DE112008004206B4

DE112008004206B4 - Teilchenstrahl-Therapiesystem mit Bestätigung der Formgebung eines variablen Kollimators auch während eines Bestrahlungsvorganges

Info

Publication number: DE112008004206B4
Application number: DE112008004206T
Authority: DE
Inventors: Yuehu Pu; Toshihiro Otani
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2008-12-24
Filing date: 2008-12-24
Publication date: 2013-06-20
Anticipated expiration: 2028-12-25
Also published as: KR101217374B1; CN102245263B; JP4728451B2; TW201023933A; JPWO2010073318A1; KR20110086139A; US20110204262A1; WO2010073318A1; TWI364304B; CN102245263A; US8350234B2; DE112008004206T5

Abstract

Licht von einer Lichtquelle (14) wird durch einen Lichtquellenspiegel (15) derart reflektiert, daß es durch einen variablen Kollimator (12) hindurchgeht; eine Formgebung eines Bestrahlungsfeldes, die von dem variablen Kollimator (12) gebildet wird, wird durch das durch den variablen Kollimator (12) hindurchgegangene Licht auf einen photographischen Bildschirm (18) projiziert; ein Projektionsbereich des photographischen Bildschirms (18) wird von einem photographischen Gerät (19) photographiert; und ein von dem photographischen Gerät (19) photographiertes Bild wird durch einen Bildprozessor (20) analysiert.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Teilchenstrahl-Therapiesystem, das für die Behandlung einer Krebserkrankung, eines bösartigen Tumors oder dergleichen gedacht ist und mit dem eine Bestrahlung zur Behandlung eines erkrankten Bereichs eines Patienten mit einem Teilchenstrahl aus Kohlenstoff, Protonen oder dergleichen ausgeführt wird.
STAND DER TECHNIK
Die Druckschrift US 7 247 873 B2 betrifft ein Teilchenstrahl-Therapiesystem der eingangs genannten Art.
Aus der Druckschrift DE 697 34 751 T2 ist eine Einrichtung zur Strahlenbehandlung und ein Verfahren zum Betreiben der Einrichtung bekannt, wobei vorgesehen ist, das Strahlungsfeld in der Behandlungszone gemäß einer speziellen Prozedur festzulegen.
Die Druckschrift DE 10 2008 004 445 A1 betrifft ein Teilchenstrahl-Behandlungssystem, bei dem auch während eines Teilchenstrahl-Bestrahlungsvorgangs die Form eine Lamellenkollimators überwacht wird.
Für die Behandlung einer Krebserkrankung, eines bösartigen Tumors oder dergleichen eines Patienten muss eine Bestrahlungsregion eines Teilchenstrahls an die Form eines Erkrankungsbereichs eines Patienten angepasst werden, um die Bestrahlung zur Behandlung des Erkrankungsbereichs mit einer angemessenen Dosis des Teilchenstrahls vorzunehmen. In dieser Hinsicht ist es wichtig, dass die Form eines variablen Kollimators, der aus einer Vielzahl von Lamellen gebildet ist, korrekt vorgegeben ist und dass ferner die Verteilung sowohl einer Bestrahlungsdosis in einer Querrichtung als auch einer Bestrahlungsdosis in einer Tiefenrichtung homogenisiert wird, um den gesamten erkrankten Bereich mit einer homogenen Dosis zu bestrahlen. Insbesondere ist es wichtig, eine Bestätigung hinsichtlich der Form des variablen Kollimators zu erhalten, um die Bestrahlungsregion des Teilchenstrahls während des Bestrahlungsvorgangs mit der Formgebung des Erkrankungsbereichs des Patienten in Übereinstimmung zu bringen.
In diesem Zusammenhang sind zum Beispiel in dem nachfolgendgenannten Patentdokument 1 (ungeprüfte japanische Patentanmeldungsveröffentlichung JP 10-076019 A ) eine Lichtquelle zur Betätigung während der Zeitdauer, in der ein Bestrahlungsstrahl in einem Schritt zum Einstellen eines Strahlensystems gestoppt ist, sowie ein optisches Element (Spiegel) vorgesehen, das in einem Bestrahlungsweg des Bestrahlungsstrahls bis in eine Region außerhalb des Bereichs von dessen Bestrahlungsregion verlängert angeordnet ist. Sichtbares Licht wird durch Betätigen der Lichtquelle zu dem optischen Element emittiert. Das von dem optischen Element empfangene sichtbare Licht wird reflektiert, so dass es einen Kollimator durchläuft und auf die Oberfläche des Körpers eines Patienten aufgestrahlt wird; ferner erfolgt eine Positionierung, so dass das Lichtbestrahlungsfeld an eine Region einer Zielzone angepasst ist.
Ferner sind in dem nachfolgenden Patentdokument 2 (ungeprüfte japanische Gebrauchsmusterveröffentlichung JP 62-186753 U ) eine Lichtquelle, die aus einer Lampe besteht, ein Spiegel, der in einem Strahlungsweg eines Bestrahlungsstrahls bis nach außerhalb des Bereichs von dessen Bestrahlungsregion verlängert vorgesehen ist, sowie eine in der Nähe der Lichtquelle vorgesehene Fernsehkamera für eine Simulation unter Verwendung eines Lichtbestrahlungsfelds vorgesehen.
Licht wird durch Betätigen der Lichtquelle zu dem Spiegel emittiert. Das von dem Spiegel empfangene Licht wird reflektiert, so dass es einen variablen (beweglichen) Kollimator durchläuft und auf die Körperoberfläche eines Patienten aufgestrahlt wird. Die Relation zwischen dem Lichtbestrahlungsfeld und dem Patienten wird unter Verwendung der Fernsehkamera beobachtet.
Darüber hinaus sind bei dem nachfolgenden Patentdokument 3 (ungeprüfte japanische Patentanmeldungsveröffentlichung JP 6-246015 A ) eine Lichtquelle, ein Spiegel A, der in einem Bestrahlungsweg eines Strahls bis nach außerhalb des Bereichs von dessen Bestrahlungsregion verlängert vorgesehen ist, ein Spiegel B, der zwischen der Lichtquelle und dem Spiegel A vorgesehen ist, sowie eine in der Nähe des Spiegels B befindliche Fernsehkamera vorgesehen, um eine Bestätigung hinsichtlich eines Bestrahlungsbereichs unter Verwendung eines Lichtbestrahlungsfeldes zu erzielen. Licht wird durch Betätigung der Lichtquelle zu dem Spiegel A emittiert.
Das von dem Spiegel A empfangene Licht wird reflektiert, so dass es einen variablen (beweglichen) Kollimator durchläuft, und wird auf die Körperoberfläche eines Patienten abgestrahlt. Die Relation zwischen dem Lichtbestrahlungsfeld und dem Patienten wird von dem Spiegel A zu dem Spiegel B kopiert, und ein an dem Spiegel B kopierter Zustand wird unter Verwendung der Fernsehkamera beobachtet.
Patentdokument 1: ungeprüfte japanische Patentanmeldungsveröffentlichung JP 10-076019 A
Patentdokument 2: ungeprüfte japanische Gebrauchsmusterveröffentlichung JP 62-186753 U
Patentdokument 3: ungeprüfte japanische Patentanmeldungsveröffentlichung JP 6-246015 A
Patentdokument 4: geprüfte japanische Patentveröffentlichung JP 6-96048 B .
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
MIT DER ERFINDUNG ZU LÖSENDE PROBLEME
Bei den herkömmlichen Vorrichtungen, die in den jeweiligen vorstehend genannten Patentdokumenten 1 bis 3 offenbar sind, wird das von der Lichtquelle emittierte Licht von dem Spiegel reflektiert und durch den variablen (beweglichen) Kollimator hindurchgeführt, und es erfolgt eine visuelle Bestätigung oder eine Bestätigung unter Verwendung der Fernsehkamera hinsichtlich des auf die Körperoberfläche des Patienten abgestrahlten Lichtbestrahlungsfeldes; jedoch erfolgt keine direkte Bestätigung hinsichtlich der Formgebung eines an Krebs oder dergleichen erkrankten Bereichs für den jeweiligen Patienten aufgrund der Formgebung des variablen Kollimators.
Bei der Körperoberfläche eines Patienten handelt es sich nicht um eine horizontale Fläche, sondern es handelt sich um eine Körperoberfläche mit einer komplizierten gekrümmten Formgebung; daher wird es schwierig, eine Bestätigung einer vorgegebenen Formgebung des variablen Kollimators mit guter Genauigkeit zu erlangen.
Darüber hinaus muss der Spiegel einen großen Bereich überwachen, bei dem es sich um das gesamte Lichtbestrahlungsfeld handelt, das auf die Körperoberfläche des Patienten abgestrahlt wird, er muss nach außerhalb des Bereichs der Bestrahlungsregion des Strahls verlängert werden, und er muss Installationsraum in Querrichtung sicherstellen; darüber hinaus wird die in Bestrahlungsachsenrichtung des Strahls eingenommene Länge ebenfalls groß und beträgt mehrere 10 cm, so dass die Bestrahlungsvorrichtung mit diesem Spiegelbereich groß wird.
