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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Dosimetriegerät und ein Verfahren, das die Beschleuniger-Fabrikationsprüfung, -Inbetriebnahme, -Akzeptanz und Qualitätssicherung (QS) zur Verifizierung der Qualität der Strahlenabgabe in der standardmäßigen und konformalen (winkelgetreuen) Strahlentherapie sowie eine teilweise QS bei IMRT(intensity modulated radio therapy/intensitätsmodulierte Strahlentherapie)-Anwendungen und Tomographieanwendungen ermöglicht.
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Stand der Technik
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Bei der Behandlung von Patienten mit Strahlung, verschreibt der Radioonkologe eine Therapie, deren Ziel darin liegt, die Erkrankung durch die präzise Abgabe einer optimalen Strahlungsdosis an den Tumor und durch Verringerung der Nebenwirkungen auf gesundes Umgebungsgewebe zu heilen oder zu kontrollieren. Im Allgemeinen zeigen klinische und experimentelle Ergebnisse, dass das Ansprechen von Tumoren und normalen Geweben auf die Bestrahlung höchst variabel/unterschiedlich ist. Darüber hinaus kann bei einigen Tumoren und normalen Geweben kann die Dosisansprechkurve im therapeutischen Dosisbereich sehr steil sein, d. h. eine kleine Veränderung der Dosis kann zu einer großen Veränderung des klinischen Ansprechens führen. Darüber hinaus ist die verschriebene Strahlungsdosis für den Tumor zwangsläufig für gewöhnlich durch die Toleranzdosis des normalen Umgebungsgewebes beschränkt. Da dieses „Fenster” zur optimalen Behandlung relativ eng sein kann, muss die Strahlendosis präzise und gleichmäßig abgegeben werden.
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Es ist alles andere als einfach, eine präzise und einheitliche Behandlung zu erzielen, da es sich beim Strahlentherapieprozess um ein komplexes Zusammenspiel einer Reihe von verwandten Aufgaben zum Konzipieren und Abgeben von Strahlungsbehandlungen handelt.
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Aus diesem Grund wurden allgemeine Verschreibungen entwickelt, die bestimmte Dosimetrietests umfassen, um eine Kontrolle und (Vor-Ort-)Verifizierung der Behandlungsabgabe zu haben.
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Für gewöhnlich werden diese Tests für einen neuen Strahlentherapieapparat bei der Freigabe nach der Produktion und danach während der Installation in einer klinischen Einrichtung durchgeführt, um zu kontrollieren, dass die erwartete Dosis auch wirklich wie gewünscht abgegeben wird. Diese Tests werden von den Beschleuniger-Herstellern durchgeführt, um das Produkt nach der Produktion freizugeben, und nach einer wichtigen Wartungsmaßnahme sowie vom medizinischen Physiker der klinischen Einrichtung für Geräteakzeptanz und -inbetriebnahme durchgeführt, um zu überprüfen, ob die Gerätschaft den von den Aufsichtsbehörden auferlegten Normen entspricht.
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Ferner müssen die Benutzer auf Basis eines routinemäßigen Zeitplans regelmäßige Tests durchführen, um das Verhalten des Strahlentherapieapparats zu überprüfen. Hier werden aus diesem Grund wiederum Dosimetrietests durchgeführt. Sie werden als Qualitätssicherung definiert. Unter anderem sind Empfehlungen zur Durchführung solcher Tests zur Qualitätssicherung ausführlich im AAPM REPORT Nr. 46 „Comprehensive QA for Radiation Oncology", veröffentlicht für die American Association of Physicists in Medicine vom American Institute of Physics, Nachdruck aus MEDICAL PHYSICS, Vol. 21, Ausgabe 4, 1994, beschrieben.
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Ein Gerät, das Feldprofile messen kann, im Folgenden Strahlprofilmesssystem genannt, ist erforderlich, um einige der notwendigen Dosimetrietests durchzuführen. Insbesondere bei IMRT-Anwendungen mittels Multilamellenkollimator/multi-leaf collimator (MLC) ist es wichtig, die Positionen und die Halbschatten der Lamellen des MLC feststellen zu können.
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Eines der bekanntesten Instrumente, das zur Messung von Feldprofilen herangezogen wird, ist das „Wasserphantom/water phantom”-Instrument. Dieses Dosimetrieinstrument liegt in Form eines Wasserbehälters vor, der einen Einzeldetektor verwendet, der sich in das Wasser eingetaucht im Behälter bewegt und dabei die Dosisprofile in den drei Dimensionen aufzeichnet. Auch wenn dieses Gerät aufgrund seiner Flexibilität in Bezug auf das Aufzeichnen von Dosisprofilen den ”goldenen Standard” bei der Beschleuniger-Inbetriebnahme, -Akzeptanz und routinemäßigen QS darstellt, gestaltet sich das Durchführen der erforderlichen Messungen mühsam und langwierig: der Wasserbehälter ist schwer und sperrig und braucht lange, um eingerichtet zu werden; die Abtastungen sind zeitaufwendig, da für gewöhnlich nur ein Detektor vorhanden ist, etc.
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Zu anderen möglichen Dosimetrievorrichtungen zählen Geräte, die mehrere Strahlungsdetektoren umfassen, die eine solche Messung durchführen, möglicherweise in Form von Matrizen oder Arrays. Zwei Hauptfamilien solcher Geräte können beschrieben werden: bei der einen werden Dioden verwendet, bei der anderen Ionisationskammern.
