DE19604789C2 - Vorrichtung zur radiochirurgischen Behandlung eines Patienten im Kopfbereich - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Eine derartige aus der US 4,780,898 bekannte Vorrichtung zur radiochirurgischen Be­ handlung, insbesondere Hirntumorbehandlung an einem Patienten besitzt mehrere, z. B. 201 hochenergetische Strahlungsquellen, insbesondere Gammastrahlungsquellen (Kobalt-60-Quellen), welche auf ein Bestrahlungszentrum gerichtet sind. Der zu behan­ delnde Tumor wird in diesem Bestrahlungszentrum angeordnet. Bei einem irregulär ge­ formten Tumor ist es erforderlich, im Bestrahlungszentrum Fokuspunkte mit verschiede­ nen Durchmessern zu bilden. Zur Einstellung unterschiedlicher Durchmesser sind aus­ wechselbare Kollimatorhelme vorgesehen mit Kollimatoröffnungen, die mit den Strah­ lungsquellen ausrichtbar sind. Der Kollimatorhelm besitzt die Form einer hohlen Kugel­ schicht (Kugelschichtschale), in welcher Kollimatoren bestimmter Querschnittsfläche zur Begrenzung des Querschnitts des jeweils von der Strahlungsquelle kommenden ener­ giereichen Strahls angeordnet sind. In jedem Helm besitzen die Kollimatoren einheitliche Durchmesser, beispielsweise 4 mm, 8 mm, 14 mm und 18 mm.

Um einen irregulär geformten Tumor exakt behandeln zu können, ist es erforderlich, zur Bildung von Fokuspunkten verschiedener Durchmesser im Bestrahlungszentrum die Helme für die jeweilige Durchmesserbildung auszuwechseln. Dazu wird nach jeder ein­ zelnen Bestrahlung der Patient aus der Behandlungsvorrichtung herausgefahren, der Kopf des Patienten aus einem stereotaktischen Rahmen, welcher während der Behand­ lung den Kopf des Patienten in einer fixierten Position hält, gelöst, ein neuer Helm ein­ gesetzt und danach der Kopf des Patienten wieder im stereotaktischen Rahmen fixiert und der Patient zur Bestrahlung in die Behandlungsvorrichtung eingefahren.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welcher der Behandlungsablauf, insbesondere bei der Behandlung eines irregulär geformten Tumors, vereinfacht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Pa­ tentanspruches 1 gelöst.

Der Kollimatorhelm ist hierzu um seine Helmachse gegenüber dem stereotaktischen Rahmen, in welchem der Kopf des Patienten ortsfest gehalten wird, drehbar gelagert und besitzt Kollimatoren mit unterschiedlichen Öffnungsquerschnitten. Durch Drehung des Kollimatorhelmes können die Kollimatoren mit den gewünschten Öffnungsquer­ schnitten vor den Strahlungsquellen angeordnet werden zur Bestimmung des Quer­ schnittes der einzelnen Strahlen bei der Bildung des gewünschten Fokuspunktes im Bestrahlungszentrum. Hierzu haben benachbarte Kollimatoren auf einer jeweiligen Ku­ gelzone unterschiedliche Öffnungsquerschnitte, wobei die bezüglich der Helmachse ge­ messenen Winkelabstände benachbarter Kollimatoren in allen Kugelzonen des Kolli­ matorhelmes gleich groß sind. In der jeweiligen Drehwinkelposition des Kollimatorhel­ mes um seine Helmachse sind in den verschiedenen Kugelzonen Kollimatoren mit gleich großem Öffnungsquerschnitt, z. B. 4 mm oder 8 mm usw., vor den Strahlungsquellen angeordnet.

In jeder Kugelzone der Kugelschichtschale des Kollimatorhelmes können die Kollimato­ ren gruppenweise angeordnet sein, wobei zu jeder Gruppe wenigstens zwei Kollimato­ ren mit unterschiedlichen Öffnungsquerschnitten (insbesondere 4 mm und 8 mm) gehö­ ren. Je nach Dichte der Anordnung der Kollimatoren in den jeweiligen Kugelzonen kann der Drehwinkel des Kollimatorhelms von einer Winkelposition zur anderen innerhalb ei­ nes Winkelbereichs von 5° bis 10°, insbesondere ca. 7°, erfolgen. In der jeweiligen Win­ kelposition liegt der Kollimatorhelm an einem Anschlag an. Die Drehung kann beispiels­ weise durch pneumatischen Antrieb erfolgen.

Anhand der Figuren wird die Erfindung noch näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1: ein Ausführungsbeispiel einer Behandlungsvorrichtung; und

Fig. 2: ein Ausführungsbeispiel für einen Kollimatorhelm, der in der Vorrichtung der Fig. 1 zum Einsatz kommen kann.