Ferner wird die Formgebung des Lichtfeldes auf der Körperoberfläche von der Kamera von der vorgelagerten Seite des variablen Kollimators aus überwacht, um dadurch ein Mittel für die Bestätigung der Form des variablen Kollimators zu haben. In einem von der Kamera aufgenommenen Bild wird jedoch ein oberer Bereich des variablen Kollimators direkt photographiert. Daher wird die obere Oberfläche des variablen Kollimators durch das Licht von dem Spiegel diffus reflektiert; ein planarer Oberflächenbereich, ein Kollimatorrand sowie Endbereiche des variablen Kollimators sind verzerrt; daher ist es nicht einfach, den Randbereich zu analysieren und eine zweidimensionale Formgebung zu extrahieren, die durch Kollimatorlamellen gebildet wird.
Zum Analysieren des Randbereichs ist eine komplizierte Bilderkennungssoftware von essentieller Bedeutung, und für die Erkennungsarbeit sind ein hoher Aufwand und viel Zeit erforderlich. Darüber hinaus wird es im Großen und Ganzen schwierig, die Formgebung beispielsweise mit einer Genauigkeit von nicht mehr als 1 mm zu bestätigen, wie diese für ein Teilchenstrahl-Therapiesystem erforderlich ist.
Darüber hinaus muss bei dem Teilchenstrahl-Therapiesystem die Formgebung des variablen Kollimators bei einem konformalen Mehrschicht-Bestrahlungsverfahren oder dergleichen, bei dem es sich um ein hochentwickeltes dreidimensionales Bestrahlungsverfahren handelt, während einer Bestrahlungsbehandlung mehr als zwei Mal geändert werden. Bei dem Teilchenstrahl-Therapiesystem gibt es viele Fälle, in denen eine als Patienten-Kompensator bezeichnete Vorrichtung zwischen dem variablen Kollimator und dem Patienten eingefügt ist; wie in dem vorstehend beschriebenen Stand der Technik beschrieben, ist es in diesem Fall unmöglich, dass die Formgebung des variablen Kollimators auf die Körperoberfläche eines Patienten projiziert wird, um dessen Projektionsbild zu überwachen.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung eines Teilchenstrahl-Therapiesystems, das eine Bestätigung der Formgebung eines variablen Kollimators mit guter Genauigkeit selbst während eines Bestrahlungsvorgangs erzielen kann und sich in der Größe reduzieren lässt.
MITTEL ZUM LÖSEN DER PROBLEME
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Teilchenstrahl-Therapiesystems sind in den abhängigen Unteransprüchen angegeben.
VORTEILHAFTE EFFEKTE DER ERFINDUNG
Gemäß einem Teilchenstrahl-Therapiesystem der vorliegenden Erfindung wird Licht von einer Lichtquelle mittels eines Lichtquellenspiegels reflektiert, so dass es durch einen variablen Kollimator hindurchgeht; eine durch den variablen Kollimator gebildete Formgebung eines Bestrahlungsfeldes wird durch das durch den variablen Kollimator hindurchgeleitete Licht auf einen photographischen Bildschirm projiziert; ein Projektionsbereich des photographischen Bildschirms wird durch ein photographisches Gerät photographiert; und ein von dem photographischen Gerät aufgenommenes Bild wird durch einen Bildprozessor analysiert. Dadurch ergibt sich ein Effekt dahingehend, dass eine Bestätigung der durch den variablen Kollimator gebildeten Formgebung des Bestrahlungsfeldes mit guter Genauigkeit erzielt werden kann.
Weitere Ziele, Merkmale, Aspekte und vorteilhafte Wirkungsweisen der vorliegenden Erfindung über die vorstehenden hinaus erschließen sich aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Begleitzeichnungen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
In den Zeichnungen zeigen:
1 eine schematische Konfigurationsdarstellung zur Erläuterung eines Teilchenstrahl-Therapiesystems gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung;
2 eine schematische Konfigurationsdarstellung zur Erläuterung eines relevanten Bereichs eines Teilchenstrahl-Therapiesystems gemäß Ausführungsbeispiel 2 der vorliegenden Erfindung;
3 eine schematische Konfigurationsdarstellung zur Erläuterung eines wesentlichen Bereichs eines Teilchenstrahl-Therapiesystems gemäß Ausführungsbeispiel 5 der vorliegenden Erfindung;
4 eine vergrößerte Darstellung zur Erläuterung eines Lichtquellen-Spiegelbereichs des Teilchenstrahl-Therapiesystems gemäß Ausführungsbeispiel 5 der vorliegenden Erfindung;
5 eine schematische Konfigurationsdarstellung zur Erläuterung eines wesent lichen Bereichs eines Teilchenstrahl-Therapiesystems gemäß Ausführungsbeispiel 6 der vorliegenden Erfindung;
6 eine schematische Konfigurationsdarstellung zur Erläuterung eines wesentlichen Bereichs eines Teilchenstrahl-Therapiesystems gemäß Ausführungsbeispiel 8 der vorliegenden Erfindung; und
7 eine vergrößerte Darstellung zur Erläuterung eines Lichtquellen-Spiegelbereichs des Teilchenstrahl-Therapiesystems gemäß Ausführungsbeispiel 8 der vorliegenden Erfindung.
BESTE ART UND WEISE ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
Ausführungsbeispiel 1
Ein Teilchenstrahl-Therapiesystem gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf eine in 1 veranschaulichte schematische Konfigurationsdarstellung beschrieben. Dabei ist ein variabler Kollimator 12 in einer Perspektivansicht dargestellt. In 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 einen Teilchenstrahl aus Kohlenstoff, Protonen oder dergleichen, der von einem Beschleuniger (in der Zeichnung nicht dargestellt) transportiert wird, wobei sich der Teilchenstrahl in einer Bestrahlungsachsenrichtung voranbewegt.
Das Bezugszeichen 2 bezeichnet Elektromagneten, die aus einem Paar von Elektromagneten 2a und 2b gebildet sind und die einen Weg oder eine Trajektorie des von dem Beschleuniger transportierten Teilchenstrahls 1 abtasten. Das Bezugszeichen 3 bezeichnet einen Streukörper, der den Teilchenstrahl 1, der die Elektromagneten 2 passiert hat, streut; das Bezugszeichen 4 bezeichnet eine Dosisüberwachungseinrichtung, mit der eine Bestrahlungsdosis des Teilchenstrahls 1, der den Streukörper 3 passiert hat, gemessen wird.
Das Bezugszeichen 5 bezeichnet ein Stegfilter (oder eine Energiemodulationseinrichtung), in dem ein Energiespektrum (Dosisverteilung) in einer Tiefenrichtung durch die Dicke eines vorstehenden Bereichs eingestellt wird und in dem der Teilchenstrahl 1 das Energiespektrum erhält, das der Tiefenrichtungsbreite einer zu behandelnden erkrankten Stelle entspricht.
Das Bezugszeichen 6 bezeichnet einen Bereichsumschalter, der eine vorbestimmte Energiemenge des passierenden Teilchenstrahls 1 reduziert, der nur durch die vorgegebene Dicke hindurchgegangen ist; das Bezugszeichen 7 bezeichnet eine Ebenheits-Überwachungseinrichtung, die die Ebenheit des Teilchenstrahls 1 mißt, der den Bereichsumschalter 6 passiert hat; und das Bezugszeichen 8 bezeichnet eine Lichtlokalisierungseinrichtung, die zum Positionieren eines erkrankten Bereichs eines zu bestrahlenden Objekts 10 verwendet wird, bei dem es sich um einen auf einer Behandlungsliege 9 befindlichen Patienten handelt. Das Bezugszeichen 11 bezeichnet einen feststehenden Kollimator, der einen unnötigen Teilchenstrahl 1 abschneidet.
Das Bezugszeichen 12 bezeichnet den variablen Kollimator, der den Teilchenstrahl 1, der den feststehenden Kollimator 11 durchlaufen hat, weiter formt und die Formgebung des Teilchenstrahls an die Formgebung des erkrankten Bereichs des zu bestrahlenden Objekts 10 anpaßt und der derart ausgebildet ist, daß eine gewünschte Formgebung des Bestrahlungsfeldes durch Variieren einer Vielzahl von Lamellen 12a derart gebildet wird, daß dieses an die Formgebung des erkrankten Bereichs des zu bestrahlenden Objekts 10 angepaßt ist.
Das Bezugszeichen 13 bezeichnet einen Patientenkompensator (der üblicherweise als ”Patienten-Bolus” oder ”Kompensationsfilter” bezeichnet wird), der dazu verwendet wird, die Stopp-Position des auf die erkrankte Stelle aufgestrahlten Teilchenstrahls mit der erkrankten Stelle sowie einer Oberflächenposition einer Normalgewebe-Grenzfläche in Übereinstimmung zu bringen.