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Ein Beispiel für solche Geräte unter Verwendung von Dioden ist in der
US-A-6125335 beschrieben, wobei ein Strahlprofilmesssystem in Form eines Arrays aus 46 Sensordioden, S1–S46, und 4 horizontalen außeraxialen Sensordioden, S48–51, vorliegt. Ein Beispiel für ein typisches Strahlprofilmesssystem ist das Off-the-shelf-Mehrfachsensor-Strahlungsdetektor-Array mit dem Namen Profiler Model 1170, hergestellt vom Rechtsnachfolger der vorliegenden Erfindung, Sun Nuclear Corporation, Melbourne, Florida. Das Strahlprofilmesssystem von Sun Nuclear erzeugt ein graphisches Echtzeitbild, das eine Spur von einzelnen Datenpunkten ist, die ungefähr 5 mm beabstandet sind und jede Sekunde aktualisiert werden. Die 46 Dioden S1–S46 und die außeraxialen Detektoren S48–S51 liefern ein Echtzeitprofil der abgegebenen Strahlenbündel und eine außeraxiale Analyse. Das Hauptproblem dieser Geräte besteht allerdings in der Tatsache, dass sie Dioden verwenden, die ein nicht lineares Ansprechen auf die Dosis zeigen, wodurch entsprechend komplexe Kalibrierverfahren notwendig sind, wie beispielsweise in der
US-A-6125335 beschreiben.
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Darüber hinaus liegen die Gestehungskosten pro Einheit (Pixel) bei einem Gerät, bei dem Dioden zum Einsatz kommen, im Vergleich zu Dosimetrievorrichtungen auf der Basis von Ionisationskammern höher.
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Eine weitere Familie umfasst Dosimetrieinstrumente, bei denen Arrays von Ionisationskammern statt Dioden verwendet werden.
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Kürzlich wurden von Bonin et al. in „A Pixel chamber to monitor the beam performances in hadron therapy", Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 519 (2004) – 674–686, sehr effiziente Arrays von Ionisationskammern entwickelt. In diesem Dokument wird ein Gerät beschrieben, das aus einem 2D-Array von 1024 aufeinanderfolgenden Ionisationskammern besteht, die in einer regelmäßigen Matrix von 32×32 Pixeln angeordnet sind. Das allgemeine Prinzip einer Ionisationskammer ist wie folgt: zwischen zwei Elektroden wird eine hohe Spannung angelegt. Ein Gas (in diesem Fall Luft oder Stickstoff), das zwischen den Elektroden vorhanden ist, wird durch die Strahlung, die es durchquert, ionisiert. Infolge des elektrischen Feldes werden die Ionen an den Elektroden gesammelt und die Ladung kann gemessen werden. Da es für die Schaffung eines Elektronen-Ionen-Paares einer bekannten durchschnittlichen Energie bedarf, ist die gesammelte Ladung je nach Gas und Bestrahlungsart direkt proportional zur Energie, die im Gas abgelagert ist. Eine Rückführungs-Integratorschaltung liefert einen 16-bit-Zähler proportional zur detektierten Ladung. Der Rückführungsintegrator wurde als 0,8-μm-CMOS-Technology-Chip (TERA06) vom INFN (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Turin) entwickelt. Jeder dieser Chips stellt 64 Kanäle bereit. Die detektierbare Mindestladung ist zwischen 50 fC und 800 fC einstellbar und die Leserate in der linearen Region kann 5 MHz betragen. Wie oben beschrieben, umfasst der Monitor 32×32 belüftete Ionisationskammer-Pixel, die in einer Matrix mit einem Abstand von 7,5 mm angeordnet sind.
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Obwohl dieses Gerät als sehr effizient angesehen wird, ist seine Geometrie mit einer Matrix von 32×32 Ionisationskammer-Pixeln am besten auf die Komplexität der Dosisverteilungen abgestimmt, die bei IMRT abgegeben werden, aber für standardmäßige und konformale RT, bei der für gewöhnlich die Profile an der Hauptachse und den Diagonalen benötigt werden, viel zu komplex und kostspielig. Darüber hinaus wirkt sich die Komplexität der Anordnung einer solch hohen Anzahl von Detektoren und deren Auslesungen in einer Matrix auf die Dimensionen eines solchen Geräts aus, das nicht groß genug ist, um alle Felddimensionen, die sowohl bei der routinemäßigen QS als auch bei der Beschleuniger-Inbetriebnahme/-Akzeptanz geprüft werden müssen, abzudecken.
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Ein weiteres Dosimetriegerät, bei dem ein beliebiger Typ Strahlungsdetektoren zur Anwendung kommt, zum Beispiel Ionisationskammern oder Halbleiterdetektoren, ist aus der
US-A-4988866 bekannt. Dieses Gerät umfasst nur eine begrenzte Anzahl von Sensoren, die an speziellen Positionen angeordnet sind, um spezielle Messungen durchzuführen. Aus diesem Grund kann dieses Gerät nicht die Qualität eines Strahlungsfeldes beliebiger Größe gemäß empfohlenen QS-Protokollen verifizieren. Darüber hinaus kann mit einem einzelnen Absorber nur eine einzelne Strahlenquelle (oder ein sehr kleiner Energiebereich) gemessen werden.
