DE19907065A1 - Verfahren zur Überprüfung eines Isozentrums und einer Patientenpositionierungseinrichtung eines Ionenstrahl-Therapiesystems - Google Patents
Verfahren zur Überprüfung eines Isozentrums und einer Patientenpositionierungseinrichtung eines Ionenstrahl-TherapiesystemsInfo
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überprüfen eines Isozentrums und einer Patientenpositioniereinrichtung eines Ionenstrahl-Therapiesystems, welches eine in einem Strahlführungssystem angeordnete Rasterscaneinrichtung mit vertikalen Ablenkmitteln und horizontalen Ablenkmitteln zur vertikalen bzw. horizontalen Ablenkung eines Behandlungsstrahls senkrecht zu seiner Strahlrichtung umfaßt, so daß der Behandlungsstrahl von der Rasterscaneinrichtung auf ein Isozentrum des Bestrahlungsplatzes abgelenkt wird und eine bestimmte, das Isozentrum umgebende Fläche abtastet, wobei eine Überprüfung des Isozentrums und einer Patientenpositioniereinrichtung durchgeführt wird und die Patientenpositioniereinrichtung einen um eine Tischdrehachse drehbaren Patiententisch aufweist. Zur Überprüfung wird ein Zielpunkt innerhalb eines Kugelphantoms mittels eines speziellen Prüfkörpers repräsentiert und der Mittelpunkt des Prüfkörpers wird mittels mehrerer bildgebender Verfahren sichtbar dargestellt. Bei Abweichung der Meßergebnisse der räumlichen Lage des Mittelpunkts unter den bildgebenden Verfahren über eine vorgegebene Interventionsschwelle hinaus wird die Ionenstrahl-Therapieanlage einer Inspektion und/oder Wartung unterzogen.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überprüfen
eines Isozentrums und einer Patientenpositioniereinrichtung ei
nes Ionenstrahl-Therapiesystems, welches insbesondere mit
Schwerionen betrieben wird.
Ionenstrahl-Therapiesysteme werden bevorzugt zur Behandlung von
Tumoren eingesetzt. Sie besitzen den Vorteil, daß bei Bestrah
lung eines Zielobjekts (Targets) der größte Teil der Energie
des Ionenstrahls auf das Target übertragen wird, während ledig
lich eine geringe Energie auf gesundes Gewebe übertragen wird.
Demzufolge kann eine relativ hohe Bestrahlungsdosis zur Behand
lung eines Patienten eingesetzt werden. Röntgenstrahlen über
tragen hingegen ihre Energie gleichermaßen auf das Target sowie
gesundes Gewebe, so daß aus gesundheitlichen Gründen zum Schutz
des Patienten keine hohe Bestrahlungsdosis verwendet werden
kann.
Aus der US-Patentschrift 4,870,287 ist beispielsweise ein Io
nenstrahl-Therapiesystem bekannt, bei dem von einer Protonen
quelle Protonenstrahlen erzeugt werden, deren Protonen über
eine Beschleunigereinrichtung verschiedenen Behandlungs- bzw.
Bestrahlungsplätzen zugeführt werden können. An jedem Behand
lungsplatz ist ein Drehgerüst mit einer Patientenliege vorgese
hen, so daß der Patient mit dem Protonenstrahl unter unter
schiedlichen Bestrahlungswinkeln bestrahlt werden kann. Während
sich der Patient innerhalb des Drehgerüsts räumlich an einer
festen Stelle befindet, rotiert das Drehgerüst um den Körper
des Patienten, um die Behandlungsstrahlen unter verschiedenen
Bestrahlungswinkeln auf das im Isozentrum des Drehgerüsts be
findliche Target zu fokussieren. Die Beschleunigereinrichtung
umfaßt die Kombination aus einem linearen Beschleuniger (Linear
Accelerator, LINAC) und einem sog. Synchrotronring.
In H. F. Weehuizen et al, CLOSED LOOP CONTROL OF A CYCLOTRON
BEAM FOR PROTON THERAPY, KEK Proceedings 97-17, Januar 1998
wird ein Verfahren zur Stabilisierung des Protonenstrahls in
Protonenstrahl-Therapiesystemen vorgeschlagen, wobei der Be
handlungsstrahl aktiv derart gesteuert wird, daß er an zwei
voneinander in Längsrichtung beabstandeten Meßpunkten auf der
Mittellinie des entsprechenden Strahlzuführsystems liegt. Der
erste Meßpunkt liegt zwischen einem Paar von Ablenkmagneten und
ist durch eine Vieldraht-Ionisationskammer gebildet. Abhängig
von dem von dieser Vieldraht-Ionisationskammer gelieferten Ist
wert der Strahlposition bezüglich des Mittelpunkts des Strahl
pfads wird eine PI-Regelung von weiteren Ablenkmagneten, die
vor dem erst genannten Paar von Ablenkmagneten angeordnet sind,
erzeugt. Der zweite Meßpunkt liegt kurz vor dem Isozentrum und
ist durch eine in vier Quadranten unterteilte Ionisationskammer
gebildet. Abhängig von dem Positionsistwert dieser Ionisations
kammer werden wiederum PI-Regelsignale erzeugt, die jedoch für
die erstgenannten Ablenkmagnete bestimmt sind. Mit Hilfe dieser
Regelung soll sowohl eine Winkelstabilität bezüglich der Mit
tellinie des Strahlzufuhrsystems als auch eine laterale Positi
onsstabilität des Protonenstrahls möglich sein.
Bei Durchführung einer Schwerionenbestrahlung, d. h. einer Be
strahlung mit Ionen, die schwerer als Protonen sind, sind je
doch große und schwere Einrichtungen erforderlich, so daß hier
die Tendenz besteht, den Einsatz von Drehgerüsten zu vermeiden
und statt dessen den Patienten bzw. die Patientenliege zu bewe
gen. Entsprechende Therapiesysteme sind beispielsweise in E.
Pedroni: Beam Delivery, Proc. 1st Int. Symposium on Hadronthe
rapy, Como, Italy, October 18-21, 1993, Seite 434 beschrieben.
Bei diesen Systemen handelt es sich demnach um exzentrische Sy
steme.
Da jedoch von Onkologen grundsätzlich isozentrische Systeme be
vorzugt werden, wurde ein Schwerionenstrahl-Therapiesystem vor
geschlagen, bei dem zwar Drehgerüste an den Behandlungsplätzen
eingesetzt werden, jedoch die Radien der Drehgerüste dadurch
verringert werden können, daß der jedem Drehgerüst horizontal
entlang seiner Drehachse zugeführte Behandlungsstrahl mit Hilfe
von geeigneten Magnet- und Optikanordnungen derart geführt
wird, daß er zunächst von der Drehachse wegläuft und später
wieder die Drehachse im Isozentrum zur Bestrahlung eines Tar
gets kreuzt. Zur Bestrahlung des Targets ist ein Rasterscanner
vorgesehen, der vertikale Ablenkmittel sowie horizontale Ab
lenkmittel umfaßt, die jeweils die Behandlungsstrahlen senk
recht zur Strahlachse ablenken, so daß eine das Target umge
bende Fläche mit den Behandlungsstrahlen abgetastet wird. Die
ses System sieht somit im wesentlichen eine Strahlführung in
lediglich einer Ebene des Drehgerüsts vor.
Die Bestrahlung durch den Rasterscanner erfolgt mit Hilfe von
Bestrahlungsdosisdaten, welche von dem Kontrollsystem des Io
nenstrahl-Therapiesystems automatisch abhängig von dem zu be
strahlenden bzw. zu behandelnden Patienten berechnet werden.
Da bei Ionenstrahl-Therapiesystemen grundsätzlich eine hohe Be
triebssicherheit und Betriebsstabilität hinsichtlich des Be
handlungsstrahls erforderlich ist, ist bei dem zuvor beschrie
benen Schwerionenstrahl-Therapiesystem eine Überwachungsein
richtung zum Überwachen des von dem Rasterscanner gelieferten
Behandlungsstrahls vorgesehen. Diese Überwachungseinrichtung
ist zwischen dem letzten Ablenkmagneten der oben genannten Ma
gnetanordnung und dem Isozentrum angeordnet und kann Ionisati
onskammern zur Überwachung des Teilchenflusses und Vieldraht
kammern zur Überwachung der Strahlposition und der Strahlbreite
umfassen.
Beim Betrieb von medizinischen Elektronenbeschleunigern sind
aus Sicherheitsgründen verschiedene DIN-Normen einzuhalten.
Diese betreffen zum einen die Abnahmeprüfung, d. h. die Überprü
fung der Betriebsbereitschaft, und zum anderen die Konstanzprü
fung, d. h. die Überprüfung der Betriebsstabilität, des Systems.
Für Ionenstrahl-Therapiesysteme, insbesondere für Schwerionen
strahl-Therapiesysteme, sind derartige eigens für Ionenstrahl-
Therapiesysteme entwickelte Sicherheitsnormen noch nicht be
kannt. Auch bei Ionenstrahl-Therapiesystemen besteht jedoch das
Bedürfnis nach einer größtmöglichen Betriebssicherheit und Be
triebsstabilität.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde,
ein Verfahren zum Überprüfen eines Isozentrums und einer Pati
enteneinrichtung eines Ionenstrahl-Therapiesystems vorzuschla
gen, um die Betriebssicherheit und die Betriebsstabilität, ins
besondere bezogen auf die Überprüfung des medizinischen Ein
richtung zur Patientenpositionierung, zu verbessern. Dabei soll
das Verfahren insbesondere zur Verwendung mit Schwerionen ge
eignet sein.
Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung durch ein
Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die abhän
gigen Ansprüche definieren jeweils bevorzugte und vorteilhafte
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Ionenstrahl-Therapie
system betrieben, welches eine in einem Strahlführungssystem
angeordnete Rasterscannereinrichtung mit vertikalen Ablenkmit
teln und horizontalen Ablenkmitteln zur vertikalen bzw. hori
zontalen Ablenkung eines Behandlungsstrahls senkrecht zu seiner
Strahlrichtung umfaßt, so daß der Behandlungsstrahl von der Ra
sterscannereinrichtung auf ein Isozentrum des Bestrahlungsplat
zes abgelenkt wird und eine bestimmte, das Isozentrum umgebende
Fläche abtastet, wobei eine Überprüfung des Isozentrums und ei
ner Patientenpositioniereinrichtung durchgeführt wird und die
Patientenpositioniereinrichtung einen um eine Tischdrehachse
drehbaren Patiententisch aufweist. Zur Überprüfung wird ein
Zielpunkt innerhalb eines Kugelphantoms mittels eines speziel
len Prüfkörpers repräsentiert und der Mittelpunkt des Prüfkör
pers wird mittels mehrerer bildgebender Verfahren sichtbar dar
gestellt. Bei Abweichung der Meßergebnisse der räumlichen Lage
unter den bildgebenden Verfahren über eine vorgegebene Inter
ventionsschwelle hinaus wird die Ionenstrahl-Therapieanlage ei
ner Inspektion und Wartung unterzogen.
Vorzugsweise wird die Genauigkeit der stereotaktischen Koordi
natenbestimmung eines Zielpunkts mit Hilfe eines CT (Computer-
Tomographie)- oder MR-Verfahrens (Kernspinresonanzverfahrens)
überprüft, da die Genauigkeit der stereotaktischen Bildgebung
ein wesentlicher Faktor für die Gesamtgenauigkeit der Bestrah
lung ist. Zu diesem Zweck kann ein beliebiger Zielpunkt inner
halb eines Kugelphantoms durch einen speziellen Prüfkörper re
präsentiert werden, dessen Mittelpunkt gut sichtbar mit Hilfe
der bildgebenden Verfahren darstellbar ist. Das Kugelphantom
wird in den stereotaktischen Rahmen eingespannt, so daß der
Mittelpunkt zu einem unbekannten Zielpunkt wird. Anschließend
werden die stereotaktischen Koordinaten mit Hilfe der angewand
ten Röntgen-, CT- oder MR-Verfahren zeitlich nacheinander er
mittelt, wobei bei den tomographischen Verfahren der Schichtab
stand 1 mm betragen sollte. Da die Genauigkeit des Röntgenver
fahrens auf 1/10 mm genau ist, kann die Genauigkeit der Ziel
punktbestimmung mit CT und MR durch Vergleich mit dem Röntgen
verfahren bestimmt werden, d. h. es wird der radiale Abstand
zwischen der mit der Röntgenaufnahme ermittelten Position des
Zielpunkts und der mit dem CT- bzw. MR-Verfahren ermittelten
Position überprüft. Der radiale Abstand darf nicht mehr als
1,5 mm betragen. Zur Konstanzprüfung genügt die jährliche
Durchführung dieses Tests.
Als weiterer Prüfaspekt wird vorgeschlagen, die Genauigkeit der
Lage des Isozentrums zwischen der Drehachse der Patientenliege
und dem Zentralstrahl des Rasterscanner zu überprüfen, da das
als Schnittpunkt zwischen der Drehachse der Patientenliege und,
dem Zentralstrahl des Rasterscanner definierte Isozentrum das
Verbindungselement bei der Positionierung zwischen Planung und
Bestrahlung ist. Eine Konstanzprüfung sollte vor jedem
Bestrahlungsblock durchgeführt werden.
Zur Überprüfung des Isozentrums in Bezug auf die Drehachse der
Patientenliege wird ein metallischer Probekörper (2-3 mm
Durchmesser) mit Hilfe von Lasern in das nominale Isozentrum,
d. h. in die nominale Drehachse der Patientenliege, gebracht.
