor 62 Injektorimpulse, die der Elektronenkanone 54 in der Beschleunigungseinheit 52 zum Erzeugen eines Elektronenstrahls 50 zugeführt werden. Der Elektronenstrahl 50 wird durch den Wellenleiter 56 beschleunigt und geführt. Zu diesem Zweck ist eine (nicht dargestellte) Hochfrequenzquelle vorgesehen, die Hochfrequenzsignale zum Erzeugen eines dem Wellenleiter 56 zugeführten elektromagnetischen Feldes liefert. Die durch den Injektor 62 injizierten und durch die Elektronenkanone 54 emittierten Elektronen werden durch das elektromagnetische Feld in dem Wellenleiter 56 beschleunigt und treten an dem der Elektronenkanone 54 gegenüberliegenden Ende zum Ausbilden eines Elektronenstrahls 50 aus. Der Elektronenstrahl 50 gelangt dann zu dem Führungsmagneten 58 und wird von dort durch ein Fenster 64 entlang einer Achse R geführt. Nach Passieren durch eine Streufolie 66 für einen Elektronenmodus (oder einem Target für einen Photonenmodus) passiert der Strahl 50 durch einen Durchgangsweg 68 eines Abschirmblocks 70 und trifft auf eine zweite Streufolie 72 für einen Elektronenmodus (oder auf ein Abflach- bzw. Reduzierfilter für einen Photonenmodus) auf. Der Strahl passiert danach durch eine Meßkammer 70, in der die Dosis bestimmt wird.
Die Strahlabschirmeinrichtung ist allgemein mit dem Bezugszeichen 80 angegeben und ist in dem Pfad des Strahls 50 zum Definieren eines Strahlungsfeldes 81 (2 und 3) vorgesehen. Die Strahlabschirmeinrichtung 80 enthält eine Vielzahl von gegenüberliegenden Platten oder Blättern 82a–i und 84a–i, von welchen in 2 aus Vereinfachungsgründen nur zwei gezeigt sind. 2 veranschaulicht Blätter 82a–i und 84a–i (die die Blattpaare 82a und 84a, 82b und 84b, ... 82i und 84i ausbilden) eines Mehrblattkollimators, der zwischen der Strahlungsquelle und einem Patienten angebracht und zum Definieren eines Behandlungsfeldes durch Begrenzen des Elektronenstrahls 50 positioniert ist. Die Blätter 82a–i, 84a–i haben typischerweise eine Breite von 1 cm und sind im wesentlichen undurchlässig für die emittierte Strahlung, damit sie gesundes Gewebe vor der Strahlung schützen bzw. von der Strahlung abblocken.
Die Blätter 82a–i, 84a–i sind in einer zu der Achse R senkrechten Richtung durch eine Antriebseinheit 86 (die in 2 nur bezüglich der Platte 82a gezeigt ist) zum Ändern der Größe des bestrahlten Feldes bewegbar, so dass die Verteilung der Strahlung über das Feld nicht uniform bzw. einheitlich sein muß (d.h. ein Bereich kann einer höheren Dosis als ein anderer Bereich ausgesetzt sein). Die Antriebseinheit 86 enthält einen Elektromotor, der mit der Platte 82a gekoppelt und durch einen Motorcontroller bzw. durch eine Motorsteuereinheit 90 gesteuert wird. Positionssensoren 92, 94 sind jeweils mit Platten 82a, 84a zum Erfassen ihrer Positionen gekoppelt. Die Antriebseinheit 86 reibt die Platte 82a in das und aus dem Behandlungsfeld, womit der gewünschte Feldverlauf bzw. die gewünschte Feldform erzeugt wird.