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Ein noch weiteres Dosimetriegerät, bei dem ein beliebiger Typ Strahlungsdetektoren zum Einsatz kommt, ist aus der
DE-101 43 609 bekannt. Dieses Gerät verfolgt das Ziel, die räumliche Auflösung der Messung zu verbessern, ohne die Anzahl von einzelnen Sensoren (
17) zu erhöhen. Dieses Ergebnis wird dadurch erhalten, dass ein Satz von Sensoren (
17,
17' und
17'') an Linien (
19) auf einem Träger (
7) installiert wird. Der Träger (
7) ist um ein Lager (
18) drehbar. Die Sensoren auf einer Linie (
17') befinden sich in einem anderen Radius als die Sensoren (
17''), die an einer anderen Linie angeordnet sind. Der Träger wird sukzessive entlang eines Winkels von 1° oder 2° gedreht. Aus den sukzessiven Messungen von zum Beispiel 88 Sensoren an 100 Winkelschritten kann ein Satz von 8800 Messpunkten erhalten werden, wodurch eine viel höhere räumliche Auflösung resultiert. Dieses Gerät bedarf allerdings eines mechanischen Antriebs für den Sensor und die Messung nimmt mehr Zeit in Anspruch. Darüber hinaus verlässt man sich auf die Stabilität und Konstanz der Strahlenquelle, da die Messungssätze sukzessive erfolgen. Es wird kein Mittel zur Messung der Strahlenbündelenergie vorgesehen.
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Auch wenn einige der Geräte aus dem Stand der Technik Energiemessungen bereitstellen, beispielsweise über Aufbauplatten unterschiedlicher Dicken, muss der Benutzer den Behandlungsraum stets mehrere Male betreten, um die Messung mit der erforderlichen Aufbauplatte für unterschiedliche Energien durchzuführen.
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Ein Verfahren zum Feststellen der Position einer Lamelle eines MLC wurde von Yang Y und Xing L in „Using the volumetric effect of a finite-sized detector for routine quality assurance of multi leaf collimator leaf positioning", Med. Phys. 30 433–441, beschrieben. Gemäß diesem Verfahren wird ein Detektor begrenzter Größe, zum Beispiel eine Innenkammer, an der Position einer Lamelle positioniert, wie in die Ebene des Isozentrums projiziert. Ein Fehler in der Lamellenposition erhöht oder senkt das bestrahlte Volumen des Detektors. Aus diesem Grund kann eine Messung der Dosis mit dem Positionsfehler in Beziehung gestellt werden. Es werden allerdings keine Mittel vorgesehen, um andere Parameter, wie zum Beispiel Strahlungsenergie, zu messen.
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Demgemäß liegt keine praktische Lösung vor, um das Strahlprofil und die Energie auf einfache und schnelle Weise mit einem bekannten Gerät zu messen.
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Ziele der Erfindung
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Ein Ziel der vorliegenden Erfindung liegt darin, ein Dosimetriegerät bereitzustellen, das die Nachteile des Standes der Technik ausräumt.
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Insbesondere ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Dosimetriegerät und ein Verfahren bereitzustellen, das einer beschränkten Anzahl von einzelnen Strahlungsdetektoren bedarf und gleichzeitig die erforderliche Genauigkeit, einfache Bedienung und schnellen Betrieb bietet.
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Darüber hinaus ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Gerät und ein Verfahren vorzusehen, bei dem der Benutzer den Behandlungsraum nicht mehrere Male betreten muss, um die Messungen durchzuführen.
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Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Gerät bereitzustellen, das auch die schnelle und effiziente Messung der Bündelenergie von Elektronen und Photonen ermöglicht.
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Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es weiter, ein Gerät bereitzustellen, das für die Beschleuniger-Fabrikationstestung, -Inbetriebnahme, -Akzeptanz und Qualitätssicherung (QS) herangezogen werden kann.
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Ein weiteres Ziel dieser Erfindung liegt darin, einen eingeschränkten Satz an Tests zur Verwendung bei der IMRT-QS bereitzustellen.
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Schließlich ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Gerät zu einem angemessenen Preis bereitzustellen.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Gemäß einem ersten Aspekt bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Dosimetriegerät zur Verifizierung der Qualität eines Strahlenbündels bei der standardmäßigen und konformalen (winkelgetreuen) Strahlentherapie, insbesondere für IRMT-(intensity modulated radio therapy/intensitätsmodulierte Strahlentherapie)-Anwendungen, umfassend einen aktiven Bereich, der eine beschränke Anzahl von Linien (lines) von einzelnen Strahlungsdetektoren, die für die Messung des Strahlprofils bestimmt sind, enthält. Ferner umfasst der aktive Bereich zusätzliche Strahlungsdetektoren, die für die Energiemessung von Elektronen oder Photonen bestimmt sind, und eine Aufbauplatte mit Energieabbauern (energy degrader). Die Energieabbauer sind den zusätzlichen Strahlungsdetektoren im Weg des Strahlungsbündels vorgeschaltet. Vorzugsweise sind die zusätzlichen Strahlungsdetektoren nicht an den oben genannten Linien angeordnet.
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Unter „beschränkte Anzahl von Linien” seien zumindest zwei Linien verstanden.
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Unter „Linie” sei eine lineare Anordnung von einzelnen Pixeln verstanden.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die Strahlungsdetektoren gemäß dem ersten Aspekt Ionisationskammern.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die Strahlungsdetektoren gemäß dem ersten Aspekt Dioden.
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Bei einer typischen Ausführungsform der Erfindung ist die beschränkte Anzahl von Linien gemäß dem ersten Aspekt ein Satz von zwei Linien der Strahlungsdetektoren, wobei die beiden Linien im Wesentlichen rechtwinkelig zueinander verlaufen.
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Vorteilhafterweise ist diese beschränkte Anzahl von Linien ein Satz von vier Linien der Strahlungsdetektoren, wobei die vier Linien im Wesentlichen in einem Winkel von 45° zueinander orientiert sind.
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Bei einer spezifischen Ausführungsform der Erfindung liegen die Energieabbauer gemäß dem ersten Aspekt in Form von Erhebungen (Beulen – bumps) unterschiedlicher Dicke in der Aufbauplatte und/oder in Form von Erhebungen oder Ausnehmungen mit Einlagen aus einem unterschiedlichen strahlenabsorbierenden Material vor.
