DE202012013430U1 - Therapeutische Vorrichtung zur Behandlung eines vorgegebenen Körperteils eines Patienten mit Strahlen - Google Patents

Therapeutische Vorrichtung zur Behandlung eines vorgegebenen Körperteils eines Patienten mit Strahlen Download PDF

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Abstract

Therapeutische Vorrichtung (110) zur Behandlung eines vorgegebenen Körperteils (112) eines Patienten (114) mit Strahlen (116), wobei die therapeutische Vorrichtung (110) wenigstens eine Strahlenquelle (118) zum Erzeugen der Strahlen (116) aufweist, wobei die therapeutische Vorrichtung (110) ferner wenigstens einen Kollimator (120) zum Kollimieren und Formen der Strahlen (116) aufweist, wobei die therapeutische Vorrichtung (110) ferner wenigstens ein Strahlenpositionierungssystem (122) zum Anpassen der Position und Richtung von einer Beaufschlagung der Strahlen (116) auf den Patienten (114) aufweist, wobei die therapeutische Vorrichtung (110) ferner wenigstens ein Patientenpositionierungssystem (124) zum Positionieren und Orientieren des Patienten (114) aufweist, wobei die therapeutische Vorrichtung (110) ferner eine Steuervorrichtung (126) umfasst, wobei die Steuervorrichtung (126) wenigstens den Kollimator (120), das Strahlenpositionierungssystem (122) und das Patientenpositionierungssystem (124) steuert, wobei die Steuervorrichtung (126) ein Echtzeitsystem (128) ist, wobei das Echtzeitsystem (128) ein programmierbarer Logik-Kontroller (134) ist, wobei der Kollimator (120), das Strahlenpositionierungssystem (122) und das Patientenpositionierungssystem (124) eingerichtet sind, mit der Steuervorrichtung (126) zu kommunizieren, wobei der Kollimator (120), das Strahlenpositionierungssystem (122) und das Patientenpositionierungssystem (124) jeweils wenigstens eine Treibereinheit (142) umfassen, wobei die Treibereinheiten (142) elektrisch mit der Steuervorrichtung (126) verbunden sind, wobei die therapeutische Vorrichtung (110) einen Behandlungsraum (140) zur Behandlung eines vorgegebenen Körperteils (112) des Patienten (114) mit den Strahlen (116) umfasst, wobei der Behandlungsraum (140) Abschirmelemente (150) aufweist, um die Strahlen (116) vom Verlassen des Behandlungsraums (140) abzuhalten, wobei sich die Steuervorrichtung (126) außerhalb des Behandlungsraums (140) befindet und wobei sich die Treibereinheiten (142) innerhalb des Behandlungsraums (140) befinden.

Description

  • Technisches Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft eine therapeutische Vorrichtung zur Behandlung eines vorgegebenen Körperteils eines Patienten mit Strahlen, ein Verfahren zur Steuerung der therapeutischen Vorrichtung und eine Verwendung eines Echtzeitsystems. Die Vorrichtungen und Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung können speziell im Gebiet der Krebsbehandlung verwendet werden. Andere Anwendungen sind jedoch möglich.
  • Stand der Technik
  • Linearteilchenbeschleuniger, wie etwa sogenannte „Linacs”, sind die am häufigsten verwendeten Vorrichtungen für eine therapeutische Vorrichtung zur Behandlung eines vorgegebenen Körperteils eines Patienten mit Strahlen, z. B. für externe Strahlentherapie für Patienten mit Krebs. Neue Behandlungstechniken und/oder therapeutische Vorrichtungen können eine höhere Genauigkeit und/oder eine höhere Vielseitigkeitseffizient und/oder eine höhere Zuverlässigkeit und/oder ein höheres dynamisches Verhalten benötigen.
  • Zum Definieren des Körperteils, der der Strahlungsbehandlung auszusetzen ist, sind verschiedene Vorrichtungen zum Kollimieren der Strahlen bekannt. Dementsprechend werden sogenannte Multilamellenkollimatoren weithin verwendet, um einen ausgewählten Bereich von den Strahlen abzuschirmen und um einen Behandlungsbereich zu definieren. Beispiele für Multilamellenkollimatoren für Strahlungsbehandlung sind in US 4,794,629 , US 2010/0278310 A1 , US 7,242,750 B2 , US 2008/0191583 A1 , US 2009/0041199 A1 offenbart.
  • Therapeutische Vorrichtungen, wie sie z. B. typischerweise verwendet werden, insbesondere Linac-Radiotherapie-Einrichtungen, z. B. Linearteilchenbeschleuniger, können typischerweise die folgenden Untersysteme beinhalten: ein Linearteilchenbeschleunigerhandhabungssystem, z. B. ein Gantry-System; ein Patientenstützsystem, z. B. eine Patientenliege; ein Röntgenstrahlenbündelerzeugungssystem; wenigstens ein statisches Patientenvorbereitungshilfsmittel, eine Steuerkonsole; ein Behandlungsraum. Die Kommunikation zwischen diesen unterschiedlichen Untersystemen muss nach medizinischen Standards sicher sein. Funktionale Sicherheit aller Untersysteme und/oder aller Komponenten und/oder aller Systeme muss sichergestellt sein.
  • US 2009/003975 A1 offenbart ein Roboterbehandlungsausführungssystem einschließlich eines Linearbeschleunigers (LINAC) und eines Roboterarms, der mit dem LINAC gekoppelt ist. Der Roboterarm ist dazu konfiguriert, den LINAC entlang wenigstens vier Rotationsfreiheitsgraden und einem im Wesentlichen linearen Freiheitsgrad zu bewegen.
  • Ferner stellt WO 2007/0141104 A2 ein System und ein Verfahren zum Auswerten der von einem Strahlungstherapiesystem abgegebenen Dosis unter Verwendung eines Markierers, der Bewegung angibt, bereit. Der Markierer ist mit dem Patienten verknüpft. Die Bewegungen (sowie Arbeitsvorgänge) der Komponenten und Mechanismen eines Behandlungssystems können mit mehreren Computern und/oder Kontrollern gesteuert werden. Alternativ kann ein einziger Systemcomputer verwendet werden, um das gesamte Behandlungssystem zu steuern, was die Prozesse und Arbeitsvorgänge aller separaten Kontroller und/oder Computer enthält.
  • In US 2007/0007929 A1 sind ein System und Verfahren zur Steuerung von Leistung für eine Nicht-Motor-Last offenbart. Ein Kontroller umfasst zwei Softwareschichten: eine Anwendungsschicht und eine Systemschicht. Diese zwei Schichten werden unabhängig entwickelt und werden zusammen durch Definieren gemeinsamer Variablen zwischen diesen gemäß dem IEC61131-3-Standard integriert.
  • Übliche therapeutische Vorrichtungen zur Behandlung eines vorgegebenen Körperteils eines Patienten mit Strahlen, insbesondere Beschleunigervorrichtungen auf dem Markt, umfassen typischerweise mehrere Steuereinheiten zum Steuern der verschiedenen Untersysteme. Synchronisation und Steuerung aller Untersysteme, z. B. von Unterkomponenten, können meistens nicht in Echtzeit hergestellt werden, insbesondere mit harten Echtzeitanforderungen. Dynamische und 4D-Behandlungsverfahren sind oft aufgrund nichtoffener Standardlösungen beschränkt. Kombinationen mit Drittanbietern sind üblicherweise kaum möglich. Dementsprechend sind bekannte therapeutische Vorrichtungen zur Behandlung eines vorgegebenen Körperteils eines Patienten mit Strahlen und bekannte Verfahren zum Steuern dieser Vorrichtungen und Verwendungen von diesen nachteilig und unzuträglich auf verschiedene Arten.
  • Zu lösendes Problem
  • Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine therapeutische Vorrichtung zur Behandlung eines vorgegebenen Körperteils eines Patienten mit Strahlen und ein Verfahren zum Steuern dieser Vorrichtung und eine Verwendung, welche die Nachteile von bekannten Vorrichtungen, Verfahren und Verwendungen wenigstens teilweise vermeiden, bereitzustellen. Speziell soll ein hochpräzises und dynamisches Behandlungsverfahren mit hoher Zeitauflösung und/oder Zeitbeschränkung bereitgestellt werden.
  • Kurzdarstellung der Erfindung
  • Dieses Problem wird durch eine therapeutische Vorrichtung zur Behandlung eines vorgegebenen Körperteils eines Patienten mit Strahlen, einem Verfahren zum Steuern dieser Vorrichtung und einer Verwendung gemäß dem Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung, die auf eine alleinstehende Art oder in einer beliebigen Kombination realisiert sein können, sind in den abhängigen Ansprüchen offenbart.
  • Wie in der vorliegenden Beschreibung verwendet, ist der Begriff „umfassend” oder grammatikalische Variationen von diesem, wie etwa der Begriffe „umfassen”, so zu verstehen, dass er die Anwesenheit von genannten Merkmalen, Ganzzahlen, Schritten oder Komponenten oder Gruppen von diesen spezifiziert, aber nicht die Anwesenheit oder Ergänzung eines oder mehrerer anderer Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Komponenten oder Gruppen von diesen ausschließt. Das gleiche trifft auf den Begriff „aufweisend” oder grammatikalische Variationen von diesem zu, der als ein Synonym für den Begriff „umfassend” verwendet wird.
  • Bei einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine therapeutische Vorrichtung zur Behandlung eines vorgegebenen Körperteils eines Patienten mit Strahlen offenbart. Die therapeutische Vorrichtung kann z. B. für Strahlentherapie, vorzugsweise für Krebstherapie, verwendet werden. Der vorgegebene Körperteil kann wenigstens ein Organ oder ein Teil eines Organs oder wenigstens ein Teil eines Tumors oder ein vollständiger Tumor und/oder Krebszellen sein. Vorzugsweise kann der vorgegebene Körperteil wenigstens ein Teil der Haut und/oder wenigstens ein Teil des Kopfes und/oder wenigstens ein Teil des Halses und/oder wenigstens ein Teil der Brust und/oder wenigstens ein Teil der Lunge und/oder wenigstens ein Teil der Prostata, z. B. ein Hauttumor und/oder ein Tumor im Kopf und/oder ein Tumor im Hals und/oder ein Tumor in der Brust und/oder ein Tumor in der Lunge und/oder ein Tumor in der Prostata, sein. Der Patient kann bevorzugt ein Mensch, z. B. eine erwachsene Person oder ein Kind, sein, aber kann auch ein Tier und/oder eine Pflanze sein, bevorzugt kann der Patient eine kranke Person und/oder eine Person sein, die behandelt werden kann.
  • Die Strahlen können ein Strahlenbündel, bevorzugt ein enges Strahlenbündel aus Strahlung, z. B. ionisierender Strahlung, insbesondere ein enges Strahlenbündel elektromagnetischer Strahlung, die bevorzugt für Krebstherapie geeignet ist, sein.
  • Die therapeutische Vorrichtung weist wenigstens eine Strahlenquelle zum Erzeugen der Strahlen auf. Die Strahlenquelle kann bevorzugt eine Vorrichtung zum Erzeugen von Strahlen, z. B. ein Linearteilchenbeschleuniger (Linac) und/oder ein anderer Typ eines Teilchenbeschleunigers, z. B. ein Synchrotron, und/oder ein Laser, sein und/oder kann eine Vorrichtung, die Strahlung liefert, z. B. eine Vorrichtung, die wenigstens ein radioaktives Material umfasst, sein. In einem Linearteilchenbeschleuniger, z. B. einem Linac, können Elektronen beschleunigt werden, z. B. durch Verwendung eines Klystrons, z. B. durch Verwendung einer komplexen Magnetanordnung, wobei ein Strahlenbündel mit etwa einer Energie von etwa 6 bis 30 MeV erzeugt werden kann. Die Elektronen können direkt als ein Strahl verwendet werden und/oder können auf ein Ziel stoßen, um Photonen, z. B. hochenergetische Röntgenstrahlen, bevorzugt ein Strahlenbündel von Röntgenstrahlen, zu erzeugen, z. B. herzustellen. Die Strahlenquelle kann bevorzugt wenigstens ein Röntgenstrahlstrahlenbündelerzeugungssystem umfassen.
  • Die therapeutische Vorrichtung weist ferner wenigstens einen Kollimator zum Kollimieren und Formen der Strahlen auf. Der Kollimator kann bevorzugt Folgendes sein oder umfassen: ein Multilamellenkollimator und/oder ein Irisblendenkollimator, wie etwa in WO 2006/119796 beschrieben, und/oder ein Pendelkollimator, wie etwa in WO 03/043 698 beschrieben. Jedoch können alternativ oder zusätzlich andere Kollimatoren verwendet werden. Für mögliche Ausführungsformen des Multilammelenkollimators kann Bezug auf die oben erwähnten Dokumente nach dem Stand der Technik genommen werden. Jedoch sind andere Ausführungsformen des Kollimators und/oder des Multilamellenkollimators praktikabel.
