DE10257206A1

DE10257206A1 - Röntgenbestrahlungseinrichtung

Info

Publication number: DE10257206A1
Application number: DE2002157206
Authority: DE
Inventors: Jörg Dr. Freudenberger; Erich Dr. Hell; Peter Dr. Schardt
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2002-12-06
Filing date: 2002-12-06
Publication date: 2004-07-15

Abstract

Es wird eine Röntgenbestrahlungseinrichtung (1) mit einer Röntgenquelle (2) und einem Kollimator (3, 4, 5) zur Erzeugung von kollimierten Röntgenstrahlen (R) zur Bestrahlung eines definierten Bestrahlungsobjekts (O) beschrieben. Die Röntgenquelle (2) weist eine räumlich ausgedehnte Röntgenabstrahlfläche (F) und Mittel auf, um gleichzeitig an mehreren verschiedenen Positionen (13) und/oder zeitlich nacheinander an verschiedenen Positionen (13) auf der Röntgenabstrahlfläche (F) Röntgenstrahlung (R) zu erzeugen. Der Kollimator (3, 4, 5) ist derart ausgebildet, dass die von verschiedenen Positionen (13) von der Röntgenabstrahlfläche (F) aus durch den Kollimator (3, 4, 5) abgestrahlte Röntgenstrahlung (R) auf einen bestimmten Fokusbereich (B) fokussiert wird, wobei die an unterschiedlichen Positionen (13) der Röntgenabstrahlfläche (F) entstehende Röntgenstrahlung (R) aus unterschiedlichen Richtungen durch den Fokusbereich (B) läuft.

Description

Die Erfindung betrifft eine Röntgenbestrahlungseinrichtung mit einer Röntgenquelle und einem Kollimator zur Erzeugung von kollimierten Röntgenstrahlen zur Bestrahlung eines definierten Bestrahlungsobjekts. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Erzeugung von kollimierten Röntgenstrahlen zur Bestrahlung eines definierten Bestrahlungsobjekts.

Derartige Röntgenbestrahlungseinrichtungen bzw. Verfahren zur Erzeugung von Röntgenstrahlen werden beispielsweise in der Krebstherapie dazu benutzt, um einen Tumor im Körper eines Patienten durch Applikation von Energie im Gewebe des Tumorbereichs zu schädigen oder Idealerweise zu zerstören. Dieses Verfahren wird allgemein auch Brachytherapie genannt. Bei einer Verwendung von weicher Röntgenstrahlung können leider nur oberflächennahe Volumen behandelt werden, da die Dosis mit zunehmender Tiefe im Patienten stark abnimmt. Durch Erhöhen der Energie der Röntgenstrahlung, beispielsweise bei Verwendung von Photonen im Bereich von 100 bis 500 keV, lassen sich prinzipiell auch tiefer liegende Tumoren erreichen. Jedoch kann auch in diesem Fall naturgemäß ein tiefliegender Tumor nicht mit einer höheren Dosis beaufschlagt werden als die über ihm liegenden gesunden Gewebeteile. Entscheidend bei einer solchen Bestrahlungstherapie ist aber, dass der Tumor . selbst eine relativ große Dosis der schädigenden Strahlung und das umliegende gesunde Gewebe eine möglichst kleine Dosis erhält, um dieses Gewebe möglichst wenig zu schädigen. Dies kann erreicht werden, indem die Strahlungsquelle während der Bestrahlung relativ zum Bestrahlungsobjekt mechanisch so bewegt wird, dass die kollimierten Röntgenstrahlen zeitlich nacheinander immer aus verschiedenen Richtungen auf das Bestrahlungsobjekt gelangen. D. h. die Röntgenquelle und/oder der Patient werden derart mechanisch zueinander bewegt, dass die zu unterschiedlichen Zeiten bestrahlten Volumina im Körper des Patienten einen gemeinsamen Fokus besitzen, welcher im Tumor liegt. Solche Röntgenbestrahlungseinrichtungen, bei denen auf mechanische Weise permanent die Röntgenquelle relativ zum Bestrahlungsobjekt bewegt wird, sind zum einen relativ aufwändig und dementsprechend teuer in der Herstellung. Zum anderen sind solche Konstruktionen während des Einsatzes relativ laut, was für den Patienten unangenehm ist.

Um tiefer liegende Tumoren zu erreichen, werden alternativ auch häufig Bestrahlungen mit hochenergetischen Protonen durchgeführt, die mittels Linearbeschleunigern erzeugt werden. Die Energien liegen dabei im MeV-Bereich. Leider ist eine Fokussierung solcher Strahlung auch nur unzureichend möglich, da die Kollimatoren von der hochenergetischen Strahlung relativ leicht durchdrungen werden können. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass Linearbeschleuniger ebenfalls relativ teuer sind. Eine weitere alternative Möglichkeit der Bestrahlung ist die Verwendung von Schwer-Ionen oder Protonen. Auch hierfür werden aber Maschinen in einer Preislage ähnlich der eines Linearbeschleunigers verwendet. Aufgrund der hohen Kosten für die genannten Anlagen sind die Behandlungskosten für die Bestrahlungstherapien im allgemeinen relativ hoch.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine einfache und kostengünstige Alternative zu dem eingangs genannten Stand der Technik anzugeben, welche eine optimierte Röntgenbestrahlung eines definierten Bestrahlungsobjekts mit einer relativ hohen Dosis erlaubt, wobei die unmittelbare Umgebung des Bestrahlungsobjekts nur eine relativ geringe Strahlendosis erhält.