Das Bezugszeichen 14 bezeichnet eine Lichtquelle, die zum Photographieren der Formgebung des variablen Kollimators 12 dient, wobei als Beispiel in der Zeichnung die Lichtquelle 14 an einer Stelle vorsehen ist, die sich aufseitig von dem variablen Kollimator 12 befindet bzw. diesem vorgeordnet ist. Das Bezugszeichen 15 bezeichnet einen Lichtquellenspiegel, der auf dem Weg oder der Trajektorie des Teilchenstrahls 1 dem variablen Kollimator 12 vorgeordnet vorgesehen ist und an dem Licht von der Lichtquelle 14 reflektiert wird und durch den variablen Kollimator 12 hindurchgeleitet wird.
Das Licht von der Lichtquelle 14 wird aus einer Querrichtung emittiert; aus diesem Grund ist der Lichtquellenspiegel 15 unter einem Winkel von etwa 45° geneigt angeordnet, um das Licht von der Lichtquelle 14 zur Seite des variablen Kollimators 12 zu reflektieren. Dabei ist der Lichtquellenspiegel 15 aus einem Material hergestellt, durch das der Teilchenstrahl 1 hindurchgehen kann. Das Bezugszeichen 16 bezeichnet einen Halterungskörper zum Haltern des Lichtquellenspiegels 15.
Das Bezugszeichen 17 bezeichnet eine Halterungsbasis zum Haltern des Halterungskörpers 16; das Bezugszeichen 18 bezeichnet einen photographischen Bildschirm, der dem variablen Kollimator 12 nachgeordnet vorgesehen ist und auf den die Form des Bestrahlungsfeldes des variablen Kollimators 12 durch das Licht projiziert wird, das den variablen Kollimator 12 passiert hat; und das Bezugszeichen 18a bezeichnet einen Projektionsbereich.
Darüber hinaus ist der photographische Bildschirm 18 aus einem Material hergestellt, durch das der Teilchenstrahl 1 hindurchgehen kann, wie zum Beispiel aus einem Kunststoff, wie etwa Polyethylen, dünnem Flächenkörpermaterial oder dergleichen. Das Bezugszeichen 19 bezeichnet ein photographisches Gerät, das den auf den photographischen Bildschirm 18 projizierten Projektionsbereich 18a photographiert und zum Beispiel von einer Miniaturkamera gebildet ist. Das Bezugszeichen 20 bezeichnet einen Bildprozessor, der ein Bild analysiert, das von der als photographisches Gerät 19 dienenden Miniaturkamera aufgenommen wird.
Das Bezugszeichen 21 bezeichnet einen Photographierspiegel, der zum Photographieren des auf den photographischen Bildschirm 18 projizierten Projektionsbereichs dient; und das Bezugszeichen 22 bezeichnet ein photographisches Gerät, das den auf den Photographierspiegel 21 kopierten Projektionsbereich 18a des photographischen Bildschirms 18 photographiert und das zum Beispiel durch eine Miniaturkamera gebildet ist. Das Bezugszeichen 23 bezeichnet einen Bildprozessor, der ein Bild analysiert, das von der als photographisches Gerät 22 dienenden Miniaturkamera photographiert worden ist.
Im folgenden wird die Arbeitsweise des Teilchenstrahl-Therapiesystems gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel 1 erläutert. Ein von dem Beschleuniger transportierter Teilchenstrahl 1 wird durch die Elektromagneten 2 in einem Weg oder einer Trajektorie abgetastet und durchläuft den Streukörper 3, und infolgedessen wird der Teilchenstrahl 1 gestreut. Der Teilchenstrahl 1, der den Streukörper 3 durchlaufen hat, wird hinsichtlich eines Energiespektrums (Dosisverteilung) in Tiefenrichtung durch das Stegfilter 5 eingestellt. Der Teilchenstrahl 1, der das Stegfilter 5 passiert hat, wird durch den Bereichsumschalter 6 auf einen vorbestimmten Energiebetrag des Teilchenstrahls 1 reduziert.
Der Teilchenstrahl 1, der den Bereichsumschalter 6 passiert hat, wird durch den feststehenden Kollimator 11 an einem unnötigen Teilchenstrahl 1 abgeschnitten. Der Teilchenstrahl 1 bildet nach dem Passieren des feststehenden Kollimators 11 eine Formgebung eines geplanten Bestrahlungsfeldes, die durch den variablen Kollimator 12 geformt wird. Nach dem Passieren des variablen Kollimators 12 passiert der Teilchenstrahl 1 den Patientenkompensator (Bolus) 13, um entsprechend der Formgebung eines erkrankten Bereichs eines zu bestrahlenden Objekts 10 in einer Tiefenrichtung geformt zu werden. Nach dem Durchlaufen des Patientenkompensators 13 wird der Teilchenstrahl 1 auf den erkrankten Bereich des zu bestrahlenden Objekts 10 aufgestrahlt, und es wird eine Dosisverteilung entsprechend der dreidimensionalen Formgebung einer erkrankten Stelle gebildet.
Dabei wird die Lichtquelle 14 betätigt, um Licht 14a in einer im wesentlichen quer verlaufenden Richtung zu emittieren, um eine Bestätigung zu erhalten, ob die Formgebung des variablen Kollimators 12 in der beabsichtigten Weise vorgegeben ist. Das Licht 14a wird von dem Lichtquellenspiegel 15 reflektiert, der unter einem Winkel von etwa 45° geneigt ist, um Licht 14b zur Seite des variablen Kollimators 12 zu emittieren und dieses durch den variablen Kollimator 12 hindurchzuführen.
Die Formgebung des variablen Kollimators 12 wird durch Licht 14c, das den variablen Kollimator 12 passiert hat, auf den photographischen Bildschirm projiziert. Der auf den photographischen Bildschirm 18 projizierte Projektionsbereich 18a wird von dem aus der Miniaturkamera bestehenden photographischen Gerät 19 photographiert, und sein Bild wird von dem Bildprozessor 20 analysiert; infolgedessen kann in einfacher Weise eine Bestätigung hinsichtlich der Formgebung des variablen Kollimators 12 erzielt werden.
Ferner wird als Beispiel in der Zeichnung der auf den Photographierspiegel 21 kopierte Projektionsbereich 18a des photographischen Bildschirms 18 weiterhin von dem aus der Miniaturkamera bestehenden photographischen Gerät 22 photographiert, und sein Bild wird von dem Bildprozessor 23 analysiert. Dabei sind der vorgenannte Lichtquellenspiegel 15, dessen Halterungskörper 16 sowie der photographische Bildschirm 18 aus einem Material gebildet, durch das der Teilchenstrahl 1 leicht hindurchgehen kann; auf diese Weise kann der Teilchenstrahl 1 das zu bestrahlende Objekt 10 problemlos erreichen.
Gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung wird das Licht 14a von der Lichtquelle 14 durch den Lichtquellenspiegel 15 reflektiert, um das Licht 14b zur Seite des variablen Kollimators 12 zu emittieren, und die Formgebung des variablen Kollimators 12 wird von dem Licht 14c, das den variablen Kollimator 12 passiert hat, auf den photographischen Bildschirm 18 projiziert, der Projektionsbereich 18a des photographischen Bildschirms 18 wird von den photographischen Geräten 19 und 22 photographiert, und die von den photographischen Geräten 19 und 22 aufgenommenen Bilder werden mittels der Bildprozessoren 20 und 23 analysiert; somit kann die Formgebung des erkrankten Bereichs des zu bestrahlenden Objekts 10, wie diese durch die Formgebung des variablen Kollimators 12 gebildet wird, in einfacher Weise bestätigt werden.
Darüber hinaus kann die durch die Analyse spezifizierte Formgebung des Kollimators mit einem vorgegebenen Bild einer Kollimatorformgebung verglichen werden, die vorab auf der Basis eines Behandlungsplans bestimmt worden ist. Bei dem eingangs genannten Stand der Technik wird die obere Oberfläche des variablen Kollimators durch das Licht von dem Spiegel diffus reflektiert.
Bilder, die dem planaren Oberflächenbereich auf der aufwärtigen bzw. vorgeordneten Seite des variablen Kollimators und dem Kollimatorlamellen-Endbereich (dem zu dem vorgenannten planaren Oberflächenbereich rechtwinkligen Bereich) entsprechen, sind schwer zu unterscheiden, und ein Lamellenrandbereich, bei dem es sich um einen Bereich handelt, in dem sich der vorgenannte planare Oberflächenbereich und der Endbereich schneiden, liegt in einem verzerrten bzw. verschwommenen Zustand vor.
Daher läßt sich der Randbereich durch Ausführen einer Bildanalyse nicht in einfacher Weise extrahieren, und es ist eine komplizierte Bilderkennungssoftware zum Analysieren des Randbereichs unabdingbar, wobei außerdem viel Arbeit und Zeit für diese Erkennungsarbeit erforderlich sind.