  • Die Strahlen können durch hochenergetische Strahlungsstrahlenbündel gebildet werden. Die Kollimatorvorrichtung kann eine Vorrichtung zum Kollimieren, z. B. zum Erhöhen der Kohärenz der Strahlen, und/oder zum Formen der Strahlen, z. B. zum Steuern einer geometrischen Form, z. B. eines Durchmessers, und/oder einer Richtung der Strahlen, sein. Der Kollimator, bevorzugt der Multilamellenkollimator, kann wenigstens einen Lamellentreiber umfassen, z. B. mit wenigstens einem Satz, bevorzugt mit zwei Sätzen verschiebbarer nebeneinander angeordneter Lamellen, die z. B. einander zugewandt sind, um ein hochenergetisches Strahlenbündel, z. B. die Strahlen, mit der Form eines unregelmäßig geformten Behandlungsobjekts, z. B. dem vorgegebenen Körperteil und/oder dem Tumor, zu prägen, z. B. indem ermöglicht wird, dass jede der Lamellen eine Position annimmt, die entlang der Form des Behandlungsobjekts orientiert ist. Die Lamellen des Multilamellenkollimators können auch „Verschlussblätter” oder „Blättchen” genannt werden. Der Multilamellenkollimator kann auch „Konturkollimator” genannt werden, da aufgrund der Positionierung der Lamellen Konturen von Behandlungsobjekten, zum Beispiel Tumoren, für jede Strahlenbündelanwendung nachgebaut werden können, von denen jede von einem bestimmten festen Winkel erfolgen kann. Dies kann wichtig sein, um angrenzendes gesundes Gewebe, z. B. Positionen neben einem Tumor, im größtmöglichen Maß zu schützen. Im Fall von kritischem Gewebe, wie etwa Nerven, kann dies besonders notwendig sein, um ihre funktionale Fähigkeit zu erhalten. Zum Beispiel können die Strahlen, bevorzugt Strahlenbündel, vom Kollimator auf solche Weise kollimiert und geformt werden, dass die Strahlen genau die gleiche Form wie der vorgegebene Körperteil aufweisen können, bevorzugt kann der Kollimator, bevorzugt der Multilamellenkollimator, die Strahlen auf solche Weise kollimieren und formen, dass auch intensitätsmodulierte Radiotherapie (IMRT) und dreidimensionale Strahlungssteuerung, z. B. für dynamische Radiotherapie, möglich sein können, z. B. um Bewegungen des Körperteils zu berücksichtigen, z. B. aufgrund von Atmen und/oder Niesen und/oder Schlucken und/oder anderen Bewegungen des Patienten und/oder des vorgegebenen Körperteils und/oder Verlagerungen des Körperteils aufgrund von Stoffwechseleffekten, z. B. kann Füllen der Blase des Patienten die Position eines Tumors der Prostata ändern.
  • Die therapeutische Vorrichtung weist ferner wenigstens ein Strahlenpositionierungssystem, z. B. ein Strahlenbündelpositionierungssystem, zum Anpassen der Position und Richtung der Beaufschlagung der Strahlen auf den Patienten auf. Das Strahlenpositionierungssystem kann wenigstens eine Vorrichtung zum Anpassen der Position und/oder der Richtung der Beaufschlagung der Strahlen auf den Patienten sein. Das Strahlenpositionierungssystem kann wenigstens teilweise wenigstens ein Teil des Kollimators sein und/oder kann wenigstens teilweise wenigstens ein Teil einer Separationsvorrichtung sein. Das Strahlenpositionierungssystem kann in die Strahlenquelle integriert sein, z. B. durch wenigstens eine Vorrichtung, die dazu in der Lage ist, eine Geschwindigkeit und/oder eine Richtung von Teilchen, die die Strahlen erzeugen oder die Strahlen bilden, z. B. von den Elektronen, die mit dem Ziel zum Erzeugen der Röntgenstrahlen wechselwirken, auf solche Weise zu ändern, dass die Position und/oder die Richtung der Strahlen, z. B. der Elektronen und/oder der Röntgenstrahlen, angepasst werden kann. Der Begriff „Anpassen” kann auch eine Steuerung der Position und/oder der Richtung, z. B. eine Regelung der Position und/oder der Richtung und/oder eine Modulation der Position und/oder eine Modulation der Richtung, umfassen. Das Strahlenpositionierungssystem kann bevorzugt ein Linearteilchenbeschleunigerhandhabungssystem, z. B. wenigstens ein Gantry-System, umfassen.
  • Die therapeutische Vorrichtung weist ferner wenigstens ein Patientenpositionierungssystem zum Positionieren und Orientieren des Patienten auf. Das Patientenpositionierungssystem kann wenigstens eine Vorrichtung zum Positionieren und/oder Orientieren des Patienten sein, z. B. kann ein Patientenpositionierungssystem wenigstens ein Stellglied, z. B. wenigstens einen Schrittmotor und/oder wenigstens einen Gleichstrommotor und/oder wenigstens einen Linearversteller, umfassen, bevorzugt um eine Bewegung in wenigstens einer Richtung, bevorzugt in drei Richtungen, bevorzugt in drei orthogonalen Richtungen, durchzuführen und/oder um wenigstens eine Drehung um wenigstens eine, bevorzugt um alle, dieser Richtungen herum auszuführen, bevorzugt durch Steuern wenigstens eines Drehungswinkels. Das Patientenpositionierungssystem kann dazu in der Lage sein, den Patienten, bevor die Therapie beginnt, z. B. zum angenehmen Hinsetzen und/oder Positionieren der Strahlen, und/oder während der Behandlung des vorgegebenen Körperteils des Patienten mit den Strahlen, z. B. um Bewegungen des Körpers des Patienten wie oben erklärt zu berücksichtigen, und/oder nach der Behandlung, z. B. zum angenehmen Aufstehen und/oder Hinsetzen eines nächsten Patienten, zu positionieren und/oder zu orientieren. Der Begriff „Positionieren” kann wenigstens Steuern und/oder Definieren einer Position entlang wenigstens einer Richtung, bevorzugt entlang drei Richtungen, die orthogonal zueinander sind, umfassen. Das Patientenpositionierungssystem kann wenigstens ein Bett und/oder einen Sitz und/oder wenigstens eine Liege und/oder wenigstens ein Patientenstützsystem, z. B. eine Patientenliege, und/oder wenigstens ein statisches Patientenvorbereitungshilfsmittel umfassen. Der Begriff „Orientieren” kann Steuern und/oder Anpassen wenigstens eines Winkels zwischen einer Achse des Patienten und/oder des Bettes des Patienten und/oder der Liege des Patienten und der wenigstens einen Richtung und/oder bevorzugt der drei Richtungen, die bevorzugt orthogonal zueinander sind, umfassen. Das Patientenpositionierungssystem kann wenigstens teilweise ein Teil des Strahlenpositionierungssystems sein und/oder kann das Strahlenpositionierungssystem beim Anpassen der Position und/oder der Richtung der Beaufschlagung der Strahlen auf den Patienten unterstützen und/oder kann die Position und/oder Richtung der Beaufschlagung der Strahlen auf den Patienten anpassen.
  • Die therapeutische Vorrichtung umfasst ferner eine Steuervorrichtung, wobei die Steuervorrichtung wenigstens den Kollimator, das Strahlenpositionierungssystem und das Patientenpositionierungssystem steuert, wobei die Steuervorrichtung ein Echtzeitsystem ist. Die Steuervorrichtung kann ferner eines oder mehrere der folgenden Untersysteme der therapeutischen Vorrichtung bevorzugt gleichzeitig steuern: die Strahlenquelle; wenigstens ein Beschleunigerhandhabungssystem zum Steuern eines Teilchenbeschleunigers, bevorzugt eines Linearteilchenbeschleunigers, z. B. das Gantry-System; wenigstens ein Patientenstützsystem, z. B. eine Patientenliege; wenigstens ein Röntgenstrahlenerzeugungssystem; wenigstens ein statisches Patientenvorbereitungshilfsmittel; wenigstens eine Steuerkonsole; und wenigstens ein Behandlungsraum und/oder andere Teilsysteme.
  • Der Begriff „steuern”, wie hier verwendet, kann bevorzugt die Handlung des Verwaltens, Anordnens, Lenkens oder Regelns des Verhaltens anderer Vorrichtungen oder Systeme umfassen. Ferner kann die Steuerung zusätzlich Sammeln und/oder Austauschen von Informationen, bevorzugt von digitalen Informationen und/oder analogen Informationen, z. B. von Spannungen und/oder von Strömen, z. B. zwischen den angegebenen Teilsystemen der therapeutischen Vorrichtung und/oder anderen Teilsystemen wie dem Kollimator und/oder dem Strahlenpositionierungssystem und/oder dem Patientenpositionierungssystem, umfassen. Der Begriff „steuern” kann auch Anweisen der Teilsysteme der therapeutischen Vorrichtung mit Aufgaben umfassen, z. B. Anweisen des Patientenpositionierungssystems, die Positionierung und/oder Orientierung des Patienten zu ändern, und/oder Anweisen des Kollimators, die Kollimation der Strahlen zu ändern und/oder das Formen der Strahlen zu ändern, und/oder Anweisen des Strahlenpositionierungssystems, die Position und/oder die Richtung der Beaufschlagung der Strahlen auf den Patienten anzupassen und/oder zu ändern. Informationen können unterschiedliche Systemparameter umfassen, z. B. Untersystemparameter wie Positionen, z. B. Positionen des Patienten und/oder der Strahlen und/oder des Körperteils, und/oder Intensitäten, z. B. Strahlintensitäten, und/oder eine Entwicklung der Bewegungen des Körperteils und/oder wenigstens eines Teils des Patienten.
  • Wie hier verwendet, kann ein Echtzeitsystem als ein beliebiges System definiert sein, in dem die Dauer eines Arbeitsvorgangs, z. B. eine Verzögerungszeit und/oder ein Systemzyklus und/oder ein Arbeitszyklus, und/oder eine Reaktionszeit vorgegeben ist, wie etwa bis zu einer vorgegebenen Maximaldauer. Echtzeitsysteme müssen z. B. den Systemzyklus und/oder den Arbeitszyklus innerhalb strikter Begrenzungen, insbesondere innerhalb strikter Zeitbegrenzungen, ausführen. Da Echtzeitsystemen nachgesagt werden kann, dass sie bevorzugt versagen, falls z. B. ein Systemzyklus und/oder ein Arbeitszyklus nicht innerhalb einer Zeitschranke abgeschlossen wird, wobei die Zeitschranke relativ zu einem Ereignis sein kann, damit ein System als in Echtzeit definiert ist, muss es bevorzugt Zeitbegrenzungen und/oder Zeitschranken einhalten. Ein Echtzeitsystem und/oder eine oder mehrere Zeitschranken können als harte Echtzeit oder als weiche Echtzeit klassifiziert werden. Weiche Echtzeit kann Systeme und/oder Zeitschranken umfassen, wobei die Zeitschranken üblicherweise nicht überschritten werden. Das Attribut harte Echtzeit kann Zeitschranken und/oder Systeme klassifizieren, wobei eine strikte Zeitschranke sichergestellt ist. Überschreiten einer Zeitschranke innerhalb eines harten Echtzeitsystems kann als ein vollständiges Systemversagen klassifiziert werden. Das Ziel eines harten Echtzeitsystems kann sein, sicherzustellen, dass alle Zeitschranken eingehalten werden. Ein Zyklus kann eine Zeitdauer, vorzugsweise ein Arbeitszyklus, sein.
  • Das Echtzeitsystem kann bevorzugt ein programmierbarer Logik-Kontroller (PLC: Programmable Logic Controller) sein, die auch als SPS („Speicherprogrammierbare Steuerung”) bekannt sein kann. Das Echtzeitsystem kann bevorzugt ein hartes Echtzeitsystem sein und/oder der programmierbare Logik-Kontroller kann eine hartes Echtzeitsystem sein. Ein programmierbarer Logik-Kontroller gemäß der vorliegenden Erfindung kann bevorzugt ein digitaler Computer sein, der für mehrere Eingabe- und Ausgabeanordnungen eingerichtet sein kann und/oder der in ausgedehnten Temperaturbereichen anwendbar sein kann und/oder der Unempfindlichkeit gegenüber elektrischen Störungen und/oder gegenüber Vibrationen und/oder gegenüber anderem Einfluss bereitstellen kann. Innerhalb einer PLC müssen Ausgabeergebnisse bevorzugt als Reaktion auf Eingabebedingungen innerhalb einer Zeitschranke, z. B. innerhalb einer begrenzten Zeit, z. B. innerhalb des Arbeitszyklus und/oder innerhalb des Systemzyklus, erzeugt werden. Die PLC kann bevorzugt wenigstens einen eingebauten Kommunikationsanschluss, z. B. für wenigstens eine Ethernet-Verbindung, umfassen. Die PLC kann ferner dazu in der Lage sein, über ein Netzwerk, z. B. Ethernet, mit wenigstens einem anderen System, z. B. mit wenigstens einem der Untersysteme und/oder wenigstens einem Computer, z. B. einem PC und/oder einer anderen Rechenmaschine, zu kommunizieren. Die PLC kann wenigstens eine Logik für eine Regelschleife, z. B. wenigstens einen PID-Regler, umfassen. Die PLC kann bevorzugt wenigstens eine Software umfassen, die bevorzugt in einem Arbeitszyklus abläuft, der innerhalb einer strikten und/oder steuerbaren und/oder vorgegebenen und/oder garantierten Zykluszeit abläuft, z. B. innerhalb der Zeit eines Arbeitszyklus und/oder eines Systemzyklus, die bevorzugt eingehalten werden muss, wobei der Arbeitszyklus bevorzugt kontinuierlich wiederholt werden kann.
  • Das Echtzeitsystem, z. B. die PLC, kann ein System gemäß dem IEC 61131-3-Standard sein. Bevorzugt kann das Echtzeitsystem ein System gemäß dem EN 61131-Standard sein, der auf dem internationalen IEC 61131-Standard basiert. Der EN 61131-Standard kann mit Grundlagen von programmierbaren Kontrollern wie PLCs arbeiten. Eine objektorientierte Entwicklung für einen verteilten Kontroller kann EN 61499 sein, der auch von der PLC garantiert werden kann. EN 61131-3 sowie IEC 1131 und/oder IEC 61131 können zuvor die einzigen weltweiten gültigen Standards für Programmiersprachen für programmierbare Kontroller, z. B. eine PLC, sein. Die Programmiersprachen, insbesondere die Programmiersprachen zum Programmieren der PLC, können aus Folgendem gewählt werden: einer Anweisungsliste (IL: Instruction List); einem Kontaktplan (LD: Ladder diagram); einer Funktionsbausteinsprache (FBD: Function Block Diagram); einer Ablaufsprache (SFC: Sequential Function Chart) und einem strukturierten Text (ST). Andere Typen von Programmiersprachen können auch zum Programmieren des Echtzeitsystems, bevorzugt der PLC, verwendet werden und die Verwendung von Kombinationen unterschiedlicher Programmiersprachen kann möglich sein.
  • Der Kollimator, das Strahlenpositionierungssystem und das Patientenpositionierungssystem und/oder die Strahlenquelle können jeweils unabhängig voneinander wenigstens eine Treibereinheit umfassen.
