DE3828639A1 - Therapiegeraet - Google Patents

Therapiegeraet

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Therapiegerät mit einer therapeutischen Bestrahlungsquelle, die einen Therapiestrahl, beispielsweise in Form eines Ionenpartikelstrahls (Strahl ionisierter und ionisierend wirkender Teilchen) eines Strahls aus schweren Ionen (Baryonenstrahl) oder Neutronenstrahls emittiert, um hiermit den Bereich eines Patienten, der von einem malignen Tumor wie einem Karzinom befallen ist, zu bestrahlen.
Bei derartigen Therapiegeräten wird das Therapiestrahlenbündel, d. h. beispielsweise der mit Hilfe eines Zyklotrons beschleunigte Ionenpartikelstrahl in den Therapieraum geleitet, in welchem der Patient auf einem Therapietisch in Form eines Therapiestuhles oder -bettes, d. h. einer Auflage, fixiert ist. Vor der Bestrahlung muß der Therapietisch exakt ausgerichtet und positioniert werden, so daß der befallene, zu bestrahlende Bereich auf das Therapiestrahlenbündel ausgerichtet ist. Dabei ist anzustreben, diese Einstellung und Positionierung in einfacher Weise und in kurzer Zeit durchzuführen. Ferner muß die Bestrahlungsdosis genau gesteuert und kontrolliert werden. Die Bestrahlungsregion muß exakt definiert sein, so daß das Bestrahlungsfeld mit der Ausdehnung des befallenen, kranken Bereichs zusammenfällt. Ferner muß die Energie des Strahls gesteuert und kontrolliert werden, um während der Bestrahlung mit variierter Energie eine Reichweite, d. h. eine Bestrahlungstiefe, bis zu der die Strahlen den Körper durchdringen, einzustellen, die mit der Lokalisierung und Ausdehnung des befallenen Bereichs im Körper des Patienten übereinstimmen.
Bekannte Therapiegeräte der beschriebenen Art waren im Hinblick auf eine oder mehrere der obigen Erfordernisse zumeist unzureichend.
Der vorliegenden Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Therapiegerät zu schaffen, das sämtliche der unterschiedlichen oben aufgeführten Anforderungen erfüllt.
Die Erfindung soll eine genaue und schnelle Positionierung und Fixierung des Patienten bezüglich des Therapiestrahlenbündels gestatten.
Ferner soll mit der Erfindung eine genaue Steuerung und Kontrolle hinsichtlich der Bestrahlungsdosis möglich sein.
Der Strahl soll in der Erfindung genau definierbar und festlegbar sein.
Darüber hinaus soll eine genaue Steuerung und Variation der Energie des Therapiestrahlenbündels bei gleichzeitiger Überwachung dieser Eigenschaft möglich sein.
Ferner soll eine gleichförmige, einheitliche Dosisverteilung eines Ionenpartikelstrahls über ein aufgeweitetes Bestrahlungsfeld erzielt werden.
Es soll eine Iris für den Ionenpartikelstrahl mit gleicher Wirksamkeit in sämtliche Richtungen geschaffen werden.
Die Erfassung und Lokalisierung des Orts, an dem die Strahlung tatsächlich auftritt, soll möglich sein.
Es soll eine Lichtfeldlokalisiereinrichtung näher am Patienten angeordnet werden können.
Bei der Messung des Partikelstrahls soll der Energieverlust des Strahls, d. h. dessen Teilchen, reduziert werden.
Die Genauigkeit der Kontrolle und Überwachung des Partikelstrahls soll verbessert werden.
Es soll eine Reichweiteeinstellvorrichtung angegeben werden, deren Absorptionsglieddicke kontinuierlich änderbar ist.
Die Notwendigkeit, ein Rippenfilter und einen Bolus für jeden individuellen Patienten bereitzustellen, soll eliminiert werden.
Ferner soll eine dreidimensionale Bestrahlung mit Hilfe eines Partikelstrahls in Übereinstimmung mit der räumlichen Ausdehnung und Form des befallenen Bereichs möglich sein.