Jedoch wird bei Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung die Formgebung des erkrankten Bereichs des zu bestrahlenden Objekts 10, wie diese durch den variablen Kollimator 12 geformt worden ist, durch das Licht 14c, das den variablen Kollimator 12 durchlaufen hat, auf den Projektionsbereich 18a des photographischen Bildschirms 18 projiziert, und der planare Oberflächenbereich des variablen Kollimators 12 sowie der Randbereich in einer Querrichtung der Form des erkrankten Bereichs, die auf dem zu bestrahlenden Objekt 10, d. h. dem Patienten, gebildet ist, liegen in einem extrem klaren Zustand vor, indem eine Unterscheidung zwischen positivem und negativem Licht oder dergleichen erfolgt.
Es ergeben sich somit die Effekte, daß keine komplizierte Bilderkennungssoftware zum Analysieren des Randbereichs von essentieller Bedeutung ist, daß für die Erkennungsarbeit nicht viel Arbeit und Zeit notwendig sind und daß die Analyse mit guter Genauigkeit erzielt werden kann. Darüber hinaus ist dies auch zusammen mit einer Bestätigung der Form mit einer Genauigkeit von beispielsweise nicht mehr als 1 mm möglich, wie diese für das Teilchenstrahl-Therapiesystem erforderlich ist.
Weiterhin ist die Farbe des photographischen Bildschirms 18 üblicherweise weiß; jedoch liegt die Farbe des photographischen Bildschirms 18 in einer Farbe vor, mit der eine klare Unterscheidung von dem Licht 14c, das den variablen Kollimator 12 passiert hat, ermöglicht wird, oder aber das von der Lichtquelle 14 emittierte Licht besteht aus farbigem Licht.
Somit ist eine noch deutlichere Unterscheidung zwischen dem Licht 14c, das den variablen Kollimator 12 passiert hat, und dem anderen Licht als dem des Projektionsbereichs 18a des photographischen Bildschirms 18 möglich. In diesen Fällen gelangt der Randbereich des variablen Kollimators 12 in einen klareren Zustand, und dieser kann mit besserer Genauigkeit spezifiziert werden.
Darüber hinaus muß der Spiegel bei dem vorstehend geschilderten Stand der Technik einen großen Bandbereich kopieren, bei dem es sich um das gesamte Lichtbestrahlungsfeld handelt, mit dem die Körperoberfläche des Patienten bestrahlt wird, und er muß bis in eine Region außerhalb des Bereichs der Bestrahlungsregion des Strahls verlängert werden; außerdem wird die in Richtung der Bestrahlungsachse des Strahls vorhandene Länge des Strahls groß und beträgt einige 10 cm, so daß die Bestrahlungsvorrichtung, die diesen Spiegelbereich aufweist, groß wird.
Dagegen kann der Lichtquellenspiegel 15 gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung nur das Licht von der Lichtquelle 14 reflektieren; somit kann der Lichtquellenspiegel 15 in seiner Größe in der Querrichtung verkleinert werden, die in Richtung der Bestrahlungsachse des Teilchenstrahls 1 eingenommene Länge kann auch einige Zentimeter, wie zum Beispiel 3 bis 4 cm, betragen, und es ergibt sich ein Effekt dahingehend, daß sich die Größe des Bestrahlungsbereichs des Teilchenstrahl-Therapiesystems verkleinern läßt.
Darüber hinaus passiert der Teilchenstrahl 1 den Lichtquellenspiegel 15 und den. photographischen Bildschirm 18; somit kann eine Bestätigung hinsichtlich der Formgebung des variablen Kollimators 12 mit guter Genauigkeit durch das Licht 14c, das den variablen Kollimator 12 durchlaufen hat, auch während der Bestrahlung mit dem Teilchenstrahl 1 erlangt werden. Ferner ist es bei diesem Ausführungsbeispiel wünschenswert, den Einfluß auf den Teilchenstrahl 1 durch eine Verringerung der Dicke des Lichtquellenspiegels 15, dessen Halterungskörper 16 sowie den photographischen Bildschirm 18 weitestgehend zu unterdrücken.
Selbst in dem Fall, in dem die Form des variablen Kollimators 12 in einem Behandlungsschritt des zu bestrahlenden Objekts 10, d. h. dem Patienten, geändert wird, ist ferner eine Bestätigung seiner geänderten Form in einfacher Weise mit guter Genauigkeit möglich; die Bestrahlungsbehandlung des Teilchenstrahls 1 kann somit in kontinuierlicher Weise ausgeführt werden, ohne daß sich bei dem Patienten ein Gefühl von Streß oder Unsicherheit oder dergleichen einstellt.
Beispielsweise entsteht bei der Ausführung eines sogenannten dreidimensionalen Mehrschicht-Bestrahlungsverfahrens (vgl. Patentdokument 4), bei dem der Zielort zur Verwendung bei der Teilchenstrahltherapie in eine Vielzahl von Schichtregionen in der Tiefenrichtung unterteilt werden muß und die Bestrahlung unter Vorgabe einer optimalen Kollimatorform in bezug auf jede Schicht vorgenommen werden muß, ein Effekt dahingehend, daß sich die Formgebung der vorgegebenen Form des variablen Kollimators 12, die sich während der Bestrahlung verändert, mit guter Genauigkeit bestätigen läßt.
Als Einrichtung zum Photographieren des Projektionsbereichs 18a des photographischen Bildschirms 18 sind dabei das aus der Miniaturkamera bestehende photographische Gerät 19 und der Bildprozessor 20 sowie der Photographierspiegel 21, das aus der Miniaturkamera bestehend photographische Gerät 22 und der Bildprozessor 23 vorgesehen; der gewünschte Zweck kann jedoch auch erzielt werden, wenn nur eine der photographischen Einrichtungen gewählt wird.
Ausführungsbeispiel 2
Ein wesentlicher Bereich eines Teilchenstrahl-Therapiesystems gemäß Ausführungsbeispiel 2 der vorliegenden Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf eine in 2 gezeigte schematische Konfigurationsdarstellung beschrieben. In 2 bezeichnen die Bezugszeichen 1, 12, 14, 14a, 14b, 14c, 18 und 18a die gleichen Elemente wie bei der Konfiguration des vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiels 1. Das Bezugszeichen 24 bezeichnet einen Lichtquellenspiegel, der auf einem Weg oder einer Trajektorie des Teilchenstrahls 1 dem variablen Kollimator 12 vorgeordnet vorgesehen ist und an dem Licht von der Lichtquelle 14 in einem Reflexionsbereich 24a reflektiert wird und dazu veranlaßt wird, durch den variablen Kollimator 12 hindurchzugehen.
Das Licht von der Lichtquelle 14 wird aus einer im wesentlichen quer verlaufenden Richtung emittiert; daher ist der Lichtquellenspiegel 24 unter einem Winkel von etwa 45° geneigt angeordnet, um das Licht von der Lichtquelle 14 an dem Reflexionsbereich 24 des Lichtquellenspiegels 24 auf die Seite des variablen Kollimators 12 zu reflektieren. Der Lichtquellenspiegel 24 ist aus einem Material hergestellt, durch das der Teilchenstrahl 1 hindurchgehen kann. Das Bezugszeichen 25 bezeichnet Halterungskörper, die den Lichtquellenspiegel 24 oder einen Bestandteil des Lichtquellenspiegels 24 haltern.
Wie aus 2 erkennbar ist, sind bei dem Teilchenstrahl-Therapiesystem gemäß Ausführungsbeispiel 2 der vorliegenden Erfindung der Lichtquellenspiegel 24 und die Halterungskörper 25, die den Lichtquellenspiegel 24 haltern, in Form einer integrierten Konstruktion ausgebildet.
Als Beispiel in der Zeichnung ist der Lichtquellenspiegel 24 derart ausgebildet, daß zum Beispiel eine Platte, die aus einem Aluminiumflächenkörper gebildet ist, in verschiedene Ebenen gebogen ist, so daß ihr zentraler Bereich im wesentlichen um 45° geneigt ist, wobei auf den zentralen Bereich eine Spiegelbeschichtung oder eine spiegelartige Oberfläche aufgebracht ist, um den Reflexionsbereich 24a zu bilden; ferner sind Bereiche, die mit den jeweiligen Enden des Lichtquellenspiegels 24 verbunden sind, als Halterungskörper 25 ausgebildet.