  • Die Treibereinheit kann ein Teilsystem oder eine Komponente eines Teilsystems der therapeutischen Vorrichtung, z. B. zum Treiben wenigstens eines der oben erwähnten Teilsysteme, z. B. des Kollimators, sein. Die Treibereinheit kann elektrisch mit der Steuervorrichtung verbunden sein. Eine Treibereinheit kann eine beliebige Vorrichtung zum Treibend es Kollimators und/oder des Strahlenpositionierungssystems und/oder des Patientenpositionierungssystems und/oder der Strahlenquelle umfassen. Der Begriff „Treiben” kann z. B. eine Energieumwandlung umfassen, z. B. durch die Treibereinheit, z. B. eine Transformation von elektrischer Energie in Bewegungsenergie, z. B. durch eine Treibereinheit des Kollimators und/oder des Strahlenpositionierungssystems und/oder des Patientenpositionierungssystems. Die Treibereinheit kann auch wenigstens einen Spannungswandler und/oder wenigstens einen Signalwandler und/oder wenigstens eine Logikeinheit umfassen. Der Begriff „elektrisch verbunden” kann eine Möglichkeit, Informationen zwischen der Steuervorrichtung und der Treibereinheit auszutauschen, umfassen. Die Treibereinheit und/oder die Steuervorrichtung kann ein Teil wenigstens eines Netzwerks sein, z. B. über z. B. Ethernet und/oder Bluetooth verbunden sein. Bevorzugt kann der Begriff „elektrisch verbunden” die Möglichkeit eines Elektronenflusses zwischen der Treibereinheit und der Steuervorrichtung umfassen. Die Treibereinheit und die Steuervorrichtung können zusätzlich oder alternativ photonisch, z. B. durch wenigstens eine Glasfaser und/oder wenigstens einen optischen Strahlenbündelpfad, verbunden sein. Die Treibereinheit und die Steuerungsvorrichtung können z. B. durch wenigstens eine photonische Faser und/oder wenigstens einen Strahlenbündelpfad und/oder wenigstens eine Grenzfläche und/oder wenigstens ein Kabel und/oder durch die Möglichkeit, Informationen zu übertragen, z. B. mittels elektromagnetischer Wellen, z. B. mittels Hochfrequenz, verbunden sein.
  • Die Treibereinheiten, oder wenigstens eine Treibereinheit oder eine Gruppe von Treibereinheiten, können über wenigstens eine Echtzeit-Ethernet-Verbindung, bevorzugt über wenigstens eine harte Echtzeit-Ethernet-Verbindung, mit der Steuervorrichtung verbunden sein. Die Echtzeit-Ethernet-Verbindung und/oder die harte Echtzeit-Ethernet-Verbindung kann wenigstens eine Vorrichtung z. B. zum Verbinden der Treibereinheiten, oder wenigstens einer Treibereinheit mit der Steuervorrichtung umfassen, indem die Echtzeitbedingungen, z. B. weiche Echtzeitbedingungen, am meisten bevorzugt harte Echtzeitbedingungen, wie oben definiert, erfüllt werden. Die Echtzeit-Ethernet-Verbindung und/oder die harte Echtzeit-Ethernet-Verbindung kann dazu definiert sein, eine Garantie einer Verbindung und/oder eines Dienstes zum beständigen deterministischen und korrekten Betrieb bereitstellen. Die Echtzeit-Ethernet-Verbindung und/oder die harte Echtzeit-Ethernet-Verbindung kann bevorzugt ein Teil eines Echtzeitkommunikationsnetzwerks sein. Die Echtzeit-Ethernet-Verbindung und/oder die harte Echtzeit-Ethernet-Verbindung kann ein Bussystem, wie etwa ein EtherCAT-System (EtherCAT: Ethernet for Control Automation Technology – Ethernet für Steuerautomatisierungstechnik) und/oder ein Profinet-System, umfassen. Die therapeutische Vorrichtung und/oder das Echtzeitsystem kann wenigstens ein Bussystem, z. B. ein Feldbussystem, und optional wenigstens ein redundantes Bussystem, z. B. ein redundantes Feldbussystem, z. B. EtherCAT, z. B. als ein Sicherungssystem, umfassen. EtherCAT ist allgemein ein spezieller Fall eines Feldbusses, bevorzugt kann EtherCAT echtzeitfähig, bevorzugt hart echtzeitfähig, sein. Seit 1999 sind Feldbussysteme bevorzugt für Industrieanwendungen, z. B. EtherCAT, weltweit durch den IEC 61158-Standard („Digitale Datenkommunikation für Messung und Steuerung – Feldbus zur Verwendung in industriellen Steuersystemen”) standardisiert. Feldbussysteme sind allgemein im IEC 61784-1-Standard als Kommunikationsprofilfamilien (CPF: Communication Profile Families) spezifiziert. Neuere echtzeitfähige Ethernet-basierte Feldbussysteme können im IEC 61784-2-Standard zusammengestellt sein. Protokollsuiten können weitere Feldbussysteme definieren. Das EtherCAT-System kann bevorzugt ein offenes Ethernet-basiertes Hochleistungsfeldbussystem sein. Bevorzugt kann EtherCAT und/oder das EtherCAT-System und/oder die Echtzeit-Ethernet-Verbindung dazu in der Lage sein, z. B. kurze Datenaktualisierungszeiten, bevorzugt kurze Zykluszeiten und/oder Arbeitszyklen, bevorzugt mit niedrigem Kommunikationsjitter, z. B. für Synchronisationszwecke, bereitzustellen. Zur Synchronisation kann ein verteilter Systemtaktmechanismus angewandt werden, der bevorzugt zu sehr niedrigem Jitter führen kann, z. B. Jitter von deutlich weniger als 1 μs. Das Bussystem und/oder das Echtzeitsystem und/oder die PLC und/oder die Steuervorrichtung und/oder das EtherCAT-System und/oder Profinet kann dazu in der Lage sein, Zeitverzögerungen von Informationen und/oder von Signalen und/oder einer Kommunikation tatsächlicher Werte und/oder von Steuerparametern und/oder Zielwerten, z. B. von Verzögerungszeiten, die durch unterschiedliche Abstände und/oder unterschiedliche Kabellängen der unterschiedlichen Treibereinheiten zur Steuervorrichtung und/oder zum Echtzeitsystem und/oder zur PLC, zu kompensieren. Das Bussystem, z. B. ein Netzwerk, kann wenigstens einen Kreis und/oder wenigstens eine Verbindung und/oder wenigstens einen Knoten umfassen.
  • Die therapeutische Vorrichtung kann einen Behandlungsraum, z. B. eine Therapiekammer, zur Behandlung des vorgegebenen Körperteils des Patienten mit Strahlen umfassen. Der Behandlungsraum kann Abschirmungselemente, bevorzugt ein oder mehrere Abschirmungselemente, aufweisen, um die Strahlen vom Verlassen des Behandlungsraums abzuhalten. Die Steuervorrichtung kann sich außerhalb des Behandlungsraums befinden, und wobei sich die Treibereinheiten bevorzugt innerhalb des Behandlungsraums befinden können.
  • Der Behandlungsraum kann bevorzugt ein Raum sein, z. B. eine Kammer, die isoliert, bevorzugt in Übereinstimmung mit den Strahlen isoliert, sein kann. Das Abschirmungselement kann bevorzugt eine Vorrichtung zum Schutz eines Durchgangs der Strahlen und/oder zum Isolieren bevorzugt von einem Steuerraum und/oder der Umgebung und/oder der Steuervorrichtung von den Strahlen und/oder zum Blockieren und/oder Reflektieren und/oder Absorbieren der Strahlen sein. Die Abschirmungselemente können in einige einzelne Abschirmungselemente unterteilt sein. Prinzipiell kann auch nur ein Abschirmungselement verwendet werden, um die Strahlen vom Verlassen des Behandlungsraums abzuhalten. Das Abschirmungselement umfasst wenigstens ein Material, das dazu in der Lage ist, die Strahlen abzuschwächen und/oder zu reflektieren und/oder zu absorbieren und/oder zu blockieren. Das Abschirmungselement kann wenigstens ein Material umfassen, das die Strahlen und/oder Teile der Strahlen filtert, die für andere Teile der therapeutischen Vorrichtung und/oder für die Umgebung und/oder für Verbraucher, wie etwa Krankenpfleger und/oder Doktoren und/oder anderes medizinisches Personal und/oder andere Patienten, gefährlich sein kann.
  • Das Abschirmungselement und/oder die Abschirmungselemente können z. B. wenigstens ein optisches Filter und/oder wenigstens eine Strahlenbündelfalle und/oder wenigstens eine Wand und/oder wenigstens eine Versiegelung und/oder wenigstens einen für die Strahlen nichttransparenten Fußboden und/oder wenigstens einen elektrischen Leiter und/oder wenigstens einen Faraday-Käfig und/oder wenigstens ein Material, das wenigstens einen Teil der Strahlen blockiert, z. B. Blei, umfassen. Das Abschirmungselement kann mehrere Schichten umfassen, wobei z. B. jede Schicht für einen anderen Teil der Strahlen, z. B. für einen anderen Frequenzbereich der Strahlen, nichttransparent sein kann. Vorzugsweise können sich die Strahlenquelle und/oder der Kollimator und/oder das Strahlenpositionierungssystem und/oder das Patientenpositionierungssystem und/oder der Patient auch innerhalb des Behandlungsraums befinden.
  • Die Steuervorrichtung kann sich bevorzugt außerhalb des Behandlungsraums befinden, aber kann sich auch innerhalb des Behandlungsraums befinden. Der Behandlungsraum kann bevorzugt durch die Abschirmungselemente und/oder das Abschirmungselement umgrenzt sein. Behandlung des vorgegebenen Körperteils kann Beeinflussen des Körperteils, z. B. des Tumors, durch die Strahlung, bevorzugt Zerstören der Krebszellen und/oder des Tumors, z. B. durch Ionisierung und/oder durch Verringern der Temperatur wenigstens eines Teils der Tumorzellen und/oder des Tumors und/oder des vorgegebenen Körperteils, umfassen.
  • Jede Treibereinheit kann eingerichtet sein, wenigstens einen Steuerparameter zu steuern. Jede Treibereinheit kann eingerichtet sein, einen tatsächlichen Wert des Steuerparameters an die Steuervorrichtung zu liefern. Jede Treibereinheit kann dazu eingerichtet sein, die Steuerparameter auf einen von der Steuervorrichtung gelieferten Zielwert einzustellen. Der Steuerparameter und/oder der tatsächliche Wert und/oder der Zielwert kann wenigstens einen physikalischen oder chemischen Parameter umfassen, der z. B. aus Folgendem ausgewählt ist: der Position des Patienten; einer relativen Position eines Patienten zu einer Referenzposition; einer Position und/oder einer relativen Position des vorgegebenen Körperteils des Patienten; einer Strahlposition; einer relativen Strahlposition; einer Position von wenigstens einer Lamelle des Kollimators; wenigstens einer Achse des Kollimators; den Bewegungen des Patienten und/oder des vorgegebenen Körperteils des Patienten, bevorzugt einer Geschwindigkeit und/oder einer Frequenz der Bewegungen des Patienten und/oder der Bewegungen des vorgegebenen Körperteils des Patienten; einer Intensität der Strahlen und/oder einer Frequenz der Strahlen und/oder einem Fluss der Strahlen und/oder einer Temperatur der Strahlen und/oder einer Kohärenz der Strahlen und/oder der Frequenz des Atmens des Patienten und/oder der Frequenz des Herzschlags des Patienten und/oder der Temperatur des Behandlungsraums und/oder der Temperatur des Patienten oder wenigstens der Temperatur eines Teils des Patienten, wie etwa der Haut des Patienten und/oder des vorgegebenen Körperteils des Patienten. Der Zielwert und/oder der tatsächliche Wert und/oder der Steuerparameter kann ein einziger Wert und/oder wenigstens ein einziger Wert und/oder eine mathematische oder physikalische Funktion und/oder eine Spur und/oder komplexe Werte und/oder Listen von Werten und/oder Spalten von Werten sein.
  • Der Steuerparameter kann ein Parameter, bevorzugt ein physikalischer und/oder chemischer Parameter, sein, der während der Therapie und/oder vor der Therapie und/oder nach der Therapie gesteuert und/oder moduliert und/oder geregelt werden sollte. Bevorzugt kann der Steuerparameter aus den physikalischen und/oder chemischen Parametern, die oben aufgelistet sind, gewählt werden. Jedoch sind andere Möglichkeiten alternativ oder zusätzlich praktikabel.
  • Der tatsächliche Wert kann bevorzugt ein Wert des Steuerparameters zu einer bestimmten Zeit, bevorzugt zu einer Zeit innerhalb des Arbeitszyklus, mehr bevorzugt zu einer vorgegebenen Zeit, sein kann. Der tatsächliche Wert kann ein einziger Wert des Steuerparameters sein oder kann ein kontinuierliches Signal sein, das z. B. über eine bestimmte Zeitdauer aufgezeichnet wird.
  • Der Zielwert kann bevorzugt ein Wert des Steuerparameters sein, auf den der tatsächliche Wert einzustellen ist. Bevorzugt kann die Steuerung, z. B. eine Regelung, von der optionalen PID-Steuerung und/oder durch einen anderen Teil der PLC und/oder durch einen externen Kontroller durchgeführt werden. Der tatsächliche Wert kann ein Rückkopplungswert sein und der tatsächliche Wert kann bevorzugt auf den Zielwert, bevorzugt durch eine Rückkopplungsschleife, geregelt werden.
  • Die Steuervorrichtung kann eingerichtet sein, statische und/oder dynamische Zielwerte an die Treibereinheiten zu liefern. Der Zielwert kann ein Wert des Steuerparameters sein, der während der gesamten Radiotherapie und/oder während einer Dauer der Radiotherapie, z. B. während eines Tages und/oder einer Woche und/oder eines Monats und/oder während einer Sitzung konstant sein kann. Ein dynamischer Zielwert kann ein Zielwert eines Steuerparameters sein, der sich bevorzugt während einer Zeit, z. B. kontinuierlich und/oder nicht kontinuierlich, z. B. zwischen unterschiedlichen Arbeitszyklen und/oder Systemzyklen und/oder unterschiedlichen Dauern ändern kann, und/oder der sich gemäß Bewegungen des Patienten und/oder Bewegungen des vorgegebenen Körperteils, z. B. durch Atmen und/oder Husten und/oder Niesen und/oder Zittern verursacht, ändern kann. Ein dynamischer Zielwert kann bevorzugt aus wenigstens einem Steuerparameter und/oder wenigstens einer Simulation berechnet werden. Der dynamische Zielwert kann auch zum Durchführen der Radiotherapie zum Zerstören z. B. eines Tumors und/oder zum bevorzugt gleichzeitigen Nicht-Zerstören gesunder Teile des Patienten notwendig sein.