Diese Aufgabe wird durch eine Röntgenbestrahlungseinrichtung gemäß Patentanspruch 1 und durch ein Verfahren zur Erzeugung von kollimierten Röntgenstrahlen gemäß Patentanspruch 19 gelöst.

Erfindungsgemäß weist die Röntgenbestrahlungseinrichtung hierzu eine Röntgenquelle mit einer räumlich ausgedehnten Röntgenabstrahlfläche sowie Mittel auf, um gleichzeitig an mehreren verschiedenen Positionen und/oder zeitlich nacheinander an verschiedenen Positionen der Röntgenabstrahlfläche Röntgenstrahlung zu erzeugen. Der Kollimator ist dabei derart ausgebildet, dass die von den verschiedenen Positionen der Röntgenabstrahlfläche aus durch den Kollimator abgestrahlte Röntgenstrahlung auf einen bestimmten Fokusbereich, welcher im Bestrahlungsobjekt liegt, fokussiert wird, wobei die an unterschiedlichen Positionen der Röntgenabstrahlfläche entstehende Röntgenstrahlung aus unterschiedlichen Richtungen durch den Fokusbereich läuft. Der Fokusbereich kann hierbei ein um ein bestimmtes Maß ausgedehnter räumlicher Bereich sein, in welchem sich die Strahlen schneiden. Im Extremfall handelt es sich um einen exakten Fokuspunkt.

Wie bei den Verfahren, bei denen während der Bestrahlung permanent die Röntgenquelle relativ zum Bestrahlungsobjekt bewegt wird, wird auch bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung dadurch dafür gesorgt, dass die Photonen einen Patienten beim Eintritt und Austritt an verschiedenen Orten durchdringen, jedoch alle durch den Fokusbereich verlaufen und folglich das definierte Bestrahlungsobjekt treffen. Durch die Verwendung der Röntgenquelle mit einer räumlich ausgedehnten Röntgenabstrahlfläche und die Wahl eines geeigneten Kollimators, welcher die Strahlung kollimiert und auf den vorgegebenen Fokusbereich fokussiert, ist jedoch eine permanente mechanische Bewegung der Röntgenquelle bzw. des Bestrahlungsobjekts, d. h. letztlich des Patienten, nicht nötig.

Hierbei ist es für das Prinzip grundsätzlich unerheblich, ob die Röntgenstrahlung von der großflächigen Röntgenabstrahlfläche aus gleichzeitig aus verschiedenen Richtungen in den Fokusbereich gelangt, d. h. ob die Röntgenquelle auf der vollen Röntgenabstrahlfläche aktiv ist, oder ob immer nur ein bestimmter Bereich auf der Röntgenabstrahlfläche aktiv ist und der aktive Bereich auf der Röntgenabstrahlfläche wandert.

Eine solche Röntgenquelle mit einer räumlich ausgedehnten Röntgenabstrahlfläche lässt sich relativ einfach durch die Verwendung einer großflächigen Anode mit einem ortsveränderlichen Brennfleck bilden. Vorzugsweise weist die Röntgenquelle hierzu eine Elektronenquelle zur Aussendung eines Elektronenstrahls und eine geeignete Ablenkeinrichtung auf, um den Elektronenstrahl unter Bildung des Brennflecks auf eine Oberfläche der Anode abzulenken. Außerdem benötigt die Röntgenquelle eine Steuereinrichtung, welche die Ablenkeinrichtung derart ansteuert, dass der Brennfleck entlang einer vorgegebenen Brennbahn auf der Oberfläche der Anode wandert.

Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel dieser Variante ist die Oberfläche der Anode trichterförmig ausgebildet und die Steuereinrichtung steuert die Ablenkeinrichtung so an, dass der Brennfleck auf einer Brennbahn umläuft, welche kreisförmig um die Trichtersymmetrieachse der Anode auf einem bestimmten Radius angeordnet ist. Durch geeignete Ausgestaltung der Trichteroberfläche lässt sich eine optimale Einstellung der Änderungen im Radius der Brennbahn in Abhängigkeit von der Änderung des Ablenkwinkels des Elektronenstrahls erreichen.

Der Aufbau des Kollimators, welcher für die Kollimierung und Fokussierung der von der Röntgenquelle ausgesandten Röntgenstrahlung sorgt, sollte an den verwendeten Typ der Röntgenquelle angepasst sein.

Bei einer Variante weist der Kollimator mehrere feststehende, auf den Fokusbereich gerichtete Blendenöffnungen bzw. Kollimatorschächte auf. „Auf den Fokusbereich gerichtet" ist hierbei so zu verstehen, dass die Längsachsen der Blendenöffnung auf den Fokusbereich gerichtet sind. Diese Blendenöffnungen können beispielsweise in einer konkaven Kollimatorwandung an geordnete, jeweils senkrecht durch die Kollimatorwandung verlaufende einfache Bohrungen sein, wobei die Krümmung der Kollimatorwandung so gewählt ist, dass die Längsachsen aller Bohrungen durch den Fokusbereich verlaufen. Dieser Kollimator ähnelt folglich einem kalottenförmigen Sieb. Ein derartiger Kollimator kann sowohl bei Einsatz einer Röntgenquelle, die gleichzeitig an mehreren Punkten auf der Röntgenabstrahlfläche Röntgenstrahlung aussendet, als auch beim Einsatz einer Röntgenquelle, bei der ein Brennfleck über die ausgedehnte Röntgenabstrahlfläche wandert, verwendet werden.