Zum Unterdrücken eines Energieverlusts des Strahls aufgrund der Übertragung des Teilchenstrahls 1 auf einen möglichst niedrigen Wert beträgt die Plattendicke des Aluminiummaterials, das als Basismaterial des Lichtquellenspiegels 24 und der Halterungskörper 25 dient, vorzugsweise etwa 1 mm oder nicht mehr als 1 mm, wobei beispielsweise eine Platte mit einer Dicke von 0,5 mm oder 0,3 mm verwendet wird.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel 2 der vorliegenden Erfindung ist der Lichtquellenspiegel 24 derart ausgebildet, daß die Platte, die aus einem Aluminiumflächenkörper gebildet ist, derart in verschiedene Ebenen gebogen ist, daß der zentrale Bereich etwa um 45° geneigt ist und auf den zentralen Bereich zum Bilden des Reflexionsbereichs 24a eine Spiegelbeschichtung aufgebracht ist (oder zumindest ein Teil des zentralen Bereichs mit einer spiegelartigen Oberfläche oder dergleichen ausgestattet ist, um eine Lichtreflexionsfläche zu bilden); ferner sind die mit den jeweiligen Enden des Lichtquellenspiegels 24 verbundenen Bereiche als Halterungskörper 25 ausgebildet.
Auf diese Weise läßt sich der Lichtquellenspiegel 24 in einfacher Weise bilden, und die Halterung des Lichtquellenspiegels 24 ist mittels der Halterungskörper 25 möglich, die durch die integrierte Konstruktion gebildet sind; auf diese Weise läßt sich eine robuste Halterungskonstruktion erzielen.
Die Beschreibung ist unter Bezugnahme auf eine Situation erfolgt, bei der es sich bei dem Material zum Bilden des Lichtquellenspiegels 24 und der Halterungskörper 25 gemäß Ausführungsbeispiel 2 der vorliegenden Erfindung um Aluminium handelt; jedoch ist das Material nicht darauf beschränkt; es können auch Aluminiumlegierungen, Kupfer, Kupferfolien, Magnesium, Kunststoff, Acryl, Polyimid oder dergleichen verwendet werden.
Ferner werden die gleichen Effekte auch dann erzielt, wenn der Lichtquellenspiegel 24 derart ausgebildet ist, daß zumindest ein Teil des Lichtquellenspiegels 24, der unter einem Winkel mit einer Neigung von etwa 45° gebildet ist, mit einer Spiegelbeschichtung, einer spiegelartigen Oberfläche oder dergleichen zum Bilden des Reflexionsbereichs 24a versehen ist.
Darüber hinaus ist es auch möglich, daß der Lichtquellenspiegel 24 und dessen Halterungskörper 25 aus unterschiedlichem Material gebildet sind und durch Kombinieren von diesen mittels eines Klebstoffs zu einer integralen Konstruktion in einer derartigen Weise gebildet sind, daß diese eine Formgebung auf verschiedenen Niveaus aufweist, wie dies in 2 gezeigt ist; damit zeigen sich wiederum die gleichen Effekte.
Ausführungsbeispiel 3
Wie aus 2 erkennbar, ist ein Teilchenstrahl-Therapiesystem gemäß Ausführungsbeispiel 3 der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß ein Lichtquellenspiegel 24 in einer Bestrahlungsregion eines Teilchenstrahls 1 angeordnet ist. Somit muß, wie bei dem Spiegel des vorstehend geschilderten Standes der Technik beschrieben, der Spiegel nicht in einen Bereich außerhalb der Erstreckung der Bestrahlungsregion des Teilchenstrahls 1 verlängert werden, und auch die in Richtung der Bestrahlungsachse des Teilchenstrahls 1 eingenommene Länge muß nicht groß sein, wobei diese einige 10 cm beträgt, und der Lichtquellenspiegel 24 kann nur zum Reflektieren des Lichts von der Lichtquelle 14 vorgesehen sein; daher kann der Lichtquellenspiegel 24 in der Bestrahlungsregion des Teilchenstrahls 1 angeordnet werden.
Infolgedessen kann der Lichtquellenspiegel 24 in seiner Größe verkleinert werden, und die in Richtung der Bestrahlungsachse des Teilchenstrahls 1 eingenommene Länge, d. h. die Höhe, kann ebenfalls reduziert werden. Die Höhe des Lichtquellenspiegels 24 kann einige Zentimeter betragen, wobei die Höhe zum Beispiel 3 bis 4 cm betragen kann. Wie vorstehend beschrieben worden ist, kann die Höhe in der Bestrahlungsrichtung des Lichtquellenspiegels 24 kleiner sein als die Bestrahlungsregion des Teilchenstrahls 1 in einer Ebene rechtwinklig zu der Bestrahlungsrichtung des Teilchenstrahls 1 an der Position des Lichtquellenspiegels 24, wobei dies einen Effekt dahingehend hat, daß sich eine Reduzierung der Größe eines Bestrahlungsbereichs des Teilchenstrahl-Therapiesystems erzielen läßt.
Ausführungsbeispiel 4
Ein Teilchenstrahl-Therapiesystem gemäß Ausführungsbeispiel 4 der vorliegenden Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß ein Lichtquellenspiegel 24 in der vorstehend beschriebenen 2 in Form eines konvexen Spiegels ausgebildet ist. Wie bereits erwähnt, liegt der Lichtquellenspiegel 24 als konvexer Spiegel vor, und somit kann Licht von einer Lichtquelle 14 durch die Wirkungsweise des konvexen Spiegels hinsichtlich des Reflexionswinkels weiter gesteigert werden; somit können die Längenabmessungen, die in Querrichtung sowie in Richtung der Bestrahlungsachse eines Teilchenstrahls 1 eingenommen werden, noch weiter reduziert werden.
Ausführungsbeispiel 5
Ein Teilchenstrahl-Therapiesystem gemäß Ausführungsbeispiel 5 der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die 3 und 4 beschrieben. 3 zeigt eine schematische Konfigurationsdarstellung zur Erläuterung eines wesentlichen Bereichs eines Teilchenstrahl-Therapiesystems, und 4 zeigt eine vergrößerte Darstellung eines Lichtquellen-Spiegelbereichs des Teilchenstrahl-Therapiesystems. In den jeweiligen Zeichnungen handelt es sich bei den Bezugszeichen 1, 12, 14, 14a, 14b, 14c, 18 und 18a um die gleichen Elemente wie bei den jeweiligen vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen.
Das Bezugszeichen 26 bezeichnet einen Lichtquellenspiegel, der auf einem Weg oder einer Trajektorie des Teilchenstrahls 1 auf der dem variablen Kollimator 12 vorgeordneten Seite angeordnet ist und an dem Licht von der Lichtquelle 14 in einem Reflexionsbereich 26a reflektiert wird, so daß es durch den variablen Kollimator 12 hindurchgeht.
Das Licht von der Lichtquelle 14 wird aus einer im wesentlichen quer verlaufenden Richtung emittiert; daher ist der Lichtquellenspiegel 26 unter einem Winkel von etwa 45° geneigt angeordnet, so daß das Licht von der Lichtquelle 14 an dem Reflexionsbereich 26a des Lichtquellenspiegels 26 zur Seite des variablen Kollimators 12 reflektiert wird. Dabei ist der Lichtquellenspiegel 26 aus einem Material gebildet, durch das der Teilchenstrahl 1 hindurchgeht. Das Bezugszeichen 27 bezeichnet Halterungskörper zum Haltern des Lichtquellenspiegels 26; in dem Fall, in dem die Halterungskörper 27 aus dem gleichen Material hergestellt sind wie der Lichtquellenspiegel 26, sind die Halterungskörper 27 dicker ausgebildet als die Plattendicke T₁ des Lichtquellenspiegels 26.
Das heißt, wie in 4 gezeigt, ist die Anordnung derart gewählt, daß der Lichtquellenspiegel 26 in einen Winkel von etwa 45° (oder θ Grad) zu den Halterungskörpern 27 geneigt ist; daher ist die Dicke T₂ der Halterungskörper 27 derart vorgegeben, daß diese zum Beispiel 1,414 T₁ (oder T₁/cos (θ)) beträgt; daher hat bei dem Teilchenstrahl 1 der Betrag des Strahlenergieverlusts eines durch den Lichtquellenspiegel 26 hindurchgehenden Teilchenstrahls in etwa den gleichen Wert wie der Betrag des Strahlenergieverlusts eines die Halterungskörper 27 durchlaufenden Teilchenstrahls.
Selbst wenn der Teilchenstrahl 1 durch den Lichtquellenspiegel 26 und die Halterungskörper 27 hindurchgeht, die Halterungsbereiche des Lichtquellenspiegels 26 sind, wird somit die Strahlenergie des Teilchenstrahls 1 in etwa um den gleichen Wert vermindert; eine solche Konfiguration kann jedoch kaum eine Änderung bei der Energieverteilung des Teilchenstrahls 1 hervorrufen. Diese Tatsache hat beträchtliche Bedeutung bei dem Teilchenstrahl-Therapiesystem, bei dem die Stopp-Position des Teilchenstrahls 1 in einem Patientenkörper mit einer Genauigkeit von nicht mehr als etwa 1 mm gesteuert werden muß.
Wie aus 3 und 4 erkennbar ist, sind bei dem Teilchenstrahl-Therapiesystem gemäß Ausführungsbeispiel 5 der vorliegenden Erfindung der Lichtquellenspiegel 26 und die Halterungskörper 27, die den Lichtquellenspiegel 26 haltern, in Form einer einstückigen Konstruktion ausgebildet.