  • Die Steuervorrichtung kann eingerichtet sein, dynamische Zielwerte für wenigstens einen Steuerparameter zu erzeugen. Die dynamischen Zielwerte können durch Verwendung wenigstens eines vorgegebenen Algorithmus erzeugt werden, wobei der Algorithmus bevorzugt dazu in der Lage sein kann, eine zeitliche Entwicklung von wenigstens einem Zielwert und/oder eine zeitliche Entwicklung von wenigstens einem tatsächlichen Wert und/oder wenigstens eine zeitliche Entwicklung der Bewegungen des Patienten und/oder der Bewegungen des vorgegebenen Körperteils, bevorzugt durch Verwendung bekannter Trajektorien der Bewegungen des vorgegebenen Körperteils und/oder des Patienten, vorherzusagen.
  • Die zeitliche Entwicklung der Zielwerte kann aufgrund von sich ändernden Bedingungen, wie etwa Atmen und/oder Niesen und/oder Husten und/oder Zittern des Patienten, und/oder aufgrund von Optimieren der Auswirkung der Strahlen auf z. B. einen Tumor anstatt auf wenigstens einen gesunden Teil des Patienten, der ansonsten ebenfalls zerstört werden könnte, hilfreich und/oder notwendig sein. Der vorgegebene Algorithmus kann über eine wie oben beschriebene Programmiersprache oder über andere Programmiersprachen programmiert werden.
  • Der vorgegebene Algorithmus kann einen oder mehrere zusätzliche Algorithmen umfassen. Der Algorithmus kann wenigstens teilweise verwendet werden, um z. B. die Bewegungen des Patienten und/oder die Bewegungen des vorgegebenen Körperteils des Patienten z. B. durch Verwendung wenigstens eines tatsächlichen Wertes und/oder wenigstens eines Kalibrierungswertes vorherzubestimmen. Der vorgegebene Algorithmus kann dazu in der Lage sein, eine Leistungsfähigkeit der therapeutischen Vorrichtung, z. B. Variationen der Strahlintensitäten und/oder Variationen der Strahlpositionen, zum Zerstören z. B. des Tumors und/oder zum Schützen der gesunden Teile des Patienten zu berechnen. Bekannte Trajektorien der Bewegungen des Körperteils können die Atmungsfrequenz und/oder der Herzschlag und/oder eine Verfolgung, die einige Positionen umfasst, sein. Der Patient kann Positionskalibrierungsmarkierungen aufweisen, die z. B. auf der Haut markiert sind, z. B. durch Verwendung wenigstens eines Stifts, und bevorzugt zum Bereitstellen bekannter Trajektorien der Bewegungen des vorgegebenen Körperteils und/oder des Patienten.
  • Die Trajektorien der Bewegungen können von wenigstens einem Bewegungskontrollsystem aufgezeichnet werden. Die Trajektorien der Bewegung können z. B. durch Visualisierung der Markierungen, z. B. durch Aufnehmen wenigstens eines Bildes und/oder durch Erfassen wenigstens einer Abbildung, z. B. mit wenigstens einer Kamera, und/oder durch kontinuierliche Bildgebung der Markierungen und/oder durch Vergleichen der Markierungen durch Verwendung wenigstens eines Laserstrahlenbündels und/oder wenigstens eines Lasersystems, aufgezeichnet werden. Die Kamera und/oder das Lasersystem kann wenigstens eine Treibereinheit umfassen. Das Bewegungskontrollsystem kann z. B. die Kamera und/oder das Lasersystem und/oder die Markierungen und/oder die jeweiligen Treibereinheiten umfassen. Die erfassten Abbildungen, z. B. Bilder, können z. B. durch die PLC und/oder eine andere Rechenmaschine und/oder durch den Algorithmus ausgewertet werden. Bevorzugt kann wenigstens ein Steuerparameter durch Auswerten der erfassten Abbildungen bestimmt werden, z. B. die Bewegung des Patienten und/oder die Bewegung des vorgegebenen Körperteils. Alternativ oder zusätzlich können Positionsidentifikatoren in den Patienten implementiert werden, bevorzugt in und/oder auf und/oder neben den vorgegebenen Körperteil, um die Trajektorien und/oder andere Steuerparameter zu erhalten. Die Identifikatoren können wenigstens ein, bevorzugt ein bis fünf, am meisten bevorzugt drei, Ringe und/oder Identifikatoren, die ein Material mit geringerer Dichte für Röntgenstrahlen umfassen und/oder die metallische und/oder leitfähige Materialien umfassen, sein. Der Ring und/oder der Identifikator kann von einem Detektor, z. B. einem Metalldetektor und/oder einem Röntgengerät für Röntgenaufnahmen und/oder einer Magnetresonanztomographievorrichtung und/oder einem anderen Detektor, detektiert werden. Der Detektor kann wenigstens eine Treibereinheit umfassen. Der Detektor und/oder die Kamera kann bevorzugt ein Untersystem der therapeutischen Vorrichtung sein. Die Trajektorien können relative Abstände im Vergleich zu einer festen Position, wie etwa einem Teil des Behandlungsraums, z. B. dem Tisch und/oder der Strahlenquelle, sein und/oder die Trajektorien können Abstände sein. Bevorzugt können Trajektorien wenigstens eine Spur sein.
  • Der Arbeitszyklus kann definiert werden, wobei alle tatsächlichen Werte der Steuerparameter während eines Arbeitszyklus an die Steuervorrichtung geliefert werden können. Alternativ kann auch nur eine vorgegebene Menge der tatsächlichen Werte der Steuerparameter während des Arbeitszyklus an die Steuervorrichtung geliefert werden. Während eines Arbeitszyklus können Zielwerte für alle Steuerparameter, aber wenigstens für einen Steuerparameter, an die Treibereinheiten, bevorzugt an wenigstens eine vorgegebene Treibereinheit, bevorzugt durch die Steuervorrichtung, geliefert werden. Die Steuervorrichtung kann so eingerichtet sein, dass der Arbeitszyklus eine Zykluszeit von nicht mehr als 100 μs oder sogar nicht mehr als 10 μs aufweisen kann. Bevorzugt kann die Zykluszeit kleiner als typische Zeiträume sein, in denen sich der vorgegebene Körperteil und/oder der Patient signifikant bewegt, z. B. um wenigstens einen Abstand gleich dem Durchmesser des vorgegebenen Körperteils, bevorzugt um einen Abstand gleich 10% des Durchmessers des vorgegebenen Körperteils, am meisten bevorzugt um einen Abstand gleich 1% des Durchmessers des vorgegebenen Körperteils. Bevorzugt kann die Zykluszeit die Zeitschranke definieren, die vom Echtzeitsystem, bevorzugt vom harten Echtzeitsystem, am meisten bevorzugt von der PLC, vorgegeben werden kann.
  • Die Steuervorrichtung kann eingerichtet sein, einen Systemtakt für die therapeutische Vorrichtung bereitzustellen. Der Systemtakt kann ein Takt und/oder eine Vorrichtung sein, der oder die dazu in der Lage sein kann, einen Taktimpuls und/oder einen Taktschlag, bevorzugt ein periodisches Signal, bevorzugt mit hoher Genauigkeit und Periodizität, bereitstellen. Der Taktimpuls und/oder der Taktschlag und/oder der Systemakt kann in der Steuervorrichtung erzeugt werden oder kann z. B. durch eine Atomuhr außerhalb der therapeutischen Vorrichtung erzeugt werden. Innerhalb der therapeutischen Vorrichtung kann der Taktimpuls und/oder der Taktschlag und/oder der Systemtakt von einem Kristalloszillator bereitgestellt werden, bevorzugt einem Kristalloszillator, der dazu in der Lage sein kann, ein elektrisches Signal, z. B. den Taktschlag, mit einer sehr genauen Frequenz zu erzeugen, z. B. um Taktschläge mit Frequenzen von etwa 1 kHz bis 100 MHz, speziell von 1 MHz bis 50 MHz bereitzustellen. Der Systemtakt kann den Arbeitszyklus und/oder den Systemzyklus und/oder Systemzyklen von wenigstens einer Unterkomponente auslösen und/oder treiben und/oder synchronisieren und/oder kann die Zykluszeit definieren und/oder messen.
  • Der Kollimator, das Strahlenpositionierungssystem und das Patientenpositionierungssystem können eingerichtet sein, mit der Steuervorrichtung in vorgegebenen Zeitabschnitten, die vorzugsweise vom Systemtakt vorgegeben werden, zu kommunizieren. Zusätzlich können auch die Strahlenquelle und/oder andere Untersysteme der therapeutischen Vorrichtung eingerichtet sein, mit der Steuervorrichtung in vorgegebenen Zeitabschnitten, die vorzugsweise vom Systemtakt vorgegeben werden, zu kommunizieren. Die Kommunikation kann bevorzugt über Ethernet, bevorzugt über Echtzeit-Ethernet, mehr bevorzugt durch hartes Echtzeit-Ethernet, bereitgestellt werden. Der vorgegebene Zeitabschnitt kann aus Zeitdauern bestehen, bevorzugt periodischen Zeitabschnitten, die z. B. mit dem Arbeitszyklus synchronisiert sind. Die vorgegebenen Zeitabschnitte können für die unterschiedlichen Untersysteme der therapeutischen Vorrichtung, wie etwa den Kollimator und/oder das Strahlpositionierungssystem und/oder das Patientenpositionierungssystem und/oder die Strahlenquelle, unterschiedlich sein oder können für jedes Untersystem der therapeutischen Vorrichtung die gleichen sein. Die vorgegebenen Zeitabschnitte können bevorzugt kürzer als die Zykluszeit sein. Der Begriff „gestaltet” vom Systemtakt kann umfassen, dass die Zeitabschnitte mit dem Systemtakt und/oder dem Arbeitszyklus synchronisiert sind und/oder dass die Zeitabschnitte durch den Systemtakt ausgelöst werden.
  • Die therapeutische Vorrichtung kann insgesamt wenigstens 100 Steuerparameter, bevorzugt 100 bis 1000 Steuerparameter und mehr bevorzugt 150 bis 220 Steuerparameter aufweisen. Zum Beispiel können etwa 160 Steuerparameter mit den Lamellen des Kollimators in Verbindung stehen und/oder etwa 20 Steuerparameter können mit beweglichem Zugang der therapeutischen Vorrichtung, z. B. dem Strahlenpositionierungssystem und/oder dem Patientenpositionierungssystem, in Verbindung stehen. Insgesamt können etwa 180 Steuerparameter für dieses Beispiel benötigt werden, die geregelt werden müssen, bevorzugt vom Echtzeitsystem, z. B. dem harten Echtzeitsystem, am meisten bevorzugt von der PLC.
  • Die Strahlen können aus der aus Folgendem bestehenden Gruppe ausgewählt sein: Röntgenstrahlen, γ-Strahlen, Ionenstrahlen, α-Strahlen; β-Strahlen, Strahlen aus neutralen Teilchen, Strahlen aus neutralen Atomen, Strahlen aus schweren Atomen, Atomstrahlen, Strahlen aus kalten Atomen, Elektronenstrahlen, Positronenstrahlen; Protonenstrahlen, Strahlen aus sichtbarem Licht, photonische Strahlen, Strahlen geladener Teilchen, ionisierende Strahlung, Dauerstrichlaserstrahlenbündel; gepulste Laserstrahlenbündel, Hadronenstrahlen, Leptonenstrahlen, Molekülstrahlen. Die Strahlen und/oder Strahlenbündel, die aus Teilchen bestehen, wie etwa Ionenstrahlen und/oder α-Strahlen und/oder β-Strahlen und/oder Atomstrahlen können unterschiedliche, bevorzugt stabile, am meisten bevorzugt vorgegebene und/oder anpassbare Temperaturen und/oder Geschwindigkeiten aufweisen. Auch andere Arten von Strahlung und/oder Strahlenbündel können verwendet werden, z. B. auch Kombinationen verschiedener Strahlen können möglich sein.
  • Der Kollimator kann wenigstens 100 Lamellen zum Blocken der Strahlen, bevorzugt wenigstens 130 Lamellen und mehr bevorzugt wenigstens 160 Lamellen aufweisen. Die Lamellen können durch einzelne Stellglieder einzeln positionierbar und/oder steuerbar sein. Wie hier verwendet, bezieht sich der Begriff Stellglied auf eine beliebige Vorrichtung, die eingerichtet ist, ein Element oder eine Gruppe von Elementen mechanisch zu bewegen und/oder zu positionieren. Dementsprechend kann das Stellglied aus der aus Folgendem bestehenden Gruppe ausgewählt sein: einem mechanischen Antrieb, einem piezoelektrischem Aktor und einem Motor, speziell einem Schrittmotor und/oder einem Gleichstrommotor.
  • Das Strahlenpositionierungssystem und das Patientenpositionierungssystem ohne den Kollimator können insgesamt wenigstens 10 Achsen, bevorzugt wenigstens 15 Achsen und mehr bevorzugt wenigstens 20 Achsen, umfassen, wobei jede Achse getrennt gesteuert werden kann. Wie hier verwendet, kann sich der Begriff „Achse” auf eine lineare oder nichtlineare Richtung einer Bewegung eines Objekts und/oder auf eine Drehachse, um die sich ein Objekt herum drehen kann, beziehen. Dementsprechend kann der Patient und/oder das Bett entlang und/oder um wenigstens eine Achse, bevorzugt 6 Achsen, herum bewegt werden. Der Kollimator, bevorzugt der Multilamellenkollimator, kann bevorzugt durch Verwendung einer Achse pro Lamelle, z. B. etwa 80 Lamellen und 80 Achsen, bevorzugt etwa 160 Lamellen und 160 Achsen, eingerichtet sein.