Bei dem letztgenannten Aufbau der Röntgenquelle bietet sich außerdem die Verwendung eines Kollimators an, welcher eine ortsveränderliche, in jeder Position auf den Fokusbereich gerichtete Blendenöffnung aufweist. Dabei wird sinnvollerweise die Bewegung der Blendenöffnung synchron zur Bewegung der Position auf der Röntgenabstrahlfläche, an der die Röntgenstrahlung erzeugt wird, gesteuert.

Ein solcher Kollimator mit ortsveränderlicher Blendenöffnung lässt sich sehr einfach mittels einer um eine Rotationsachse rotierbar gelagerten Kollimatorwandung realisieren, welche in einem Abstand zur Rotationsachse eine Blendenöffnung aufweist. Bei einer Drehung der Kollimatorwandung um die Rotationsachse läuft die Blendenöffnung auf einer Kreisbahn um. Bei einer besonders einfachen Konstruktion handelt es sich bei der Kollimatorwandung um eine ebene, senkrecht zur Rotationsachse verlaufende Scheibe mit einer in einem Abstand schräg zur Rotationsachse verlaufenden Bohrung, deren Längsachse die Rotationsachse im Fokusbereich schneidet.

Um den Fokusbereich variieren zu können, weist der Kollimator vorzugsweise mehrere ortsveränderliche Blendenöffnungen auf, welche so angeordnet sind, dass von der Röntgenquelle aus durch die verschiedenen Blendenöffnungen verlaufende Röntgenstrahlung unter unterschiedlichen Winkeln durch den Fokusbereich verläuft. Hierzu können beispielsweise auf der die Kol limatorwandung bildenden Scheibe mehrere Blendenöffnungen mit unterschiedlichen Winkeln zur Rotationsachse und in unterschiedlichen Abständen zur Rotationsachse angeordnet sein. Diese Blendenöffnungen können vorzugsweise auch unterschiedlich groß sein, um eine unterschiedliche Kollimationswirkung zu erzielen.

Besonders bevorzugt weist in einem solchen Fall die Röntgenbestrahlungseinrichtung Mittel zum Abdecken der Öffnungen auf, so dass z. B. immer nur eine ausgewählte Blendenöffnung geöffnet werden kann und alle anderen Blendenöffnungen dabei abgedeckt sind.

Ein relativ einfach aufgebautes Ausführungsbeispiel eines Kollimators, der diese Möglichkeiten bietet, umfasst zwei in Röntgenstrahlrichtung hintereinander angeordnete Kollimatorwandungen, von denen zumindest eine mehrere Blendenöffnungen aufweist. Außerdem umfasst der Kollimator Steuermittel, um die Kollimatorwandungen in eine Stellung zueinander zu bringen und während der Bestrahlung in dieser Stellung zueinander zu halten, in der sich eine Blendenöffnung in der einen Kollimatorwandung mit einer bestimmten Blendenöffnung der anderen Blendenöffnung so in Überdeckung befindet, dass die Röntgenstrahlung von einer bestimmten Position auf der Röntgenabstrahlfläche aus in einer vorgegebenen Richtung durch den Kollimator verläuft. Durch Verstellung der beiden Kollimatorwandungen zueinander lässt sich so eine Vielzahl von möglichen Blendenöffnungs-Kombinationen erreichen, in denen jeweils die Röntgenstrahlung aus unterschiedlichen Richtungen und mit unterschiedlicher Breite durch einen durch die Blendenöffnungen und den Abstand der Kollimatorwandungen zur Röntgenabstrahlfläche bzw. des Brennpunkts definierten Fokusbereich verläuft. Insbesondere ist es dabei auch möglich, verschiedene Blendenöffnungen auf unterschiedliche Fokusbereiche auszurichten und so durch entsprechende Wahl der Blendenöffnungen ohne eine mechanische Positionsänderung der ge samten Röntgenquelle unterschiedliche Gebiete innerhalb des Bestrahlungsobjekts intensiv zu bestrahlen.

Um die Strahlenbelastung für das gesunde Gewebe noch weiter zu verringern, befindet sich vorzugsweise zwischen der Röntgenquelle und dem Kollimator und/oder zwischen dem Kollimator und dem Bestrahlungsobjekt ein Absorptionsfilter, welcher bereits sämtliche Strahlung ausfiltert, die das definierte Bestrahlungsobjekt nicht erreichen, sondern in darüber liegenden Gewebeschichten absorbiert würde.

Eine besonders komfortable Röntgenbestrahlungseinrichtung ist zusätzlich mit einem Röntgenbilddetektor ausgestattet, mit dem mittels der von der Röntgenquelle ausgesandten Röntgenstrahlung ein Röntgenbild aufgezeichnet werden kann. Mit Hilfe einer entsprechenden Bildauswerteeinheit und einer Steuereinheit zur Justage der Röntgenbestrahlungseinrichtung kann dann anhand eines vor der Bestrahlung vom zu bestrahlenden Objektbereich erzeugten Röntgenbilds die Röntgenbestrahlungseinrichtung bei der Bestrahlung justiert werden. Bei der Aufnahme des Röntgenbilds wird der Kollimator aus dem Strahlengang, vorzugsweise mittels einer automatischen Verstellvorrichtung, entfernt. Außerdem wird die Dosisleistung entsprechend reduziert.

Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel sind dabei die Bildauswerteeinheit und die Röntgenquellensteuereinheit so ausgebildet, dass von dem zu bestrahlenden Objektbereich mehrere zweidimensionale Aufnahmen gemacht werden können und daraus mittels eines tomosynthetischen Verfahrens ein dreidimensionales Bild des zu bestrahlenden Objektbereichs für die Justage der Röntgenbestrahlungseinrichtung konstruiert werden kann.

Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Figuren anhand von Ausführungsbeispielen noch einmal näher erläutert. In den Figuren sind jeweils gleiche Komponenten mit den gleichen Bezugsziffern versehen. Es zeigen:
1 eine schematische Draufsicht auf eine Röntgenbestrahlungseinrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
2 eine Prinzipdarstellung einer Röntgenquelle mit einer großflächigen Anode mit ortsveränderlichem Brennfleck zur Verwendung in einer Röntgenbestrahlungseinrichtung gemäß 1,
3 einen schematischen Schnitt durch einen Kollimator zur Verwendung in einer Röntgenbestrahlungseinrichtung gemäß 1,
4 eine schematische Draufsicht auf eine Röntgenbestrahlungseinrichtung nach einem zweiten Ausführungsbeispiel mit einer Röntgenquelle gemäß 2,
5 eine Prinzipdarstellung eines Kollimators mit variabler Blendenöffnung,
6 eine schematische Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Röntgenbestrahlungseinrichtung mit einem zusätzlichen Röntgenbilddetektor.
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß 1 wird eine Röntgenquelle verwendet, deren räumlich ausgedehnte Röntgenabstrahlfläche F durch eine großflächige Anode gebildet wird, auf der die Position des Brennflecks F, an dem die Röntgenstrahlung R entsteht, genau eingestellt werden kann.
Das Prinzip einer solchen Röntgenquelle ist in 2 genauer dargestellt. Diese Röntgenquelle 2 weist eine trichterförmige Anode 12 auf, deren Innenfläche die Röntgenabstrahlflä che F bildet. Ein von einer Elektronenquelle (nicht dargestellt) kommender, stark beschleunigter Elektronenstrahl 10 wird mit Hilfe eines Magnetablenksystems 11 auf die Röntgenabstrahlfläche F der Anode 12 gelenkt. Am Auftreffpunkt des Elektronenstrahls 10 auf der Anode 12, dem Brennfleck 13, wird von der Anode 12 die gewünschte Röntgenstrahlung R emittiert. Durch entsprechende Regelung des Magnetablenksystems 11 kann die Ablenkung des Elektronenstrahls 10 so gesteuert werden, dass der Brennfleck 13 auf einer Kreisbahn, der sogenannten Brennbahn 14, in einer beliebigen Umlaufrichtung U im Inneren der trichterförmigen Anode 12 rotiert. Durch die Einstellung des Magnetablenksystems 11 können die Umlauffrequenz und Umlaufrichtung U des Brennflecks 13 dabei beliebig geändert werden.
Durch das Magnetablenksystem 11 ist auch die Neigungsrichtung N des Elektronenstrahls 10 veränderbar, so dass dadurch der Radius der Brennbahn 14 variiert werden kann. Das Verhältnis der Veränderung der Neigung des Elektronenstrahls 10 zur Variation des Radius der Brennbahn 14 ist durch die konkrete Form der Oberfläche F der Anode 12 definiert. Vorteilhafterweise wird der Durchmesser der Brennbahn 14, auf der der Brennfleck 13 verläuft, relativ groß im Vergleich zur Tiefe des Bestrahlungsobjekts 0 unter der Hautoberfläche des Patienten gewählt. Hierdurch ist das Verhältnis zwischen der im Bestrahlungsobjekt 0 deponierten Dosis zur Dosis im umliegenden gesunden Gewebe besonders günstig.
Eine solche „Drehstrahlröntgenröhre" kann relativ einfach und kostengünstig aufgebaut sein. Die Anode 12 kann z. B. aus den üblicherweise in Röntgenröhren verwendeten Anodenmaterialien wie Wolfram oder Molybdän gefertigt sein. Der gesamte Aufbau befindet sich in der üblichen Weise in einer Kammer, in der das notwendige Hochvakuum vorliegt. Auf der offenen Trichterseite, d.h. auf Seiten der Hauptemissionsrichtung der Röntgenstrahlen R, weist die Vakuumkammer ein für Röntgenstrahlen durchlässiges Fenster auf. Alternativ zu der dargestellten Form, bei der der Elektronenstrahl 10 von der Rückseite, d. h. von der Engstelle aus in den trichterförmigen Anodenbereich gelangt, kann der Elektronenstrahl auch von der gegenüberliegenden Seite, d. h. von der offenen Seite des Trichters herangeführt werden.
Die am Brennpunkt 13 entstehende Röntgenstrahlung R gelangt dann – wie in 1 dargestellt – zunächst auf einen Kollimator 3, der in 3 detaillierter gezeigt ist. Dieser Kollimator 3 besteht aus einer kalottenförmigen Kollimatorwandung 15, in welcher in bestimmten Abständen zueinander Bohrungen 16 als Kollimatorschächte eingebracht sind, deren Längsachsen alle durch den Fokusbereich B laufen. In 3 sind der besseren Übersichtlichkeit wegen nur drei solcher Bohrungen 16 dargestellt. In der Realität liegen die einzelnen Kollimatorschächte 16 erheblich dichter beieinander, so dass die „Kollimatorkalotte" 3 einem Sieb ähnelt.