Der Motorcontroller 90 ist mit einer Dosissteuereinheit 96 gekoppelt, die einen Dosiemetriecontroller bzw. eine Dosimetriesteuereinheit enthält, die mit der zentralen Verarbeitungseinheit 28 gekoppelt ist, zum Bereitstellen festgelegter Werte für den Strahlungsstrahl zum Erzielen gegebener Isodosiskurven (2). Die Ausgabe des Strahlungsstrahls wird durch die Meßkammer 74 gemessen. Als Reaktion auf die Abweichung zwischen den festgelegten Werten und den tatsächlichen Werten führt die Dosissteuereinheit 96 Signale dem Triggersystem 60 zu, das in bekannter Weise die Impulswiederholungsfrequenz derart ändert, dass die Abweichung zwischen den eingestellten Werten und den tatsächlichen Werten der Strahlungsstrahlausgabe minimiert wird. Die durch den Patienten absorbierte Dosis hängt von der Bewegung der Kollimatorplatten 82a, 84a ab. Die zentrale Datenverarbeitungseinheit 28 steuert die Ausführung des Programms und das Öffnen der Kollimatorplatten 82a, 84a zum Liefern einer Strahlung gemäß einem gewünschten Intensitätsprofil. Die zentrale Verarbeitungseinheit 28 kann weitere Merkmale beinhalten, die beispielsweise in dem US-Patent Nr. 5,724,403 beschrieben sind, das hiermit durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit aufgenommen ist.
Es sollte verständlich sein, dass die Strahlungsbehandlungseinrichtung von der beschriebenen und gezeigten ohne einem Abweichen von dem Bereich der Erfindung verschieden sein kann. Die vorstehend beschriebene Behandlungseinrichtung 20 ist als Beispiel einer Einrichtung zur Verwendung bei der Lieferung einer Behandlung vorgesehen, die durch den nachstehend beschriebenen Prozeß entwickelt wird.
Wie vorstehend erläutert, ermöglichen konventionellen Behandlungsplanungssysteme nur begrenzte Feldabmessungen auf der Grundlage mechanischer Beschränkungen des zur Lieferung bzw. Ausführung einer Strahlungsbehandlung verwendeten Mehrblattkollimators. Die Erfindung ermöglicht eine Lockerung der Feldgrößenbeschränkungen für Intensitätskarten, wobei die Lieferung eines Teils der Intensitätskarte in einer orthogonalen Kollimatoreinstellung vorgesehen ist. Die Hinausbewegungs- bzw. Versatzbeschränkungen für die Größe der Intensitätskarte in der Blattbewegungsrichtung werden weiter verringert, indem eine monotone Verringerung bzw. Abnahme von Profilen in einer Richtung weg von dem Hinausbewegungsrand ermöglicht ist. Wie nachstehend im Detail erläutert, erweitert eine orthogonale Dekomposition bzw. Zerlegung die Feldgröße auf ein zentrales Quadrat mit den Dimensionen bzw. Abmessungen der Hinausbewegung·2 und vier Rechtecken mit den Dimensionen bzw. Abmessungen gleich (Zahl der Blätter·Blattbreite/2) – (Dimension des zentralen Quadrats)/2 und Hinausbewegungsmaß·2 (4). Der Feldbereich hat keine Einschränkungen hinsichtlich der Werte von der Schmalbündelstrahlintensitäten und es sind beliebige Modulationsmuster über das Feld hinweg möglich. Das Feld kann ferner zu einem Quadrat mit einer Länge und einer Breite erweitert werden, die gleich der Zahl der Blätter·Blattbreite ist, wobei das Eck der Quadrate Horizontal- und Vertikalkomponentenprofile aufweist, die von dem Rand weg monoton abnehmen (5 und 6). Es können zusätzliche Rechtecke ebenso mit den Verteilungen in den Rechtecken hinzugefügt sein, die monoton abnehmende Profile weg von dem Rand aufweisen ( 7). Die Abmessungen des Feldbereiches sind die größtmöglichen Feldabmessungen (d.h. die größte Feldöffnung für ein Blattpaar).