Als Beispiel in der Zeichnung ist der Lichtquellenspiegel 26 derart ausgebildet, daß zum Beispiel eine Platte aus einem Flächenkörper aus Aluminium in unterschiedliche Ebenen derart gebogen ist, daß ihr zentraler Bereich unter einem Winkel von im wesentlichen 45° geneigt ist; ferner ist die Dicke T₁ des zentralen Bereichs dünner vorgegeben als die Dicke T₂ an den beiden Seiten des zentralen Bereichs, d. h. es wird eine spanende Bearbeitung durch Schleifen oder dergleichen ausgeführt, so daß die Dicke T₂ = 1,414 T₁ (oder T₁/cos (θ)) beträgt; anschließend wird auf den zentralen Bereich eine Spiegelbeschichtung oder eine spiegelartige Oberfläche zum Bilden des Reflexionsbereichs 26a aufgebracht, wobei die mit den jeweiligen Enden des Lichtquellenspiegels 26 verbundenen Bereiche als Halterungskörper 27 ausgebildet werden.
Wie vorstehend beschrieben, ist die Relation zwischen der Plattendicke T₁ des Lichtquellenspiegels 26 und der Plattendicke T₂ der Halterungskörper 27 an den beiden Seiten des Lichtquellenspiegels 26 mit T₂ = 1,414 T₁ (oder T₁/cos (θ)) vorgegeben; somit hat bei dem Teilchenstrahl 1 der Betrag des Strahlenergieverlusts eines durch den Lichtquellenspiegel 26 hindurchgehenden Teilchenstrahls etwa den gleichen Wert wie der Betrag des Strahlenergieverlusts eines durch die Halterungskörper 27 hindurchgehenden Teilchenstrahls, so daß eine solche Konfiguration kaum eine Änderung bei der Energieverteilung des Teilchenstrahls 1 hervorrufen kann; somit kann die Stopp-Position des Teilchenstrahls 1 in einem Patientenkörper mit einer Genauigkeit von nicht mehr als etwa 1 min gesteuert werden, und es läßt sich ein Teilchenstrahl-Therapiesystem mit stabiler und hoher Zuverlässigkeit erzielen.
Dabei ist auch bei dem Ausführungsbeispiel 5 der vorliegenden Erfindung zum weitestmöglichen Unterdrücken eines Strahlenergieverlusts aufgrund der Übertragung des Teilchenstrahls 1 die Plattendicke eines Basismaterials des Lichtquellenspiegels 26 und der Halterungskörper 27 vorzugsweise nicht höher als etwa einige Millimeter, und es wird zum Beispiel ein Basismaterial mit einer Dicke von 0,5 mm oder 0,3 mm verwendet. Darüber hinaus kann der Lichtquellenspiegel 26 nur das Licht von der Lichtquelle 14 reflektieren; daher kann der Lichtquellenspiegel 26 in einer Bestrahlungsregion angeordnet werden.
Infolgedessen kann die Größe des Lichtquellenspiegels 26 reduziert werden, und die in Richtung der Bestrahlungsachse des Teilchenstrahls 1 eingenommene Länge, d. h. die Höhe, kann ebenfalls reduziert werden. Die Höhe des Lichtquellenspiegels 26 kann einige Zentimeter betragen, beispielsweise kann die Höhe 3 bis 4 cm betragen. Wie vorstehend beschrieben, kann die Höhe in Bestrahlungsrichtung des Lichtquellenspiegels 26 kleiner sein als die Bestrahlungsregion des Teilchenstrahls 1 in einer zu der Bestrahlungsrichtung des Teilchenstrahls 1 rechtwinkligen Ebene an der Position des Lichtquellenspiegels 26, wobei dies den Effekt hat, daß sich eine Reduzierung der Größe eines Bestrahlungsbereichs des Teilchenstrahl-Therapiesystems erzielen läßt.
Ferner ist die Beschreibung unter Bezugnahme auf einen Fall erfolgt, bei dem es sich bei dem Material zum Bilden des Lichtquellenspiegels 26 und der Halterungskörper 27 um Aluminium handelt; jedoch ist das Material nicht darauf beschränkt, und es können auch Aluminiumlegierungen, Kupfer, Kupferfolien, Magnesium, Kunststoff, Acryl, Polyimid oder dergleichen verwendet werden. Der Lichtquellenspiegel 26 kann derart ausgebildet sein, daß der zentrale Bereich, der mit einer Neigung unter einem Winkel von etwa 45° gebildet ist, mit einer Spiegelbeschichtung oder einer spiegelartigen Oberfläche zum Bilden des Reflexionsbereichs 26a versehen ist.
Ausführungsbeispiel 6
Ein Teilchenstrahl-Therapiesystem gemäß Ausführungsbeispiel 6 der vorliegenden Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf 5 beschrieben. 5 zeigt eine schematische Konfigurationsdarstellung zur Erläuterung eines wesentlichen Bereichs des Teilchenstrahl-Therapiesystems. In 5 bezeichnen die Bezugszeichen 1, 12, 14, 14a und 14b die gleichen Elemente wie bei der Konfiguration der jeweiligen vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele.
Das Bezugszeichen 29 bezeichnet einen Lichtquellenspiegel, der auf einem Weg oder einer Trajektorie des Teilchenstrahls 1 auf der vorgeordneten Seite von dem variablem Kollimator 12 angeordnet ist und an dem Licht von der Lichtquelle 14 in einem Reflexionsbereich 29a reflektiert wird, so daß es durch den variablen Kollimator 12 hindurchgeht.
Das Licht von der Lichtquelle 14 wird aus einer im wesentlichen quer verlaufenden Richtung emittiert; daher ist der Lichtquellenspiegel 29 unter einem Winkel von etwa 45° geneigt angeordnet, so daß das Licht von der Lichtquelle 14 in dem Reflexionsbereich 29a des Lichtquellenspiegels 29 zur Seite des variablen Kollimators 12 reflektiert wird. Dabei ist der Lichtquellenspiegel 29 aus einem Material gebildet, durch das der Teilchenstrahl 1 hindurchgehen kann. Das Bezugszeichen 30 bezeichnet einen Halterungskörper zum Haltern des Lichtquellenspiegels 29.
Wie aus 5 zu entnehmen ist, sind bei dem Teilchenstrahl-Therapiesystem gemäß Ausführungsbeispiel 6 der vorliegenden Erfindung der Lichtquellenspiegel 29 sowie der Halterungskörper 30, der den Lichtquellenspiegel 29 haltert, in Form einer integrierten Konstruktion ausgebildet.
Als Beispiel in der Zeichnung ist der Lichtquellenspiegel 29 derart ausgebildet, daß beispielsweise ein zentraler Bereich einer planen kreisförmigen Platte, die aus einem Flächenkörper aus Aluminium gebildet ist, mit einer im wesentlichen kreisförmigen Form angehoben ist und unter einem Winkel von etwa 45° geneigt umgebogen ist; ferner ist der angehobene zentrale Bereich mit einer Spiegelbeschichtung zum Bilden des Reflexionsbereichs 29a versehen.
Zum weitestmöglichen Unterdrücken eines Strahlenergieverlusts aufgrund der Übertragung des Teilchenstrahls 1 ist die Plattendicke des Aluminiums, das als Basismaterial des Lichtquellenspiegels 29 und des Halterungskörpers 30 dient, vorzugsweise nicht höher als etwa einige Millimeter, wobei zum Beispiel eine Dicke von 0,5 mm oder 0,3 mm verwendet wird.
Gemäß Ausführungsbeispiel 6 der vorliegenden Erfindung ist der Lichtquellenspiegel 29 derart ausgebildet, daß die aus einem Flächenkörper aus Aluminium gebildete kreisförmige Platte nach oben angehoben und umgebogen ist, so daß der zentrale Bereich unter einem Winkel von etwa 45° geneigt angeordnet ist, wobei der angehobene zentrale Bereich mit einer Spiegelbeschichtung oder einer spiegelartigen Oberfläche zum Bilden des Reflexionsbereichs 29a versehen ist und der übrige Bereich des Lichtquellenspiegels 29 als Halterungskörper 30 ausgebildet ist.
Somit kann der zentrale Bereich des Haltungskörpers 30 einfach angehoben und umgebogen werden, so daß der Lichtquellenspiegel 29 in einfacher Weise gebildet werden kann und die Halterung des Lichtquellenspiegels 29 durch den mit der integrierten Konstruktion gebildeten Halterungskörper 30 gebildet werden kann; auf diese Weise läßt sich eine robuste Halterungskonstruktion erzielen. Ferner kann der Lichtquellenspiegel 29 nur das Licht von der Lichtquelle 14 reflektieren; somit kann der Lichtquellenspiegel 29 in einer Bestrahlungsregion angeordnet werden.