Dieser Kollimator 3 bewirkt, dass unabhängig von der Position des Brennflecks 13 auf der Röntgenabstrahlfläche F immer ein passend kollimierter Strahl erzeugt wird, welcher durch den gewünschten Fokusbereich B hindurch läuft. Da der gesamte Kollimator 3 vollständig mit Kollimatorschächten versehen ist, ist es durch geeignete Ansteuerung der Magnetablenkeinrichtung 11 möglich, auch nicht runde Bereiche zu bestrahlen und somit den Fokusbereich besser an das Bestrahlungsobjekt bzw. an Empfindlichkeiten des umliegenden Gewebes anzupassen.
Lediglich der Abstand des Fokusbereichs B zum Kollimator 3 ist durch die Krümmung der Kollimatorwandung 15 bzw. durch die Lage der einzelnen Bohrungen 16 in der Kollimatorwandung 15 fest vorgegeben.
Die vom Kollimator 3 kommenden, kollimierten Röntgenstrahlen R verlaufen dann durch einen Absorptionsfilter 6, der sämtliche Strahlung absorbiert, die das Bestrahlungsobjekt 0 selbst nicht erreicht, sondern ohnehin in über dem Bestrahlungsobjekt 0 liegenden Gewebeschichten absorbiert würde.
Schließlich gelangt die vom Absorptionsfilter 6 durchgelassene Strahlung in den Körper des Patienten P und dort in das Bestrahlungsobjekt 0. Die Einstellung ist dabei so gewählt, dass der Fokusbereich B genau innerhalb des Bestrahlungsobjekts 0 liegt. Bei größeren Bestrahlungsobjekten ist es erforderlich, die Röntgenquelle bzw. den Patienten nach einer bestimmten Bestrahlungszeit geringfügig relativ zueinander zu bewegen, um den Fokusbereich B nacheinander jeweils eine bestimmte Zeitlang in einem bestimmten Teilbereich des Bestrahlungsobjekts 0 zu platzieren und so das gesamte Bestrahlungsobjekt 0 ausreichend zu bestrahlen.
Wie aus 1 deutlich erkennbar ist, sorgt die Verwendung des fokussierenden Kollimators 2 und des großflächigen Abstrahlbereichs in der Quelle 2 dafür, dass die beim Ein- und Austritt der Strahlung durch den Patienten P applizierte Dosis, die sogenannte „Hautdosis", im Vergleich zu der im Bestrahlungsobjekt 0 deponierten Dosis relativ gering ist. Dadurch wird einerseits das Gewebe des Bestrahlungsobjekts 0 selbst relativ stark durch die Röntgenstrahlung R geschädigt, wodurch die Erfolgsaussichten erhöht werden. Andererseits wird das umliegende gesunde Gewebe nur wenig belastet, wodurch die Nebenwirkungen gering gehalten werden können. Eine permanente mechanische Bewegung der Röntgenquelle ist dabei nicht notwendig, um diesen Effekt zu erreichen.
Da die Brennfleckposition bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 rein elektronisch beeinflusst werden kann, entfallen mechanisch zu bewegende Teile bei dieser Variante vollständig. Daher ist die gesamte Apparatur relativ kostengünstig und wartungsfreundlich.
Die Röntgenbestrahlungseinrichtung 1 gemäß 4 ist in ähnlicher Weise aufgebaut wie die Röntgenbestrahlungseinrich tung 1 gemäß 1. Es wird hier lediglich ein anderer Kollimator 4 verwendet.
Der hier verwendete Kollimator 4 weist eine scheibenförmige Kollimatorwandung 17 auf, welche um eine Rotationsachse A rotierbar gelagert ist. Die Rotationsachse A entspricht dabei genau der Verbindungsachse zwischen der Röntgenquelle 2 und dem Fokusbereich B. In einem Abstand von der Rotationsachse verläuft schräg zur Rotationsachse A eine Bohrung als Blendenöffnung 18, deren Längsachse die Rotationsachse A im Fokusbereich B schneidet. Röntgenstrahlung, die im Eintrittsbereich der Blendenöffnung 18 auf die Kollimatorwandung 17 fällt, wird entsprechend in Richtung der Längsachse der Blendenöffnung 18 in den Fokusbereich B abgestrahlt.
Bei Verwendung eines solchen Kollimators 4 muss dafür gesorgt werden, dass die Blendenöffnung 18 des Kollimators 4 synchron mit dem Brennfleck 13 auf der Anode 12 der Röntgenquelle 2 umläuft. Hierzu werden die Steuereinrichtung 7, welche die Magnetablenkeinrichtung 11 in der Röntgenquelle 2 ansteuert, und eine Steuereinrichtung 8, welche die Rotation der Kollimatorscheibe 17 des Kollimators 4 regelt, durch eine Synchronisationseinheit 9 synchronisiert.
Anstelle einer Röntgenquelle 2 mit einem ortsveränderlichen Brennpunkt 13, welcher jeweils immer nur an einer Position auf der Röntgenabstrahlfläche F Röntgenstrahlung R aussendet, kann selbstverständlich auch eine Röntgenquelle verwendet werden, bei der gleichzeitig an mehreren Punkten Röntgenstrahlung entsteht. Insbesondere kann auch eine ausgedehnte Röntgenquelle verwendet werden, die gleichzeitig über die gesamte Fläche oder einen großen Teil davon Röntgenstrahlung abstrahlt. Eine solche ausgedehnte Quelle kann auch aus mehreren Einzelquellen zusammengesetzt sein.
Die Verwendung einer ausgedehnten Röntgenquelle bietet sich natürlich insbesondere bei Verwendung eines Mehrlochkollima tors, beispielsweise eines Kollimators 3 gemäß 3 an. Eine solche Konstruktion hat den Vorteil, dass gleichzeitig die volle Dosis auf das Bestrahlungsobjekt 0 abgegeben wird. D. h. eine derartige Anlage erzeugt bei gleicher Gesamtdosis eine höhere Dosisleistung, wodurch die Bestrahlungsdauer sehr kurz gehalten werden kann. Prinzipiell kann eine ausgedehnte Röntgenquelle auch in Verbindung mit einem Kollimator 4 gemäß 4 verwendet werden, wobei jedoch ein solcher Aufbau relativ ineffizient ist, da ein Großteil der in der Röntgenquelle 2 erzeugten Strahlung verloren geht..