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Vorteilhafterweise sind die Energieabbauer in den von den Sätzen von Linien definierten Quadranten oder Oktanten positioniert, welche den aktiven Bereich in der Nähe des Kreuzungspunktes der Linien unterteilen.
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Bei einer spezifischen Ausführungsform der Erfindung ist die Erfindung gemäß dem ersten Aspekt zur Feststellung der Positionen von Lamellen (Flügeln) eines MLC in einem IMRT-Strahlungstherapieapparat ausgebildet. Bei dieser Ausführungsform umfasst die beschränkte Anzahl von Linien der Strahlungsdetektoren eine oder mehrere zusätzliche Linien von Strahlungsdetektoren umfasst, die für die Messung und Feststellung der Projektion der Lamellenposition am Isozentrum des IMRT-Strahlungstherapieapparats bestimmt sind, wobei die eine oder mehreren zusätzlichen Linien der Strahlungsdetektoren an oder in der Nähe der Positionen angeordnet sind, an denen die Lamellen erwartungsgemäß projizieren.
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Vorteilhafterweise umfassen die zusätzlichen Linien der Strahlungsdetektoren gemäß dem ersten Aspekt zumindest drei parallele zusätzliche Linien von Strahlungsdetektoren an zwei gegenüberliegenden Seiten des Dosimetriegeräts.
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Ein zweiter Aspekt der Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Verifizierung der interessierenden Größen (quantities of interest) eines Strahlungsbündels bei einem Strahlungstherapieapparat, umfassend ein MLC, das mit Lamellen oder Backen bereitgestellt ist. Dieses Verfahren umfasst die folgenden Schritte: Bereitstellen eines Dosimetriegeräts, umfassend eine oder mehrere Linien von Strahlungsdetektoren; Positionieren der Lamellen des MLC oder der einzelnen Backe in einer vorbestimmten Position; Abgeben einer Strahlungsdosis an das Dosimetriegerät durch das MLC oder die einzelne Backe; Messen der von einer Vielzahl von Strahlungsdetektoren einer Linie von sich im Halbschattenbereich der Lamelle befindlichen Strahlungsdetektoren absorbierten Dosis; Feststellen aller Interessierender Größen im Halbschattenbereich, der durch die Lamelle geschaffen wird, durch Verbindung der gemessenen Dosen mit einer Funktion, die die Gestalt des Halbschattens des Felds speichert. Die Interessierenden Größen können die Position einer der Lamellen oder Backen, die Position und/oder Breite des Halbschattenbereichs, die Positionen, an denen ein Strahlprofil einen gegebenen Prozentsatz (zum Beispiel 20% und 80%) des Wertes des Bündels im Zentrum des Bündels erreicht, die Schräge des Bündels, die Flachheit des Bündels und die Position des Zentrums des Strahlenbündels umfassen. Durch Anwendung dieses Verfahrens kann die räumliche Auflösung der gemessenen Profile im Halbschattenbereich verbessert und somit können die Interessierenden Größen wie die Positionen, an denen das Profil einen gegebenen Prozentsatz des Wertes in der Mittelachse des Feldes erreicht, exakt bestimmt werden.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist die Funktion gemäß dem zweiten Aspekt eine Fermi-Funktion und die Position der Lamelle ist als die Position bestimmt, die dem 50%igen Wert der Fermi-Funktion entspricht.
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Vorteilhafterweise wird der Halbschatten p gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung gemäß dem Ausdruck p = B/a bestimmt, wobei B ein Parameter ist, der zwischen 2 und 3 ausgewählt ist. Wenn der Halbschatten als die Region bestimmt wird, in der die Dosis von 80% auf 20% übergeht, beläuft sich der korrekte Wert von B auf 2,77.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens umfasst der Schritt des Bereitstellens eines Dosimetriegeräts gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung drei oder mehrere Linien von Strahlungsdetektoren, wobei die Linien parallel zueinander und normal zur Lamellenbewegungsrichtung verlaufen, wobei sich die Strahlendetektoren an den Linien unterhalb der Projektion der Lamellen des MLC befinden, wodurch die gleichzeitige Feststellung der Positionen und/oder Halbschatten einer Vielzahl von Lamellen ermöglicht ist.
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Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird die Verwendung des Geräts der Erfindung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung bereitgestellt.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die 1 und 3 zeigen jeweils eine Explosionsansicht eines Geräts und eine Draufsicht auf die untere Schicht des Geräts gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Die 2 und 4 zeigen jeweils eine Explosionsansicht eines Geräts und eine Draufsicht auf die untere Schicht des Geräts gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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5 zeigt eine Draufsicht auf die mittlere Schicht eines Geräts gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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6 zeigt ein Beispiel für den Halbschatten eines Feldprofils, gemessen mit einer Zeile (row) Strahlungsdetektoren und mit einer Fermi-Funktion verbunden.
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7 zeigt die Messpunkte für die Elektronenenergiemessung von 4 bis 22 MeV, erhalten durch acht Ionisationskammer-Strahlungsdetektoren unterhalb der entsprechenden Energieabbauer, die auf den Elektronenaufbauplatten des Geräts von 1 vorhanden sind.
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8 zeigt die relative Dosis, gemessen in Abhängigkeit der Tiefe des Wassers für verschiedene Photonenstrahlenergien und ist ein Beispiel für die Messung der Photonenenergie, die mittels zweier Ionisationskammer-Strahlungsdetektoren unterhalb der entsprechenden beiden Energieabbauer, die auf der Photonenaufbauplatte des Geräts von 1 vorhanden sind, durchgeführt wird.