  • Die Steuervorrichtung, z. B. das Echtzeitsystem und/oder das harte Echtzeitsystem und/oder die PLC, kann eingerichtet sein, die Rolle einer Master-Vorrichtung auszuführen. Der Kollimator, das Strahlenpositionierungssystem und das Patientenpositionierungssystem und bevorzugt auch die Strahlenquelle und/oder andere Untersysteme der therapeutischen Vorrichtung können dazu eingerichtet sein, die Rolle einer Slave-Vorrichtung auszuführen. Die Rolle einer Master-Vorrichtung kann die Steuerung und/oder Anweisung über eine oder mehrere andere Vorrichtungen und/oder Teilsysteme, z. B. wenigstens eine Slave-Vorrichtung, umfassen. Die Rolle einer Slave-Vorrichtung kann Ausführen wenigstens einer Anweisung, die von der Master-Vorrichtung gegeben wird, umfassen. Die Vorrichtung, die die Rolle einer Master-Vorrichtung ausführt, kann bevorzugt, bevorzugt zum Informationsaustausch, mit der Vorrichtung verbunden sein, die eingerichtet sein kann, die Rolle der Slave-Vorrichtung auszuführen. Das Steuern der therapeutischen Vorrichtung einschließlich aller Untersysteme kann bevorzugt nur von der Steuervorrichtung, bevorzugt von dem Echtzeitsystem, mehr bevorzugt vom harten Echtzeitsystem, z. B. von der PLC, bevorzugt zentral gesteuert, durchgeführt werden. Die Steuervorrichtung und/oder das Echtzeitsystem und/oder das harte Echtzeitsystem kann bevorzugt die einzige Master-Vorrichtung der therapeutischen Vorrichtung und/oder die führende Master-Vorrichtung der therapeutischen Vorrichtung sein.
  • Das Echtzeitsystem, bevorzugt der programmierbare Logik-Kontroller, am meisten bevorzugt das harte Echtzeitsystem, kann mit wenigstens einem Standard-PC und/oder wenigstens einem industriellen PC (IPC) verbunden sein.
  • Bei einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Steuern einer therapeutischen Vorrichtung zur Behandlung eines vorgegebenen Körperteils eines Patienten mit Strahlen offenbart. Bevorzugt wird Bezug auf die oben offenbarte therapeutische Vorrichtung genommen. Dementsprechend kann das Verfahren die Verwendung einer therapeutischen Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, wie etwa in den oben erwähnten Ausführungsformen offenbart, umfassen. Die wie im Verfahren verwendete therapeutische Vorrichtung weist wenigstens eine Strahlenquelle zum Erzeugen der Strahlen auf. Die therapeutische Vorrichtung weist ferner wenigstens einen Kollimator zum Kollimieren und Formen der Strahlen auf. Die therapeutische Vorrichtung weist ferner wenigstens ein Strahlenpositionierungssystem zum Anpassen der Position und Richtung der Beaufschlagung der Strahlen auf den Patienten auf. Die therapeutische Vorrichtung weist ferner wenigstens ein Patientenpositionierungssystem zum Positionieren und Orientieren des Patienten auf. Das Verfahren umfasst die Verwendung einer Steuervorrichtung. Das Verfahren umfasst Steuern wenigstens des Kollimators, des Strahlenpositionierungssystems und des Patientenpositionierungssystems durch Verwendung der Steuervorrichtung, wobei die Steuervorrichtung ein Echtzeitsystem, bevorzugt ein programmierbarer Logik-Kontroller, ist. Das Steuern der therapeutischen Vorrichtung einschließlich aller Untersysteme kann bevorzugt nur von der Steuervorrichtung, bevorzugt dem Echtzeitsystem, mehr bevorzugt vom harten Echtzeitsystem, z. B. von der PLC, bevorzugt zentral gesteuert, durchgeführt werden.
  • Bei einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Verwendung eines Echtzeitsystems als eine Steuervorrichtung zum Steuern wenigstens eines Kollimators, wenigstens eines Strahlenpositionierungssystems und wenigstens eines Patientenpositionierungssystems einer therapeutischen Vorrichtung zur Behandlung eines vorgegebenen Körperteils eines Patienten mit Strahlen und optional zusätzlich auch wenigstens ein weiteres Untersystem der therapeutischen Vorrichtung. Es kann Bezug auf die oben offenbarte therapeutische Vorrichtung genommen werden. Die therapeutische Vorrichtung weist wenigstens eine Strahlenquelle zum Erzeugen der Strahlen auf. Die therapeutische Vorrichtung weist ferner den Kollimator zum Kollimieren und Formen der Strahlen auf. Die therapeutische Vorrichtung weist ferner das Strahlenpositionierungssystem zum Anpassen der Position und Richtung der Beaufschlagung der Strahlen auf den Patienten auf. Die therapeutische Vorrichtung weist ferner das Patientenpositionierungssystem zum Positionieren und Orientieren des Patienten auf. Bevorzugt kann das Echtzeitsystem und/oder das harte Echtzeitsystem und/oder die PLC die einzige Steuervorrichtung der therapeutischen Vorrichtung oder wenigstens die führende Steuervorrichtung sein.
  • Die therapeutische Vorrichtung, das Verfahren zum Steuern der therapeutischen Vorrichtung und die Verwendung des Echtzeitsystems als eine Steuervorrichtung zum Steuern des wenigstens einen Kollimators, des wenigstens einen Strahlenpositionierungssystems und des wenigstens einen Patientenpositionierungssystems der therapeutischen Vorrichtung und optional und zusätzlich wenigstens eines der anderen Untersysteme der therapeutischen Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung bieten eine große Anzahl an Vorteilen gegenüber bekannten Vorrichtungen, Verfahren und Verwendungen. Die Vorrichtung, das Verfahren und die Verwendung der vorliegenden Erfindung können dazu in der Lage sein, eine harte Echtzeitfähigkeit zu garantieren. Sie können auch eine Wartbarkeit von nur einem Hauptsystem, bevorzugt der PLC und/oder des Echtzeitsystems und/oder des harten Echtzeitsystems, und keiner verteilten spezialisierten Untersysteme, z. B. unterschiedlicher Kontroller und/oder Steuerungen, z. B. mit unterschiedlicher Topologie, liefern. Eine zentrale numerisch gesteuerte Positionierung, z. B. das Strahlenpositionierungssystem und/oder das Patientenpositionierungssystem, kann auf dem PC-System eingerichtet werden. Z. B. können die PLC und eine Bewegungskontrolle, z. B. das Strahlenpositionierungssystem und/oder das Patientenbewegungssystem und/oder das Bewegungskontrollsystem, in wenigstens einem, bevorzugt einem, Standard-PC und/oder in wenigstens einem, bevorzugt einem, industriellen PC (IPC) kombiniert werden.
  • Die vorliegende Erfindung kann auch eine Reduzierung von Verkabelung bewirken, z. B. benötigt die therapeutische Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung möglicherweise weniger Kabel, z. B. elektronische Verbindungen und/oder Kommunikationsverbindungen, als bekannte Vorrichtungen. Das System und die Komponenten, bevorzugt von der therapeutischen Vorrichtung gemäß der Erfindung, können mittels industrieller Standardschnittstellen mit einer gewöhnlichen Sprache, die z. B. mittels eines EC 61131-3-Standards bereitgestellt werden, programmiert werden.
  • Die Austauschbarkeit von Komponenten, z. B. wenigstens eines Untersystems der therapeutischen Vorrichtung, kann viel einfacher als in bekannten therapeutischen Vorrichtungen sein. Bevorzugt kann eine Ersetzbarkeit und/oder Austauschbarkeit verwendeter Technologie, z. B. veralteter Technologie, mit einer neueren, d. h. einer moderneren Technologie, sehr einfach sein, bevorzugt ohne eine komplette Neugestaltung der therapeutischen Vorrichtung.
  • Da moderne PLC-Steuerungen üblicherweise eine Berechnungsfähigkeit für eine große Anzahl an mechanischen Achsen aufweisen, kann eine Mechanische-Achsen-Steuerung zentral eingerichtet werden und/oder eine Synchronisation von mechanischen Achsen kann problemlos möglich sein. Bevorzugt kann jede Achse wenigstens eine mechanische Achse umfassen und/oder wenigstens eine zugewiesene mechanische Achse aufweisen. Eine mechanische Achse kann z. B. mechanisch mit einem Motor verbunden sein. Die mechanische Achse kann eingerichtet sein, eine Drehung um die jeweilige Achse durchzuführen und/oder eine Translation entlang der jeweiligen Achse durchzuführen. Dies kann eine höhere Dynamik im gesamten System, bevorzugt von der therapeutischen Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, erlauben.
  • Übliche Schnittstellen für OPC (Object linking and embedding for Process Control – Objektverknüpfung und -einbettung für Prozesssteuerung) sind vorhanden und können in der therapeutischen Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung enthalten sein. Übliche Schnittstellen für OPC können eine einfache Verbindbarkeit mit anderen Linearteilchenbeschleunigern und/oder Steuersystemen, wie etwa eine PLC, z. B. zur Visualisierung und/oder zu Dienstzwecken, erlauben.
  • Die therapeutische Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann bevorzugt Echtzeit, bevorzugt harte Echtzeit, Kommunikationsbussysteme, wenigstens ein Echtzeit-, bevorzugt hartes Echtzeit-, Kommunikationsbussystem, z. B. wenigstens ein Bussystem, am meisten bevorzugt wenigstens ein Echtzeitkommunikationsbussystem, z. B. basierend auf einer Ethernet-Basis, z. B. EtherCAT, unterstützen und/oder umfassen.
  • Eine Separation des Echtzeitsystems, z. B. der PLC-Host-Kotrollers, z. B. der PLC, z. B. als Master und/oder als eine Master-Vorrichtung, und prozessgeschlossener Clients kann möglich sein. Prozessgeschlossene Clients können bevorzugt eine Untersystemfunktionalität bereitstellen, z. B. kann ein prozessgeschlossener Client ein Untersystem der therapeutischen Vorrichtung und/oder eine Slave-Vorrichtung und/oder eine Treibereinheit sein. Die Separation kann z. B. durch eine Position des Echtzeitsystems außerhalb des Behandlungsraums und/oder eine Position der prozessgeschlossenen Clients innerhalb des Behandlungsraums verursacht werden. Die therapeutische Vorrichtung und/oder das Verfahren und/oder die Verwendung gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine versagenssicherere Funktionalität einrichten, z. B. als Hauptsteuerung, z. B. als die Steuerungsvorrichtung, kann sich außerhalb des Bestrahlungsbereichs befinden, z. B. außerhalb des Behandlungsraums, bevorzugt kann eine versagenssicherere Funktionalität als das Echtzeitsystem eingerichtet sein und/oder kann die PLC sich außerhalb des Behandlungsraums befinden. Die therapeutische Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine sehr hohe Zuverlässigkeit, z. B. aufgrund der Gestaltung des Echtzeitsystems, z. B. der PLC und/oder Terminals, z. B. des Bussystems und/oder anderer Untersysteme der therapeutischen Vorrichtung, liefern. Bevorzugt kann die vorliegende Erfindung eine mittlere Zeit zwischen Ausfällen (MTBF: Meantime Between Failures) von typischerweise mehr als zwei Jahren, oder sogar mehr als fünf Jahren, bevorzugt mehr als zehn Jahren, liefern. Die Therapievorrichtung und/oder das Verfahren und/oder die Verwendung gemäß der vorliegenden Offenbarung kann ein sehr hohes Sicherheitsintegritätsniveau liefern. Eine Leistungsfähigkeit ist möglicherweise nicht aufgrund der Anwendungsgestaltung beschränkt, z. B. der PLC, sondern aufgrund der PC-Leistungsfähigkeit, welche für zukünftige Neugestaltungen einfach geplant werden kann. Bevorzugt kann die therapeutische Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung eine Gestaltung liefern, die eine hohe Leistungsfähigkeit erlauben kann.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung kann bevorzugt eine Client-Funktionalität reduziert sein, da z. B. die Steuervorrichtung, z. B. die PLC, schon grundlegende Steuerfunktionalitäten und/oder Standards, z. B. reine Funktionalität als Datenerfassung, z. B. Positionsbestimmung von Linearwertgebern und/oder Drehgebern, und/oder Stellgliedausgaben, z. B. als Servoregler, liefern kann. Zusätzlich können speziell angepasste Stellglieder und/oder Sensoren, z. B. für die PLC und/oder bereits in die PLC implementiert, verfügbar sein und können einen Aufwand für einzelnes Programmieren und/oder Anpassungen wesentlich reduzieren. Die therapeutische Vorrichtung, bevorzugt die Verwendung des Echtzeitsystems, z. B. der PLC, kann eine einfachere Synchronisation verschiedener Systemfunktionssteuerungen und/oder Systemfunktions-Kontrollern und/oder Untersystemfunktionssteuerungen und/oder Untersystemfunktions-Kontrollern und/oder Untersysteme, z. B. Vorrichtungssteuerungen und/oder Treibereinheiten, wie oben beschrieben, einrichten.
  • Die therapeutische Vorrichtung, bevorzugt die Verwendung des Echtzeitsystems, z. B. die Verwendung der PLC, kann eine Flexibilität der dynamischen Behandlungstechniken innerhalb des gesamten Systems, z. B. innerhalb der therapeutischen Vorrichtung, eröffnen. Eine Verschiebung und/oder eine Bewegung z. B. des Strahlenpositionierungssystems und/oder des Patientenpositionierungssystems, z. B. bei einer Patientenstütze und/oder einem Gantry und/oder dem Kollimator, bevorzugt dem Multilamellenkollimator (MLC), und/oder unterschiedlicher Flat-Panel(FP)-Vorrichtungen, können in Echtzeit, bevorzugt in harter Echtzeit, synchronisiert und/oder gesteuert werden. Ein Flat-Panel kann eine bewegliche Röntgenstrahlendetektionseinheit sein. Das Flat-Panel kann zur Überprüfung einer angewandten Dosis und/oder der Intensität der Strahlen und/oder des eingestellten Kollimators, z. B. des eingestellten Multilamellenkollimators, verwendet werden, alternativ kann auch, wie üblicherweise in der Technik verwendet, wenigstens ein Röntgenfilm für diesen Zweck verwendet werden.