5 zeigt eine besonders komfortable Variante eines Kollimators mit ähnlichem Aufbau wie in 4. Dieser Kollimator 5 besteht aus zwei koaxial in Strahlrichtung der Röntgenstrahlung R auf einer Drehachse A hintereinander angeordneten Scheiben 17, 24, welche passend zueinander eingestellt werden und dann synchron rotieren. Die eine Scheibe 17 – hier die in Richtung der Röntgenstrahlung R hintere Scheibe – weist mehrere Blendenöffnungen 18, 19, 20, 21, 22, 23 auf, welche sowohl unterschiedlich groß sind als auch in unterschiedlichen Abständen von der Rotationsachse A auf der Scheibe angeordnet sind. Die in Strahlrichtung vordere Scheibe 24 ist mit einem radial verlaufenden Langloch 25 versehen. Durch die relative Einstellung des Drehwinkels der beiden Scheiben 24, 17 zueinander kann festgelegt werden, welche Blendenöffnung 18, 19, 20, 21, 22, 23 der unteren Scheibe 17 für einen Durchlass der Röntgenstrahlung R geöffnet ist und welche Blendenöffnung 18, 19, 20, 21, 22, 23 durch die obere Scheibe 24 abgedeckt ist.
Durch den Ort des Brennflecks 13 – hier nur durch einen Punkt angedeutet – und durch den Abstand der ausgewählten Blendenöffnung 18, 19, 20, 21, 22, 23 in der in Richtung der Röntgenstrahlung R hinteren Scheibe 17 wird der Winkel und damit der Abstand des Fokusbereichs B des Kollimators 5 von der in Strahlrichtung R hinteren Scheibe 17 bestimmt.
Durch die Wahl der relativen Orientierung der beiden Scheiben 17, 24 zueinander kann so zum einen auf die unterschiedliche Tiefe eines Volumens im bestrahlten Körper des Patienten P und außerdem auf das Volumen selbst reagiert werden, wobei das bestrahlte Volumen durch die Größe der Blendenöffnung 18, 19, 20, 21, 22, 23 bestimmt ist. Sofern der Abstand zwischen den Scheiben 17, 24 variabel ist, kann das bestrahlte Volumen auch durch die Einstellung des Abstands der beiden Scheiben 17, 24 beeinflusst werden.
Diese Konstruktion kann durch Hinzufügung weiterer Bohrungen in den Scheiben oder sogar durch Hinzufügung zusätzlicher Scheiben noch beliebig erweitert werden.
6 zeigt eine weitere Variante einer erfindungsgemäßen Röntgenbestrahlungseinrichtung 1. Hierbei befindet sich in Richtung der Röntgenstrahlung R hinter dem Patienten P ein bildgebendes System 26, bestehend aus einem Röntgenbilddetektor 27 und einer Bildauswerteeinrichtung 28. Mit Hilfe dieses bildgebenden Systems 26 kann vor einer Bestrahlung eine Röntgenaufnahme des Patienten P bzw. des Bereichs um das Bestrahlungsobjekt 0 angefertigt werden. Für diese Röntgenaufnahme wird der Kollimator und gegebenenfalls auch der Absorptionsfilter 6 aus dem Strahlengang entfernt und die Dosisleistung der Röntgenquelle 2 dementsprechend herabgesetzt. Anhand des so aufgenommenen Bildes kann anschließend durch eine geeignete Steuereinrichtung (nicht dargestellt) die gesamte Röntgenbestrahlungseinrichtung 1 passend justiert werden. Hierbei wird dafür gesorgt, dass während der Aufnahmezeit der Brennfleck 13 an einem Ort festgehalten wird.
Bei entsprechender Ansteuerung können durch Verstellung des Brennflecks 13 auch aus verschiedenen Richtungen unterschiedliche, zweidimensionale Aufnahmen des Patienten P erzeugt werden und daraus beispielsweise in der Bildauswerteeinrichtung 28 mit Hilfe eines tomosynthetischen Verfahrens ein dreidimensionales Bild des Objektbereichs um das Bestrah lungsobjekt 0 konstruiert werden. Anhand der einzelnen Röntgenbilder bzw. dreidimensional konstruierten Aufnahmen kann dann die Justage erfolgen.
Prinzipiell kann jederzeit durch Aufnahme solcher Röntgenbilder auch während der Messung die Justage nachkontrolliert werden, indem kurzzeitig die Dosis herabgesetzt wird und der Kollimator bzw. gegebenenfalls auch der Absorptionsfilter durch eine entsprechende Vorrichtung vorübergehend aus dem Strahlengang entfernt wird.
Die erfindungsgemäße Röntgenbestrahlungseinrichtung hat – wie die Beispiel zeigen – viele Vorteile. Zum einen kann die Anpassung des bestrahlten Bereichs rein durch die elektronische Brennfleckpositionierungssteuerung erfolgen. Dadurch entfällt das Anfertigen besonderer Kollimatoren speziell für den einzelnen Patienten. Zum anderen ist – anders als bei Verwendung von hochenergetischen Protonen, Schwer-Ionen oder Protonen – die Energie relativ gering und liegt vorzugsweise im Bereich von 100 bis 500 keV. Daher ist kein besonderer baulicher Strahlenschutz erforderlich. Es reicht der gewöhnliche Strahlenschutz aus, der für Röntgenanlagen üblicherweise verwendet wird. Eine erhöhte Dosis im Tumor wird durch die Fokussierung des Röntgenstrahls automatisch erreicht, wobei die Belastung des umliegenden Gewebes relativ gering gehalten werden kann. Zudem ist die Realisierung einer solchen Röntgenbestrahlungseinrichtung erheblich kostengünstiger als der Aufbau der bisher bekannten Einrichtungen zur Bestrahlung tiefliegender Tumore.