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Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung
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Die vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen für eine Ausführungsform, bei der Ionisationskammertechnologie zum Einsatz kommt, ausführlich beschrieben.
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Es ist allerdings augenscheinlich, dass ein Fachmann mehrere andere äquivalente Ausführungsformen oder andere Wege zum Ausführen der vorliegenden Erfindung entwickeln kann, beispielsweise nahe zu legen, anstatt der Ionisationskammern für die Strahlungsdetektoren Dioden zu verwenden, wobei der Geist und der Umfang der Erfindung nur durch die Ansprüche begrenzt sind.
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1 zeigt eine Explosionsansicht eines Geräts gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der Ionisationskammern herangezogen werden, um Dosimetrietests durchzuführen. Dieses Dosimetriegerät 10 besteht im Wesentlichen aus einem Stapel von drei planaren Hauptelementen:
- 1) einer obersten Schicht 20, die die oberste Elektrodenschicht darstellt;
- 2) einer mittleren Schicht 30, wobei die Bohrlöcher 31 die Gasvolumina der Ionisationskammern beschränken;
- 3) einer unteren Schicht 40, die die segmentierte Elektrode darstellt und auch die elektronischen Chips 41 und die Bahnen, die die Signale von den Ionisationskammern zu den elektronischen Chips 41 befördern, trägt;
- 4) entweder eine entfernbare Aufbauplatte 50 für Elektronenstrahlen mit Energieabbauern 51 oder eine entfernbare Aufbauplatte 60 für Photonenstrahlen mit Energieabbauern 61.
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Gemäß einem wichtigen Aspekt der vorliegenden Erfindung sind zusätzliche Strahlungsdetektoren 52, wie in 2 gezeigt, dazu bestimmt, die Energie der Elektronen zu messen.
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Aus diesem Grund ist in die Aufbauplatte 50 ein Satz von Abbauern 53 aus unterschiedlichen Materialien oder mit unterschiedlicher Dicke, wobei sich eine unterschiedliche Wasseräquivalent-Dicke von einem Abbauer zum anderen unterscheidet, eingebettet, welche Aufbauplatte 50 die obere Schicht 20 des Dosimetriegeräts 10 bedeckt und zum Messen der Elektronenstrahlen bestimmt ist. Vorzugsweise führt die Kombination aus Materialien und Dicken der Abbauer zu einer steigenden Wasseräquivalent-Dicke innerhalb eines Bereichs zwischen 5 und 100 mm, während die Aufbauplatte eine Dicke aufweist, die das Messen der Feldprofile aller Elektronenenergien ermöglicht (10 mm Wasseräquivalent bei der bevorzugten Ausführungsform von 1). Natürlich sind die Abbauer 53 oben auf den Strahlungsdetektoren derart positioniert, dass die von den Strahlungsdetektoren detektierten Elektronen die Abbauer kreuzen, bevor sie in deren aktive Volumina eintreten.
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Das allgemeine Prinzip von Ionisationskammern wird im Folgenden erneut erklärt.
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Die Strahlung, die die Kammern durchquert, ionisiert das Gas, das zwischen der oberen Schicht und der unteren Schicht vorhanden ist. Wenn zwischen den beiden Elektroden eine hohe Spannung angelegt wird, wird ein elektrisches Feld geschaffen und die Ionen werden auf den Elektroden gesammelt, wodurch ein Signal generiert wird, das gemessen werden kann.
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Die Technologie, die zur Herstellung dieser Ionisationskammern herangezogen wird, kann eine beliebige sein, die im Stand der Technik beschrieben ist, und kann beispielsweise die von BONIN et al. beschriebene sein, bei der die sogenannte TERA-Elektronik zum Einsatz kommt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann das Dosimetriegerät insbesondere die folgenden Schichten umfassen:
- – die oberste Schicht, die die oberste Elektrode darstellt: eine 50 μm dicke, gedruckte Schicht aus Polyimid (Pyralux AP 8525R), die an beiden Seiten mit 25 μm dicken Kohlenstoffschichten bedeckt ist. Die innere Schicht ist den Löchern der mittleren Schicht entsprechend mit einer runden Gestalt strukturiert, beispielsweise um 0,1 mm kleiner als der Durchmesser der Löcher (Durchmesser: 2,8 mm). Die oberste Kohlenstoffschicht agiert als EMV-Abschirmung.
- – die mittlere Schicht: eine Schicht, die aus einer ungefähr 5 mm dicken Platte aus reinem Polykarbonat mit Bohrlöchern von beispielsweise 3 mm Durchmesser und über eine Länge von 5 mm voneinander beabstandet besteht; es kann auch eine Belüftung vorgesehen sein; aus diesem Grund ist die mittlere Schicht auf die oberste Elektrode und die segmentierte Elektrode auf der unteren Schicht mittels Haftpunkten laminiert, die als Abstandselemente dienen;
- – die untere Schicht: eine Schicht, die gemäß Leiterplatten-(printed circuit board – PCB)-Verfahren hergestellt ist. Ein Beispiel für eine solche Schicht, die unter Verwendung von PCB-Verfahren hergestellt wurde, ist in der vorläufigen US-Anmeldung beschrieben, die im Namen der Erfinder der vorliegenden Patentanmeldung am 27. Mai 2005 eingereicht wurde, wobei dieses Dokument durch Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung inkorporiert ist.