  • Zusätzlich kann die vorliegende Erfindung eine Flexibilität eröffnen, eine Linearteilchenbeschleuniger(Linac)-Architektur auch für Drittanbieter zu öffnen, da Tracking- und Gating-Vorrichtungen mittels Standardschnittstellen, z. B. mittels der PLC und/oder des Echtzeitkommunikationsbussystems, bevorzugt auf Ethernet-Basis basieren. Die Verwendung einer großen Vielfalt von industriell angebotenen Standardvorrichtungen kann z. B. als sogenannte Terminals möglich sein. Die therapeutische Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann z. B. durch die PLC eine Standardschnittstelle für Standardanforderungen zur Datenerfassung bereitstellen, z. B. von Sensoren und/oder für Steuern von Stellgliedern und/oder anderen Untersystemen der therapeutischen Vorrichtung, z. B. um Mechanische-Achsen-Bewegungen einzurichten. Da Daten, z. B. Informationen und/oder Anweisungen und/oder Steuerparameter und/oder tatsächliche Werte und/oder Zielwerte, gemäß der vorliegenden Erfindung immer bevorzugt in Echtzeit verteilt werden können, bevorzugt in harter Echtzeit, kann eine Kollisionsvermeidung und/oder eine Kollisionsvorbeugung einfach eingerichtet werden.
  • Die vorliegende Erfindung, insbesondere die Implementation des Echtzeitkommunikationsbussystems, z. B. basierend auf Ethernet, kann mehrere Vorteile im Vergleich zu bekannten therapeutischen Vorrichtungen, wie z. B. eine Verwendung von Standardkabeln und/oder -steckern und/oder Schnittstellen liefern. Intelligente Netzwerk-Kontroller, z. B. Vorrichtungssteuerungen, können verfügbar sein, um eine vollständige Protokollverarbeitung zu erlauben, die innerhalb der Hardware stattfinden kann, und kann dementsprechend komplett unabhängig von einer Laufzeit von Protokollstapeln, z. B. einer Hauptprozessor(CPU)-Leistungsfähigkeit (CPU: Central Processing Unit) und/oder einer Software-Implementation, sein.
  • Mit der therapeutischen Vorrichtung und/oder dem Verfahren und/oder der Verwendung gemäß der vorliegenden Erfindung, bevorzugt der Verwendung des Echtzeitkommunikationsbussystems, bevorzugt auf Ethernet basierend, können typische Leistungsfähigkeitswerte wie folgend erreicht werden:
    eine Aktualisierungszeit für 1000 Eingaben/Ausgaben (EAs) kann von 1 μs bis 1 ms, bevorzugt von 10 μs bis 100 μs und am meisten bevorzugt etwa 30 μs, betragen, bevorzugt einschließlich einer EA-Zykluszeit; bevorzugt können bis zu 1486 Bytes von Prozessdaten ausgetauscht werden, bevorzugt mit einem einzigen Ethernet-Rahmen, was äquivalent zu beinahe 12000 digitalen Eingaben und Ausgaben sein kann; die Übertragung dieser Datenmenge kann z. B. von nur 1 μs bis 1 ms, bevorzugt von 10 μs bis 500 μs und am meisten bevorzugt nur 150 μs benötigen; eine Kommunikation mit 100 Servoachsen kann extrem schnell sein, z. B. innerhalb jeder 1 μs bis 1 ms, bevorzugt innerhalb jeder 10 μs bis 500 μs und am meisten bevorzugt innerhalb jeder 100 μs, alle Achsen und/oder alle Treibereinheiten und/oder alle Treibereinheiten des Kollimators und/oder des Strahlenpositionierungssystems und/oder des Patientenpositionierungssystems können mit Anweisungswerten und/oder Steuerdaten und/oder Zielwerten und/oder Informationen versorgt werden und/oder können ihre tatsächliche Position und/oder Status und/oder Informationen und/oder tatsächlichen Wert und/oder Steuerparameter melden, bevorzugt können jede 1 μs bis 1 ms, am meisten bevorzugt jede 100 μs alle aktuellen Werte und/oder Zielwerte geliefert werden und/oder der vorgegebene Algorithmus kann die zeitliche Entwicklung von wenigstens einem Zielwert und/oder die zeitliche Entwicklung von wenigstens einem tatsächlichen Wert und/oder die zeitliche Entwicklung der Bewegungen des Patienten und/oder die Bewegungen des vorgegebenen Körperteils vorhersagen; eine verteilte Takttechnologie, z. B. die Verwendung des Systemtakts, kann eine Synchronisation, z. B. von wenigstens einem Teil der mechanischen Achsen, bevorzugt aller mechanischen Achsen, z. B. innerhalb einer Abweichung kleiner als 1 ms, bevorzugt innerhalb einer Abweichung kleiner als 100 μs, am meisten bevorzugt innerhalb einer Abweichung kleiner als 1 μs, erlauben; bevorzugt können die meisten Protokolle Sicherheitsintegritätsstufe (SIL: Safety Integrity Level) 3 unterstützten.
  • Kurze Beschreibung der Figur
  • Ferner können optionale Einzelheiten und Merkmale der vorliegenden Erfindung aus der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen, bevorzugt in Kombination mit den abhängigen Ansprüchen, abgeleitet werden. Die jeweiligen Merkmale darin können auf eine alleinstehende Art oder in beliebigen Kombinationen realisiert werden. Diese Erfindung ist nicht auf die bevorzugten Ausführungsformen begrenzt. Eine Ausführungsform ist schematisch in der Figur dargestellt. Gleiche Referenznummern in den Figuren verweisen auf gleiche Elemente oder auf Elemente mit gleichen oder ähnlichen Funktionen oder auf Elemente, die hinsichtlich ihrer Funktionalität entsprechen.
  • 1 zeigt eine therapeutische Vorrichtung zur Behandlung eines vorgegebenen Körperteils eines Patienten mit Strahlen.
  • Ausführungsformen
  • In 1 ist eine Ausführungsform einer therapeutischen Vorrichtung 110 zur Behandlung eines vorgegebenen Körperteils 112 eines Patienten 114 mit Strahlen 116 gezeigt. Die therapeutische Vorrichtung 110 weist wenigstens eine Strahlenquelle 118 zum Erzeugen der Strahlen 116 auf. Die therapeutische Vorrichtung 110 weist ferner wenigstens einen Kollimator 120 zum Kollimieren und Formen der Strahlen 116 auf. Die therapeutische Vorrichtung 110 weist ferner wenigstens ein Strahlenpositionierungssystem 122 zum Anpassen der Position und Richtung der Beaufschlagung der Strahlen 116 auf den Patienten 114 auf. Die therapeutische Vorrichtung 110 weist ferner wenigstens ein Patientenpositionierungssystem 124 zum Positionieren und Orientieren des Patienten 114 auf. Die therapeutische Vorrichtung 110 umfasst ferner eine Steuervorrichtung 126. Die Steuervorrichtung 126 steuert wenigstens den Kollimator 120, das Strahlenpositionierungssystem 122 und das Patientenpositionierungssystem 124. Die Steuervorrichtung 126 ist ein Echtzeitsystem 128.
  • Der Kollimator 120 kann einen Multilamellenkollimator 121 und/oder einen Irisblendenkollimator, wie etwa in WO 2006/119796 beschrieben, und/oder einen Pendelkollimator, wie etwa in WO 03/043 698 beschrieben; und/oder einen anderen Kollimator umfassen.
  • Die therapeutische Vorrichtung 110 kann wenigstens ein Teilchenbeschleuniger(Linac)-System und/oder wenigstens ein Teilchenbeschleunigersystem, wie etwa einen Linearteilchenbeschleuniger 130 und/oder eine andere Strahlenbündelerzeugungsvorrichtung, die bevorzugt als Strahlenquelle 118 oder als Teil von dieser verwendet werden kann, umfassen. Der Linearteilchenbeschleuniger 130 kann geladene Teilchen, z. B. Ionen und/oder Elektronen, beschleunigen. Die beschleunigten Elektronen können zum Erzeugen von Strahlen 116, z. B. Röntgenstrahlen 132, verwendet werden. Bevorzugt kann die Strahlenquelle 118 ein Linearteilchenbeschleuniger 130 sein. Der Linearteilchenbeschleuniger 130 kann durch etwa 3 bis 100, bevorzugt durch etwa 10 bis 30 und am meisten bevorzugt durch etwa 20 mechanische Linear- und/oder Drehachsen eingerichtet werden. Der Kollimator 120, bevorzugt der Multilamellenkollimator (MLC) 121 kann zusätzlich durch wenigstens 100 mechanische Achsen, bevorzugt durch wenigstens 130 mechanische Achsen und am meisten bevorzugt durch wenigstens 160 mechanische Achsen eingerichtet werden. Der Kollimator 120 kann bevorzugt ein Untersystem der therapeutischen Vorrichtung 110 sein. Die Strahlen 116 können bevorzugt Röntgenstrahlen 132 sein.
  • Das Echtzeitsystem 128 kann ein programmierbarer Logik-Kontroller (PLC) 134 sein. Das Echtzeitsystem 128, bevorzugt die PLC 134, kann ein hartes Echtzeitsystem 136 sein. Die therapeutische Vorrichtung 110 kann eine Steuerung von Radiotherapie, z. B. eine Steuerung von Radiotherapievorrichtungen, z. B. von Radiotherapieuntersystemen mittels Technologie der PLC 134, bereitstellen. Bevorzugt kann die PLC 134 die Steuerung bereitstellen. Untersysteme der therapeutischen Vorrichtung 110 können die Strahlenquelle 118 und/oder der Kollimator 120 und/oder das Strahlenpositionierungssystem 122 und/oder das Patientenpositionierungssystem 124 und/oder der Linearteilchenbeschleuniger 130 sein. Die PLC 134 und/oder das Echtzeitsystem 128, z. B. eine PLC-Steuergestaltung und/oder ein echtzeitfähiges PLC-Netzwerk 138, kann zum Steuern eines Radiotherapiesystems, bevorzugt wenigstens eines Untersystems der therapeutischen Vorrichtung 110, z. B. einer Radiotherapievorrichtung und/oder ihrer Untersysteme und/oder wenigstens einer Komponente, insbesondere des Kollimators 120, z. B. der Vorrichtung des Multilamellenkollimators 121 (MLC), verwendet werden, um z. B. eine Plattform für echtzeitsynchronisierte Systemkomponenten, bevorzugt für hart-echtzeitsynchronisierte Systemkomponenten, z. B. Untersysteme, einzurichten. Die vorliegende Erfindung kann eine dynamische Steuerung und/oder Synchronisation aller verwendeten mechanischen Achsen in einer solchen Vorrichtung, bevorzugt in einer Radiotherapievorrichtung, einrichten. Die therapeutische Vorrichtung 110 gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine unterschiedliche Steuerungsherangehensweise des Linearteilchenbeschleunigers 130 bereitstellen und/oder kann eine Steuerung ihrer Untersysteme, insbesondere des Multilamellenkollimators 121 und/oder der Lamellen 168 des Multilamellenkollimators 121 und/oder des Multilamellenkollimators 121, bereitstellen. Bevorzugt können wenigstens ein kommerzieller Standard PLC 134 und/oder Echtzeitkommunikationstechnologien zum Steuern des Linearteilchenbeschleunigers 130, bevorzugt eines medizinischen Linearteilchenbeschleunigers, verwendet werden. Ein Linearteilchenbeschleuniger 130 und/oder eine Linearteilchenbeschleuniger-Radiotherapieeinrichtung und/oder die therapeutische Vorrichtung 110 kann die folgenden Untersysteme umfassen: wenigstens ein Linearteilchenbeschleunigerhandhabungssystem, z. B. ein Gantry-System; wenigstens ein Patientenstützsystem, z. B. eine Patientenliege und/oder ein Bett; ein Röntgenstrahlenbündelerzeugungssystem, z. B. eine Strahlenquelle 118; wenigstens ein statisches Patientenvorbereitungshilfsmittel; wenigstens eine Steuerkonsole, bevorzugt die PLC 134; einen Behandlungsraum, bevorzugt einen Behandlungsraum 140. Der programmierbare Logik-Kontroller (PLC) 134 und/oder das Echtzeitsystem 128 kann ein Computersystem sein, das typischerweise für Automatisierung elektromechanischer Prozesse, wie z. B. für Steuerung von Maschinen und/oder Fabrikfertigungsstraßen, verwendet wird. Die PLC 134 kann ein Typ von PLCs sein, der auch in vielen Industrien und Maschinen verwendet wird. Im Gegensatz zu Allzweckcomputern können PLCs zum Bereitstellen mehrerer Eingabe- und Ausgabeanordnungen und/oder für ausgedehnte Temperaturbereiche und/oder für Unempfindlichkeit gegenüber elektrischen Störungen und/oder für Resistenz gegenüber Vibrationen und/oder für Resistenz gegenüber Einwirkung gestaltet sein. Programme zum Steuern des Maschinenbetriebs, z. B. Programme zum Steuern von Vorrichtungen 126 und/oder Komponenten der therapeutischen Vorrichtung 110, können typischerweise in batteriegepuffertem und/oder nichtflüchtigem Speicher gespeichert werden. Die PLC 134 kann ein Echtzeitsteuersystem sein, bevorzugt, da Ausgabeergebnisse als Reaktion auf Eingabebedingungen erzeugt werden können, innerhalb einer begrenzen Zeit und/oder innerhalb einer Zeitspanne, die von einer Abgrenzung abgegrenzt wird, bevorzugt von einer Zeitschranke, ansonsten kann ein unerwünschter Betrieb ein Ergebnis sein. Die PLC 134 kann mittels standardbasierten Programmiersprachen programmiert werden. Das Echtzeitsystem 128 kann bevorzugt ein System gemäß dem IEC 61131-3-Standard sein. Die standardbasierten Programmiersprachen können in dem IEC 61131-3-Standard definiert sein. Das Echtzeitsystem 128 und/oder das harte Echtzeitsystem 136 und/oder die PLC 134 und/oder das PLC-Netzwerk 138 kann mit einem Bewegungskontrollsystem und/oder einer Bewegungskontrolle und/oder z. B. den Kollimator 120 und/oder die Strahlenquelle 118 und/oder das Strahlenpositionierungssystem 122 und/oder das Patientenpositionierungssystem 124 umfassend, z. B. in wenigstens einem Standard-PC und/oder in wenigstens einem industriellen PC (IPC) kombiniert werden. Die PLC 134 kann eine Logik für wenigstens eine analoge Rückkopplungsregelschleife mit einer einzigen Variable und/oder wenigstens eine andere Regelschleife enthalten. Bevorzugt kann die PLC 134 wenigstens einen NC (Numerical Controller – Numerischen Kontroller), z. B. wenigstens einen PID-Kontroller (PID: „Proportional, integral, derivative”), umfassen. Bevorzugt kann die therapeutische Vorrichtung 110 gemäß der vorliegenden Erfindung eine Systemarchitektur mit nicht mehr oder weniger DCSs (DOS: Distributed Control System – Verteiltes Steuersystem), einrichten sein, bevorzugt kann die therapeutische Vorrichtung 110 eine therapeutische Vorrichtung 110 mit keinen oder so wenig wie möglich anderen Steuersystemen und/oder Steuereinheiten und/oder Master-Vorrichtungen 172 neben der PLC 134 sein.