Durch ein Senkblei, welches genau auf den Mittelpunkt oberhalb
des Probekörpers gerichtet wird, wird die Position des Probe
körpers festgehalten. Bei Rotation um die Drehachse der Patien
tenliege wird das Ausmaß der Bewegung des Probekörpers in Bezug
auf das Senkblei ermittelt. Diese Prozedur wird in mindestens
drei unterschiedlichen Höhen der Patientenliege, bei einer
maximalen Verstellbarkeit der Patientenliege um 15 cm nach
oben/unten beispielsweise in Höhe des Isozentrum sowie mit
mindestens 15 cm Abstand nach oben und unten, durchgeführt. Die
maximale Abweichung darf in Strahlrichtung 1,0 mm und senkrecht
zur Strahlrichtung lediglich 0,5 mm betragen. Veränderungen in
Strahlrichtung sind weniger kritisch, da Dosisverteilungen im
Patienten nicht davon beeinflußt werden.
Zur Überprüfung des Isozentrums in Bezug auf den Zentralstrahl
11 wird die Lage des Isozentrums per Definition auf der Dreh
achse der Patientenliege unterhalb der Geradeaus-Strahlebene
festgelegt und durch ein optisches Vermessungssystem in Bezug
auf Wandmarkierungen festgestellt. Die Prüfung der Position des
Prüfkörpers in Bezug auf den Zentralstrahl 11 erfolgt mit Hilfe
einer Filmmessung, wobei ein Verifikationsfilm in Strahlrich
tung gesehen hinter dem Probekörper mit einem (ungerasterten)
Zentralstrahl bestrahlt wird, dessen Halbwertsbreite größer als
der Durchmesser des Probekörpers ist, so daß sich die Position
des Probekörpers auf dem Verifikationsfilm in Bezug auf den
Zentralstrahl abbildet. In diesem Fall liegt die Interventions
schwelle bei einer Abweichung von maximal 25% der Halbwerts
breite des Primärstrahls.
Zudem muß die Genauigkeit der Laserjustierung auf das Isozen
trum 10 überprüft werden, da die Laser das Isozentrum mar
kieren. Dabei werden die Laser nach Positionierung des Probe
körpers in dem Isozentrum mit Hilfe optischer Vermessung auf
den Mittelpunkt des Probekörpers ausgerichtet und die Abwei
chung der Laserlinien von der Horizontalen bzw. Vertikalen
überprüft, wobei die maximale Abweichung jeweils 1 mm betragen
darf. Für die Konstanzprüfung wird die Abbildung der Laser auf
den gegenüberliegenden Wänden bzw. auf dem Fußboden markiert
und dient anschließend als Bezugswert.
Ein weiterer Prüfaspekt betrifft die Genauigkeit der Justierung
der Röntgenröhren und des Zielkreuzes auf den gegenüberliegen
den Aufnahmestationen, da das Röntgenverfahren ein zusätzliches
Verfahren zur Markierung des Isozentrums darstellt. Nach Po
sitionierung des Probekörpers in dem Isozentrum mit Hilfe der
optischen Vermessung, d. h. mit Hilfe der Laser, werden
Röntgenaufnahmen in den drei Raumrichtungen durchgeführt und
der Abstand der Abbildung zwischen dem Probekörper und dem
Zielkreuz auf dem Röntgenbild ermittelt. Der Probekörper sollte
sich exakt auf dem Bild des Zielkreuzes abbilden, so daß der
maximale Abstand zwischen der Abbildung des Probekörpers und
dem Zielkreuz 1 mm betragen darf.
Aufgrund der isozentrischen Bestrahlung der Patienten muß auch
die Genauigkeit der Anzeige der Winkelskala der isozentrischen
Rotation der Patientenliege überprüft werden, wobei dies analog
zu den Vorschriften der DIN 6847-5, Punkt 12.2.4 erfolgen kann.
Die maximal tolerierbare Ungenauigkeit beträgt 1°.
Ebenso sollte die räumliche Stabilität der isozentrischen Rota
tion der Patientenliege überprüft werden, da die Definition des
Isozentrums eine entsprechende Stabilität voraussetzt. Diese
Überprüfung kann analog zu DIN 6847-5, Punkt 14.2 durchgeführt
werden, wobei die Interventionsschwelle bei einer Ungenauigkeit
von 1 mm liegt.
Schließlich wird auch vorgeschlagen, die Genauigkeit der Pati
entenlagerung und -positionierung zu überprüfen, da eine exakte
Patientenpositionierung Voraussetzung für eine tumorkonforme
Bestrahlung ist. Zur Abnahmeprüfung und Konstanzprüfung (vor
jedem Bestrahlungsblock) des Therapiesystems können diesbezüg
lich die unbekannten stereotaktischen Koordinaten des Mittel
punkts eines Probekörpers, der innerhalb des stereotaktischen
Grundrings fixiert wurde, als Zielpunkt ermittelt und der Mit
telpunkt mit Hilfe des stereotaktischen Zielgeräts und durch
transversale Bewegung der Patientenliege in das Isozentrum
gebracht werden. In dieser Position werden in den drei Raum
richtungen Röntgenaufnahmen durchgeführt und der Abstand der
Lage des Prüfkörpers vom Zielkreuz auf den drei Aufnahmen er
mittelt. Der radiale Abstand zwischen dem Mittelpunkt des Prüf
körpers und dem Isozentrum darf maximal 1,5 mm betragen. Anson
sten ist eine entsprechende Korrektur der Patientenlagerung
notwendig.
Insbesondere wird vorgeschlagen, die berechneten Bestrahlungs
dosiswerte für mehrere Meßpunkte des Phantoms zu überprüfen,
wobei auf eine ausreichende Genauigkeit der Berechnung der Be
strahlungsdosisdaten geschlossen wird, falls die mittlere Ab
weichung zwischen den berechneten und gemessenen Werten der Be
strahlungsdosis für sämtliche Meßpunkte einen vorgegebenen er
sten Toleranzwert und für jeden einzelnen Meßpunkt die Abwei
chung zwischen der für diesen Meßpunkt berechneten und gemesse
nen Bestrahlungsdosis einen vorgegebenen zweiten Toleranzwert
nicht überschreitet. Dabei beträgt der erste Toleranzwert ±5%
und der zweite Toleranzwert ±7%.
Zur Überprüfung einer korrekten Übertragung der geometrischen
Strukturen am Behandlungsplatz sowie der Planungsparameter von
einer bildgebenden Einrichtung des Ionenstrahl-Therapiesystems
bis zur Positionierung kann von dem Phantom eine digitale Re
konstruktion, insbesondere eine Röntgen-Rekonstruktion, berech
net werden, die mit einer von dem Phantom erzeugten Röntgenauf
nahme verglichen wird, um eine mögliche Abweichung festzustel
len.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht eine deutliche Verbesse
rung der Betriebsstabilität und Betriebssicherheit des Ionen
strahl-Therapiesystems und definiert einen Prüfplan mit be
stimmten Prüfaspekten, welche im Sinne einer Abnahmeprüfung
und/oder einer Konstanzprüfung des Ionenstrahl-Therapiesystems
durchgeführt werden können. Dies betrifft insbesondere die Be
strahlungsplanung, in deren Verlauf automatisch Bestrahlungsdo
sisdaten in dem Ionenstrahl-Therapiesystem abhängig von dem zu
bestrahlenden bzw. behandelnden Patienten berechnet werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausfüh
rungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung
beschrieben.
Fig. 1 zeigt eine vereinfachte schematische Darstellung einer
bei dem vorliegenden Ionenstrahl-Therapiesystem eingesetzten
Beschleunigungseinrichtung,
Fig. 2 zeigt eine Ansicht eines bei dem vorliegenden Ionen
strahl-Therapiesystem eingesetzten Drehgerüsts.
Ein der vorliegenden Erfindung zugrundeliegendes Ionenstrahl-
Therapiesystem wird in der Regel in Krankenhausgebäuden einge
setzt, welche in einen medizinischen Bereich und einen Bescheu
nigerbereich unterteilt sind. Zur Behandlung von Patienten sind
mehrere Behandlungs- oder Bestrahlungsplätze vorgesehen. Das
Kontrollsystem des Ionenstrahl-Therapiesystems umfaßt mehrere
Kontrollräume, wobei für die einzelnen Behandlungsplätzen tech
nische Kontrollräume und ein Hauptkontrollraum für die Be
schleunigereinrichtung vorgesehen sein können. Darüber hinaus
können in dem Gebäude Laboratorien für die Dosimetrie oder zur
Beschleunigerwartung oder eine PET-Einrichtung (Positron-Emit
ter-Tomograph) untergebracht sein. Zudem sind Energieversor
gungseinrichtungen (insbesondere für die Beschleunigereinrich
tung und das Bestrahlungssystem) und Kühleinrichtungen vorgese
hen. Die einzelnen Behandlungsräume sind durch dicke Wände und
Decken begrenzt, die beispielsweise aus Beton mit einer Dicke
von 2 m bestehen, um eine ausreichende Abschirmwirkung sicher
zustellen.
Da der Grundaufbau des Ionenstrahl-Therapiesystems im wesentli
chen nicht Thema der vorliegenden Erfindung ist, wird an dieser
Stelle lediglich kurz darauf eingegangen.
Das Ionenstrahl-Therapiesystem umfaßt ein Injektionssystem,
welches zusammen mit der bereits zuvor erwähnten Beschleuni
gereinrichtung in Fig. 1 vereinfacht dargestellt ist.
Das Injektionssystem umfaßt Ionenquellen 1, deren Strahlung je
weils über Niederenergie-Strahlführungsleitungen mit einer An
ordnung von Spektrometermagneten und Quadrupolen einem Schalt
magneten zugeführt werden, welcher die Strahlung u. a. über eine
weitere Quadrupolanordnung und eine zur Pulsformung vorgesehe
nen Chopperanordnung einem linearen Beschleuniger 2 (Linear Ac
celerator, LINAC) zuführt.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sollen ausschließlich
12C2+-Ionen verwendet werden, die in der Strahlführung zwischen
dem linearen Beschleuniger 3 und dem Synchrotronring 5 auf 12C6+
gestrippt werden. Zu diesem Zweck ist nach dem linearen Be
schleuniger 2 ein Stripper 3 vorgesehen. Diese Kohlenstoffionen
haben sich aufgrund ihrer physikalischen und biologischen Ei
genschaften als sehr effektiv bei der Behandlung von Tumoren
herausgestellt und besitzen die Vorteile einer hohen physikali
schen Selektivität sowie einer hohen biologischen Effektivität
und bieten darüber hinaus die Möglichkeit, die Bestrahlung mit
Hilfe eines Positron-Emitter-Tomographen (PET) zu verifizieren.
Durch die geeignete Auswahl der Kohlenstoffionen kann die bio
logische Effektivität derart gesteuert werden, daß sie im Pla
teaubereich der Braggschen Kurve gering und im Bereich des
Bragg-Peaks hoch ist. Dadurch kann das Target bzw. der Tumor
mit einer höheren Dosis behandelt werden, während die Dosis für
das umgebende gesunde Gewebe minimiert wird.
Um die Verwendung bzw. Beschleunigung ausschließlich der beab
sichtigten Ionensorte sicherzustellen, wird in dem Hochladungs-
Injektionssystem ein Ladungsspektrum des vorliegenden Strahls
aufgenommen und ausgewertet. Durch Vergleich des aufgenommenen
Ladungsspektrums mit einem Referenzspektrum können ungewünschte
Ionen oder Störstellen erkannt und entsprechende Maßnahmen er
griffen werden. Diese Überprüfung kann beispielsweise mit jedem
Hochfahren einer Ionenquelle 1 durchgeführt werden.
Der lineare Beschleuniger 2 dient zur ersten Beschleunigung der
ihm zugeführten Ionen, welche anschließend über eine Injekti
onsleitung 4 dem Synchrotron 5 zugeführt werden. Die Injekti
onsleitung 4 umfaßt neben dem bereits erwähnten Stripper 3 eine
weitere Chopperanordnung zur Feinformung der Injektionspulse,
Dipolmagnete zur Ladungsanalyse, Quadrupole zur Anpassung der
Strahlung an das Aufnahmevermögen des Synchrotrons 5 etc.
Das Injektionssystem, welches u. a. die Ionenquellen 1, die Nie
derenergie-Strahlführungsleitungen, den linearen Beschleuniger
2 (LINAC), den Stripper 3 und die Injektionsleitung 4 umfaßt,
besitzt somit insgesamt die Aufgabe, Ionenstrahlen mit ge
wünschten Teilchen zu erzeugen und zu analysieren, die Verun
reinigung der Ionenstrahlen zu überwachen und die Ionen
strahlintensität zu steuern, die Ionen auf eine bestimmte In
jektionsenergie zu beschleunigen sowie die Pulslänge der in den
Synchrotronring 5 injizierten Pulse zu bestimmen.
Der Synchrotronring 5 dient zu abschließenden Beschleunigung
der ihm zugeführten Ionen auf eine bestimmte Energie und umfaßt
beispielsweise mehrere Ablenkmagnete, Quadrupole und Sextupole.
Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel sind beispiels
weise sechs Ablenkmagnete mit einem Ablenkwinkel von jeweils
60° vorgesehen. Innerhalb des Synchrotrons 5 ist eine (nicht
gezeigte) Kühleinrichtung angeordnet. Durch mehrfache Injekti
onsumläufe werden die injizierten Ionen von einer Energie im
Bereich von einigen MeV/u auf eine Energie von beispielsweise
über 400 MeV/u beschleunigt. Der auf diese Weise beschleunigte
Behandlungsstrahl wird an einer bestimmten Stelle des Synchro
trons über eine Hochenergie-Strahlführungsleitung 6 extrahiert
und den einzelnen Behandlungsplätzen zugeführt.