Das nachstehende Beispiel erklärt die vorstehend kurz beschriebenen drei Randerweiterungsverfahren für einen Intensitätskartenfeldbereich im Detail. In dem Beispiel enthält ein Mehrblattkollimator 29 Blätter und ist so aufgebaut, dass, wenn äußere Backen des Kollimators sich zu dem ersten und äußeren Satz von Blättern bewegen, sie alle effektiv eine Breite von 1 cm aufweisen. Das mittlere Blatt (Blatt Nr. 15) des Mehrblattkollimators läuft durch das Isozentrum und jedes Blatt kann sich 10 cm über die zentrale Achse hinausbewegen. Es ist verständlich, dass die Konfiguration nur als ein Beispiel verwendet wird und dass weitere Konfigurationen des Mehrblattkollimators mit einer unterschiedlichen Zahl oder Anordnung von Blättern oder einer anderen Blattbreite verwendet werden können, ohne von dem Bereich der Erfindung abzuweichen.
Ist gemäß diesem Beispiel eine Intensitätskarte derart positioniert, dass das Isozentrum innerhalb eines Schmalbündelstrahls fällt, und weisen die Schmalbündelstrahlen jeweils eine Größe von 1 cm·1 cm auf, so kann die Intensitätskarte in jeder Richtung geliefert werden, da die Blätter 1 cm breit sind. Für den Fall, dass die Gitterlinien auf Orte mit halben Zentimeter fallen (z. B. 0,5, 1,5, 2,5 ...), so kann ein Blatt sich ohne Überschreiten der Hinausbewegungsgrenze von 10 cm höchstens um 9,5 cm bewegen. Sein Partner in dem Blattpaar kann sich jedoch den gesamten Weg nach außen bis 20 cm bewegen, da er nicht die mittlere Achse kreuzt und er einen Bereich von 20 cm für eine normale Bewegung hat. Für den Fall, dass eine beliebige Intensitätskarte erforderlich ist, kann das Blattpaar den Bereich zwischen 9,5 cm und 10,5 cm modulieren. Die Karte hat auf diese Weise 10,5 cm auf jeder Seite der zentralen Achse für einen Gesamtbereich von 21 cm. Dies ergibt eine maximale Feldgröße für eine beliebige Karte mit dem Isozentrum in der Mitte eines 1 cm·1 cm Schmalbündelstrahls von 29 cm·21 cm (Rechteck 102 in 4). Da jedoch das mittlere bzw. zentrale 21 cm·21 cm Quadrat ebenso mit dem Mehrblattkollimator in seiner orthogonalen Kollimatoreinstellung (d.h. der Kollimator ist um 90° von seiner Position ohne Offset gedreht) geliefert werden kann, kann ein zusätzliches Feld mit den Maßen 21 cm·29 cm (Rechteck 104, das durch Doppellinien in 4 definiert ist) in dem ersten Feld 102 überlagert werden. Gemäß der Darstellung von 4 liefert dies einen erweiterten Feldbereich mit einem zentralen 21 cm·21 cm Quadrat 106 und 4 cm·21 cm (oder 21 cm·4 cm) Randspannen bzw. Randspielräumen (Arme) 108, die sich von der Peripherie bzw. der Umfangslinie des zentralen Quadrats entlang jeder Seite davon erstrecken. Der gesamte Feldbereich (d.h. das Quadrat 106 und die Arme 108) kann ein beliebiges Modulationsmuster haben.