Bezüglich der Tiefe innerhalb des Körpers soll eine konstante, gleichförmige Dosisverteilung erzielt werden.
Ferner soll ein Bett oder ein Auflagegestell angegeben werden, das die bisherige Notwendigkeit eliminiert, den Patienten zwischen dem Diagnoseort, an dem unter Verwendung einer Schichtbildaufnahmevorrichtung eine Schichtaufnahme des Patienten gemacht wird, und der Bestrahlungstherapie unter Verwendung eines Partikelstrahltherapiegeräts zu bewegen bzw. zu transportieren.
Das erfindungsgemäße Therapiegerät weist auf:
eine Bestrahlungseinrichtung zum Aussenden eines Therapiestrahls bzw. eines Therapiestrahlenbündels;
einen Therapietisch, auf dem ein Patient fixiert wird;
eine erste Bildaufnahmevorrichtung, die ein Bild von zumindest einem Teil des Patienten aufnimmt, das die Lage eines befallenen kranken, zu bestrahlenden Bereichs anzeigt;
eine erste Darstellungsvorrichtung zum Darstellen eines ersten mittels der ersten Bildaufnahmevorrichtung aufgenommenen Bildes;
eine zweite Bildaufnahmevorrichtung, die ein Bild von zumindest einem Teil des Patienten aufnimmt, das zur Anzeige der Position und genauen Lage des Therapiestrahls dient;
eine zweite Darstellungsvorrichtung zum Darstellen des mittels der zweiten Bildaufnahmevorrichtung aufgenommenen zweiten Bildes;
eine Eingabevorrichtung zur Eingabe von Positionsinformation hinsichtlich des befallenen Bereichs zur Anzeige im ersten Bild und im zweiten Bild;
eine Berechenvorrichtung zum Berechnen der Bewegungsdistanz des Therapietisches auf der Grundlage des ersten Bildes und des zweiten Bildes mit diesen Positionsinformationen derart, daß der Therapiestrahl auf den befallenen Bereich des Patienten gestrahlt wird, d. h. dort unter Erzielung einer bestimmten Dosis eingestrahlt wird, und
Einrichtungen zum Bewegen des Patienten relativ zum Therapiestrahlenbündel auf der Grundlage der berechneten Distanz.
Ferner wird durch die Erfindung ein Verfahren zum Einstellen eines Therapiestrahlenbündels angegeben, das folgende Verfahrensschritte aufweist:
Bestimmen einer ersten Distanz von einer vorbestimmten Position, die nicht mit einem kranken, zu bestrahlenden Bereich eines Patienten zusammenfällt, zum befallenen Bereich auf der Grundlage eines ersten Bildes, das zumindest einen Teil des Patienten einschließt und die Position des befallenen Bereichs des Patienten anzeigt;
Bestimmen einer zweiten Distanz von einer zweiten vorbestimmten Position, die der ersten vorbestimmten Position entspricht, bis zu einer Position des Therapiestrahls, d. h. dessen Lage, auf der Grundlage eines zweiten Bilds, das zumindest einen Teil des Patienten einschließt und die Position des Therapiestrahls anzeigt, und
Bewegen des Patienten auf der Grundlage der ersten und zweiten Distanz derart, daß der Therapiestrahl auf den befallenen Bereich eingestrahlt wird.
Ferner wird durch die Erfindung ein Ionenpartikelstrahlgerät angegeben, das aufweist:
einen ersten und zweiten Scanning-Elektromagneten zum Ablenken bzw. Abtasten eines Ionenpartikelstrahls in zueinander orthogonalen Richtungen;
Einrichtungen zum Zuführen von Wechselströmen zu den ersten und zweiten Scanning-Elektromagneten zur Erzeugung eines rotierenden Magnetfeldes, wodurch der Ionenpartikelstrahl gedreht wird;
wobei in diesem Gerät der Ionenpartikelstrahl in ein Bestrahlungsfeld gestrahlt wird und
ein Streuelement, das im Strahlengang des Partikelstrahls entweder vor oder hinter dem ersten und zweiten Scanning-Elektromagneten angeordnet ist, d. h. in Richtung des Strahles entweder oberhalb oder unterhalb der Magnete, um den Radius der Region, über die der Ionenpartikelstrahl eingestrahlt wird, aufzuweiten und zu vergrößern.