Obwohl im allgemeinen die horizontale und vertikale Strahlaus
breitung am Behandlungsplatz unterschiedlich ist, kann den For
derungen nach einer "idealen" symmetrischen und stabilen
Strahlform am Behandlungsplatz im wesentlichen durch eine ge
eignete Einstellung der Strahloptik in den Strahlführungslei
tungen Rechnung getragen werden.
Die Hochenergie-Strahlführungsleitung 6 umfaßt Quadrupollinsen,
Ablenkmagnete, Strahlanalyseeinrichtungen usw. Darüber hinaus
kann ein weiterer Chopper hinter der Extraktionsstelle des Syn
chrotrons 5 angeordnet sein, der in Notfällen zum Einsatz
kommt, um die Strahlzufuhr zu unterbrechen. Daneben kann eine
routinemäßige Unterbrechung des Extraktionsvorgangs, der zum
Auskoppeln des Behandlungsstrahls aus dem Synchrotron 5 dient,
nach jedem Rasterscanabschnitt vorgesehen sein.
Fig. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines der Drehgerüste
8, die jeweils an einem der Behandlungsplätze vorgesehen sind,
denen der Behandlungsstrahl über die zuvor beschriebene Hoch
energie-Strahlführungsleitung 6 zugeführt wird. Das Drehgerüst
8 rotiert um eine bestimmte Drehachse, während ein zu behan
delnder Patient auf einer Patientenliege 9 mit örtlich fester
Orientierung bzw. Ausrichtung liegt. Die zu behandelnde Körper
stelle des Patienten befindet sich dabei im Isozentrum 10 des
Behandlungsstrahls, wobei das Isozentrum als Schnittpunkt zwi
schen dem Zentralstrahl 11 des nachfolgend noch näher beschrie
benen Rasterscanners und einer Drehachse der Patientenliege 9
definiert ist.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, ist die Hochenergie-Strahlfüh
rungsleitung 6 derart ausgestaltet, daß der Behandlungsstrahl
nach Eintritt in das Drehgerüst 8 in einer Ebene mehrmals abge
lenkt wird. Zu diesem Zweck sind mehrere Quadrupollinsen 12 und
Dipolmagnete 7 vorgesehen, wobei die ersten beiden Dipolmagnete
7 identische Ablenkwinkel, beispielsweise 42°, aufweisen und
zueinander entgegengesetzt angeordnet sind, während es sich bei
dem letzten Dipolmagnet 7 um einen Ablenkmagnet mit einem Ab
lenkwinkel von 90° handelt, so daß der Behandlungsstrahl 11
nach Eintritt in das Drehgerüst 8 zunächst aus der Drehachse
des Drehgerüsts 8 seitlich abgelenkt und anschließend parallel
zur Drehachse des Drehgerüsts 8 geführt wird, um anschließend
aus dem letzten Ablenkmagneten 7 über eine Strahlaustrittsöff
nung unter einem Winkel von 90° bezüglich der Patientenliege 9
auszutreten.
Das bei dem vorliegenden Ionenstrahl-Therapiesystem vorgesehene
Rasterscanneranordnung ist bei dem in Fig. 2 gezeigten Ausfüh
rungsbeispiel zwischen der letzten Quadrupollinse 12 und dem
letzten Ablenkmagneten 7 des Drehgerüsts 8 angeordnet und um
faßt mindestens einen horizontalen Rasterscannermagneten 13 so
wie mindestens einen vertikalen Rasterscannermagneten 14. Die
Rasterscannermagnete 13 und 14 lenken den Ionenstrahl 11 je
weils senkrecht zur Strahlachse 11 entweder horizontal oder
vertikal ab, so daß der auf diese Weise gerasterte Ionenstrahl
11 nach Austritt aus dem letzten Ablenkmagneten 7 in Überein
stimmung mit einem vorgegebenen Behandlungsplan eine bestimmte,
das Isozentrum 10 umgebende Fläche abtastet. Aufgrund der An
ordnung des Rasterscanners 13, 14 zwischen dem letzten Quadru
polmagneten 12 und dem letzten Ablenkmagneten 7 kann eine hohe
Flexibilität bei der nachfolgend noch näher beschriebenen Rege
lung der Strahlgröße und Strahldispersion am Isozentrum 10 er
zielt werden.
Die Rasterscannermagnete 13, 14 werden von einer (nicht gezeig
ten) Steuereinrichtung angesteuert, welche Bestandteil des Ge
samtkontrollsystems des Ionenstrahl-Therapiesystems ist.
Im Bereich zwischen der Strahlaustrittsöffnung des letzten Ab
lenkmagneten 7 und dem Isozentrum 10 sind Überwachungsmittel
zur Überwachung des Behandlungsstrahl 11 vorgesehen. Diese
Überwachungsmittel 15, welche beispielsweise zur Erfassung und
Regelung der Strahlposition, Strahlform und des Teilchenflusses
vorgesehen sind, werden nachfolgend noch ausführlich erläutert.
Wie bereits zuvor erwähnt worden ist, kann zusätzlich ein Po
sitron-Emitter-Tomograph (PET) zur Überwachung des Bestrah
lungsvorgangs vorgesehen sein, dessen Bildaufnehmer (Kamera) in
einer In-Strahl-Position ausgerichtet ist. Die Po
sitron-Emitter-Tomographie wird vorzugsweise während der Be
handlung bzw. Bestrahlung durchgeführt. Trifft ein Behandlungs
strahl auf Gewebe, werden ausgehend von den Primärionen Po
sitronen emittierende Isotope erzeugt. Einige dieser Isotope,
welche sich von den Primärionen lediglich durch den Verlust von
ein oder zwei Neutronen unterscheiden, stoppen nahezu in dem
selben Bereich wie die entsprechenden Primärionen. Dieser
Stoppunkt der sogenannten Positronenemitter kann zur Überwa
chung des Bestrahlungsvorgangs mit Hilfe der Positron-Emitter-
Tomographie ermittelt werden.
Für das zuvor beschriebene Ionenstrahl-Therapiesystem wurde ein
umfangreiches Prüfsystem zur Überprüfung und Regelung der we
sentlichen Leistungsmerkmale des Therapiesystems entwickelt,
auf welches nachfolgend näher eingegangen werden soll.
Ein erster Abschnitt des Prüfsystems betrifft die Erzeugung des
Behandlungsstrahls 11.
Neben der bereits zuvor beschriebenen Überprüfung der Ionen
sorte wird dabei auch die Strahlenergie des Behandlungsstrahls
überwacht. Dies ist erforderlich, da die von der jeweiligen
Therapie geforderten Strahlenergien eingehalten werden müssen.
Zu diesem Zweck umfassen die in Fig. 2 angedeuteten Überwa
chungsmittel ein Absorber-Ionisationskammersystem, welches am
Isozentrum 10 des jeweiligen Behandlungsplatzes anzuordnen ist.
Das Absorber-Ionisationskammersystem mißt für einige ausge
wählte Energiestufen, welche während eines Therapie-Testzyklus
aktiviert werden, die Lage des Bragg-Peaks am Behandlungsplatz,
wobei sich die augenblickliche Strahlenergie aus der gemessenen
Position des Bragg-Peaks ergibt. Zur Bestimmung der Position
des Bragg-Peaks werden die Braggschen-Kurven in feinen Schrit
ten ausgemessen. Sollte sich bei der Überprüfung eine Abwei
chung des Bragg-Peaks von der Sollpositon um mehr als 0,5 mm er
geben, ist eine Intervention erforderlich. Zu Konstanzprüfung
kann der zuvor beschriebene Prüfvorgang vor jedem Bestrahlungs
block durchgeführt werden.
Ein weiterer Unterpunkt hinsichtlich der Überprüfung des Be
handlungsstrahls betrifft die Überwachung des Intensitätsni
veaus des langsam extrahierten Behandlungsstrahls am Bestrah
lungs- bzw. Behandlungsplatz. Die limitierte Dynamik des Ra
sterscanners begrenzt die Abtast- oder Scangeschwindigkeit des
gerasterten Behandlungsstrahls nach oben, wobei die für diese
Limitierung maßgebliche Komponente die maximale Stromanstiegs
geschwindigkeit der Magnetstromversorgungseinrichtungen ist. Die
Scangeschwindigkeit des Behandlungsstrahls hängt von der jewei
ligen Intensität des Strahls und der geplanten Teilchenbelegung
ab. Um sicherzustellen, daß die maximale Scangeschwindigkeit
während der Bestrahlung nicht erreicht wird, darf die aus dem
Synchrotron 5 extrahierte Teilchenrate die Sollvorgabe nicht
wesentlich überschreiten. Bei einer deutlichen Unterschreitung
hingegen verlängert sich die Gesamtbestrahlungszeit, wobei ge
gebenenfalls dann das Kontroll- bzw. Überwachungs- oder Moni
torsystem im Bereich sehr kleiner Eingangsströme betrieben
wird, was eine Beeinträchtigung der Präzision des Strahlnach
weises zur Folge haben kann. Daher ist beim vorliegenden Thera
piesystem eine Messung und Protokollierung der Teilchenintensi
täten im Synchrotron im oberen Intensitätsbereich sowie der dem
Bestrahlungsplatz zugeführten Teilchenrate für alle Intensi
tätsschritte für mehrere Energie über einige Minuten vorgese
hen. Die von dem Beschleuniger dem Bestrahlungsplatz zugeführte
Teilchenrate liegt zwischen 2 × 106 und 2 × 108 Ionen pro Ex
traktion aus dem Synchrotron 5. Die Abweichung der Teilchenrate
von der Sollvorgabe darf nach oben maximal 30% und nach unten
maximal 50% betragen. Werden diese Grenzwerte überschritten,
ist eine entsprechende Intervention erforderlich. Zur Konstanz
prüfung des Therapiesystems kann diese Überprüfung beispiels
weise täglich durchgeführt werden.
Bei der Datenversorgung der Beschleuniger, der Bestrahlungspla
nung und der Rasterscan-Programmierung müssen die gleichen Ab
hängigkeiten der Energie-, Intensitäts- und Fokussierungsvaria
tion zugrunde gelegt werden. Um dies sicherzustellen, sollten
die nach der letzten Therapie-Programmierung beschleunigersei
tig erstellten Dateieinträge mit denjenigen verglichen werden,
die für die Rasterscan-Programmierung und Bestrahlungplanung
verwendet werden. Eine Abweichung dieser Dateieinträge ist
nicht zulässig. Zur Konstanzprüfung sollte diese Überprüfung
vor jedem Bestrahlungsblock durchgeführt werden.
Während einer Bestrahlung werden die für die Therapie erforder
lichen Beschleunigerabschnitte gegen (externe) Eingriffe ver
riegelt, um bewußte und unbewußte Fehleinstellungen zu vermei
den. Gleichzeitig werden Betriebszustände aller Komponenten ak
tiviert und ausschließlich auf die in Speichern, beispielsweise
EPROMS, abgelegten Gerätesolldaten zugegriffen. Die Funktion
dieser Beschleuniger-Verriegelung gegen Eingriffe kann dadurch
überprüft werden, daß ein "Superzyklus" erstellt wird, der so
wohl Experiment- als auch Therapiebeschleuniger enthält. In die
Hochenergie-Strahlführung 6 zum Drehgestell 8 werden Überwa
chungsmittel oder Detektoren, wie z. B. (nachfolgend noch näher
beschriebene) Profilgitter, Leuchttargets und Ionisationskam
mern, eingefahren und strahlbeeinflussende Elemente der Hochen
ergie-Strahlführungsleitung 6 und des Synchrotrons 5 für den
Therapiebeschleuniger deaktiviert. Anschließend wird die Be
schleunigerverriegelung aktiviert und alle Experimentbeschleu
niger deaktiviert, während der Therapiebeschleuniger aktiviert
wird. Zudem werden für den Therapiebeschleuniger alle zuvor de
aktivierten Komponenten aktiviert und die eingefahrenen Profil
gitter, Leuchttargets und Ionisationskammern wieder hinausge
fahren. Nunmehr werden an einzelne Magnete Ausschaltbefehle und
an Strahlführungs-Diagnosekomponenten Stellbefehle abgesendet,
die im Normalfall aufgrund der Verriegelung des Beschleunigers
keine Auswirkungen haben dürfen. Ansonsten liegt ein Fehler
vor, der entsprechend korrigiert werden muß. Diese Überprüfung
kann zur Konstanzprüfung vor jedem Bestrahlungsblock durchge
führt werden.