Die Intensitätskarte kann ebenso ein monoton abnehmendes Profil haben, das sich von Hinausbewegungsrändern 110 weg erstreckt, wie es in 5 gezeigt ist. In diesem Fall wird nur das Blatt, das nicht über der zentralen Achse ist, derart bewegt, dass keine Hinausbewegung erforderlich ist. Beispielsweise bei einem Start mit 9,5 cm, hat das Intensitätsprofil Werte 5,5,5,4,3,2,2 und 2, dann muß lediglich das rechte Blatt sich zum Erzeugen dieses Musters bewegen und kann das linke Blatt an einer Position von 9,5 cm fixiert bleiben. Dies kann ebenso für ein Profil erfolgen, das mit – 9,5 cm startet und nach – 19,5 cm abfällt. In diesem Fall ist das rechte Blatt bei – 9,5 cm fixiert, während das linke Blatt zum Erzeugen des Profils bewegt wird. Anstelle der Ausbildung eines beliebigen Musters gemäß den Feldbereichen 106 und 108 von 4 muß das Muster 116 monoton von dem Hinausbewegungsrand 110 weg abnehmen bzw. sich verringern. (Ein Beispiel eines Feldes, das effektiv behandelt werden kann unter Verwendung monotoner Funktionen, ist in dem US-Patent Nr. 5,724,403 gezeigt, das durch Bezugnahme hier in seiner Gesamtheit aufgenommen ist).
Dies ermöglicht (ohne einer Kollimatordrehung) eine Feldgröße von 29 cm·39 cm mit einem mittleren 29 cm·21 cm Bereich 112 mit beliebigen Mustern und den 29 cm·9 cm Randspannen bzw. Randspielräumen 114, die nur Muster aufweisen, die von der mittleren Achse weg abnehmen (5). Die obere Grenze für diese abfallenden Profile 116 ist durch die linke und rechte Randsäule der beliebigen 29 cm·21 cm Intensitätskarte festgelegt.
Da in dem vorstehenden Beispiel eine Kollimatordrehung nicht verwendet wird, können die Schmalbündelstrahlen beliebige Säulenbreiten (beispielsweise 1 cm·5 mm) verwenden und sie müssen nicht an dem Isozentrum zentriert sein. Dies ermöglicht eine beliebige 29 cm·21 cm Matrix mit Randerweiterungen bis zu –20 und +20 cm (anstelle von –19,5 cm und + 19,5 cm) für eine Feldgröße von 21 cm·40 cm. Eine beliebige 29 cm·22 cm Intensitätskarte mit Erweiterungen bis zu 40 cm kann mit der Verwendung eines 1 cm·1 cm Schmalbündelstrahls mit dem Isozentrum, das zwischen zwei Schmalbündelstrahlen angeordnet ist, geliefert werden.
Die zwei vorstehend beschriebenen Konzepte, die in den 4 und 5 gezeigt sind, können zum Erzeugen eines 29 cm·29 cm Quadrats 120 mit einem inneren Quadrat 106 und Armen 108 mit einem beliebigen Muster und 4 cm·4 cm Quadratecken 122, 124, die aus einer Überlagerung von monoton abnehmenden Profilen erzeugt sind, kombiniert werden, wie es in 6 gezeigt ist. Die Doppellinien identifizieren die Felder für die orthogonale (90° Offset) Kollimatoreinstellung und die einzelnen Linien definieren die ursprüngliche (0° Offset) Kollimatoreinstellung. Da jedes Blatt sein eigenes monoton abnehmendes Profil erzeugen kann, ist eine größere Flexibilität für die Typen einer zweidimensionalen Verteilung in Folge der Überlagerung orthogonaler Profile vorgesehen. Mit der vorstehend beschriebenen Mehrblattkollimator-Geometrie können beispielsweise die 4 cm·4 cm Quadratecken die nachstehenden Matrizen haben:
Während die erste Matrix Werte hat, die in jeder Zeile von links nach rechts zunehmen (linke Ecken 122 der originalen Kollimatoreinstellung) und die zweite Matrix Werte in jeder Säule hat, die von oben nach unten abnehmen (untere Ecken 124 einer orthogonalen Kollimatoreinstellung), hat die kombinierte Matrix (linke untere Ecke der Überlagerung der Ecken, wie es in 6 dargestellt ist) gemäß diesem Beispiel Profile in ihren Zeilen und Säulen, die nicht monoton sind, aber Minima haben.