Claims

Röntgenbestrahlungseinrichtung (1) mit einer Röntgenquelle (2) und einem Kollimator (3, 4, 5) zur Erzeugung von kollimierten Röntgenstrahlen (R) zur Bestrahlung eines definierten Bestrahlungsobjekts (0), dadurch gekennzeichnet, dass die Röntgenquelle (2) eine räumlich ausgedehnte Röntgenabstrahlfläche (F) und Mittel aufweist, um gleichzeitig an mehreren verschiedenen Positionen (13) und/oder zeitlich nacheinander an verschiedenen Positionen (13) auf der Röntgenabstrahlfläche (F) Röntgenstrahlung (R) zu erzeugen, und dass der Kollimator (3, 4, 5) derart ausgebildet ist, dass die von verschiedenen Positionen (13) von der Röntgenabstrahlfläche (F) aus durch den Kollimator (3, 4, 5) abgestrahlte Röntgenstrahlung (R) auf einen bestimmten Fokusbereich (B) fokussiert wird, wobei die an unterschiedlichen Positionen (13) der Röntgenabstrahlfläche (F) entstehende Röntgenstrahlung (R) aus unterschiedlichen Richtungen durch den Fokusbereich (B) läuft.
Röntgenbestrahlungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die räumlich ausgedehnte Röntgenabstrahlfläche (F) eine großflächige Anode (12) mit einem ortsveränderlichen Brennfleck (13) umfasst.
Röntgenbestrahlungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Röntgenquelle (2) eine Elektronenquelle zur Aussendung eines Elektronenstrahls (10), eine Ablenkeinrichtung (11), um den Elektronenstrahl (10) unter Bildung des Brennflecks (13) auf eine Oberfläche (F) der Anode (12) abzulenken, und eine Steuereinrichtung aufweist, welche die Ablenkeinrichtung (11) derart ansteuert, dass der Brennfleck (13) entlang einer vorgegebenen Brennbahn (14) auf der Oberfläche (F) der Anode (12) wandert.
Röntgenbestrahlungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche (F) der Anode (12) trichterförmig ausgebildet ist und die Steuereinrichtung (7) die Ablenkeinrichtung (11) derart ansteuert, dass der Brennfleck (13) auf einer kreisförmig um die Trichter-Symmetrieachse der Anode (12) auf einem vorgegebenen Radius angeordneten Brennbahn (14) umläuft.
Röntgenbestrahlungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kollimator (3) mehrere feststehende, auf den Fokusbereich (B) gerichtete Blendenöffnungen (16) aufweist.
Röntgenbestrahlungseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Blendenöffnungen (16) in einer konkaven Kollimatorwandung (15) angeordnete, jeweils senkrecht durch die Kollimatorwandung (15) verlaufende Bohrungen (16) umfassen.
Röntgenbestrahlungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kollimator (4, 5) eine ortsveränderliche, in jeder Position auf den Fokusbereich (B) gerichtete Blendenöffnung (18) aufweist.
Röntgenbestrahlungseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kollimator (4, 5) eine um eine Rotationsachse (A) rotierbar gelagerte Kollimatorwandung (17) mit einer in einem Abstand zur Rotationsachse (A) angeordneten Blendenöffnung (18) aufweist.
Röntgenbestrahlungseinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandung (17) eine senkrecht zur Rotationsachse (A) verlaufende Scheibe (17) umfasst, mit einer in einem Abstand schräg zur Rotationsachse (A) verlaufenden Bohrung (18), deren Längsachse die Rotationsachse (A) im Fokusbereich (B) schneidet.
Röntgenbestrahlungseinrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Kollimator (5) mehrere ortsveränderliche Blendenöffnungen (18 bis 23) aufweist, welche so angeordnet sind, dass von der Röntgenquelle (2) aus durch die betreffenden Blendenöffnungen (18 bis 23) verlaufende Röntgenstrahlung (R) unter unterschiedlichen Winkeln durch den Fokusbereich (B) verläuft.
Röntgenbestrahlungseinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Blendenöffnungen (19 bis 23) unterschiedlich groß sind.
Röntgenbestrahlungseinrichtung nach Anspruch 10 oder 11, gekennzeichnet durch Mittel (24) zum Abdecken der Blendenöffnungen (19 bis 23).
Röntgenbestrahlungseinrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Kollimator (5) zwei in Röntgenstrahlrichtung hintereinander angeordnete Kollimatorwandungen (17, 24) umfasst, von denen zumindest eine mehrere Blendenöffnungen (18 bis 23) aufweist, und dass der Kollimator (5) Steuermittel (8) umfasst, um die Kollimatorwandungen (17, 24) in eine Stellung zueinander zu bringen und zu halten, in der sich eine Blendenöffnung (25) der einen Kollimatorwandung (24) mit einer bestimmten Blendenöffnung (18 bis 23) der anderen Kollimatorwandung (17) so in Überdeckung befindet, dass die Röntgenstrahlung von der Quelle (2) aus in einer vorgegebenen Richtung durch den Kollimator (5) verläuft.
Röntgenbestrahlungseinrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 13, gekennzeichnet durch eine Synchronisationseinheit (9) zur synchronen Bewegung der Position des Brennflecks (13) in der Röntgenquelle (2) und der Blendenöffnung(en) (19) des Kollimators (4, 5).
Röntgenbestrahlungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, gekennzeichnet durch einen zwischen der Röntgenquelle (2) und dem Bestrahlungsobjekt (0) angeordneten Absorptionsfilter (6).
Röntgenbestrahlungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, gekennzeichnet durch einen Röntgenbilddetektor (27) zur Aufzeichnung eines Röntgenbilds des Bestrahlungsobjekts (0) mittels von der Röntgenquelle (2) ausgesandter Röntgenstrahlung, eine Bildauswerteeinheit (28) und eine Steuereinheit zur Justage der Röntgenstrahleinrichtung (1) während einer nachfolgenden Bestrahlung unter Verwendung des aufgezeichneten Röntgenbilds.
Röntgenbestrahlungseinrichtung nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch die eine Vorrichtung zur automatischen Entfernung des Kollimators aus dem Strahlengang für eine Röntgenbildaufnahme.
Röntgenbestrahlungseinrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildauswerteeinheit (28) und eine Röntgenquellen-Steuereinheit so ausgebildet sind, dass mittels der Röntgenquelle (2) und des Röntgenbilddetektors (27) von einem zu bestrahlenden Objektbereich mehrere zweidimensionale Aufnahmen gemacht werden und daraus mittels eines tomosynthetischen Verfahrens ein dreidimensionales Bild des zu bestrahlenden Objektbereichs konstruiert wird, anhand dessen eine Justage der Röntgenbestrahlungseinrichtung bei einer nachfolgenden Bestrahlung erfolgt.
Verfahren zur Erzeugung von kollimierten Röntgenstrahlen (R) zur Bestrahlung eines definierten Bestrahlungsobjekts (0), dadurch gekennzeichnet, dass in einer Röntgenquelle (2, 3) mit einer räumlich ausgedehnten Röntgenabstrahlfläche (F) gleichzeitig an mehreren verschiedenen Positionen und/oder zeitlich nacheinander an verschiedenen Positionen (13) der Röntgenabstrahlfläche (F) Röntgenstrahlung (R) erzeugt wird und die jeweils von den verschieden Positionen (13) der Röntgenabstrahlfläche (F) abgestrahlte Röntgenstrahlung (R) mittels eines Kollimators (3, 4, 5) kollimiert und dabei auf einen bestimmten Fokusbereich (B) fokussiert wird, wobei die an unterschiedlichen Positionen (13) der Röntgenabstrahlfläche (F) entstehende Röntgenstrahlung (R) aus unterschiedlichen Richtungen durch den Fokusbereich (B) läuft.
Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung der Röntgenstrahlung (R) ein Elektronenstrahl (10) mittels einer Ablenkeinrichtung (11) unter Bildung eines Brennflecks (13), an welchem die Röntgenstrahlung (R) entsteht, auf eine Oberfläche (F) einer Anode (12) gelenkt wird und dabei die Ablenkeinrichtung (11) derart angesteuert wird, dass der Brennfleck (13) entlang einer vorgegebenen Brennbahn (14) auf der Oberfläche (F) der Anode (12) wandert.
Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche (F) der Anode (12) trichterförmig ausgebildet ist und der Brennfleck (13) auf einer kreisförmig um die Trichter-Symmetrieachse der Anode (12) auf einem vorgegebenen Radius angeordneten Brennbahn (14) herumgefahren wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet , dass der Kollimator (4, 5) eine ortsveränderliche, in jeder Position auf den Fokusbereich (B) gerichtete Blendenöffnung (18) aufweist und die Bewegung der Blendenöffnung (18) synchron zur Bewegung der Position (13) auf der Röntgenabstrahlfläche (F), an der die Röntgenstrahlung (R) entsteht, gesteuert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass vor einer Bestrahlung unter Nutzung der Röntgenquelle (2) mittels eines in Röntgenstrahlrichtung hinter dem Bestrahlungsobjekt (0) angeordneten Röntgenbilddetektors (27) ein Röntgenbild des betreffenden Objektbereichs aufgezeichnet wird und unter Verwendung des Röntgenbilds eine Justage der Röntgenbestrahlungseinrichtung (1) bei der Bestrahlung durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass zur Aufzeichnung des Röntgenbilds der Kollimator (3, 4, 5) aus dem Strahlengang entfernt wird.
Verfahren nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass von dem Objektbereich mit dem Bestrahlungsobjekt (0) mehrere zweidimensionale Aufnahmen gemacht werden und daraus mittels eines tomosynthetischen Verfahrens ein dreidimensionales Bild des Objektbereichs konstruiert wird, anhand dessen die Justage der Röntgenbestrahlungseinrichtung (1) erfolgt.