Die Extraktion des Behandlungsstrahls aus dem Synchrotron 5 muß
aus Sicherheitsgründen innerhalb weniger als 1 ms nach einem
entsprechenden Signal einer Interlockeinheit des Therapiesy
stems abgebrochen werden können. Dies geschieht durch ein
schnelles Abschalten eines speziellen Quadrupols im Synchrotron
5. Die Zeit zwischen einer Anforderung zum Strahlabbruch durch
das Kontroll- und Sicherheitssystem und dem Ausbleiben des
Strahls am Bestrahlungsort ist von entscheidender Bedeutung so
wohl für den Rasterscanvorgang beim Wechsel aufeinanderfolgen
der Isoenergieabschnitte, welche mit konstanter Energie zu be
strahlenden Flächen entsprechen, als auch für eine eventuelle
Notabschaltung des Systems im Fehlerfall. Es ist daher ein Test
vorgesehen, der die Gesamtzeit, d. h. sowohl die Reaktionszeit
der Anforderung als auch die des Strahlabbruchs, mißt. Zu die
sem Zweck erzeugt das Kontrollsystem ein entsprechendes Signal,
welches die Beendigung eines Isoenergieabschnitts simuliert,
oder es wird eine Interlockbedingung, d. h. eine Bedingung für
eine Notabschaltung, erzeugt. Anschließend wird von dem Kon
trollsystem die Teilchenzahl nach einem Abbruch gemessen, wobei
diese 1 ms nach dem Abbruch nicht größer als 104 Teilchen/s sein
darf. Zusätzlich wird mit einem Speicheroszillographen und ei
nem Pulser, welche in dem technischen Kontrollraum des Thera
piesystems fest installiert sind, eine Messung durchgeführt,
die das Ausgangssignal des Strom-Spannungs-Wandlers einer der
Ionisationskammern auswertet, um somit die zuvor beschriebene
Messung des Kontrollsystems zu überprüfen. Auch bei dieser
zweiten Messung darf somit 1 ms nach Abbruch kein Strahl nachge
wiesen werden können. Folgende Zeitpunkte eines Abbruchs soll
ten nacheinander überprüft werden: zu Beginn der Extraktions
zeit, in der Mitte der Extraktionszeit, am Ende der Extrakti
onszeit und außerhalb der Extraktionszeit. Die Überprüfung
sollte als Konstanzprüfung täglich durchgeführt werden.
Nach Beendigung jeder Bestrahlung muß von der Beschleuniger
seite ein Protokoll erstellt werden, welches die Einstellungen
wesentlicher Beschleunigerkomponenten während der Bestrahlung
sowie ausgewählte Strahldiagnose-Meßergebnisse dokumentiert. Um
die Funktionsfähigkeit der Protokollierung sowie den Protokoll
inhalt zu testen, wird vorgeschlagen, einen Referenz-Therapie
zyklus zu aktivieren und das Protokollprogramm aufzurufen. An
schließend können die durch das Protokollprogramm erstellten
Protokolldaten mit den erwarteten Daten verglichen werden, wo
bei bei Unvollständigkeit des Protokolls oder bei Vorliegen ei
nes protokollierten Gerätefehlers eine Intervention erfolgen
muß. Zur Konstanzprüfung kann dieser Prüfvorgang vor jedem Be
strahlungsblock durchgeführt werden.
Ein zweiter Abschnitt des Prüfsystems betrifft die Überprüfung
der Führung des Behandlungsstrahls (vor dem Bestrahlungsplatz).
Vom Beschleuniger aus muß sichergestellt werden, daß bei einer
Abbruchanforderung ein Extraktionsabbruch erfolgt ist. Sollte
der Behandlungsstrahl nicht durch die Abbruchanforderung abge
brochen werden, wird dies von dem Kontroll- und Sicherheitssy
stem durch eine Intensitätsmessung festgestellt und über einen
redundanten, getrennt vorgesehenen Kanal erneut ein Abbruch des
Strahls angefordert. Diese zweite Anforderung wirkt auf einen
entsprechenden Ablenkdipol der Hochenergie-Strahlführungslei
tung 6. Um auch die Funktionsfähigkeit dieses redundaten Ex
traktionsabbruchs zu überprüfen, wird die für den ersten Ex
traktionsabbruch vorgesehene Alarmleitung künstlich unterbro
chen. In diesem Fall müßte der zuvor beschriebene zweite Ex
traktionsabbruch automatisch ausgelöst werden, was analog zu
der oben beschriebenen Überprüfung des eigentlichen Extrakti
onsabbruchs getestet werden kann. Kommt es innerhalb von 10 ms
nicht zu einem Extraktionsabbruch, ist ein entsprechender Ein
griff erforderlich. Zur Konstanzprüfung kann dieser Test vor
jedem Bestrahlungsblock durchgeführt werden.
Mit einem weiteren Test kann die Funktion der Zu- und Ausschal
tung der in der Hochenergie-Strahlführungsleitung 6 angeordne
ten Dipole getestet werden. Aus Gründen der Patientensicherheit
ist die Ausschaltung der letzten beiden Ablenkmagnete in der
Hochenergie-Strahlführungsleitung 6 vor der Bestrahlung (nach
der Beschleunigerverriegelung) nur von dem technischen Kon
trollraum aus über spezielle Kabelverbindungen zum Netzgerät
dieser Magnete aktivierbar. Durch diese Ausschaltung wird die
Strahlzufuhr an den Bestrahlungsplatz unterbunden. Die Zuschal
tung dieser Magnete kann nur von dem technischen Kontrollraum
aus über ein spezielles Signal und nicht (wie üblich) vom
Hauptkonttrollraum des Beschleunigers aus erfolgen. Die Funk
tion dieser Zu- und Abschaltung wird getestet, wobei dabei auch
die entsprechenden Verbindungen/Anschlüsse überprüft werden.
Zur Konstanzprüfung wird dieser Test vor jedem Bestrah
lungsblock durchgeführt.
Ein dritter Abschnitt des Prüfsystems betrifft die Überprüfung
der Strahlführung am Bestrahlungplatz.
Gemäß einem ersten Aspekt dieses Prüfabschnitts wird die Null
punktslage des Behandlungsstrahls überwacht. Um eine genaue
Strahlpositionierung am Isozentrum 10 nach Ablenkung des Strahls
11 durch die Rasterscannermagnete 13, 14 zu gewährleisten, muß
die Achslage des Behandlungsstrahls 11 im letzten Teil der
Strahlführung zum Bestrahlungsplatz für den gesamten Energie-
und Fokussierungsbereich überprüft werden. Zu diesem Zweck wer
den Profilgitter 16 hinter den Rasterscannermagneten 13 und 14
sowie am Strahlaustrittsfenster in den Strahlpfad eingefahren
und Testzyklen über den gesamten Energie- und Fokussierungsbe
reich erzeugt. Dabei werden die Profilgitter einzeln ausgewer
tet und die dabei erfaßten Strahlparameter protokolliert. Bei
der Messung des am Strahlaustrittsfenster angeordneten Profil
gitters muß das davor angeordnete Profilgitter 16 herausgefah
ren werden. Durch Auswertung der von den Profilgittern gelie
ferten Strahlparameter kann sowohl in horizontaler als auch in
vertikaler Richtung die Strahlposition und der Strahlwinkel be
stimmt werden. Aus den Strahlpositionen der Profilgitter wird
die zu erwartende Position des Behandlungsstrahls am Isozentrum
10 ermittelt und anschließend das Protokoll überprüft. Wird da
bei für das Isozentrum 10 ein Positionsfehler von ±25% bezüg
lich der geforderten Strahl-Halbwertsbreiten festgestellt, muß
ein entsprechender Eingriff erfolgen. Zu Konstanzprüfung kann
dieser Test täglich durchgeführt werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt dieses Prüfabschnitts wird der ab
solute Strahlort sowie die Ortsstabilität des Behandlungs
strahls am Bestrahlungsplatz überprüft. Die Einhaltung der ab
soluten Strahlposition ist die Voraussetzung für die Umsetzung
der Behandlungs- bzw. Bestrahlungspläne. Daher muß der absolute
Ort mit ortsempfindlichen Detektoren des Kontrollsystems gemes
sen werden. Die relative Ortsstabilität des Behandlungsstrahls
im Isozentrum des Bestrahlungsplatzes bestimmt die Genauigkeit,
mit der ein Bestrahlunsplan durchgeführt werden kann. Der Ort
des Behandlungsstrahls wird online, d. h. kontinuierlich, wäh
rend einer Bestrahlung gemessen und überprüft. Bei Abweichungen
vom Sollort innerhalb einer vom Bestrahlungsplan vorgegebenen
Toleranzgrenze wird die Bestrahlung abgebrochen bzw. eine ent
sprechende Interventionen getätigt. Jeder ortsempfindliche De
tektor wird getrennt überprüft.
Die Prüfung wird mit einem Profilgitter und ortsempfindlichen
Detektoren, wie z. B. Vieldrahtkammern, durchgeführt.
Bei Verwendung von Profilgittern wird die absolute Strahllage
im Isozentrum 10 mit Hilfe eines Leuchttargets oder Films am
Ort des Isozentrums überprüft. Dabei wird die Lage des Profil
gitters mit dem durch ein Laserkreuz auf dem Leuchttarget oder
Film sichtbar gemachten Isozentrum justiert. Mit den Raster
scannermagneten 13, 14 wird der Behandlungsstrahl 11 statisch
in das Isozentrum 10 abgelenkt und die durch die Profilgitter
messung erhaltenen Ortskoordinaten mit den vorgegebenen Soll
werten verglichen. Dies kann beispielsweise in regelmäßigen Ab
ständen, z. B. bei etwa jedem zehnten Energieschritt, durchge
führt werden.
Bei Verwendung von Vieldrahtkammern zur online-Kontrolle und
Regelung der Strahllage werden zwei Vieldrahtkammern in einem
Abstand von etwa 970 mm und 790 mm vor dem Isozentrum 10 posi
tioniert und mit Hilfe eines Laserstrahls derart ausgerichtet,
daß der durch das Isozentrum 10 verlaufende Zentralstrahl senk
recht durch das Zentrum der Vieldrahtkammern verläuft. Mit den
Rasterscannermagneten 13, 14 wird der Strahl beispielsweise bei
fünf verschiedenen Energien auf jeweils fünf unterschiedliche
Positionen innerhalb des Bestrahlungsbereichs (nämlich oben und
unten jeweils links und rechts sowie in der Mitte) statisch ab
gelenkt. Der Ort der Einstellung wird von dem Kontrollsystem
gemessen und mit den Sollwerten verglichen.
Da sich die Vieldrahtkammern in unterschiedlicher Entfernung
vor dem Isozentrum befinden, wird das Bestrahlungsfeld in den
beiden Vieldrahtkammern mit unterschiedlichen Faktoren verklei
nert abgebildet. Durch Anwendung der Regeln der Strahlgeometrie
und des Strahlensatzes ergeben sich folgende Verkleinerungsfak
toren:
Vieldrahtkammer 970 mm vor dem Isozentrum:
x-Koordinate: Verkleinerungsfaktor 0,890
y-Koordinate: Verkleinerungsfaktor 0,876
Vieldrahtkammer 790 mm vor dem Isozentrum:
x-Koordinate: Verkleinerungsfaktor 0,910
y-Koordinate: Verkleinerungsfaktor 0,899
Vieldrahtkammer 970 mm vor dem Isozentrum:
x-Koordinate: Verkleinerungsfaktor 0,890
y-Koordinate: Verkleinerungsfaktor 0,876
Vieldrahtkammer 790 mm vor dem Isozentrum:
x-Koordinate: Verkleinerungsfaktor 0,910
y-Koordinate: Verkleinerungsfaktor 0,899
Vor der Überprüfung der absoluten Strahlposition mit den Viel
drahtkammern sollte eine Kalibrierung ihrer absoluten Positio
nen durchgeführt werden. Zu diesem Zweck wird nach Ausrichtung
und Fixierung der Vieldrahtkammern ein mittels des zuvor er
wähnten Laserkreuzes absolut positionierter Film an fünf Posi
tionen bestrahlt. Der anhand des Films ermittelte Strahl-Null
punkt wird mit dem aus den Vieldrahtkammern berechneten vergli
chen. Die Differenz oder Abweichung ergibt dann Korrek
turoffsetwerte für die Ortsberechnung. Diese Korrekturoffset
werte werden in den Positionssollwerten berücksichtigt, wobei
die absolute Position aller fünf Punkte miteinander verglichen
wird.
Mit den auf dieser Weise kalibrierten Vieldrahtkammern wird an
schließend die absolute Strahlposition überprüft, wobei eine
Regelung derart durchgeführt wird, daß die auf diese Weise er
mittelte Positionsabweichung maximal 25% der Halbwertsbreite
des Strahlprofils entspricht. Diese Interventionsschwelle rela
tiv zur Halbwertsbreite des Strahlprofils erwies sich als prak
tikabel, da alle geometrischen Parameter eines Bestrahlunsplans
mit der Halbwertsbreite skalieren und insbesondere die für den
Patientenbetrieb erforderliche Qualität der erzeugten Teilchen
belegungen erreicht wird. Bei Durchführung einer Konstanzprü
fung sollten lediglich die zuvor beschriebenen Vieldrahtkammer
messungen eingesetzt werden, da die Installation eines zusätz
lichen Profilgitters im Isozentrum für den täglichen Betrieb
sehr aufwendig wäre.