Zusätzlich zu dem 29 cm·29 cm Quadrat 120 von 6 können monoton abnehmende Profile für jedes Blatt in beiden Kollimatoreinstellungen möglich sein. Dies liefert 29 cm mit 5,5 cm äußeren Randspannen bzw. Randspielräumen (Arme) 150, die sich von jeder Seite des Quadrats 120 erstrecken, um einen 40 cm·40 cm Bereich abzudecken, wobei 5,5 cm Ecken 154 entfernt sind (7). Wird die gleiche Beabstandung zwischen 1 cm 1 cm Schmalbündelstrahlen verwendet, können die Arme 150 nur einen 39 cm·39 cm Bereich abdecken (vgl. 5). Die Beabstandung für die Arme 150 muß jedoch nicht identisch zu der Beabstandung für den Rest der Intensitätskarte sein, da sie keine Superposition einschließt. Die Arme 150 können beispielsweise 1 cm·0,5 cm verwenden, um 29 cm·5,5 cm Arme 150 zum Abdecken des gesamten 40 cm·40 cm Bereichs zu ermöglichen, was die Grenze der Bewegung für die Blätter ist.
Die einzigen, in 7 nicht abgedeckten Bereiche sind die 5,5 cm Eckquadrate 154. Da jedoch der Primärkollimator einen Radius von 25 cm liefert und der Strahl innerhalb dieses Bereichs abgeschnittene Ecken haben würde, sollten diese Bereich nicht enthalten sein. Tatsächlich sind in dieser Form die am weitesten entfernten Punkte von dem Isozentrum die Ecken der Arme 150 mit (14,5² + 20²)^0,5 cm = 24,7 cm, was gerade innerhalb des Primärkollimatormaßes liegt.
Es kann ebenso eine virtuelle Mikrointensitätsmodulations-Bestrahlungstherapie, wie sie beispielsweise in der US-Patent Nr. 6,134,296 beschrieben ist, in dem 29 cm·29 cm Quadrat 120 zum Liefern einer 0,5 cm·0,5 cm Auflösung verwendet werden. Die virtuelle Mikrointensitätsmodulation kann beispielsweise in dem mittleren 21 cm·21 cm Quadrat 106, in den Armen 108 und in den 4 cm·4 cm Ecken 122, 124 für monoton abnehmende Profile verwendet werden. Dies liefert ein 29 cm·29 cm Quadrat mit einer Auflösung von 0,5 cm·0,5 cm und die Arme 150 können ebenso mit einer 1 cm·0,5 cm Auflösung enthalten sein (6 und 7).
Ein Behandlungsplansystem ist allgemein zum Erzeugen beliebiger Muster aufgebaut. Es ist vorzugsweise ein Filter zum Filtern dieser beliebigen Muster und zum Erzeugen von Mustern vorgesehen, die mit den vorstehend beschriebenen Randerweiterungstechniken kompatibel sind. Beispielsweise kann ein Abschnitt der beliebigen Muster zum Erzeugen monoton abnehmender Profile in den Bereichen 122, 124 und 150 der 6 und 7 gefiltert werden.