Ferner wird durch die Erfindung ein Ionenpartikelstrahlgerät angegeben, das aufweist:
eine Blenden- oder Spaltanordnung mit einem Paar von Spalt- oder Blendengliedern, wobei die Spaltglieder jedes Paares, die sich gegenüberliegen, aufeinander zu und voneinander weg vor- und zurückbewegbar sind, um die Ausmaße, d. h. die Konfiguration des Strahls, der auf einen bestrahlten Bereich gestrahlt wird, einzustellen;
eine Apertur oder Öffnung, die durch die innenliegenden Kanten der Spaltglieder definiert ist und das Profil des Ionenpartikelstrahls bestimmt, und
Einrichtungen zum Bewegen der Spaltglieder jedes Paares aufeinander zu und voneinander weg;
wobei die Innenkante jedes der Spaltglieder zum Mittelpunkt der Öffnung im wesentlichen konkav ausgebildet ist.
Ferner wird durch die Erfindung ein Ionenpartikelstrahlgerät zur Krebstherapie angegeben, das aufweist:
Einrichtungen zum Einstrahlen eines Ionenpartikelstrahls auf einen krebsbefallenen Bereich;
Einrichtungen zum Ändern der Bestrahlungsfeldkonfiguration;
eine Lichtquelle, die dazu verwendet wird, das geänderte Bestrahlungsfeld zu überprüfen und zu betätigen; und
ein Linsensystem, das zwischen der Lichtquelle und dem Patienten angeordnet ist;
wobei die Lichtquelle näher am Patienten angeordnet ist.
Darüber hinaus wird durch die Erfindung eine Partikelstrahlmonitorvorrichtung angegeben, die aufweist:
eine isolierende Platte oder Scheibe;
eine Hochspannungselektrode und
eine Kollektorelektrode, die gegenüberliegend zur Hochspannungselektrode angeordnet ist, wobei die isolierende Platte, die zwischen den in einem mit Gas gefüllten Gehäuse angeordneten Elektroden liegt, diese Elektroden gegeneinander isoliert;
wobei die Kollektorelektroden entweder durch Plattieren oder Evaporation von Metall auf einer Kunstharzplatte ausgebildet sind.
Die erfindungsgemäße Ionenstrahlmonitorvorrichtung weist ferner vorzugsweise auf:
eine isolierende Platte;
eine Hochspannungselektrode und
eine Kollektorelektrode, die der Hochspannungselektrode gegenüberliegend angeordnet ist, wobei die isolierende Platte zwischen den im mit Gas gefüllten Gehäuse angeordneten Elektroden liegt;
wobei die Kollektorelektrode durch Plattieren oder Evaporation von Metall auf einer Kunstharzplatte ausgebildet ist;
eine zusätzliche Kollektorelektrode, die ebenfalls durch Plattierung oder Evaporation von Metall auf einer Kunstharzplatte ausgebildet ist, und
eine zusätzliche Hochspannungselektrode, die gegenüberliegend zur zusätzlichen Kollektorelektrode mit einer zwischen den Elektroden angeordneten isolierenden Platte positioniert ist.
Ferner wird in der Erfindung eine Reichweiteeinstellvorrichtung zur Verwendung im erfindungsgemäßen Partikelstrahltherapiegerät angegeben, das zur Bestrahlung mit einem Ionenpartikelstrahl zur Vernichtung von Krebszellen dient, wobei die Reichweiteeinstelleinrichtung aufweist:
ein erstes und zweites keilförmiges Energieabsorptionsglied, die übereinander angeordnet sind, wobei die sich jeweils verjüngenden Flächen der beiden keilförmigen Glieder übereinanderliegen, d. h. einander gegenüberliegend angeordnet sind, und
Einrichtungen zum Bewegen der keilförmigen Glieder vor und zurück in die Richtungen, in denen die keilförmigen Glieder jeweils spitz zulaufen, um die gesamte Dicke der Absorptionsglieder, durch die der Partikelstrahl hindurchtreten muß, zu variieren.