Ein weiterer Aspekt dieses Prüfabschnitts umfaßt die Überwa
chung und Regelung der absoluten Strahlprofilbreite und der
zeitlichen Stabilität. Die von der Beschleunigereinrichtung
nach Anforderung durch eine Pulszentralenansteuerung des Kon
trollsystems gelieferte Strahlfokussierung muß eingehalten wer
den, da auf diesen Werten die Behandlungs- bzw. Bestrahlungs
pläne beruhen. Zu diesem Zweck wird die absolute Strahlprofil
breite im Isozentrum 10 mit Hilfe eines Profilgitters über
prüft, wobei die Lage des Profilgitters mit dem durch ein La
serkreuz auf einem Leuchttarget oder Film sichtbar gemachten
Isozentrum justiert wird. Mit den Rasterscannermagneten 13, 14
wird der Behandlungsstrahl statisch in das Isozentrum abgelenkt,
wobei dies beispielsweise bei etwa jedem zehnten Energieschritt
erfolgen kann. Die mit der Profilgittermessung erhaltenen
Strahlbreiten werden mit vorgegebenen Sollwerten verglichen,
wobei eine Regelung derart erfolgt, daß eine maximale Abwei
chung der Strahlbreite von ±50% von der Sollvorgabe eingehalten
wird. Dies gilt insbesondere für den Energiebereich oberhalb
200 MeV/u.
Die Konstanzprüfung des Ionenstrahl-Therapiesystems kann wie
derum mit den bereits zuvor beschriebenen Vieldrahtkammern er
folgen, die sich in einem Abstand von 970 mm bzw. 790 mm vor
dem Isozentrum 10 befinden. Vor der eigentlichen Prüfung er
folgt eine Kalibrierung der absoluten Breitenmessung der beiden
Vieldrahtkammern. Dabei wird ein Film mit horizontalen und ver
tikalen Streifen bestrahlt, wobei jeder Strahl mit einer Ex
traktion aus dem Synchrotron bei einer festen Fokussierung er
zeugt wird. Auf diese Weise können abhängig von den auswählba
ren Fokussierungen beispielsweise sieben Strahlen erzeugt wer
den. Die anhand des bestrahlten Films ermittelten Strahlbreiten
werden mit den von den Vieldrahtkammern (Ortskammern) gemesse
nen verglichen, um daraus Korrekturoffsetwerte zu erhalten,
welche anschließend wieder in den Sollwerten berücksichtigt
werden können. Anschließend wird mit Hilfe der somit kalibrier
ten Vieldrahtkammern in Verbindung mit dem Kontrollsystem die
Halbwertsbreite des Strahlprofils sowie dessen zeitliche Kon
stanz oder Stabilität gemessen und überwacht, wobei dies insbe
sondere bei verschiedenen Energien und Intensitäten für die je
weils auswählbaren Fokussierungen durchgeführt wird.
Die zuvor beschriebene Anhebung der Interventionsschwelle von
20% auf 50% der Halbwertbreite bei der Messung der absoluten
Strahlprofilbreite im Vergleich zur Messung des absoluten
Strahlorts ist kompatibel mit der Homogenitätsanforderung, da
der Abstand der Strahlpositionen im Rahmen der Bestrahlungspla
nung auf 33% der Halbwertsbreite gesetzt wird.
Vor dem Isozentrum befinden sich üblicherweise einige Elemente
zur Analyse und Modulation des Behandlungsstrahls, wie bei
spielsweise das Strahlaustrittsfenster, Detektoren oder ein
Ripple-Filter. Durch diese Elemente wird eine Aufstreuung des
Behandlungsstrahls hervorgerufen, welche mit abnehmender
Strahlenergie stark zunimmt. Dadurch kann aus physikalischen
Gründen eine Einhaltung der ursprünglich geforderten Strahl
breite im unteren Energiebereich (Energien < 200 MeV/u) nicht
mehr oder nur schwer realisierbar sein. In diesem Fall wäre
eine Überschreitung der oberen Toleranzwerte die Folge, so daß
dieser Effekt bei der Bestrahlungsplanung berücksichtigt werden
muß.
Ein weiterer Aspekt dieses Prüfabschnitts betrifft die Überwa
chung der Teilchenzahl im Behandlungsstrahl, d. h. die Überwa
chung der Variation der Teilchenzahl. Um den Meßbereich für
Teilchenzahlmessungen nicht zu groß werden zu lassen, sollte
die Intensität des vom Beschleuniger gelieferten Behandlungs
strahls lediglich innerhalb bestimmter Toleranzgrenzen schwan
ken. Im vorliegenden Fall wird vorgeschlagen, die Intensität
des Behandlungsstrahls mit Hilfe der Ionisationskammern in Ver
bindung mit der Meßapparatur des Kontrollsystems zu messen und
die Teilchenzahl über ein Zeitfenster von 300 µs zu mitteln.
Die anschließend gemessenen Teilchenzahlen dürfen innerhalb des
Zeitfensters maximal dem fünffachen Wert des zuvor erfaßten
Mittelwerts entsprechen, um nicht eine Intervention auszulösen.
Durch diese Maßnahmen kann ein sicherer Meßbereich gewählt wer
den, mit dem auch Teilchenzahlen noch korrekt gemessen werden
können, die beispielsweise um einen Faktor 10 höher als der zu
vor berechnete Mittelwert sind. Sollten noch höhere Teilchen
zahlen auftreten, wird ein Alarm ausgelöst, und die bereits er
wähnte Interlockeinheit löst die Strahlabschaltung aus. Es ist
jedoch zu beachten, daß dieser Prüfaspekt lediglich die Vorein
stellung der Detektoren betrifft und keinen direkten Einfluß
auf die Energiedosis oder dergleichen hat. Auch bei einer Va
riation der Teilchenzahl, die deutlich oberhalb der zuvor defi
nierten Interventionsschwelle liegt, kann die noch später be
schriebene Homogenität der Teilchenbelegungen als entscheiden
des Qualitätskriterium ausreichend sein.
Schließlich sollten hinsichtlich einer sicheren und stabilen
Strahlführung am Bestrahlungsplatz auch, die Sollpositionen
sämtlicher beweglicher Teile zwischen den letzten Ablenkmagne
ten der Hochenergie-Strahlführungsleitung 6 und dem Drehgestell
8 regelmäßig überprüft werden, da jeder sich in der Strahlfüh
rung befindliche Gegenstand zu einer Beeinträchtigung der
Strahlqualität am Bestrahlungsplatz führt. Es muß daher sicher
gestellt werden, daß sich keine beweglichen Teile der Strahl
führung im Strahlweg befinden. Zu diesem Zweck sind an den ent
sprechenden beweglichen Teilen Endschalter angebracht, deren
Zustände durch das Kontrollsystem automatisch und einzeln über
prüft werden können. Dies sollte zur Konstanzprüfung vor jedem
Bestrahlungsblock wiederholt werden.
Ein vierter Abschnitt des Prüfsystems betrifft die Überprüfung
von Merkmalen, welche mit der Bestrahlungssteuereinheit des Io
nenstrahl-Therapiesystems zusammenhängen.
Die in den zuvor beschriebenen Ionisationskammern des Überwa
chungs- oder Monitorsystems des Therapiesystems erzeugte elek
trische Ladung, welche zur Bestimmung der Teilchenzahl dient,
hängt vom Druck und der Temperatur des Ionisationskammergases
ab, so daß diese beiden Größen während der Bestrahlung über
wacht und protokolliert werden müssen. Der Druck und die Tempe
ratur des Gases der Ionisationskammern werden mit Hilfe voh
elektrischen Sensoren gemessen, wobei die Meßwerte etwa einmal
pro Minute vom Kontrollsystem erfaßt und mit eingetragenenen
Kalibrierfaktoren in absolute Einheiten (hPa und °C) umgerech
net und digital angezeigt werden. Der zeitliche Verlauf der
Meßwerte kann in einem Trend-Diagramm grafisch dargestellt wer
den. Die Sensoren werden mit Hilfe von Referenzmeßgeräten kali
briert. Die Kalibrierung der in den Ionisationskammern ange
brachten Sensoren sollte vor jedem Therapie-Bestrahlungsblock
wiederholt werden. Zusätzlich werden der Luftdruck und die
Raumtemperatur am Ort des Überwachungssystems mit absolut kali
brierten Geräten gemessen und vom Kontrollsystem erfaßt sowie
bei jeder Bestrahlung protokolliert. Somit können zur (tägli
chen) Überprüfung der Ionisationskammern die Absolutwerte für
Luftdruck und Raumtemperatur direkt an den Referenzmeßgeräten
abgelesen, mit den vom Kontrollsystem angezeigten Werten ver
glichen und protokolliert werden. Als Referenzwerte dienen da
bei die bei der täglichen Kalibrierung des Überwachungssystems
registrierten Meßwerte. Bei einer Abweichung von 20 hPa bzw.
5°C wird vom Kontrollsystem ein Alarm ausgelöst.
Auch das Laden von Programmen und Datensätze in die Steuerungs
rechner des Ionenstrahl-Therapiesystems muß überprüft werden.
Dies ist erforderlich, um Daten, welche für eine Patientenbe
strahlung erforderlich sind, korrekt in die Ablaufsteuerung des
Systems laden zu können. Nur wenn alle Daten korrekt sind, darf
eine Patientenbestrahlung aufgenommen werden. Zu diesem Zweck
wird mit Hilfe von speziellen Programmen in den Serverrechnern
des Kontrollsystems Programme und Daten in die einzelnen Pro
zessoren der Steuerungsrechner geschrieben, zurückgelesen und
mit den in den eigenen Speichern gespeicherten Programmen und
Daten verglichen, wobei diese Prüfprogramme vor jeder Bestrah
lung automatisch ausgeführt werden. Nur wenn die zurückgelade
nen Daten genau den in den Datenspeichern des Kontrollsystems
gespeicherten Daten entsprechen, kann von einem sicheren Be
trieb ausgegangen werden. Bei Abweichungen wird eine Alarmmel
dung generiert und die zuvor beschriebene Interlockeinheit,
welche zur Unterbindung einer Bestrahlung dient, kann nicht
freigegeben werden.
Ein weiterer Prüfaspekt betrifft das Schalten der Ströme für
die Ablenkmagnete 13, 14 des Rasterscanners. Dabei muß sicher
getellt werden, daß die Stromwerte dieser Ablenkmagneten einen
bestimmten, bei den Magnetnetzgeräten eingestellten Sollwert
sowohl wertmäßig als auch zeitlich innerhalb bestimmter Tole
ranzgrenzen erreichen. Zu diesem Zweck wird die Zeit zwischen
dem Setzen eines Magnetstromwerts in den Magnetnetzgeräten und
dem Erreichen des entsprechenden stabilen Magnetstroms für ver
schiedene Stromwerte gemessen. Die dabei tolerierbare maximale
Stromgenauigkeit bezüglich einer Abweichung vom eingestellten
Magnetstromwert beträgt 0,3 A. Die maximal tolerierbare Ein
stellzeit bei einem Stromsprung von 2A beträgt 175 µs in x-
Richtung und 325 µs in y-Richtung. Werden diese Toleranzen
nicht eingehalten, muß die Bestrahlung abgebrochen werden. Zur
Konstanzprüfung kann dieser Test vor jedem Bestrahlungsblock
durchgeführt werden.
Schließlich muß auch sichergestellt werden, daß die Nummer des
bei Auftreten einer Abbruchbedingung aktiven Bestrahlungspunk
tes permanent, d. h. gegen Stromausfall gesichert, gespeichert
wird. Dies ermöglicht eine von autorisierten Personen geneh
migte Fortsetzung der Bestrahlung zu einem späteren Zeitpunkt.
Die Funktionsfähigkeit dieser implementierten Sicherungsfunk
tion kann dadurch überprüft werden, daß ein bestimmter Bestrah
lungs- oder Behandlungsplan in das Kontrollsystem geladen und
ohne Bestrahlung ausgeführt, d. h. simuliert wird. Bei einem be
stimmten Bestrahlungsort wird die Spannungsversorgung der Ab
laufsteuerung ausgeschaltet und nach Wiederanfahren des Systems
der letzte Bestrahlungsort ausgelesen und mit dem Bestrahlungs
ort bei Abschaltung der Spannungsversorgung verglichen. Bei
Nichtübereinstimmung erfolgt ein entsprechender Eingriff. Diese
Überprüfung wird zur Konstanzprüfung vor jedem Bestrahlungs
block durchgeführt.
Ein fünfter Abschnitt des Prüfsystems betrifft die Überprüfung
der Funktionsfähigkeit der bereits zuvor beschriebenen Inter
lockeinheit des Ionenstrahl-Therapiesystems.
So müssen beispielsweise alle sicherheitsrelevanten Gerätepara
meter auf die Auslösung einer Notabschaltung des Systems bei
Vorliegen eines Interlockfalls oder einer Interlockbedingung
überprüft werden. Eine Abschaltung des Behandlungsstrahls 11
kann nur erfolgen, wenn ein Interlockfall erkannt wird. Daher
müssen alle Quellen, die zu einem Interlockfall führen können
einzeln in einem Test simuliert und die Auslösung des Inter
locks, d. h. die Erzeugung der zur Notabschaltung des Behand
lungsstrahls 11 führenden Signale durch die Interlockeinheit,
überprüft werden. Die Interlockeinheit überwacht im Betrieb
beispielsweise die Signale der oben beschrieben Endschalter der
beweglichen Teile in der Strahlführung, die Zustände der Ma
gnetnetzgeräte der Rasterscannermagneten 13 und 14, die Ionisa
tionskammern hinsichtlich der Spannungsversorgung, eines Daten
überlaufs der Datenübertragung, der Einhaltung der Intensitäts
grenzwerte und des Gleichlaufs der einzelnen Ionisationskam
mern, die Elektronik der Strahlpositionsmeßeinrichtung sowie
die Strahlposition selbst, die Hochspannung und den Gasfluß der
einzelnen Detektoren, einen möglichen Interlock durch den Ab
laufsteuerungsrechner, die Position der Patientenliege, eine
mögliche Unterbrechung der Immobilisierung des Patienten (z. B.
bei Öffnen der Maske am Bestrahlungsplatz oder bei Bewegung des
Patienten), die Funktionsbereitschaft aller Rechnerprogramme
und eine mögliche Notabschaltung oder Freigabe einer Bestrah
lung durch die Medizinbedienkonsole des Therapiesystems etc.
Bei fehlender Auslösung des Interlocks bei Vorliegen eines In
terlockzustands muß in das Therapiesystem eingegriffen und der
Fehler behoben werden. Diese Überprüfung sollte zur Konstanz
prüfung täglich durchgeführt werden.
Ebenso muß die Funktionsfähigkeit der manuellen Notabschaltung
über die Medizinbedienkonsole überprüft werden, da eine manu
elle Notabschaltung jederzeit gewährleistet sein muß.