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3 zeigt eine bevorzugte Konfiguration eines aktiven Bereichs für eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei der aktive Bereich durch einzelne Strahlungsdetektoren gebildet ist, bei denen es sich um Ionisationskammer-Strahlungsdetektoren handelt. Genau die gleiche Konfiguration kann aber auch auf Dioden-Strahlungsdetektoren angewandt werden.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung besteht die Konfiguration aus zumindest einem Satz von zwei im wesentlichen rechtwinkeligen Linien (lines) von Strahlendetektoren. Die Linien verlaufen vorzugsweise durch das Zentrum des aktiven Bereichs und umfassen vorzugsweise die Mehrheit der Strahlungsdetektoren, die im aktiven Bereich vorhanden sind. In diesem Fall sollte man davon ausgehen, dass die beiden Linien m bzw. n Strahlungsdetektoren umfassen, wobei n und m ganze Zahlen über 1 sind.
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Mehr bevorzugt besteht die bevorzugte Konfiguration aus zumindest zwei Sätzen von im Wesentlichen rechtwinkeligen Linien von Strahlungsdetektoren, wobei die Linien vorzugsweise durch das Zentrum des aktiven Bereichs verlaufen und vorzugsweise die Mehrheit der Strahlungsdetektoren umfassen, die im aktiven Bereich vorhanden sind.
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Man kann sagen, dass die Konfiguration des aktiven Bereichs aus einer beschränkten Anzahl von Linien von Strahlungsdetektoren besteht. Unter „beschränkte” Anzahl von Linien seien zumindest 2 und definitiv weniger als die Anzahl der Strahlungsdetektoren einer beliebigen Linie verstanden. Um eine Linie vorliegen zu haben, sollte die Anzahl von Strahlungsdetektoren eine ganze Zahl von zumindest 3 sein, vorzugsweise zumindest 10 und am meisten bevorzugt zumindest 20.
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Darüber hinaus bedeutet „beschränkte” Anzahl von Linien gleich oder weniger als 8, mehr bevorzugt gleich oder weniger als 4, mehr bevorzugt gleich 2.
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Die Konfiguration der Strahlungsdetektoren deckt allerdings nicht die gesamte Oberfläche der mittleren Schicht ab. Die Konfiguration kann nicht als Matrix definiert als Matrix aus n × m Strahlungsdetektoren angesehen werden, die einer Ausführungsform aus dem Stand der Technik entspricht, wobei n und m die Anzahl von Strahlungsdetektoren von zwei beliebigen rechtwinkeligen Linien sind.
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Demgemäß ist die Gesamtzahl der Strahlungsdetektoren der vorliegenden Erfindung eine lineare Funktion f(n + m) oder f(n), wenn n = m, während die Anzahl von Strahlungsdetektoren für eine Ausführungsform aus dem Stand der Technik (Matrixkonfiguration) eine Funktion f(n × m) oder f(n2) ist, wenn n = m.
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Die vorliegende Erfindung kann auch wie folgt verstanden werden: im Bereich, der durch die Linien unterteilt ist, und zwar in Vierteln, wenn die Unterteilung des aktiven Bereichs von einem Satz von zwei Linien erfolgt, oder in Oktanten, wenn der aktive Bereich durch vier Linien unterteilt ist, sind nur sehr wenige Strahlungsdetektoren vorhanden.
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Wenn wir die Anzahl von Strahlungsdetektoren bei einem Gerät gemäß dem Stand der Technik und bei einem Gerät gemäß der vorliegenden Erfindung vergleichen, ist offensichtlich, dass die vorliegende Erfindung ein Gerät mit einer geringeren Anzahl von Strahlungsdetektoren und demgemäß zu niedrigeren Kosten impliziert. Wenn wir aber ein Gerät mit einer größeren Anzahl von Strahlungsdetektoren oder sogar mit der geichen an Anzahl von Strahlungsdetektorn wie beispielsweise beim von Bonin et al. beschriebenen Gerät bauen, d. h. ein Dosimetriegerät mit 32×32 Strahlungsdetektoren (1024 Strahlungsdetektoren), dann weist das Gerät gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mit zwei Sätzen von zwei Linien von 256 Strahlungsdetektoren jeweils entweder eine Oberfläche für den aktiven Bereich (bis zu 8x, was in der Tat unrealistisch ist) auf, die größer als beim von Bonin et al. vorgeschlagenen Gerät ist, mit vergleichbaren Ergebnissen in Bezug auf die Messungen der Strahlprofile oder mit einer Konfiguration mit einem (bis zu 8x, was in der. Tat unrealistisch ist) kleineren Abstand als das von Bonin et al. vorgeschlagene Gerät, und ist somit in der Lage, ein präziseres Ergebnis für die Messung zu liefern.
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Natürlich wird in der Praxis ein Kompromiss aus diesen mehreren Anforderung angestrebt:
- – Verringerung der Gesamtanzahl von Strahlungsdetektoren,
- – bei gleichzeitiger Vergrößerung der Oberfläche des aktiven Bereichs,
- – bei gleichzeitiger Senkung des Abstands zwischen zwei konsekutiven Strahlungsdetektoren.
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Wie in 3 dargestellt, bestehen die beiden Zeilen (rows) (70 und 71) des ersten Satzes im Wesentlichen in den Mittellinien (Längs- und Querachsen) des aktiven Bereichs, während die beiden Zeilen (80 und 81) des zweiten Satzes im Wesentlichen in den Diagonalen des aktiven Bereichs bestehen, wobei alle davon durch das Zentrum O verlaufen, wobei die Gestalt des aktiven Bereichs des aktiven Bereichs im Wesentlichen ein Viereck von beispielsweise 200 × 200 mm2 bis 400 × 400 mm2 ist.
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Vorzugsweise umfasst jede Zeile oder Linie (70, 71, 80 oder 81) zumindest 50 Strahlungsdetektoren mit einem Abstand von weniger als 7 mm, vorzugsweise weniger als 5 mm, noch mehr bevorzugt weniger als 4 mm.