Die dargestellte Vorrichtung zur radiochirurgischen Behandlung, insbesondere Gehirn­ tumorbehandlung, besitzt auf einer Kugelzone angeordnete hochenergetische Strah­ lungsquellen 1 in Form von Kobalt-60-Quellen. Die Gammastrahlungsquellen 1 sind auf ein Bestrahlungszentrum gerichtet, in welches das zu behandelnde Gewebeteil des Pa­ tienten gebracht wird.

Koaxial zu den auf der Kugelzone angeordneten hochenergetischen Strahlungsquellen ist in der Behandlungsvorrichtung ein Kollimatorhelm 2 vorgesehen. Dieser besitzt, wie im einzelnen anhand der Fig. 2 noch erläutert wird, Kollimatoren 3 und 4 mit unter­ schiedlichen Öffnungsquerschnitten. Jeder Kollimator dient als Blende (Blendenmaterial z. B. Wolfram) zur Begrenzung des Querschnitts des jeweiligen auf das Besstrahlungs­ zentrum gerichteten hochenergetischen Strahls.

Zur Fixierung des Kopfes des Patienten innerhalb des Kollimatorhelmes dient in bekann­ ter Weise ein stereotaktischer Rahmen 5, welcher in der Fig. 1 nur schematisch darge­ stellt ist. Durch den stereotaktischen Rahmen wird die positionsgerechte Fixierung des Kopfes des Patienten in der Behandlungsvorrichtung gewährleistet, so daß während der gesamten Behandlung das zu bestrahlende Gewebeteil im Bestrahlungszentrum ange­ ordnet ist.

Um unterschiedliche Querschnitte der einzelnen Strahlen der Strahlungsquellen 1 zur Bildung von unterschiedlichen Fokusdurchmessern im Bestrahlungszentrum einstellen zu können, ist der Kollimatorhelm 2 um seine Helmachse 6 gegenüber dem stereotakti­ schen Rahmen 5 drehbar gelagert. Durch die Drehung des Kollimatorhelmes 2 können in unterschiedlichen Drehwinkelpositionen um die Helmachse 6 Kollimatoren 3 und 4 mit unterschiedlichen Öffnungsquerschnitten mit den jeweiligen Strahlungsquellen ausge­ richtet werden. Die Öffnungsquerschnitte der Kollimatoren 3 sind größer ausgebildet und haben einen Durchmesser von beispielsweise 8 mm. Die Kollimatoren 4 haben Öff­ nungsquerschnitte, die kleiner ausgebildet sind als die Öffnungsquerschnitte der Kolli­ matoren 3 und haben einen Öffnungsquerschnitt von beispielsweise 4 mm. Die Kolli­ matoren 3 und 4 sind beim dargestellten Ausführungsbeispiel in fünf Kugelzonen des Kollimatorhelmes 2 angeordnet. Der Winkelabstand zwischen dem jeweiligen Kollimator 3 und dem jeweiligen Kollimator 4 in jeder Kugelzone beträgt α. Dieser Winkelabstand α ist zwischen allen jeweiligen Kollimatoren 3 und Kollimatoren 4 in den Kugelzonen des Kollimatorhelmes 2 vorhanden. Der Wert von α kann 5° bis 10°, insbesondere ca. 7°, je nach Dichte der Anordnung der Kollimatoren 3, 4 in den jeweiligen Kugelzonen des Kol­ limatorhelmes 2 betragen.

Die drehbare Lagerung des Kollimatorhelmes 2 gegenüber dem stereotaktischen Rah­ men 5 wird durch ein Drehlager 7, welches als Dünnringlager ausgebildet sein kann, gewährleistet. Bei der Bestrahlung eines irregulär geformten Gewebeteils, z. B. eines Tumors, werden die jeweiligen Strahlungsquerschnitte der von den Strahlungsquellen 1 ausgesendeten Strahlen, beispielsweise von den Kollimatoren 4, in einem ersten Be­ handlungsschritt bestimmt. Hierbei sind die Öffnungen der Kollimatoren 4 mit den Strahlungsquellen 1 ausgerichtet. Für den nachfolgenden Behandlungsschritt werden durch Drehung des Kollimatorhelmes 2 um den Drehwinkel α um die Helmachse 6 die Öffnungen der Kollimatoren 3 mit den Strahlungsquellen 1 ausgerichtet, so daß mit ge­ genüber dem ersten Behandlungsschritt unterschiedlichem Strahlungsquerschnitt der Fokus im Bestrahlungszentrum der Behandlungsvorrichtung gebildet wird. Durch ent­ sprechende dichte Packung lassen sich Kollimatoren mit einem weiteren Öffnungsquer­ schnitt, der beispielsweise einen Durchmesser von 14 mm hat, in der jeweiligen Ku­ gelzone des Kollimatorhelmes 2 anordnen. Jeweils zwei, drei oder vier Kollimatoren mit unterschiedlichen Öffnungsquerschnitten bilden in jeder der fünf Kugelzonen des Kolli­ matorhelmes 2 eine Gruppe, die einer Strahlungsquelle 1 zugeordnet ist. Die Kollimato­ ren der jeweiligen Gruppe dienen als Blenden zur Begrenzung der gewünschten Strah­ lungsquerschnitte für jede zugeordnete Strahlungsquelle 1. Durch entsprechende Dre­ hung des Kollimatorhelmes 2 um seine Achse 6 werden die gewünschten Strahlungs­ querschnitte eingestellt. Durch einen derartig ausgebildeten Kollimatorhelm mit unter­ schiedlichen Endkollimatoren erübrigt sich ein Helmwechsel zur Bildung von Fokuspunk­ ten im Bestrahlungszentrum mit unterschiedlichen Durchmessern. Die Durchführung der Bestrahlungsbehandlung, insbesondere von irregulär geformten Gewebeteilen, wird da­ durch erheblich vereinfacht.