Schließlich ist auch eine Überprüfung der Anzeigen aller si
cherheitsrelevanten Zustände an den einzelnen Konsolen des Io
nenstrahl-Therapiesystems, insbesondere der technischen Kon
trollräume und des Hauptkontrollraums vonnöten. Die Anzeige
dieser sicherheitsrelevanten Zustände dient einer schnellen
Fehlererkennung sowie Fehlerbehebung und geben dem Betriebsper
sonal Informationen über den momentanen Stand der Bestrahlung.
Diese Anzeigen der Alarmbedingungen können zusammen mit dem
oben beschriebenen Test der Interlockeinheit überprüft werden.
Zur Konstanzprüfung sollte dieser Test vor jedem Bestrahlungs
block und nach jeder Änderung des Kontrollsystems oder der Pro
gramme durchgeführt werden.
Ein weiterer Abschnitt des Prüfsystems betrifft die Bestrah
lungsplanung, in deren Verlauf insbesondere die für eine be
stimmte Bestrahlung beabsichtigten Bestrahlungsdosiswerte be
rechnet werden.
Zunächst muß sichergestellt werden, daß für die Planung von Be
strahlungen, d. h. für die Berechnung jeder Bestrahlungsdosis,
stets dieselben Basisdatensätze verwendet werden. Dies kann da
durch erfolgen, daß der Name, das Datum und die Größe der die
Basisdaten enthaltenden Dateien mit den korrekten Bezeichnungen
einer zuvor angelegten Sicherungskopie verglichen werden. Dies
geschieht automatisch bei jedem Aufruf des Dosisberechnungsal
gorithmus.
Auch die Identität der Werte der aktuellen Basisdatensätze mit
den entsprechenden Werten einer Sicherungskopie muß überprüft
werden, um sicherzustellen, daß die Basisdatensätze nicht un
kontrolliert verändert worden sind. Auch hier erfolgt der Ver
gleich des Inhalts der aktuellen Basisdatensätze mit der Siche
rungskopie mit Hilfe eines Computerprogramms, welches insbeson
dere vor jedem Bestrahlungsblock gestartet werden sollte.
Nach DIN 6873 Teil 5, Bestrahlungsplanungssysteme, ist zudem
eine Prüfung der Bezugswerte im Basisdatensatz einmal im Monat
erforderlich. Dieser Unterpunkt kann bei der vorliegenden Be
strahlungsplanung mit Schwerionen entfallen, da die Tiefendo
sisverteilungen, d. h. die Energieverlustdaten als Funktion der
Tiefe, als absolute Werte in Bezug auf die Eingangsfluenz abge
speichert sind. Somit ist kein besonderer Bezugswert für die
Dosis aufgezeichnet. Die verwendeten Basisdatensätze werden be
reits wie oben beschrieben überprüft.
Ein wesentlicher Aspekt bei der Prüfung der Bestrahlungsplanung
ist die Überprüfung der Genauigkeit der in dem Ionenstrahl-The
rapiesystem automatisch durchgeführten Dosisberechnung für eine
geplante Bestrahlung in Abhängigkeit von den vorliegenden Ba
sisdaten und den verwendeten Dosisberechnungsalgorithmen, wobei
hier zwischen der Bestrahlung eines homogenen und eines inhomo
genen Mediums zu unterscheiden ist. In beiden Fällen kann die
Überprüfung der Dosisberechnung durch Verwendung eines Phantoms
durchgeführt werden, was nachfolgend näher beschrieben wird.
Zur Überprüfung der berechneten Dosis für ein homogenes Medium
können im Bestrahlungsplanungsprogramm des Ionenstrahl-Thera
piesystems mehrere Meßpunkte, beispielsweise 10 Meßpunkte, in
den berechneten Dosisverteilungen bzw. CT-Schnitten definiert
werden, an denen die berechnete physikalische Dosis experimen
tell verifiziert werden soll. Die Verifikation erfolgt in einem
Wasserphantom, wobei an den den gewünschten Meßpunkten entspre
chenden Koordinaten im Wasserphantom Ionisationskammern posi
tioniert werden. Das Bestrahlungsplanungsprogramm berechnet für
die einzelnen Meßpunkte neben den Wasserenergiedosiswerten auch
deren Koordinaten in dem verwendeten Phantom. Anschließend wird
das Phantom mit den vom Bestrahlungsplanungsprogramm berechne
ten Steuerparametern bestrahlt, wobei die von dem Ionisations
kammern erfaßten Werte in Energiedosiswerte umgerechnet werden,
um die berechneten Dosiswerte zu verifizieren.
Die Verifikation wird für mehrere Bestrahlungspläne durchge
führt, wobei bevorzugt sechs typische Bestrahlungspläne verifi
ziert werden, von denen sich drei Pläne auf konstruierte Ziel
volumina im Wasserphantom und drei Pläne auf die Bestrahlung
von Patienten beziehen. Die letztgenannten Bestrahlungspläne
werden nachfolgend als Standardpatientenpläne verwendet. Die
von dem Bestrahlungsberechnungsprogramm berechneten Werte die
nen als Bezugswerte für die durchzuführende Konstanzprüfung.
Als Interventionsschwelle wird festgelegt, daß die Abweichung
zwischen den berechneten und den gemessenen Bestrahlungsdosis
werten insgesamt, d. h. im Mittel, maximal ±5% der Dosis des
Zielbestrahlungsvolumens betragen darf. Zudem wird festgelegt,
daß die maximale Abweichung für einen einzelnen Meßpunkt ±7%
betragen darf.
Die oben beschriebene Vorgehensweise bezieht sich insbesondere
für die Abnahmeprüfung des Ionenstrahl-Therapiesystems. Für
eine Konstanzprüfung genügt die Verifikation von lediglich je
weils zwei der oben beschriebenen Standardpläne, um die Kon
stanz der berechneten Dosisverteilungen zu überprüfen und diese
mit den experimentell zu bestimmenden Dosisverteilungen zu ver
gleichen. Die Konstanzprüfung sollte vor jedem Bestrahlungs
block durchgeführt werden.
Für die Überprüfung der Genauigkeit der Dosisberechnungen in
Abhängigkeit von den Basisdaten, den verwendeten Bestrahlungs
berechnungsalgorithmen und der verwendeten Näherung für ein in
homogenes Medium kann ein kugelförmiges Festkörperphantom ver
wendet werden, welches aus einem wasseräquivalenten Material
besteht und aus einzelnen Schichten aufgebaut ist, in die zum
Simulieren verschiedener inhomogener Körper unterschiedliche
Inhomogenitäten eingesetzt werden können. Diese Inhomogenitäten
sind Scheiben, die aus verschiedenen gewebeäquivalenten Mate
rialien (beispielsweise entsprechend dem Material der Lunge,
eines weichen oder harten Knochens, von Weichteilen oder von
festem Wasser) bzw. lediglich Luft (bei Nichteinsetzen einer
Scheibe) bestehen. Auch in diesem Fall werden in dem Phantom
bis zu 10 Meßpunkte zur Verifikation definiert, an denen je
weils die Bestrahlungsdosis sowohl von dem Bestrahlungspla
nungsprogramm berechnet als auch mit einem Satz von gleichzei
tig messenden Ionisationskammern erfaßt und damit verglichen
wird.
Es wird vorgeschlagen, zur Abnahmeprüfung drei unterschiedliche
Phantomaufbauten zur Untersuchung der berechneten Dosisvertei
lung hinter Grenzschichten verschiedener Materialien (bei
spielsweise Luft/Wasser und Knochen/Wasser), in dünnen Inhomo
genitäten und in dicken Inhomogenitäten durchzuführen.
Auch bei der Untersuchung der berechneten Dosiswerte für inho
mogene Medien wird als Toleranzschwelle vorgeschlagen, eine ma
ximale mittlere Abweichung zwischen den berechneten Dosiswerten
und den gemessenen Dosiswerten aller Meßpunkte von ±5% und eine
maximale Abweichung für einen einzelnen Meßpunkt von ±7% zuzu
lassen. Zur Konstanzprüfung können die zuvor beschriebenen Test
vor jedem Bestrahlungsblock durchgeführt werden.
Ebenso können die Dosisberechnungen durch Verwendung eines ir
regulär geformten Prüfphantoms verifiziert werden. In diesem
Fall wird ein Prüfphantom benutzt, welches aus wasseräquivalen
tem Material besteht und beispielsweise einen menschlichen Kopf
nachbildet. Wie zuvor beschrieben, werden in dem Phantom bis zu
10 Meßpunkte zur Verifikation definiert. Des weiteren werden
Bestrahlungsparameter für ein geeignetes Zielbestrahlungsvolu
men in dem Kopfphantom festgelegt und das Prüfphantom mit Hilfe
des stereotaktischen Grundrings justiert. Anschließend wird die
von dem Bestrahlungsplanungsprogramm des Ionen-Therapiesystems
berechneten Werte der Wasserenergiedosis an den gewählten Meß
orten anhand der mit den Ionisationskammern an diesen Meßpunk
ten gemessenen Werten verglichen, wobei wiederum die Abweichung
für sämtliche Meßpunkte maximal ±5% der Dosis des Zielbestrah
lungsvolumens betragen darf, während für jeden einzelnen Meß
punkt eine maximale Abweichung von ± 7% zulässig. Zur Konstanz
prüfung kann dieser Test vor jedem Bestrahlungsblock durchge
führt werden.
Ein weiterer Aspekt bei der Überprüfung der Bestrahlungsplanung
betrifft die Prüfung der in dem Ionenstrahl-Therapiesystem ein
gesetzten bildgebenden Verfahren, um eine korrekte Übertragung
der geometrischen Strukturen (z. B. des Zielbestrahlungsvolumens
und der Konturen des Patienten) sowie der Planungsparameter von
der Bildgebung bis zur Positionierung sicherzustellen. Zu die
sem Zweck kann wie bei der Verifikation der berechneten Be
strahlungsdosiswerte im inhomogenen Medium ein Phantom mit
scheiben- oder ringförmigen Einsätzen verwendet werden, wobei
in diesem Fall die inhomogenen Einsätze zudem unterschiedliche
Durchmesser aufweisen können. Von dem Phantom wird ein Bild
aufgenommen, und es werden aus den somit erhaltenen CT-Daten
für die drei Hauptrichtungen in dem Drehgestell 8 (vgl. Fig. 2)
digitale Röntgen-Rekonstruktionen berechnet. Anschließend wird
eine Verifikation der Planungsgeometrie mit Hilfe von Röntgen
aufnahmen des Röntgenpositioniersystems in den drei Hauptrich
tungen durchgeführt. Diese Vorgehensweise kann unter verschie
denen Winkeln der in Fig. 2 gezeigten Patientenliege 9 durchge
führt werden, z. B. unter 0°, 45° und 90°. Auf diese Weise wird
die Form und die Lage der Inhomogenitäten in der digitalen
Röntgen-Rekonstruktion in Bezug auf die Röntgenaufnahmen des
Röntgenpositioniersystems verifiziert. Als Toleranzschwellen
wird in diesem Fall festgelegt, daß sowohl die maximale posi
tionale Abweichung als auch die maximale Abweichung hinsicht
lich der Form der Ringe des Phantoms 2 mm betragen darf. Die
Konstanzprüfung kann wiederum vor jedem Bestrahlungsblock
durchgeführt werden.
Zur Erhöhung der Betriebssicherheit ist zudem eine Überwachung
der Wartung und Weiterentwicklung der in dem Ionenstrahl-Thera
piesystem eingesetzten Bestrahlungsplanungsprogramme erforder
lich. Nach einer Weiterentwicklung der Bestrahlungsplanungspro
gramme kann versehentlich eine falsche Version verwendet wer
den. Um dies zu vermeiden und sicherzustellen, daß stets die
korrekten Versionen der unterschiedlichen Module verwendet wer
den, wird das Kontrollsystem des Ionenstrahl-Therapiesystems
derart ausgestaltet, daß bei jedem Aufruf eines Bestrahlungs
planungsprogramms Versionsnummern mit Datum des jeweiligen Pro
gramms angezeigt werden, die von dem Benutzer mit Daten in ei
nem Protokollbuch zu vergleichen sind.
Ebenso muß sichergestellt werden, daß bei einer Weiterentwick
lung des Bestrahlungsplanungsprogramms, d. h. bei Vorliegen ei
ner neuen Version, diese nur nach einer erneuten Abnahmeprüfung
wirksam wird. Dies kann dadurch geschehen, daß komplette Dosis
verteilungen wie zuvor beschrieben für ein homogenes Medium,
ein inhomogenes Medium und für ein irregulär geformtes Phantom
berechnet und als Sicherungskopie gespeichert werden. Bei Ver
wendung der neuen Programmversion können diese gespeicherten
Dosiswerte als Bezugs- oder Referenzwerte zur Verifikation der
Funktionsfähigkeit der neuen Programmversion verwendet werden,
da auch bei Verwendung der neuen Programmversion für dasselbe
Phantom dieselben Dosiswerte berechnet werden müßten. Diese
Überprüfung sollte daher nach jeder Änderung eines Bestrah
lungsplanungsprogramms durchgeführt werden.
Ein weiterer Abschnitt des Prüfsystems betrifft die Überprüfung
des Rasterscanvorgangs sowie der Dosimetrie.
Dabei betrifft ein erster Prüfaspekt dieses Prüfabschnitts die
Teilchenzahlmonitore- bzw. -überwachungsmittel des Ionenstrahl-
Therapiesystems, welche bei dem vorliegenden Ausführungsbei
spiel - wie bereits beschrieben worden ist - aus großflächigen
Ionisationskammern bestehen.