  • Der Kollimator 120, das Strahlenpositionierungssystem 122 und das Patientenpositionierungssystem 124 können jeweils wenigstens eine Treibereinheit 142 umfassen. Die Treibereinheit 142 kann elektronisch mit der Steuervorrichtung 126, bevorzugt mit dem Echtzeitsystem 128 und mehr bevorzugt mit der PLC 134, verbunden sein. Alternativ können die Strahlenquelle 118 und/oder der Kollimator 120 und/oder das Strahlenpositionierungssystem 122 und/oder das Patientenpositionierungssystem 124 und/oder der Linearteilchenbeschleuniger 130 und/oder der Behandlungsraum 140 und/oder ein anderes Untersystem der therapeutischen Vorrichtung 110 jeweils wenigstens eine Treibereinheit 142 umfassen. Die Treibereinheit 142 kann elektronisch mit der Steuervorrichtung 126, bevorzugt mittels Kabeln 144, verbunden sein.
  • Die Treibereinheit 142 oder die Treibereinheiten 142, die bevorzugt in dem Kollimator 120 enthalten und/oder an diesen angebracht sind, und/oder das Strahlenpositionierungssystem 122 und/oder das Patientenpositionierungssystem 124 und/oder die Strahlenquelle 118 und/oder der Multilamellenkollimator 121 und/oder der Linearteilchenbeschleuniger 130 und/oder der Behandlungsraum 140 und/oder ein anderes Untersystem und/oder eine Komponente der therapeutischen Vorrichtung 110 kann bevorzugt mittels der Kabel 144 mit der Steuervorrichtung 126 durch wenigstens eine Echtzeit-Ethernet-Verbindung 146 und/oder durch wenigstens eine harte Echtzeit-Ethernet-Verbindung 148 und/oder durch wenigstens ein PLC-Netzwerk 138 und/oder durch wenigstens eine Echtzeitkommunikationstechnologie und/oder durch wenigstens eine harte Echtzeitkommunikationstechnologie und/oder durch wenigstens einen Echtzeitbus und/oder durch wenigstens einen harten Echtzeitbus und/oder durch eine PLC-Technologie und/oder durch ein Echtzeitkommunikationsbussystem, z. B. basierend auf Ethernet, und/oder durch wenigstens ein hartes Echtzeitkommunikationsbussystem, z. B. basierend auf Ethernet, verbunden sein. Wenigstens eine Treibereinheit 142 kann z. B. zum Bewegen wenigstens eines Gantry und/oder des Gantry-Systems und/oder der Strahlen 116, z. B. zum Positionieren bevorzugt um den Patienten 114 herum, verwendet werden.
  • Die therapeutische Vorrichtung 110 kann wenigstens einen Behandlungsraum 140 zur Behandlung des vorgegebenen Körperteils 112 des Patienten 114 mit den Strahlen 116 umfassen. Der Behandlungsraum 140 kann wenigstens ein Abschirmungselement 150 aufweisen, um die Strahlen 116 vom Verlassen des Behandlungsraums 140 abzuhalten. Das Abschirmungselement 150 und/oder die Abschirmungselemente 150 können wenigstens eine Behandlungsraumabschirmung, z. B. wenigstens eine Wand, umfassen. Die Abschirmungselemente 150 und/oder die Behandlungsraumabschirmung und/oder die Wände können wenigstens ein Material umfassen, das bevorzugt wenigstens teilweise, z. B. bis 70% bis 100%, bevorzugt bis 90% bis 100%, am meisten bevorzugt bis etwa 100%, für wenigstens einen Teil der Strahlen 116, bevorzugt für alle Strahlen 116, nicht-transparent ist, z. B. um Strahlen 116 und/oder Strahlung und/oder radioaktive Teilchen vom Verlassen des Behandlungsraums 140 und/oder vom Erreichen eines Bereichs außerhalb des Behandlungsraums 140 abzuhalten, bevorzugt um der Gesundheit der sich außerhalb des Behandlungsrum 140 befindlichen Personen vorzubeugen und/oder um Stören von Elektronik außerhalb des Behandlungsraums 140 zu verhindern, z. B. um Stören und/oder Beeinflussen der Steuervorrichtung 126 zu verhindern. Das Abschirmungselement 150 kann bevorzugt wenigstens ein Material umfassen, das Blei umfasst, um die Röntgenstrahlen 132 vom Verlassen des Behandlungsraums 140 abzuhalten. Die Steuervorrichtung 126 kann sich bevorzugt außerhalb des Behandlungsraums 140 befinden. Die Treibereinheiten 142 und/oder wenigstens ein Teil der Treibereinheiten 142 kann sich innerhalb des Behandlungsraums 140 befinden.
  • Jede Treibereinheit 142 oder wenigstens ein Teil der Treibereinheiten 142 kann eingerichtet sein, wenigstens einen Steuerparameter 152 zu steuern. Jede Treibereinheit 142 oder wenigstens ein Teil der Treibereinheiten 142 kann eingerichtet sein, einen tatsächlichen Wert 154 des Steuerparameters 152 an die Steuervorrichtung 126 zu liefern, und/oder kann eingerichtet sein, den Steuerparameter 152 auf ein Zielwert 156, der von der Steuervorrichtung 126 geliefert wird, einzustellen.
  • Die Steuervorrichtung 126 kann eingerichtet sein, wenigstens einen statischen Zielwert 156 und/oder wenigstens einen dynamischen Zielwert 156 an wenigstens eine, bevorzugt an alle Treibereinheiten 142 zu liefern.
  • Die Steuervorrichtung 126 kann eingerichtet sein, wenigstens einen Zielwert 156, bevorzugt wenigstens einen Zielwert 156 für wenigstens einen Steuerparameter 152, zu erzeugen. Der dynamische Zielwert 156 oder die dynamischen Zielwerte 156 kann bevorzugt durch Verwendung wenigstens eines vorgegebenen Algorithmus erzeugt werden, der die zeitliche Entwicklung der Zielwerte 156, bevorzugt durch Verwendung wenigstens einer bekannten Trajektorie wenigstens einer Bewegung des Körperteils 112 und/oder des Patienten 114, vorhersagt. Dynamische Zielwerte 156 und/oder die therapeutische Vorrichtung 110 gemäß der vorliegenden Erfindung können verwendet werden, um dynamische Behandlungsverfahren zu verbessern, z. B. als dynamische intensitätsmodulierte Radiotherapie (IMRT) und/oder adaptive Tumorbehandlung und/oder 4D-Behandlungsverfahren, z. B. als Gating und/oder Tracking, bevorzugt mit hoher Positionsgenauigkeit und/oder zeitgesteuerter Genauigkeit. Die Steuervorrichtung 126 und/oder das Echtzeitsystem 128 und/oder die PLC 134 kann Informationen sammeln, z. B. wenigstens einen tatsächlichen Wert 154, z. B. wenigstens eine Position und/oder Positionsinformationen und/oder wenigstens eine Trajektorie des Körperteils 112 und/oder des Patienten 114 und/oder wenigstens eine Position der Strahlen 116 und/oder wenigstens eine Positionsinformation der Strahlen 116 und/oder wenigstens eine Information einer Position des Kollimators 120 und/oder wenigstens eine Position und/oder Positionsinformationen von wenigstens einer Lamelle 168 des Multilamellenkollimators 121 und/oder wenigstens eine Intensität der Strahlen 116 und/oder wenigstens eine Information über den Linearteilchenbeschleuniger 130. Der Patient 114 kann bevorzugt wenigstens einen Identifikator und/oder wenigstens eine Markierung, z. B. wenigstens einen Ring, bevorzugt ein bis fünf Ringe, am meisten bevorzugt drei Ringe, bevorzugt zum Bestimmen der Position und/oder der Positionsinformationen und/oder der Trajektorie des Körperteils 112 und/oder des Patienten 114 und/oder einer Bewegung des Körperteils 112 und/oder des Patienten 114, umfassen. Der Zielwert 156, z. B. die Position und/oder die Positionsinformationen des Körperteils 112 und/oder des Patienten 114 und/oder der Strahlen 116, kann dazu verwendet werden, die Dynamik eines Gantry, z. B. des Strahlenpositionierungssystems 122 und/oder eines Linearteilchenbeschleunigerhandhabungssystems, und/oder des Kollimators 120, z. B. des Multilamellenkollimators 121, und/oder eines Tisches 158, z. B. des Patientenpositionierungssystems 124, zu bewegen und/oder zu steuern. Der Tisch 158 kann bevorzugt im Patientenpositionierungssystem 124 enthalten sein. Der Tisch 158 kann ein Bett und/oder eine Liege und/oder ein Sitz sein und/oder das Bett kann dazu in der Lage sein, umgewandelt zu werden, z. B. von einem Sitz zu einer Liege, und/oder das Bett kann zum Positionieren des Patienten 114 auf diesem verwendet werden.
  • Ein Arbeitszyklus 160 kann definiert werden. Während eines Arbeitszyklus 160 können alle oder wenigstens ein Teil der tatsächlichen Werte 154 der Steuerparameter 152 an die Steuervorrichtung 126 geliefert werden und/oder Zielwerte 156 für alle, oder wenigstens einen, Steuerparameter 152 können von der Steuervorrichtung 126 an wenigstens einen Teil der Treibereinheiten 142, bevorzugt an alle Treibereinheiten 142, geliefert werden. Die Steuervorrichtung 126 kann so eingerichtet sein, dass der Arbeitszyklus 160 eine Zykluszeit von nicht mehr als 100 μs oder nicht mehr als 1 ms aufweisen kann.
  • Die Steuervorrichtung 126 kann eingerichtet sein, einen Systemtakt 162 für die therapeutische Vorrichtung 110 bereitzustellen. Der Systemtakt 162 kann wenigstens einen elektronischen Auslöser und/oder wenigstens einen Kristalloszillator und/oder wenigstens eine Atomuhr umfassen und/oder mit diesem/dieser verbunden sein. Der elektronische Auslöser und/oder der Kristalloszillator und/oder die Atomuhr kann in der Steuervorrichtung 126 implementiert sein oder kann von einer externen Vorrichtung bereitgestellt werden, z. B. durch Übertragen eines Signals, z. B. durch Verwendung wenigstens eines Kabels 144 und/oder eines Hochfrequenzsignals, an die Steuervorrichtung 126. Der Kollimator 120 und/oder das Strahlenpositionierungssystem 122 und/oder das Patientenpositionierungssystem 124 und/oder die Strahlenquelle 118 und/oder ein Bewegungskontrollsystem 164, das z. B. wenigstens eine Kamera und/oder wenigstens ein Lasersystem umfasst, kann eingerichtet sein, mit der Steuervorrichtung 126 und/oder dem Echtzeitsystem 128 und/oder der PLC 134 bevorzugt in vorgegebenen Zeitabschnitten 166, die bevorzugt durch den Systemtakt 162 definiert werden, z. B. durch den Arbeitszyklus 160, zu kommunizieren.
  • Der Arbeitszyklus 160 und/oder der Zeitabschnitt kann eine Zeitdauer sein, in der alle physikalischen und/oder chemischen Größen, die geregelt werden sollten, z. B. alle Steuerparameter 152 und/oder Zielwerte 156, aufgezeichnet werden können und/oder Zielwerte 156 erzeugt werden können. Der Zielwert 156 kann ein dynamischer Wert 156, z. B. zum Reagieren auf eine Bewegung des Patienten 114 und/oder des Körperteils 112, sein. Die Bewegung des Körperteils 112 und/oder des Patienten 114, die z. B. durch Atmen und/oder Husten und/oder Niesen und/oder Zittern verursacht wird, kann von der PLC 134 und/oder von einem PC z. B. durch Verwendung eines vorgegebenen Algorithmus berechnet werden. Bevorzugt können innerhalb des Arbeitszyklus 160 und/oder des vorgegebenen Zeitabschnitts 166 bekannte Trajektorien von Bewegungen des Körperteils 112 und/oder des Patienten 114 aufgezeichnet werden, z. B. durch Verwenden des Bewegungskontrollsystems 164, z. B. wenigstens einer Kamera und/oder wenigstens eines Lasersystems. Das Bewegungskontrollsystem 164 kann die Identifikatoren, z. B. Ringe, bevorzugt ein bis fünf Ringe, mehr bevorzugt drei Ringe, bevorzugt unter der Haut, z. B. in dem vorgegebenen Körperteil 112, und/oder wenigstens einen anderen Sensor und/oder wenigstens eine Markierung, z. B. auf der Haut, umfassen.
  • Die therapeutische Vorrichtung 110 kann insgesamt wenigstens 100 Steuerparameter 152, bevorzugt 100 bis 1000 Steuerparameter 152 und mehr bevorzugt 150 bis 220 Steuerparameter 152, aufweisen.
  • Die Strahlen 116 können aus der aus Folgendem bestehenden Gruppe ausgewählt sein: ein enges Strahlenbündel elektromagnetischer Strahlung; Licht; ionisierende Strahlung; geladene Teilchen; Röntgenstrahlen 132; γ-Strahlen; Ionenstrahlen; α-Strahlen; β-Strahlen; Neutronenstrahlen; Strahlen aus neutralen Atomen; Elektronenstrahlen; Protonenstrahlen; Strahlen aus schweren Ionen; Strahlen aus kalten Atomen.
  • Der Kollimator 120, bevorzugt der Multilamellenkollimator 121, kann wenigstens 100 Lamellen 168 zum Blocken der Strahlen 116, bevorzugt wenigstens 130 Lamellen 168 und mehr bevorzugt wenigstens 160 Lamellen 168, aufweisen. Die Lamellen 168 können z. B. durch wenigstens ein einzelnes Stellglied 170 einzeln positionierbar und/oder steuerbar sein.