Bei dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten Kollimatorhelm handelt es sich um eine Ausführungsform, bei welcher in das Helmmaterial einzelne Kollimatorstücke mit den entsprechenden Blendenöffnungen eingesetzt sind, wobei jedes Kollimatorstück als Blendenmaterial ein hochenergetische Strahlung, insbesondere Gamma-Strahlung, ab­ sorbierendes Material ist.

Bei einer weiteren Ausführungsform eines Kollimatorhelms kann das Helmmaterial aus einem Strahlen abschirmenden Material, beispielsweise einer Wolfram-Kupfer-Legierung bestehen. Die Kollimatoren mit unterschiedlichen Querschnitten werden von Bohrungen in diesem Helmmaterial gebildet, welche die gewünschten unterschiedlichen Öffnungs­ querschnitte aufweisen. Auf diese Weise ist es möglich, in einfacher Weise den Kolli­ matorhelm mit unterschiedlichen Öffnungsquerschnitten bei dichter Anordnung der Öff­ nungsquerschnitte herzustellen.

Claims (8)

1. Vorrichtung zur radiochirurgischen Behandlung eines Patienten im Kopfbereich mit mehreren auf einer Kugelzone angeordneten hochenergetischen Strahlungs­ quellen (1), insbesondere Gammastrahlern, welche auf ein Bestrahlungszentrum gerichtet sind, einem Kollimatorhelm (2) in Form einer Hohlkugelschicht, welche konzentrisch zu der Anordnung der Strahlungsquellen ausrichtbar ist, mehreren Kollimatoren (3, 4), die auf Kugelzonen unterschiedlicher Durchmesser um eine Heimachse (6) am Kollimatorhelm (2) zur Begrenzung der Querschnitte der auf das Bestrahlungszentrum gerichteten Strahlen angeordnet sind, und einem ste­ reotaktischen Rahmen (5), in welchem der Kopf des Patienten fixierbar ist, dadurch gekennzeichnet,
daß der Kollimatorhelm (2) um seine Helmachse (6) bezüglich des stereotakti­ schen Rahmens (5) drehbar gelagert ist, daß in Drehrichtung benachbarte Kolli­ matoren (3, 4) auf einer jeweiligen Kugelzone unterschiedliche Öffnungsquer­ schnitte haben, daß die bezüglich der Helmachse (6) gemessenen Winkelab­ stände benachbarter Kollimatoren (3, 4) in allen Kugelzonen gleich groß sind und
daß bei gegebener Drehwinkelposition des Kollimatorhelms (2) in den verschie­ denen Kugelzonen Kollimatoren (3 bzw. 4) mit gleich großem Öffnungsquer­ schnitt vor den Strahlungsquellen (1) liegen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Kugelzone Gruppen von Kollimatoren (3, 4) mit jeweils wenigstens zwei unterschiedlichen Öffnungsquerschnitten vorgesehen sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollimatorhelm (2) für eine Hin- und Herdrehung im Bereich der jeweiligen Winkelabstände der Kollimatoren (3, 4) einer Gruppe drehbar gelagert ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede Gruppe aus zwei Kollimatoren (3, 4) besteht.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede Gruppe der in einer Kugelzone angeordneten Kollimatoren (3, 4) einer Strahlungsquelle (1) zugeordnet ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollimatorhelm (2) aus einem Gamma-Strahlen abschirmenden Material be­ steht und in das Helmmaterial Bohrungen mit unterschiedlichen Öffnungsquer­ schnitten zur Bildung der Kollimatoren eingeformt sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkelabstand zweier benachbarter Kollimatoren (3, 4) ausgewählt ist in einem Winkelbereich von 5 bis 10°.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Strahlungsquellen (1) Kobalt-60-Quellen vorgesehen sind.