Diesbezüglich muß beispielsweise die Konstanz der Kalibrierfak
toren dieser Ionisationskammern überprüft werden, da sich die
Kalibrierfaktoren nur im Rahmen von Luftdichteschwankungen än
dern dürfen. Die beiden Ionisationskammern des Rasterscanners
sind hinsichtlich der Teilchenzahl pro Überwachungs- oder Moni
toreinheit der Ionisationskammern kalibriert. Die Kalibrierung
wird durch einen Kalibrierfaktor K beschrieben, der von der Be
strahlungsenergie E der Teilchen und der Schrittweite Δx und
Δy des Rasterscanners abhängt, d. h. K = K(E, Δx, Δy). Die
Kalibrierung der Ionisationskammern erfolgt über eine
Dosismessung in einem homogen gerasterten Bestrahlungsfeld,
wobei die Abweichungen von den Bezugsbedingungen korrigiert
werden und die Anzeige der Ionisationskammer in eine
Wasserenergiedosis Dscan umgerechnet wird. Der Kalibrierfaktor
wird berechnet nach:
K(E, Δx, Δy) = (Dscan/Mi).Δx.ΔY/(S(E)/ρ)
mit (S(E)/ρ) = Massenbremsvermögen von 12C bei einer Bestrah
lungsenergie E, und
M = Monitoreinheiten pro Koordinatenpunkt i der Ionisationskam mer.
M = Monitoreinheiten pro Koordinatenpunkt i der Ionisationskam mer.
Der relevante Energiebereich (beispielsweise zwischen 80 MeV/u
und 430 MeV/u) wird in mehreren Schritten vermessen. Der Meßort
der jeweils überprüften Ionisationskammer befindet sich im Iso
zentrum 10, wobei die Ionisationskammer bzw. das Dosimeter in
einem Festkörperphantom angeordnet ist. Es wird dieselbe Ta
belle des Massenbremsvermögens von 12C verwendet, die auch der
Bestrahlungsplanung zugrunde gelegt wird. Auf diese Weise wird
in Abhängigkeit von der Energie E und der Schrittweite Δx, Δy
ein Satz von Kalibrierfaktoren K erhalten, wobei festgelegt
wird, daß die Abweichung von den Bezugswerten maximal ±3% für
jeden Kalibrierfaktor betragen darf. Aus dem Satz von Kali
brierfaktoren sollten mindestens drei Werte überprüft werden.
Zur Konstanzprüfung sollte dieses Prüfverfahren täglich durch
geführt werden.
Auch die Dosiskonstanz muß überprüft werden, da gleiche vorge
wählte Monitoreinheiten der Ionisationskammern stets zu glei
chen Dosisanzeigen führen müssen. Es empfiehlt sich daher, die
Konstanz der Dosis im Mittelpunkt von würfelförmigen Bestrah
lungsvolumina, die von dem Rasterscanner bzw. dessen Magneten
13, 14 erzeugt oder abgetastet werden, in Abhängigkeit von dem
Satz der Kalibrierfaktoren der Ionisationskammern zu überprü
fen. Zu diesem Zweck wird zum Erhalt von Referenzwerten die Do
sis in einem Phantom gemessen, welches derart positioniert ist,
daß sich das Isozentrum 10 genau in der Mitte seiner vorderen
Oberfläche befindet. Die Bestrahlung erfolgt dabei innerhalb
eines Bestrahlungs- oder Dosiswürfels mit 5 cm Kantenlänge,
dessen Mittelpunkt als Meßort in 11,3 cm wasseräquivalenter
Tiefe angeordnet ist. (Die Berechnung der Steuerdaten zur Er
zeugung des Dosiswürfels erfolgt mit Hilfe der CT-basierten Be
strahlungsplanung. Für diesen Schritt ist es zweckmäßiger, das
Isozentrum 10 auf den Ort des Strahleintritts in das Wasser
phantom zu legen. Des weiteren gestattet die gewählte Meßtiefe
eine Vereinheitlichung der Meßausrüstung für die unterschiedli
chen Tests.) Die auf diese Weise bestimmte Bestrahlungsdosis
wird als Referenzdosis gespeichert. Die nachfolgend gemessenen
tatsächlichen Dosiswerte können dann mit dieser Referenzdosis
verglichen werden, wobei eine maximale Abweichung zwischen der
tatsächlichen und der nominalen Dosis (Referenzdosis) von ±3%
zulässig ist. Dabei sollte eine tägliche Konstanzprüfung
durchgeführt werden.
Auch die Einflußparameter auf die Teilchenzahlmonitore bzw. Io
nisationskammern müssen überprüft werden, wobei dabei insbeson
dere die Abhängigkeit der Kalibrierfaktoren K von der Teilchen
fluenz und dem Teilchenfluß überprüft wird. In beiden Fällen
sollte eine jährliche Konstanzprüfung durchgeführt werden.
Zur Überprüfung der Abhängigkeit der Kalibrierfaktoren von der
Teilchenfluenz wird im wesentlichen dasselbe Verfahren wie bei
der Überprüfung der Konstanz der Kalibrierfaktoren durchge
führt. Die Messungen werden in einem Phantom durchgeführt, wel
ches mit einer Fläche von 5 × 5 cm2 bei den Energien 150 MeV/u,
250 MeV/u und 350 MeV/u mit jeweils gleicher Strahlintensität
bestrahlt wird. Eine Ionisationskammer wird in der Mitte der
bestrahlten Fläche angeordnet. Die Monitorwerte der Ionisati
onskammer werden so festgelegt, daß sich am Meßort eine Dosis
von 0,2 Gy, 0,5 Gy bzw. 1 Gy ergibt. Für diese unterschiedli
chen Monitorwerte wird die Übereinstimmung zwischen der tat
sächlichen und der nominalen Dosis erfaßt, wobei eine maximale
Abweichung von ±3% zulässig ist. Die Einhaltung dieser engen
Toleranz ist sinnvoll und auch durchführbar.
Zur Überprüfung der Abhängigkeit der Kalibrierfaktoren von dem
Teilchenfluß wird ebenfalls im wesentlichen dasselbe Verfahren
wie bei der Überprüfung der Konstanz der Kalibrierfaktoren an
gewendet. In diesem Fall wird jedoch die Dosis konstant gehal
ten und die Strahlintensität jeweils auf einen hohen, mittleren
und niedrigen Wert eingestellt, so daß die Übereinstimmung der
tatsächlichen Bestrahlungsdosis mit der nominalen Referenzdosis
für unterschiedliche Intensitäten überprüft werden kann. Auch
hier ist eine maximale Abweichung von ±3% zulässig.
Hinsichtlich der Ionisationskammern bzw. Teilchenzahlmonitore
sollte auch die Abhängigkeit deren Kalibrierfaktoren von der
Strahllage überprüft werden. Es wird im wesentlichen dasselbe
Verfahren wie bei der Überprüfung der Konstanz der Kalibrier
faktoren durchgeführt, wobei jedoch dieselbe Anordnung wie bei
der zuvor beschriebenen Überprüfung der Dosiskonstanz verwendet
wird. Die Messungen werden in einem Bestrahlungsvolumen bzw.
Bestrahlungswürfel des Rasterscanners 13, 14 mit einer Kanten
länge von 5 cm durchgeführt, jedoch mit einer seitlichen Ver
setzung von 2 cm und 6 cm. Dabei werden die Monitorwerte der
Ionisationskammern derart festgelegt, daß sich in der Mitte des
Bestrahlungsvolumens eine Bestrahlungsdosis von 1 Gy ergibt. Bei
der Überprüfung der Anzeigen der Ionisationskammern sollte sich
der seitlich gemessene Wert nicht mehr als 3% von dem in der
Mitte gemessenen Wert unterscheiden. Auch in diesem Fall wird
eine jährliche Konstanzprüfung empfohlen.
Ein weiterer Prüfaspekt dieses Prüfabschnitts betrifft die
Überprüfung der Dosisverteilung des Rasterscanners 13, 14, wo
bei sowohl die Tiefendosisverteilung als auch die Dosisquerver
teilung überprüft wird.
Die Homogenität der Tiefendosisverteilung wird in Abhängigkeit
von einer ausgewählten Bestrahlungsenergie und ausgewählten Mo
nitorwerten pro Bestrahlungsenergiewert der verwendeten Ionisa
tionskammern überprüft, da die Tiefendosishomogenität entschei
dend von der gewählten Energie und deren Konstanz abhängt. Zu
diesem Zweck werden mit den Rasterscannermagneten 13, 14 in ei
nem Phantom erneut quader- oder würfelförmige Bestrahlungsvolu
mina erzeugt, wobei für jeden Koordinatenpunkt einer Schicht
(Energie) eine konstante Teilchenbelegung, jedoch pro Schicht
eine unterschiedliche Teilchenbelegung derart verwendet wird,
daß sich in dem Bestrahlungswürfel eine homogene Dosisvertei
lung ergibt. Mehreren Dosimeter (Ionisationskammern), bei
spielsweise 10 Ionisationskammern, messen in unterschiedlichen
wasseräquivalenten Tiefen, wobei die Ionisationskammern derart
positioniert werden, daß nicht mehrere Ionisationskammern hin
tereinander bestrahlt werden. Die Kantenlängen der Bestrah
lungswürfel betragen beispielsweise 2,5 cm, 5 cm und 10 cm, wo
bei die Messungen der Ionisationskammern für Tiefen der Mittel
punkte der jeweiligen würfelförmigen Bestrahlungsvolumens von
5 cm, 12,5 cm bzw. 20 cm durchgeführt werden. Die Monitorwerte
werden aus der Bestrahlungsplanung in der Weise festgelegt, daß
sich in der Mitte des jeweiligen Bestrahlungsvolumens eine
durch die Bestrahlungsplanung vorgegebene Bestrahlungsdosis er
gibt. Durch Vergleich der tatsächlichen Meßwerte mit den Refe
renzwerte kann die Schwankungsbreite der Anzeigen der Ionisati
onskammern überprüft werden. Eine maximale Abweichung von ±5%
ist tolerierbar. Bei Überschreiten dieser Toleranzgrenze muß in
das System eingegriffen werden, um die zu große Abweichung zu
korrigieren. Zur Konstanzprüfung sollte das oben beschriebene
Prüfverfahren vor jedem Bestrahlungsblock durchgeführt werden.
Die Dosisquerverteilung des Rasterscanners wird in Abhängigkeit
von der Energie überprüft, um sicherzustellen, daß die Homoge
nität des Rasterscanverfahrens bei allen verwendeten Bestrah
lungsenergien gewährleistet ist. In diesem Fall wird bei festen
Ionisationskammer-Monitorwerten und jeweils unterschiedlichen
Bestrahlungsenergien (z. B. 100 MeV/u, 150 MeV/u, 200 MeV/u,
250 MeV/u, 300 MeV/u und 350 MeV/u) und Strahlfeldern die Be
strahlungsdosis senkrecht zur Strahlrichtung mit mehreren
gleichzeitig messenden Ionisationskammern festgestellt. Gleich
zeitig wird vor den Dosimetern bzw. Ionisationskammern frei
Luft eine Schwärzungsverteilung auf einem Verifikationsfilm er
zeugt. Mit dem Rasterscanner 13, 14 werden Flächen mit einer
Seitenfläche von beispielsweise 5 cm, 10 cm und 18 cm erzeugt,
wobei die Bestrahlungsdosis jeweils ca. 1 Gy betragen soll. Es
wird die Standardabweichung der korrigierten Anzeigen der Ioni
sationskammern bzw. der Verifikationsfilmschwärzung innerhalb
des Bestrahlungsfeldes überprüft, wobei eine maximale Abwei
chung von den Bezugswerten von ±5% tolerierbar ist. Nicht to
lerierbare Abweichungen von den Bezugswerten werden korrigiert,
um eine Anpassung an die tatsächlich vorliegenden Meßbedingun
gen zu erzielen. Eine Konstanzprüfung sollte vor jedem Bestrah
lungsblock durchgeführt werden, wobei in diesem Fall die Ver
wendung des Verifikationsfilms mit Überwachung der Schwärzung
dieses Verifikationsfilms genügt.
Ein weiterer Prüfaspekt dieses Prüfabschnitts betrifft die
Überprüfung der Feldgeometrie beim Rasterscanverfahren, wobei
die Abhängigkeit der räumlichen Lage eines bestimmten Bestrah
lungsvolumens des Rasterscanners 13, 14 von gewählten Bestrah
lungsenergien überprüft wird. Zu diesem Zweck werden von dem
Rasterscanner 13, 14 würfel- oder quaderförmige Bestrahlungsvo
lumina erzeugt, wobei eine konstante Teilchenbelegung für jeden
Koordinatenpunkt einer Schicht (Energie), jedoch eine unter
schiedliche Belegung pro Schicht derart verwendet wird, daß
sich eine homogene Dosisverteilung in dem Bestrahlungswürfel
ergibt. Unter diesen Bedingungen wird ein keilförmiges Festkör
perphantom bestrahlt, hinter dem sich ein Verifikationsfilm be
findet. Anschließend wird die Position der Verifikationsfilm
schwärzung relativ zu dem Mittelpunkt der Bestrahlung festge
stellt.