Infolgedessen läßt sich die Größe des Lichtquellenspiegels 29 reduzieren, und die in Richtung einer Bestrahlungsachse des Teilchenstrahls 1 eingenommene Länge, d. h. die Höhe, läßt sich ebenfalls reduzieren. Die Höhe des Lichtquellenspiegels 29 kann einige Zentimeter betragen, wobei diese Höhe beispielsweise 3 bis 4 cm betragen kann. Wie vorstehend beschrieben, kann die Höhe des Lichtquellenspiegels 29 in einer Bestrahlungsrichtung kleiner sein als die Bestrahlungsregion des Teilchenstrahls 1 in einer zu der Bestrahlungsrichtung des Teilchenstrahls 1 rechtwinkligen Ebene in der Position des Lichtquellenspiegels 29, wobei dies den Effekt hat, daß sich eine Reduzierung der Größe eines Bestrahlungsbereichs des Teilchenstrahl-Therapiesystems erzielen läßt.
Die Beschreibung ist unter Bezugnahme auf einen Fall erfolgt, bei dem es sich bei dem Material zum Bilden des Lichtquellenspiegels 29 und des Halterungskörpers 30 gemäß Ausführungsbeispiel 6 der vorliegenden Erfindung um Aluminium handelt; jedoch ist das Material nicht darauf beschränkt, und es können auch Aluminiumlegierungen, Kupfer, Kupferfolien, Magnesium, Kunststoff, Acryl, Polyimid oder dergleichen verwendet werden; ferner zeigen sich die gleichen Effekte auch dann, wenn der Lichtquellenspiegel 29 derart ausgebildet ist, daß zumindest ein Teil des Lichtquellenspiegels 29, der unter einem Winkel von etwa 45° geneigt ausgebildet ist, mit einer Spiegelbeschichtung, einer spiegelartigen Oberfläche oder dergleichen zum Bilden des Reflexionsbereichs 29a versehen ist.
Die Beschreibung ist unter Bezugnahme auf einen Fall erfolgt, bei dem die Form des Lichtquellenspiegels 29 als im wesentlichen kreisförmige Form vorliegt; jedoch ist die Formgebung nicht auf eine kreisförmige Form beschränkt, und es kann auch eine viereckige Formgebung oder eine andere Formgebung verwendet werden. Mit anderen Worten, es sind auch solche Formgebungen möglich, bei denen das Licht von der Lichtquelle 14 reflektiert wird und durch den variablen Kollimator 12 hindurchgeht und eine durch den variablen Kollimator 12 gebildete Formgebung eines Bestrahlungsfeldes von dem Licht, das den variablen Kollimator 12 passiert hat, auf einen photographischen Bildschirm 18 projiziert werden kann.
Ausführungsbeispiel 7
Ein Teilchenstrahl-Therapiesystem gemäß Ausführungsbeispiel 7 der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Lichtquellenspiegel 29 bei der vorstehend beschriebenen 5 als konvexer Spiegel ausgebildet ist. Wie erwähnt, handelt es sich bei dem Lichtquellenspiegel 29 um einen konvexen Spiegel, und somit kann Licht von einer Lichtquelle 14 durch die Funktionsweise des konvexen Spiegels hinsichtlich des Reflexionswinkels weiter vergrößert werden, somit können die Längenabmessungen, die in einer horizontalen Richtung und in Richtung einer Bestrahlungsachse des Teilchenstrahls 1 eingenommen werden, noch weiter reduziert werden.
Ausführungsbeispiel 8
Ein Teilchenstrahl-Therapiesystem gemäß Ausführungsbeispiel 8 der vorliegenden Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf 6 und 7 beschrieben. 6 zeigt eine schematische Konfigurationsdarstellung zur Erläuterung eines wesentlichen Bereichs eines Teilchenstrahl-Therapiesystems, und 7 zeigt eine vergrößerte Darstellung zur Erläuterung eines Lichtquellen-Spiegelbereichs des Teilchenstrahl-Therapiesystems. In diesen Zeichnungen bezeichnen die Bezugszeichen 1, 12, 14, 14a und 14b jeweils die gleichen Elemente wie bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen.
Das Bezugszeichen 31 bezeichnet einen Lichtquellenspiegel, der auf einem Weg oder einer Trajektorie des Teilchenstrahls 1 auf der dem variablen Kollimator 12 vorgeordneten Seite angeordnet ist und an dem Licht von der Lichtquelle 14 in einem Reflexionsbereich 31a reflektiert wird und durch den variablen Kollimator 12 hindurchgeleitet wird. Das Licht von der Lichtquelle 14 wird aus einer im wesentlichen quer verlaufenden Richtung emittiert; somit ist der Lichtquellenspiegel 31 unter einem Winkel von etwa 45° geneigt angeordnet, so daß das Licht von der Lichtquelle 14 an dem Reflexionsbereich 31a des Lichtquellenspiegels 31 zur Seite des variablen Kollimators 12 reflektiert wird.
Dabei ist der Lichtquellenspiegel 31 aus einem Material gebildet, durch das der Teilchenstrahl 1 hindurchgehen kann. Das Bezugszeichen 32 bezeichnet einen Halterungskörper zum Haltern des Lichtquellenspiegels 31, wobei der Halterungskörper dicker ausgebildet ist als die Plattendicke T₁ des Lichtquellenspiegels 31.
Das heißt, wie in 7 gezeigt, es ist die Dicke T₂ des Halterungskörpers 32 beispielsweise mit 1,414 T₁ (oder T₁/cos θ)) vorgegeben; somit hat bei dem Teilchenstrahl 1 der Betrag des Strahlenergieverlusts eines durch den Lichtquellenspiegel 31 hindurchgehenden Teilchenstrahls etwa den gleichen Wert wie der Betrag des Strahlenergieverlusts eines durch den Halterungskörper 32 hindurchgehenden Teilchenstrahls.
Das heißt, selbst wenn der Teilchenstrahl 1 durch den Lichtquellenspiegel 31 und den Halterungskörper 32 hindurchgeht, bei dem es sich um einen Halterungsbereich des Lichtquellenspiegels 31 handelt, wird die Strahlenergie des Teilchenstrahls 1 um etwa den gleichen Wert reduziert; eine derartige Konfiguration kann jedoch kaum eine Änderung bei der Energieverteilung des Teilchenstrahls 1 hervorrufen. Dies wird von beträchtlicher Bedeutung für ein Teilchenstrahl-Therapiesystem, bei dem die Stopp-Position des Teilchenstrahls 1 in einem Patientenkörper mit einer Genauigkeit von nicht mehr als etwa 1 mm gesteuert werden muss.
Wie aus 6 und 7 ersichtlich ist, sind bei dem Teilchenstrahl-Therapiesystem gemäß Ausführungsbeispiel 8 der vorliegenden Erfindung der Lichtquellenspiegel 31 und der Haltungskörper 32, der den Lichtquellenspiegel 31 trägt, in Form einer integrierten Konstruktion ausgebildet.
Als Beispiel in der Zeichnung ist der Lichtquellenspiegel 31 derart ausgebildet, dass zum Beispiel ein zentraler Bereich einer planaren kreisförmigen Platte, die aus einem Flächenkörper aus Aluminium gebildet ist, beispielsweise mit einer im wesentlichen kreisförmigen Formgebung angehoben ist und unter einem Winkel von etwa 45° geneigt umgebogen ist.
Dabei ist die Dicke T1 des angehobenen zentralen Bereichs derart vorgegeben, dass sie dünner ist als die Dicke T2 auf der peripheren Seite von dem zentralen Bereich, d. h. es wird eine spanende Bearbeitung durch Schleifen oder dergleichen ausgeführt, so dass die Dicke T2 = 1,414 T1 (oder T1/cos (θ)) beträgt, wobei danach der zentrale Bereich mit einer Spiegelbeschichtung oder einer spiegelartigen Oberfläche zum Bilden des Reflexionsbereichs 31a versehen wird und die anderen Bereiche als der Lichtquellenspiegel 31 als Halterungskörper 32 konfiguriert werden.
Wie vorstehend beschrieben, ist die Relation zwischen der Plattendicke T₁ des Lichtquellenspiegels 31 und der Plattendicke T₂ des Halterungskörpers 32 an der peripheren Seite von dem Lichtquellenspiegel 31 derart vorgegeben, daß diese T₂ = 1,414 T₁ (oder T₁/cos (θ)) beträgt; somit hat bei dem Teilchenstrahl 1 der Betrag des Strahlenergieverlusts eines durch den Lichtquellenspiegel 31 hindurchgehenden Teilchenstrahls etwa den gleichen Wert wie der Betrag des Strahlenergieverlusts eines durch den Halterungskörper 32 hindurchgehenden Teilchenstrahls, wobei eine solche Konfiguration kaum eine Änderung in der Energieverteilung des Teilchenstrahls 1 hervorrufen kann; auf diese Weise kann die Stopp-Position des Teilchenstrahls 1 in einem Patientenkörper mit einer Genauigkeit von nicht mehr als etwa 1 mm gesteuert werden, und es läßt sich ein Teilchenstrahl-Therapiesystem mit stabiler und hoher Zuverlässigkeit erzielen.