Claims

Verfahren zum Definieren eines erweiterten Feldbereiches einer Intensitätskarte zum Verwenden beim Zuführen einer Strahlung von einer Strahlungsquelle (52, 62) zu einem Objekt (P) mit einem Mehrblattkollimator (80), der eine Vielzahl von Blättern (82a–i, 84a–i) enthält, die zum Bewegen in einer ersten Richtung betreibbar sind, und der derart drehbar ist, dass die Blätter (82a–i, 84a–i) zum Bewegen in einer zweiten Richtung betreibbar sind, die sich orthogonal zu der ersten Richtung erstreckt, welches Verfahren enthält: Definieren eines zentralen Quadratbereichs (106) mit Abmessungen, die etwa gleich dem Zweifachen einer Hinausbewegungsspanne des Mehrblattkollimators ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren weiter enthält: Definieren von vier Randspannen (108), die sich jeweils von einer Seite des zentralen Quadrats aus erstrecken und Abmessungen aufweisen, die etwa gleich dem Zweifachen einer Hinausbewegungsspanne des Mehrblattkollimators entlang eines an das zentrale Quadrat (106) angrenzenden Rands und der Hälfte der Zahl der Blätter (82a–i, 84a–i) in dem Mehrblattkollimator mal der Blattbreite minus der Hälfte der Abmessung des zentralen Quadrats (106) sind, wobei das zentrale Quadrat (106) und die vier Randspannen (108) einen Feldbereich für eine Intensitätskarte definieren, die mit dem Mehrblattkollimator in zwei Positionen derart lieferbar ist, dass sich Blätter (82a–i, 84a–i) in der ersten und der zweiten Richtung bewegen.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner mit dem Erzeugen einer Intensitätskarte für den definierten Feldbereich.
Verfahren nach Anspruch 2, mit dem Liefern einer Strahlung unter Verwendung des Mehrblattkollimators (80) und der für den definierten Feldbereich erzeugten Intensitätskarte.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, ferner mit dem Erzeugen eines beliebigen Modulationsmusters für den Feldbereich.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Mehrblattkollimator so aufgebaut ist, dass jedes der Blätter (82a–i, 84a–i) sich zumindest 10 cm über eine zentrale Achse hinausbewegen kann und die Intensitätskarte derart positioniert ist, dass ein Isozentrum inner halb eines 1 cm·1 cm Schmalbündelstrahls angeordnet ist, wobei der Bereich des zentralen Quadrats (106) etwa 21 cm·21 cm beträgt.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Mehrblattkollimator (80) mindestens 29 Blätter enthält, wobei jedes Blatt (82a–i, 84a–i) eine Blattbreite von 1 cm aufweist und die Randspannen (108) Abmessungen von etwa 21 cm·4 cm haben.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, ferner mit dem Erweitern des Feldbereiches zum Einschließen von vier Eckquadraten (122, 124), die jeweils zwei Seiten haben, die an zwei Seiten der Randspannen (108) angrenzen, die sich von angrenzenden Seitendes zentralen Quadrats (106) aus erstrecken.
Verfahren nach Anspruch 7, ferner mit zum Erzeugen eines beliebigen Modulationsmusters für das zentrale Quadrat (106) und die Randspannen (108).
Verfahren nach Anspruch 7, ferner mit dem Erzeugen eines monoton abnehmenden Musters für den erweiterten Feldbereich.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die monoton abnehmenden Muster in einer Richtung weg von einem Hinausbewegungsrand des definierten Feldbereiches abnehmen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, ferner mit dem Definieren von vier Außenrandspannen (150), die jeweils an einer Seite eines Quadrats (120) angrenzen, das durch den ursprünglich definierten Feldbereich und den erweiterten Feldbereich definiert ist.
Verfahren nach Anspruch 11, ferner mit dem Erzeugen eines monoton abnehmenden Musters in den Außenrandspannen (150).
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, ferner mit dem Erhöhen der Auflösung des definierten Feldbereichs unter Verwendung einer virtuellen Mikrointensitätsmodulations-Strahlenbehandlung.