Bei der Messung betragen die Kantenlängen der Bestrahlungsfel
der beispielsweise 4 cm, 7 cm und 12 cm, während die Ausdehnung
der Bestrahlungsquader oder -würfel in Strahlrichtung 2,5 cm,
5 cm und 10 cm betragen. Die Messungen werden dabei für was
seräquivalente Tiefen des Mittelpunkts der jeweiligen Bestrah
lungsvolumina von 5 cm, 12,5 cm bzw. 20 cm durchgeführt. Die
Monitorwerte der Dosimeter bzw. Ionisationskammern werden der
art aus der Bestrahlungsplanung festgelegt, daß sich in der
Mitte des Bestrahlungsvolumens eine durch die Bestrahlungspla
nung vorgegeben Bestrahlungsdosis ergibt. Als Feldgrenzen wer
den die Orte definiert, an denen der Randabfall der Schwärzung
bei 50% des Plateauwerts liegt. Die Lage der distalen Feld
grenzen sowie der in Strahlrichtung gesehen seitlichen Feld
grenzen werden überprüft und mit Bezugswerten verglichen. Eine
Abweichung von 2 mm in jeder Richtung ist tolerierbar, anson
sten muß eine Korrektur des Systems erfolgen, um das System an
die tatsächlich vorliegenden Meßbedingungen anzupassen. Dieses
Prüfverfahren sollte zur Konstanzprüfung vor jedem Bestrah
lungsblock durchgeführt werden, wobei hier eine Auswahl von je
weils drei Bedingungen aus den Kombinationen der zuvor be
schriebenen Bedingungen genügt.
Schließlich betrifft ein weiterer Prüfaspekt dieses Prüfab
schnitts die Verifikation des Gesamtsystems, um die Genauigkeit
der applizierten Bestrahlungsdosis hinsichtlich ihrer Höhe und
Räumlichkeit bei jedem zu bestrahlenden Patienten verifizieren
zu können, so daß eine korrekte Zusammenarbeit der einzelnen
Komponenten des Systems gewährleistet wird. Dabei wird zwischen
der Bestrahlung eines homogenen Mediums und eines inhomogenen
Mediums unterschieden.
Im ersten Fall wird wie bei der zuvor beschriebenen Verifika
tion der Übereinstimmung von berechneten und gemessenen Dosis
verteilungen für ein homogenes Medium ein homogenes Phantom
verwendet und im wesentlichen dasselbe Verfahren durchgeführt,
jedoch mit der Ausnahme, daß nunmehr individuelle Patientenbe
strahlungspläne als Grundlage dienen. Für sämtliche Meßpunkte
wird der Unterschied zwischen der berechneten Bestrahlungsdosis
und der gemessenen Bestrahlungsdosis ermittelt, wobei wiederum
eine mittlere Abweichung für sämtliche Meßpunkte von 5% und
eine Abweichung für einen einzelnen Meßpunkt von 7% tolerier
bar ist. Zur Konstanzprüfung sollte dieser Test vor jedem Be
strahlungsblock durchgeführt werden.
Zur Überprüfung der Genauigkeit bei Bestrahlung eines zu be
strahlenden inhomogenen Mediums wird wiederum ein inhomogenes
Phantom verwendet, wobei in diesem Fall als einmalige Vorberei
tung für ein halbkugelförmiges Phantom aus einem festen, was
seräquivalentem Material mit einem Radius von beispielsweise
8 cm eine Bestrahlungsplanung durchgeführt wird. Für die Be
strahlungsplanung befindet sich der Mittelpunkt des Phantoms im
Isozentrum 10 und die Halbkugel des Phantoms ist der Einstrahl
richtung entgegengewandt. In das Phantom können unterschiedli
che Inhomogenitäten, beispielsweise in Form von Scheiben mit
einem Durchmesser von jeweils 3 cm, eingelegt werden, wobei be
vorzugt sieben verschiedene Materialien oder Inhomogenitäten
mit folgenden Dichten verwendet werden:
Das geplante Zielbestrahlungsvolumen ist für drei unterschied
liche Einstrahlrichtungen mit einem Einstrahlwinkel von 0°,
+45° und -45° jeweils eine 2 cm dicke Schicht innerhalb des
Halbkugelphantoms, die unmittelbar an die flache Seite der
Halbkugel angrenzt, so daß die distale Lage des Bestrahlungsvo
lumens mit der hinteren Flachseite übereinstimmt. Die im Ziel
bestrahlungsvolumen geplante homogene Bestrahlungsdosis beträgt
1 Gy. Mit diesen Steuerdaten für die Steuerung des Rasterscan
ners werden die Bestrahlungen mit den drei Einstrahlrichtungen
durchgeführt, wobei sowohl im Zielbestrahlungsvolumen als auch
hinter jeder Inhomogenität ein Dosimeter (d. h. eine Ionisati
onskammer) positioniert ist, deren Anzeige überwacht wird. Die
ermittelte Energiedosis in allen Meßpunkten sollte innerhalb
des Zielbestrahlungsvolumens nicht die Schwelle 1 Gy ±5% über
schreiten, während 5 cm hinter dem Zielbestrahlungsvolumen eine
maximale Abweichung von ±10% von der berechneten und auf das
Zielbestrahlungsvolumen bezogenen Bestrahlungsdosis tolerierbar
ist. Zudem ist für sämtliche Meßpunkte erneut eine mittlere Ab
weichung der gemessenen Bestrahlungsdosis von ±5% und für je
den einzelnen Meßpunkt eine maximale Abweichung von ±7% tole
rierbar. Zur Konstanzprüfung sollte dieses Prüfverfahren vor
jedem Bestrahlungsblock durchgeführt werden.
Claims (34)
1. Verfahren zum Überprüfen eines Isozentrums und einer
Patientenpositioniereinrichtung eines Ionenstrahl-
Therapiesystems, wobei das Ionenstrahl-Therapiesystem
umfaßt:
dadurch gekennzeichnet, daß ein Zielpunkt innerhalb eines Kugelphantoms mittels ei nes speziellen Prüfkörpers repräsentiert wird,
der Mittelpunkt des Prüfkörpers mittels mehrerer bildgeben der Verfahren sichtbar gemacht wird und
bei Abweichungen der Meßergebnisse der räumlichen Lage des Mittelpunktes unter den bildgebenden Verfahren über eine vorgegebene Interventionsschwelle hinaus die Ionenstrahltherapie-Anlage einer Inspektion und/oder Wartung unterzogen wird.
- - mindestens eine Ionenquelle (1),
- - eine Beschleunigereinrichtung (2, 5) zum Beschleunigen der Ionen der Ionenquelle (1) in Form eines Behandlungs strahls (11),
- - ein Strahlführungssystem (6, 8), um den Behandlungsstrahl (11) von der Beschleunigereinrichtung (2, 5) mindestens einem Bestrahlungsplatz zur Behandlung eines Patienten zuzuführen, wobei das Strahlführungssystem (6, 8) minde stens eine Strahlführungsleitung (6) umfaßt, und
- - eine in dem Strahlführungssystem (6) angeordnete Raster scannereinrichtung mit vertikalen Ablenkmitteln (13) und horizontalen Ablenkmitteln (14) zur vertikalen bzw. hori zontalen Ablenkung des Behandlungsstrahl (11) senkrecht zu seiner Strahlrichtung, so daß der Behandlungsstrahl (11) von der Rasterscaneinrichtung auf ein Isozentrum (10) des Bestrahlungsplatzes abgelenkt wird und eine be stimmte, das Isozentrum (10) umgebende Fläche abtastet, und
dadurch gekennzeichnet, daß ein Zielpunkt innerhalb eines Kugelphantoms mittels ei nes speziellen Prüfkörpers repräsentiert wird,
der Mittelpunkt des Prüfkörpers mittels mehrerer bildgeben der Verfahren sichtbar gemacht wird und
bei Abweichungen der Meßergebnisse der räumlichen Lage des Mittelpunktes unter den bildgebenden Verfahren über eine vorgegebene Interventionsschwelle hinaus die Ionenstrahltherapie-Anlage einer Inspektion und/oder Wartung unterzogen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur
Messung der Lage des Mittelpunkts des Prüfkörpers ein Rönt
genverfahren mit einer Genauigkeit von 1/10 mm eingesetzt
wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß zur Messung der Lage des Mittelpunktes des Prüfkörpers
der Prüfkörper in einem stereotaktischen Rahmen eingespannt
wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß zur Messung der Lage des Mittelpunktes ver
gleichsweise mit einem Computer-Tomographie-Verfahren gear
beitet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß zur Messung der Lage des Mittelpunktes ver
gleichsweise mit einem Kernspinresonanzverfahren gearbeitet
wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Interventionsschwelle bei 1,5 mm Abwei
chung liegt und eine jährliche Prüfung vorzusehen ist.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Isozentrum als Schnittpunkt zwischen der
Achse des Patiententisches und dem Zentralstrahl der
Rasterscaneinrichtung definiert wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Drehachse des Patiententisches in drei
Tischhöhen überprüft wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die
drei Tischhöhen in Höhe des Isozentrums und mindestens in
einem Abstand von 15 cm vertikal nach oben und nach unten
vom Isozentrum liegen.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet,
daß zur Prüfung der Drehachse des Patiententisches ein me
tallischer Probekörper in die nominale Drehachse
eingebracht wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein
Senkblei auf den Mittelpunkt oberhalb des Prüfkörpers
ausgerichtet wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß un
ter Rotation des Patiententisches mit dem Probekörper die
Abweichung der Bewegung des Probekörpers in Strahlrichtung
und senkrecht zur Strahlrichtung in bezug auf das Senkblei
gemessen und eine Interventionsschwelle definiert wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die
Interventionsschwelle in Strahlrichtung größer gleich 1 mm
und senkrecht zur Strahlrichtung größer gleich 0,5 mm ist.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch ge
kennzeichnet, daß der metallische Prüfkörper einen
Durchmesser von 2 bis 3 mm aufweist.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch ge
kennzeichnet, daß eine Prüfung der Position des Prüfkörpers
in bezug auf den Zentralstrahl durchgeführt wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Prüfkörper im Isozentrum mittels La
serstrahlen justiert wird.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch ge
kennzeichnet, daß ein Therapieverifikationsfilm nach Posi
tionieren des Probekörpers im Isozentrum in Strahlrichtung
stromabwärts des Probekörpers angeordnet wird und ein unge
rasterter Zentralstrahl, dessen Halbwertsbreite größer als
der Probenkörperdurchmesser ist, den Probenkörper und Film
bestrahlt, so daß sich die Position des Probenkörpers auf
dem Film in bezug auf den Zentralstrahl abbildet.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch
gekennzeichnet, daß die Prüfung mit einem
Therapieverifikationsfilm vor jedem Bestrahlungsblock
erfolgt und bei einer 25%igen Abweichung in der
Halbwertsbreite des Primärstrahls keine Bestrahlung
durchgeführt wird.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch
gekennzeichnet, daß eine Orthogonalitätsprüfung und eine
Genauigkeitsprüfung einer Laserjustierung des Isozentrums
durchgeführt wird.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch
gekennzeichnet, daß der spezielle Prüfkörper in dem
Isozentrum positioniert wird.
21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß La
ser auf dem Mittelpunkt des Prüfkörpers ausgerichtet wer
den.
22. Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet,
daß die Lage der Laserlinien auf Horizontalität und
Vertikalität geprüft werden, wobei Abweichungen unter 0,1°
einzuhalten sind.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch ge
kennzeichnet, daß Markierungen der Abbildungen der Laser
auf gegenüberliegenden Wänden oder Böden als Bezugswerte
dienen.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 23, dadurch ge
kennzeichnet, daß täglich die Lage und Position der Laser
geprüft wird und die Interventionsschwelle bei Abweichungen
von 1 mm zwischen Markierung und Laserlinie liegt.
25. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch
gekennzeichnet, daß eine Genauigkeitsprüfung der Justierung
von Röntgenröhren und eines Zielkreuzes auf das Isozentrum
durchgeführt wird.
26. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch
gekennzeichnet, daß der spezielle Prüfkörper mit sichtbarem
Mittelpunkt im Isozentrum mittels Laserstrahlen
positioniert wird und in den drei Raumrichtungen
Röntgenaufnahmen durchgeführt werden, wobei sich der
Prüfkörper auf dem Bild des Zielkreuzes abbildet.
27. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch
gekennzeichnet, daß eine Abweichung der Abbildung des
Mittelpunktes des Prüfkörpers vom Mittelpunkt des
Zielkreuzes als Interventionsschwelle definiert wird.
28. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch
gekennzeichnet, daß die Interventionsschwelle 1 mm ist und
eine Prüfung vor jedem Bestrahlungsblock durchgeführt wird.
29. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 28, dadurch
gekennzeichnet, daß eine Winkelsteuerung des
Patiententisches und eine räumliche Stabilität der
isozentrische Patiententischrotation jährlich überprüft
wird.
30. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 29, dadurch
gekennzeichnet, daß die Genauigkeit der Patientenlagerung
und der Positionierung des Patienten überprüft wird.
31. Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß als
Zielpunkt unbekannte stereotaktische Koordinaten des
Mittelpunkts des Prüfkörpers nach Fixieren des Prüfkörpers
in einem stereotaktischen Grundring durch
Röntgenlokalisierung festgestellt werden.
32. Verfahren nach Anspruch 30 oder 31, dadurch gekennzeichnet,
daß der Mittelpunkt des Prüfkörpers mit Hilfe eines stereo
taktischen Zielgerätes und durch transversale Patienten
tischbewegungen in das Isozentrum gebracht wird.
33. Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 32, dadurch ge
kennzeichnet, daß in dem Isozentrum in den drei Hauptrich
tungen des Raumes Röntgenaufnahmen angefertigt werden und
der radiale Abstand der Lage des Prüfkörpermittelpunkts von
einem Zielkreuz auf den drei Aufnahmen ermittelt wird.
34. Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 33, dadurch ge
kennzeichnet, daß bei einem radialen Abstand um mehr als
1,5 mm die Interventionsschwelle überschritten ist, was vor
jedem Bestrahlungsblock überprüft wird.
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