  • Das Strahlenpositionierungssystem 122 und/oder das Patientenpositionierungssystem 124 kann ohne den Kollimator 120, bevorzugt ohne den Multilamellenkollimator 121, insgesamt wenigstens 10 mechanische Achsen und/oder Achsen, bevorzugt wenigstens 15 mechanische Achsen und/oder Achsen und mehr bevorzugt wenigstens 20 mechanische Achsen und/oder Achsen aufweisen. Bevorzugt kann jede mechanische Achse und/oder Achse getrennt gesteuert werden.
  • Die Steuervorrichtung 126 kann eingerichtet sein, die Rolle einer Master-Vorrichtung 172 auszuführen oder eine Master-Vorrichtung 172 zu sein. Der Kollimator 120 und/oder das Strahlenpositionierungssystem 122 und/oder das Patientenpositionierungssystem 124 kann eingerichtet sein, die Rolle einer Slave-Vorrichtung 174 auszuführen und/oder eine Slave-Vorrichtung 174 zu sein. Die Strahlenquelle 118 kann auch die Rolle einer Slave-Vorrichtung 174 ausführen oder eine Slave-Vorrichtung 174 sein.
  • Bevorzugt kann die Steuervorrichtung 126 und/oder das Echtzeitsystem 128 und/oder die PLC 134 zum Steuern von Untersystemen, z. B. Slave-Vorrichtungen 174, bevorzugt aller Untersysteme, z. B. der Strahlenquelle 118, bevorzugt des Linearteilchenbeschleunigers 130, verwendet werden. Bevorzugt kann das Echtzeitsystem 128 wenigstens ein Echtzeitprotokoll und/oder wenigstens einen Echtzeitbus umfassen. Bevorzugt können alle Untersysteme der therapeutischen Vorrichtung 110 durch die Steuervorrichtung 126 und/oder durch das Echtzeitsystem 128 und/oder durch die PLC 134 gesteuert werden. Bei einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann nur ein Teil der Untersysteme der therapeutischen Vorrichtung 110 durch die Steuervorrichtung 126 und/oder durch das Echtzeitsystem 128 und/oder durch die PLC 134 gesteuert werden, z. B. kann nur der Kollimator 120, z. B. der Multilamellenkollimator 121, durch die Steuervorrichtung 126 und/oder durch das Echtzeitsystem 128 und/oder durch die PLC 134 gesteuert werden.
  • Eine Rechenkapazität des PCs kann Achsen- und oder Mechanische-Achsen Bewegung gleichzeitig mit der PLC 134 ermöglichen, wobei ein Positionssteuersystem und/oder eine Positionssteuerung und/oder die Bewegungskontrolle und/oder das Bewegungskontrollsystem 164 verwendet werden kann und/oder üblicherweise gleichzeitig mit wenigstens einer Berechnung, z. B. der Simulation und/oder dem Zielwert 156, durch und/oder von dem PC und/oder der PLC 134 und/oder der Steuervorrichtung 126 bereitgestellt werden kann. Die Rechenkapazität des PCs kann es ermöglichen, dass viele Achsen und/oder mechanische Achsen gleichzeitig positioniert werden.
  • Eine reine Funktionalität aller mechanischen Achsen oder wenigstens eines Teils der mechanischen Achsen kann als Linear- und/oder Drehstellglieder 170 und/oder entsprechende Sensoren verallgemeinert werden. Bevorzugt kann eine doppelte Anzahl an Sensorsystemen und/oder eine doppelte Anzahl an Untersystemen und/oder eine doppelte Anzahl der Steuervorrichtung 126 und/oder eine doppelte Anzahl des Echtzeitsystems 128 und/oder eine doppelte Anzahl der PLC 134 zur Redundanz und/oder zu Überprüfungszwecken verwendet werden. Anstelle der doppelten Anzahl können z. B. zu Sicherheitszwecken auch mehr Systeme und/oder mehr Duplikate in der therapeutischen Vorrichtung 110 enthalten sein.
  • Bei einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung kann ein Verfahren zum Steuern der therapeutischen Vorrichtung 110 zur Behandlung des vorgegebenen Körperteils 112 des Patienten 114 mit Strahlen 116, z. B. wie oben beschrieben und wie in 1 gezeigt, durch 1 erklärt werden. Die therapeutische Vorrichtung 110 weist wenigstens eine Strahlenquelle 118 zum Erzeugen der Strahlen 116 auf. Die therapeutische Vorrichtung 110 weist ferner wenigstens einen Kollimator 120 zum Kollimieren und Formen der Strahlen 116 auf. Die therapeutische Vorrichtung 110 weist ferner wenigstens ein Strahlenpositionierungssystem 122 zum Anpassen der Position und Richtung der Beaufschlagung der Strahlen 116 auf den Patienten 114 auf. Die therapeutische Vorrichtung 110 weist ferner wenigstens ein Patientenpositionierungssystem 124 zum Positionieren und Orientieren des Patienten 114 auf, wobei das Verfahren die Verwendung einer Steuervorrichtung 126 umfasst. Das Verfahren umfasst Steuern wenigstens des Kollimators 120, des Strahlenpositionierungssystems 122 und des Patientenpositionierungssystems 124 durch Verwendung der Steuervorrichtung 126. Die Steuervorrichtung 126 ist ein Echtzeitsystem 128.
  • Bei einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Verwendung eines Echtzeitsystems 128, bevorzugt wie oben und durch 1 beschrieben, als eine Steuervorrichtung 126 zum Steuern des wenigstens einen Kollimators 120, wenigstens durch ein Strahlenpositionierungssystem 122 und wenigstens eines Patientenpositionierungssystems 124 der therapeutischen Vorrichtung 110 zur Behandlung eines vorgegebenen Körperteils 112 eines Patienten 114 mit Strahlen 116, bevorzugt wie oben und durch 1 beschrieben. Die therapeutische Vorrichtung 110 weist wenigstens eine Strahlenquelle 118 zum Erzeugen der Strahlen 116 auf. Die therapeutische Vorrichtung 110 weist ferner wenigstens den Kollimator 120 zum Kollimieren und Formen der Strahlen 116 auf. Die therapeutische Vorrichtung 110 weist ferner das Strahlenpositionierungssystem 122 zum Anpassen der Position und Richtung der Beaufschlagung der Strahlen 116 auf den Patienten 114 auf. Die therapeutische Vorrichtung 110 weist ferner wenigstens ein Patientenpositionierungssystem 124 zum Positionieren und Orientieren des Patienten 114 auf.
  • Bezugszeichenliste
    • 110
    therapeutische Vorrichtung
    112
    Körperteil
    114
    Patient
    116
    Strahlen
    118
    Strahlenquelle
    120
    Kollimator
    121
    Multilamellenkollimator
    122
    Strahlenpositionierungssystem
    124
    Patientenpositionierungssystem
    126
    Steuervorrichtung
    128
    Echtzeitsystem
    130
    Linearteilchenbeschleuniger
    132
    Röntgenstrahlen
    134
    PLC
    136
    hartes Echtzeitsystem
    138
    PLC-Netzwerk
    140
    Behandlungsraum
    142
    Treibereinheit
    144
    Kabel
    146
    Echtzeit-Ethernet-Verbindung
    148
    harte Echtzeit-Ethernet-Verbindung
    150
    Abschirmungselement
    152
    Steuerparameter
    154
    tatsächlicher Wert
    156
    Zielwert
    158
    Tisch
    160
    Arbeitszyklus
    162
    Systemtakt
    164
    Bewegungskontrollsystem
    166
    vorgegebener Zeitabschnitt
    168
    Lamelle
    170
    Stellglied
    172
    Master-Vorrichtung
    174
    Slave-Vorrichtung
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Claims (15)

  1. Therapeutische Vorrichtung (110) zur Behandlung eines vorgegebenen Körperteils (112) eines Patienten (114) mit Strahlen (116), wobei die therapeutische Vorrichtung (110) wenigstens eine Strahlenquelle (118) zum Erzeugen der Strahlen (116) aufweist, wobei die therapeutische Vorrichtung (110) ferner wenigstens einen Kollimator (120) zum Kollimieren und Formen der Strahlen (116) aufweist, wobei die therapeutische Vorrichtung (110) ferner wenigstens ein Strahlenpositionierungssystem (122) zum Anpassen der Position und Richtung von einer Beaufschlagung der Strahlen (116) auf den Patienten (114) aufweist, wobei die therapeutische Vorrichtung (110) ferner wenigstens ein Patientenpositionierungssystem (124) zum Positionieren und Orientieren des Patienten (114) aufweist, wobei die therapeutische Vorrichtung (110) ferner eine Steuervorrichtung (126) umfasst, wobei die Steuervorrichtung (126) wenigstens den Kollimator (120), das Strahlenpositionierungssystem (122) und das Patientenpositionierungssystem (124) steuert, wobei die Steuervorrichtung (126) ein Echtzeitsystem (128) ist, wobei das Echtzeitsystem (128) ein programmierbarer Logik-Kontroller (134) ist, wobei der Kollimator (120), das Strahlenpositionierungssystem (122) und das Patientenpositionierungssystem (124) eingerichtet sind, mit der Steuervorrichtung (126) zu kommunizieren, wobei der Kollimator (120), das Strahlenpositionierungssystem (122) und das Patientenpositionierungssystem (124) jeweils wenigstens eine Treibereinheit (142) umfassen, wobei die Treibereinheiten (142) elektrisch mit der Steuervorrichtung (126) verbunden sind, wobei die therapeutische Vorrichtung (110) einen Behandlungsraum (140) zur Behandlung eines vorgegebenen Körperteils (112) des Patienten (114) mit den Strahlen (116) umfasst, wobei der Behandlungsraum (140) Abschirmelemente (150) aufweist, um die Strahlen (116) vom Verlassen des Behandlungsraums (140) abzuhalten, wobei sich die Steuervorrichtung (126) außerhalb des Behandlungsraums (140) befindet und wobei sich die Treibereinheiten (142) innerhalb des Behandlungsraums (140) befinden.
  2. Therapeutische Vorrichtung (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Kollimator (120) ein Multilamellenkollimator (121) ist.
  3. Therapeutische Vorrichtung (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Echtzeitsystem (128) ein System gemäß dem IEC 61131-3-Standard ist.
  4. Therapeutische Vorrichtung (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Kommunikation durch wenigstens eine Echtzeit-Ethernet-Verbindung (146) bereitgestellt wird.
  5. Therapeutische Vorrichtung (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Treibereinheiten (142) durch wenigstens eine Echtzeit-Ethernet-Verbindung (146) mit der Steuervorrichtung (126) verbunden sind.
  6. Therapeutische Vorrichtung (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jede Treibereinheit (142) eingerichtet ist, wenigstens einen Steuerparameter (152) zu steuern, wobei jede Treibereinheit (142) eingerichtet ist, einen tatsächlichen Wert (154) des Steuerparameters (152) an die Steuervorrichtung (126) zu liefern und den Steuerparameter (152) auf einen Zielwert (156) einzustellen, der von der Steuervorrichtung (126) bereitgestellt wird.
  7. Therapeutische Vorrichtung (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Steuervorrichtung (126) eingerichtet ist, statische und/oder dynamische Zielwerte (156) an die Treibereinheiten (142) zu liefern.
  8. Therapeutische Vorrichtung (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Steuervorrichtung (126) eingerichtet ist, dynamische Zielwerte (156) für wenigstens einen Steuerparameter (152) zu erzeugen, wobei die dynamischen Zielwerte (156) erzeugt werden, indem ein vorgegebener Algorithmus verwendet wird, der die zeitliche Entwicklung der Zielwerte (156) vorhersagt, vorzugsweise durch Verwenden bekannter Trajektorien von Bewegungen des Körperteils (112).
  9. Therapeutische Vorrichtung (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Arbeitszyklus (160) definiert ist, wobei während einem Arbeitszyklus (160) alle tatsächlichen Werte (154) der Steuerparameter (152) an die Steuervorrichtung (126) geliefert werden und Zielwerte (156) für alle Steuerparameter (152) von der Steuervorrichtung (126) an die Treibereinheiten (142) geliefert werden, wobei die Steuervorrichtung (126) so eingerichtet ist, dass der Arbeitszyklus (160) eine Zyklusdauer von nicht mehr als 100 μs aufweist.
  10. Therapeutische Vorrichtung (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Steuervorrichtung (126) eingerichtet ist, einen Systemtakt (162) für die therapeutische Vorrichtung (110) bereitzustellen, wobei der Kollimator (120), das Strahlenpositionierungssystem (122) und das Patientenpositionierungssystem (124) dazu eingerichtet sind, mit der Steuervorrichtung (126) in vorgegebenen Zeitabständen (166), die durch den Systemtakt (162) definiert sind, zu kommunizieren.
  11. Therapeutische Vorrichtung (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die therapeutische Vorrichtung (110) insgesamt wenigstens 100 Steuerparameter (152), vorzugsweise 100 bis 1000 Steuerparameter (152) und mehr bevorzugt 150 bis 220 Steuerparameter (152), aufweist.
  12. Therapeutische Vorrichtung (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Strahlen (116) ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus: Röntgenstrahlen (132); γ-Strahlen; Ionenstrahlen; α-Strahlen; β-Strahlen; Neutronenstrahlen.
  13. Therapeutische Vorrichtung (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kollimator (120) wenigstens 100 Lamellen (168) zum Blockieren der Strahlen (116), bevorzugt wenigstens 130 Lamellen (168) und mehr bevorzugt wenigstens 160 Lamellen (168), aufweist, wobei die Lamellen (168) durch einzelne Stellglieder (170) einzeln positionierbar und steuerbar sind.
  14. Therapeutische Vorrichtung (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Strahlenpositionierungssystem (122) und das Patientenpositionierungssystem (124) insgesamt wenigstens 10 Achsen, bevorzugt wenigstens 15 Achsen und mehr bevorzugt wenigstens 20 Achsen, umfassen, wobei jede Achse einzeln gesteuert werden kann.
  15. Therapeutische Vorrichtung (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuervorrichtung (126) eingerichtet ist, die Rolle einer Master-Vorrichtung (172) auszuführen, wobei der Kollimator (120), das Strahlenpositionierungssystem (122) und das Patientenpositionierungssystem (124) eingerichtet sind, die Rolle einer Slave-Vorrichtung (174) auszuführen.
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