System zum Definieren einer Intensitätskarte zum Verwenden beim Zuführen einer Strahlung von einer Strahlungsquelle (52, 62) zu einem Objekt (P) unter Verwendung eines Mehrblattkollimators, der eine Vielzahl von Blättern (82a–i, 84a–i) enthält, die zum Bewegen in einer ersten Richtung betreibbar sind, und der derart drehbar ist, dass die Blätter (82a–i, 84a–i) zum Bewegen in einer zweiten Richtung betreibbar sind, die sich orthogonal zu der ersten Richtung erstreckt, mit einem Prozessor (30), der zum Definieren eines Zentralquadratbereichs (106) mit Abmessungen, die etwa gleich dem Zweifachen einer Hinausbewegungsspanne des Mehrblattkollimators sind, und mit einem Speicher, der zum zumindest zeitweisen Speichern einer Intensitätskarte ausgelegt ist, die für den definierten Feldbereich erzeugt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozessor (30) zusätzlich zum Definieren von vier Randspannen (108) betreibbar ist, die sich jeweils von einer Seite des zentralen Quadrats (106) aus erstrecken und Abmessungen haben, die etwa gleich dem Zweifachen einer Hinausbewegungsspanne des Mehrblattkollimators entlang eines an dem zentralen Quadrat (106) angrenzenden Rands und der Hälfte der Zahl der Blätter (82a–i, 84a–i) in dem Mehrblattkollimator mal der Blattbreite minus der Hälfte der Abmessung des zentralen Quadrats (106) sind, wobei das zentrale Quadrat (106) und die vier Randspannen (108) einen Feldbereich für eine Intensitätskarte definieren, die mit dem Mehrblattkollimator in zwei Positionen derart lieferbar ist, dass die Blätter (82a–i, 84a–i) sich in der ersten und der zweiten Richtung bewegen.
System nach Anspruch 14, wobei der Prozessor (30) ferner zum Erweitern des Feldbereiches zum Einschließen von vier Eckquadraten (122, 124) ausgelegt ist, die jeweils zwei Seiten angrenzend zu zwei Seiten der Randspannen (108) haben, die sich von angrenzenden Seiten des zentralen Quadrats (106) aus erstrecken.
System nach Anspruch 15, wobei das mittlere Quadrat (106) und die Randspannen (108) ein beliebiges Modulationsmuster und der erweiterte Feldbereich ein monoton abnehmendes Muster aufweisen.
Verfahren zum Zuführen einer Strahlung von einer Strahlungsquelle (52, 62) zu einem erweiterten Feldbereich mit einem Mehrblattkollimator (80), der eine Vielzahl von Blättern (82a–i, 84a–i) enthält, die zum Bewegen in einer ersten Richtung betreibbar sind, und derart drehbar ist, dass die Blätter (82a–i, 84a–i) zum Bewegen in einer zweiten Richtung betreibbar sind, die sich senkrecht zu der ersten Richtung erstreckt, welches Verfahren gekennzeichnet ist durch Erzeugen einer Intensitätskarte mit Grenzen, die durch zwei Rechtecke (102, 104) definiert sind, wobei jedes davon Abmessungen aufweist, die etwa gleich dem Zweifachen einer Hinausbewegungsspanne des Mehrblattkollimators und der Zahl der Blätter des Mehrblattkollimators mal der Blattbreite sind, wobei die zwei Rechtecke derart angeordnet sind, dass die Mitten der Rechtecke die gleiche mittlere Achse haben und orthogonal zueinander positioniert sind.
Verfahren nach Anspruch 17, ferner mit dem Liefern einer Strahlung mit dem Kollimator in einer Null-Grad-Offset-Position, in der sich die Blätter (82a–i, 84a–i) in der ersten Richtung bewegen, und dem Liefern einer Strahlung mit dem Kollimator in einer 90-Grad-Offset-Position, in der sich die Blätter (82a–i, 84a–i) in der zweiten Richtung bewegen.
Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, wobei die Grenze der Intensitätskarte ferner vier Eckquadrate (122, 124) enthält, die am Umfang der zwei Rechtecke (102, 104) derart angeordnet sind, dass die Intensitätskartengrenze quadratisch ist.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei das Erzeugen einer Intensitätskarte das Erzeugen eines beliebigen Modulationsmusters in den zwei Rechtecken (102, 104) und das monotone Verringern des Musters in den vier Eckquadraten (122, 124) enthält.