Dabei ist auch bei dem Ausführungsbeispiel 8 der vorliegenden Erfindung zum weitestmöglichen Unterdrücken eines Verlusts aufgrund der Übertragung des Teilchenstrahls 1 die Plattendicke des Aluminiums, das als Basismaterial für den Lichtquellenspiegel 31 und den Halterungskörper 32 dient, vorzugsweise nicht höher als etwa einige Millimeter, wobei zum Beispiel eine Platte mit einer Dicke von 0,5 mm oder 0,3 mm verwendet wird.
Weiterhin kann der Lichtquellenspiegel 31 nur das Licht von der Lichtquelle 14 reflektieren; aus diesem Grund kann der Lichtquellenspiegel 31 in einer Bestrahlungsregion angeordnet werden. Infolgedessen kann die Größe des Lichtquellenspiegels 31 vermindert werden, und die in Richtung der Bestrahlungsachse des Teilchenstrahls 1 eingenommene Längenabmessung, d. h. die Höhe, kann ebenfalls vermindert werden.
Die Höhe des Lichtquellenspiegels 31 kann einige Zentimeter betragen, wobei die Höhe zum Beispiel 3 bis 4 cm betragen kann. Wie vorstehend beschrieben, kann die Höhe des Lichtquellenspiegels 31 in einer Bestrahlungsrichtung kleiner sein als die Bestrahlungsregion des Teilchenstrahls in einer Ebene, die zu der Bestrahlungsrichtung des Teilchenstrahls 1 rechtwinklig ist, in der Position des Lichtquellenspiegels 31, wobei dies einen Effekt dahingehend hat, daß sich eine Größenreduzierung eines Bestrahlungsbereichs des Teilchenstrahl-Therapiesystems erzielen läßt.
Weiterhin hat die Beschreibung auf einen Fall Bezug genommen, in dem das Material zum Bilden des Lichtquellenspiegels 31 und des Halterungskörpers 32 aus Aluminium besteht; jedoch ist das Material nicht darauf beschränkt, und es können auch Aluminiumlegierungen, Kupfer, Kupferfolien, Magnesium, Kunststoff, Acryl, Polyimid oder dergleichen verwendet werden; ferner lassen sich die gleichen Effekte auch dann erzielen, wenn der Lichtquellenspiegel 31 derart ausgebildet ist, daß zumindest ein Teil des Lichtquellenspiegels 31, der unter einem Winkel von etwa 45° geneigt ausgebildet ist, mit einer Spiegelbeschichtung oder einer spiegelartigen Oberfläche oder dergleichen zum Bilden des Reflexionsbereichs 31a versehen ist.
Ferner ist die Beschreibung unter Bezugnahme auf einen Fall erfolgt, in dem es sich bei der Formgebung des Lichtquellenspiegels 31 im wesentlichen um eine kreisförmige Form handelt; jedoch ist die Formgebung nicht auf eine kreisförmige Form beschränkt, und es kann auch eine viereckige Form oder eine andere Form verwendet werden.
Mit anderen Worten, es können derartige Formgebungen verwendet werden, wenn das Licht von der Lichtquelle 14 derart reflektiert wird, daß es durch den variablen Kollimator 12 hindurchgeht, und eine durch den variablen Kollimator 12 gebildete Formgebung eines Bestrahlungsfeldes durch das Licht, das den variablen Kollimator 12 durchlaufen hat, auf einen photographischen Bildschirm 18 projiziert werden kann.
Ausführungsbeispiel 9
Ein Teilchenstrahl-Therapiesystem gemäß Ausführungsbeispiel 9 der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Lichtquellenspiegel 31 gemäß der vorstehend beschriebenen 6 als konvexer Spiegel vorliegt. Wie erwähnt, der Lichtquellenspiegel 31 ist als konvexer Spiegel ausgebildet, und somit kann Licht von einer Lichtquelle 14 durch die Funktionsweise des konvexen Spiegels hinsichtlich des Reflexionswinkels weiter vergrößert werden; dadurch können die Längen, die in einer Querrichtung und einer Bestrahlungsachsenrichtung eines Teilchenstrahls 1 eingenommen werden, noch weiter reduziert werden.
Es können verschiedene Modifikationen und Änderungen der Erfindung von den Fachleuten im Umfang der Erfindung vorgenommen werden.
Industrielle Anwendbarkeit
Die vorliegende Erfindung ist dafür geeignet, ein Teilchenstrahl-Therapiesystem zu schaffen, das für die Behandlung einer Krebserkrankung, eines bösartigen Tumors oder dergleichen gedacht ist und eine Bestrahlung zur Behandlung eines erkrankten Bereichs eines Patienten mit einem Teilchenstrahl aus Kohlenstoff, Protonen oder dergleichen ausführt, wobei die Bestrahlung mit dem Teilchenstrahl in Abhängigkeit von der Formgebung des erkrankten Bereichs des Patienten stattfindet.

Claims

Teilchenstrahl-Therapiesystem, das folgendes aufweist: – einen variablen Kollimator (12), der die Formgebung eines Teilchenstrahls (1), mit dem ein zu bestrahlendes Objekt (10) bestrahlt werden soll, in Abhängigkeit von der Formgebung eines erkrankten Bereichs des zu bestrahlenden Objekts variiert; – eine Lichtquelle (14), die zum Photographieren einer durch den variablen Kollimator (12) gebildeten Formgebung eines Bestrahlungsfeldes dient; – einen Lichtquellenspiegel (15, 24, 26, 29, 31), der auf einem Weg oder einer Trajektorie des Teilchenstrahls (1) auf der dem variablen Kollimator (12) vorgeordneten Seite angeordnet ist und an dem Licht von der Lichtquelle (14) reflektiert und durch den variablen Kollimator (12) hindurchgeleitet wird; – einen photographischen Bildschirm (18), der auf der dem variablen Kollimator (12) nachgeordneten Seite angeordnet ist und auf den eine durch den variablen Kollimator (12) gebildete Formgebung des Bestrahlungsfeldes durch das durch den variablen Kollimator (12) hindurchgeleitete Licht projiziert wird; – ein photographisches Gerät (19, 22), das einen auf den photographischen Bildschirm (18) projizierten Projektionsbereich (18a) photographiert; – einen Bildprozessor (20, 23), der ein von dem photographischen Gerät (19, 22) aufgenommenes Bild analysiert; wobei der Lichtquellenspiegel (15, 24, 26, 29, 31) derart geneigt ist, dass das Licht von der Lichtquelle (14) reflektiert und durch den variablen Kollimator (12) hindurchgeleitet wird; wobei das System ferner Halterungskörper (16, 25, 27, 30, 32) aufweist, die an dem einen bzw. dem anderen Ende von dem Lichtquellenspiegel (15, 24, 26, 29, 31) angeordnet sind und mit dem Lichtquellenspiegel (15, 24, 26, 29, 31) in integraler Weise ausgebildet sind, wobei die Halterungskörper (16, 25, 27, 30, 32) in unterschiedlichen Ebenen ausgebildet sind; und wobei die Dicke des Lichtquellenspiegels (15, 24, 26, 29, 31) dünner ist als die Dicke der Halterungskörper (16, 25, 27, 30, 32) und die Beträge der Strahlenergieverluste der durch den Lichtquellenspiegel (15, 24, 26, 29, 31) und die Halterungskörper (16, 25, 27, 30, 32) hindurchgehenden Teilchenstrahlen (1) derart homogenisiert sind, dass sie unabhängig von der Position sind, an der die Teilchenstrahlen durch den Spiegel oder die Halterungskörper hindurchgehen.
System nach Anspruch 1, wobei der Lichtquellenspiegel (24, 26, 29, 31) in einer Bestrahlungsregion des Teilchenstrahls (1) angeordnet ist.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei der Lichtquellenspiegel (29) derart konfiguriert ist, dass der Halterungskörper (30) planar ist und ein zentraler Bereich des Halterungskörpers (30) nach oben angehoben ist, so dass er einen Reflexionsbereich (29a) bildet.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Dicke des Lichtquellenspiegels (29), der unter Anheben des zentralen Bereichs des Halterungskörpers (30) gebildet ist, dünner ist als die Dicke des Halterungskörpers (30), und wobei die Beträge des Strahlenergieverlusts der durch den Lichtquellenspiegel (29) und die Halterungskörper (30) hindurchgehenden Teilchenstrahlen (1) homogenisiert sind.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei es sich bei dem Lichtquellenspiegel (24, 29, 31) um einen konvexen Spiegel handelt.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Lichtquellenspiegel (24, 26, 29, 31) aus Aluminium gebildet ist.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Lichtquellenspiegel (24, 26, 29, 31) als Spiegelbeschichtung ausgebildet ist, die auf eine Oberfläche aus Kunststoff aufgebracht ist.