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Gemäß einer besonderen Ausführungsform kann der Abstand auf den Mittellinien und den diagonalen Linien der gleiche sein.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform unterscheiden sich die Abstände auf den Mittellinien und den diagonalen Linien. Beispielsweise entspricht der Abstand auf den diagonalen Linien dem √2-fachen des Abstands auf den Mittellinien.
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Unter „Linie”, „Zeile” oder „Spalte” von Strahlungsdetektoren seien einzelne Strahlungsdetektoren, die entweder auf einer Linie oder in versetzten Zeilen mit einer gewissen Breite (so gering wie möglich) entlang einer Linie angeordnet sind, wobei die „Linie”, „Zeile” oder „Spalte” zumindest 3 Strahlungsdetektoren, vorzugsweise zumindest 10 Strahlungsdetektoren und noch mehr bevorzugt zumindest 20 Strahlungsdetektoren, umfasst.
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Die räumliche Auflösung der Messungen an den Halbschattenbereichen des Feldes und der Feldgradienten kann gemäß einer bevorzugten Ausführungsform in Bezug auf die Beabstandung der Strahlungsdetektoren verbessert werden, indem eine Dateninterpolation basierend auf der wohl bekannten Fermi-Funktion angewandt wird:
wobei die Dosis im homogenen Teil des Feldes auf 1 normalisiert ist, wie in
6 gezeigt; x
0 die 50%ige Position der normalisierten Dosis repräsentiert; und der 20%-bis-80%-Abstand (im Allgemeinen als Halbschatten indiziert) anhand der Relation a = 2,4/p geschätzt wird.
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Wenn man eine solche Interpolation anwendet, werden die Genauigkeit bei der Identifizierung des Halbschattens des Feldes, der Feldbreite und all der feldassoziierten Quantitäten, die im Halbschattenbereich festgestellt werden, auf eine Fraktion von 1 mm für einen Abstand von 5 mm verbessert.
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Die Tatsache, dass die einzelnen Strahlungsdetektoren in Linien angeordnet sind, ermöglicht den Erwerb von Feldprofilen im Rahmen einer Ein-Schritt-Messung, wodurch eine Bewegung oder Manipulation des Dosimetriegeräts vermieden wird. Die Messung kann als sofortig erachtet werden. Dank seiner schnellen Elektronik kann das Gerät auch als „Echtzeit”-Messgerät verwendet werden, das die Steuerung einiger Parameter des Beschleunigers und gleichzeitig die Beobachtung der induzierten Modifikationen der gemessenen Profile ermöglicht.
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Darüber hinaus werden die Kosten für die Elektronik, die mit diesem Dosimetriegerät verbunden ist, und in der Folge der Endpreis des Dosimetriegeräts durch die Tatsache, dass die Strahlungsdetektoren in Linien angeordnet sind und nicht die gesamte Oberfläche des aktiven Bereichs abdecken, offensichtlich verringert.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann das Gerät mit einem Rahmen verbunden werden, der es in einem Abstand von Quelle zur Achse (SAD) von weniger als 100 cm hält, damit Feldgrößen größer als der aktive Bereich des Detektors abgedeckt werden können.
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Wahlweise sind ein oder mehrere seitliche (vertikale) Bänder 90 von Strahlungsdetektoren an unterschiedlichen Positionen vorgesehen, um eine Messung vorzusehen, die für eine IMRT-QS, und insbesondere für eine Mehrlamellen-(multi-leaf ML)-Kollimator-QS, wie in den 1, 2, 4 und 5 dargestellt, bestimmt ist. Jedes Band besteht aus ein paar (für gewöhnlich 3 bis 5) Spalten oder Zeilen von Strahlungsdetektoren mit einer Beabstandung von 0,5 oder 1 cm, entsprechend der Lamellenbreite, wenn sich die Messebene am Isozentrum in Längsrichtung (d. h. vertikal in den 1, 2, 4 und 5 oder senkrecht zur Lamellenbewegungsrichtung) befindet, mit einem Abstand von 2 bis 8 mm in Querrichtung (d. h. horizontal in 1, 2, 4 und 5 oder parallel zur Lamellenbewegungsrichtung). Wenn zwei Bänder bei +/–10 cm zentriert sind, wird der Detektor am Isozentrum positioniert und die mehreren Lamellen (Flügel) werden derart angeordnet, dass ein 20 × 20 cm2 großes Feld am Detektor entsteht, wobei jede Querzeile von ein paar Strahlungsdetektoren dann die Messung der Position einer einzelnen Lamelle liefert, wiederum durch Anwendung einer Fermi-Funktion auf den gemessenen Halbschatten, wobei eine räumliche Genauigkeit einer Fraktion von 1 mm vorliegt.
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Eine weitere Ausführungsform kann nur eine Zeile (1, 3 und 5) von Strahlungsdetektoren bereitstellen, die statt der Bänder aus Zeilen zur Lamellenmessung bestimmt sind. In diesem Fall liefert ein Vergleich des relativen Signals jedes Strahlungsdetektors eine relative Position der Lamellen. Dieses Design ermöglicht die Verifizierung der Position auf den Lamellen eines MLC für einen beschränkten vorbestimmten Satz von Lamellenpositionen, wobei die Lamellenpositionen auf die Ebene des Isozentrums projizieren.
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Gemäß der in 2 beschriebenen bevorzugten Ausführungsform sind auf dem Umfang eines Kreises, der in einem 20 × 20 cm2 großem Feld enthalten ist, acht Abbauer 53 und entsprechende Strahlungsdetektoren 52 angeordnet. Natürlich sind die Energieabbauer 53 nicht zu nahe an den Strahlungsdetektoren 52 positioniert, die in dem mehreren Zeilen vorgesehen sind, die zur Messung der Feldprofile bestimmt sind, um den gleichzeitigen Erwerb der Feldprofile nicht zu stören.
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Gemäß einem weiteren wichtigen Merkmal der vorliegenden Erfindung können zusätzliche Strahlungsdetektoren 62 zur Messung der Photonenenergie bestimmt sein. Aus diesem Grund sind mehrere zusätzliche Energieabbauer 63 auf einer Aufbauplatte 60, die die oberste Schicht 20 des Dosimetriegeräts 10 abdeckt und zur Photonenmessung bestimmt ist, innerhalb eines gegebenen Bereichs am Isozentrum vorgesehen (10 × 10 cm2 bei der bevorzugten Ausführungsform von 1). Die Abbauer weisen unterschiedliche Wasseräquivalent-Dicken innerhalb eines Bereichs von 5 bis 200 mm auf (bei der bevorzugten Ausführungsform von 1 zwei Abbauer, die 10 bzw. 20 cm Wasseräquivalent entsprechen), während die Aufbauplatte 60 eine Dicke hat, die gleich oder höher als Dmax der maximalen gemessenen Photonenenergie ist (50 mm Wasseräquivalent in der bevorzugten Ausführungsform von 1). Wiederum sind die Abbauer oben auf Strahlungsdetektoren 62 positioniert, so dass die von ihnen detektierten Elektronen die Abbauer 63 kreuzen, bevor sie in deren aktive Volumina eintreten.
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Die zur Messung der Energie bestimmten Detektoren können Dimensionen aufweisen, die sich von jenen der Detektoren auf den Zeilen (70, 71, 80 und 81) unterscheiden.
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Es werden drei Möglichkeiten vorgesehen, um die Variation der Wasseräquivalent-Dicke der Abbauer und dementsprechend die Variation der Energieabsorption zu realisieren:
- – entweder mit Erhebungen (Beulen – bumps) auf der Aufbauplatte mit unterschiedlichen Dicken, oder
- – mit Erhebungen auf der Aufbauplatte, die aus unterschiedlichem Material und mit unterschiedlichen Dicken oder Ausnehmungen mit Einlagen in der Dicke der Aufbauplatte gebildet sind, die wiederum aus unterschiedlichen Materialien und Dicken bestehen, oder
- – Kombinationen der obigen Möglichkeiten.
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Wiederum ermöglicht die Tatsache, dass mehrere Energieabbauer auf jeder Aufbauplatte vorhanden sind, eine Energiemessung, die in einem Schritt gemeinsam mit den relativen Feldprofilen durchgeführt werden kann, ohne das Dosimetriegerät und die Aufbauplatten zu bewegen oder zu manipulieren. Aus diesem Grund muss ein Benutzer den Behandlungsraum nicht betreten, um eine Aufbauplatte zu ändern.
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Die Ergebnisse der Energiemessung, die mit acht Energieabbauern durchgeführt wird, ermöglichen eine eindeutige Identifizierung jeder Bündelenergie von zwei oder mehreren Messpunkten auf der Neigung jeder Elektronenenergiemessung, wie in Bezug auf 7 beschrieben.
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7 zeigt ein bestimmtes Beispiel für einen Satz von Elektronen-PPDs (Percent Depth Dose – Prozentuale Tiefendosis), entsprechend Energien von 4, 6, 8, 9, 10, 12, 15, 18, 20, 22 MeV, mit entsprechendem Satz von 8 Werten von Wasseräquivalent-Tiefen, entsprechend einem Satz von 8 Abbauern.
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Auf ähnliche Weise ermöglichen die Ergebnisse der Energiemessung, die mit den Photonenenergieabbauern durchgeführt wird, die eindeutige Identifizierung jeder Bündelenergie von zwei oder mehreren Messpunkten auf der Neigung jeder Photonenenergiemessung, wie in 8 beschrieben.
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8 zeigt die relative Dosis in gemessen in Abhängigkeit der Tiefe in Wasser (Z [mm]) für verschiedene Photonenstrahlenergien. Sie stellt ein bestimmtes Beispiel für einen Satz von Photonen-PPDs dar, entsprechend Energien von 4, 6, 8, 9, 10, 12, 15, 18, 20, 25 MeV, mit entsprechenden 2 Werten von Wasseräquivalent-Tiefen, entsprechend einem Satz von 2 Abbauern (100 mm und 150 mm, anhand von zwei vertikalen Strichlinien dargestellt).
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Die obige Beschreibung soll als illustratives Beispiel angesehen werden, die den Umfang der Erfindung nicht einschränkt. Beispielsweise sollte das Verfahren zur Verifizierung der Positionen einer Lamelle eines MLC auch als ein MLC, das eine einzelne Lamelle an jeder Seite, d. h. Backen, umfasst, abdeckend erachtet werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 6125335 A [0010, 0010]
- US 4988866 A [0015]
- DE 10143609 [0016]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- AAPM REPORT Nr. 46 „Comprehensive QA for Radiation Oncology”, veröffentlicht für die American Association of Physicists in Medicine vom American Institute of Physics, Nachdruck aus MEDICAL PHYSICS, Vol. 21, Ausgabe 4, 1994 [0006]
- Bonin et al. in „A Pixel chamber to monitor the beam performances in hadron therapy”, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 519 (2004) – 674–686 [0013]
- Yang Y und Xing L in „Using the volumetric effect of a finite-sized detector for routine quality assurance of multi leaf collimator leaf positioning”, Med. Phys. 30 433–441 [0018]
- BONIN et al. [0056]
- Bonin et al. [0066]
- Bonin et al. [0066]
- Bonin et al. [0066]