Ferner wird durch die Erfindung ein Therapiegerät zur Krebstherapie mittels eines Ionenpartikelstrahls angegeben, bei dem ein Ionenpartikelstrahl auf den krebsbefallenen, zu bestrahlenden Bereich gestrahlt wird, welches Gerät aufweist:
eine Reichweiteeinstellvorrichtung zum Variieren der Energie der Ionen des Partikelstrahls und
einen Kollimator zum Variieren der Form der Bestrahlung, d. h. des Strahlenbündels, in einer Ebene senkrecht zur Ausbreitungsrichtung des Strahls;
wobei die Reichweiteeinstellvorrichtung und der Kollimator im Strahlengang des Strahls angeordnet sind und
wobei eine dreidimensionale Bestrahlung in Übereinstimmung mit der dreidimensionalen Form des befallenen Bereichs durchgeführt wird.
Ferner wird durch die Erfindung ein Verfahren zum Bestrahlen mit einem Partikelstrahl angegeben, bei dem die Bestrahlung sukzessive für verschiedene Tiefen ausgeführt wird, welches Verfahren folgende Schritte aufweist:
Einstrahlen eines Bestrahlungsbündels mit einem Reichweitemaximum oder -peak in einer bestimmten Tiefe und einer niedrigeren, flacheren Reichweiteverteilung im oberflächlicheren, weniger tiefen Bereich und
Vorgeben und Einstellen geringerer Bestrahlungsdosiswerte für oberflächlichere Bereiche, d. h. Bereiche geringerer Tiefe, so daß die Gesamtdosis unter Berücksichtigung der niedrigeren Verteilung an den Bereichen, die oberflächlicher liegen, als es der Position oder Lage des Reichweitemaximums entspricht, über die gesamte Tiefe des zu bestrahlenden, befallenen Bereichs konstant ist.
Darüber hinaus wird durch die Erfindung ein Therapie/ Diagnosebett angegeben, das aufweist:
einen Hauptbettkörper, auf dem der Patient fixiert wird, und
Einrichtungen zum Bewegen des Hauptbettkörpers zwischen einer medizinischen Bildaufnahmevorrichtung und einer einem Partikelstrahltherapiegerät, wobei der Patient am Hauptbettkörper unverrückbar fixiert ist;
wodurch die Diagnose unter Verwendung der medizinischen Schichtbildaufnahmevorrichtung und Therapie unter Verwendung des Partikelstrahltherapiegerätes beide möglich sind.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Therapiegeräts,
Fig. 2 eine schematische Darstellung, die den Ablauf der Funktionsschritte des Therapiegeräts nach Fig. 1 zeigt,
Fig. 3 das Bezugsbild auf der X-Y-Ebene (A) und das entsprechende X-Strahl-TV-Bild (B),
Fig. 4 eine schematische Darstellung zur Erklärung der Beziehung zwischen den Koordinatenwerten und den wahren Koordinatenwerten in der X-Y-Ebene,
Fig. 5 das Bezugsbild auf der Z-X-Ebene (A) und das entsprechende X-Strahl-TV-Bild (B),
Fig. 6 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Therapiegeräts sowie schematische Darstellungen (6A, 6B) zu dessen Funktionsweise,
Fig. 7 eine schematische Darstellung, die ein Ionenpartikelstrahlgerät zeigt, das im unter Bezug auf die Fig. 1 und 6 erläuterten Therapiegerät einsetzbar ist,
Fig. 8 eine schematische Darstellung, die die Dosisverteilung für den Fall zeigt, daß das in Fig. 7 Ionenpartikelstrahlgerät verwendet wird,
Fig. 9 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels für ein Ionenpartikelstrahlgerät, das im unter Bezug auf die Fig. 1 bis 6 erläuterten Therapiegerät verwendbar ist,
Fig. 10 eine schematische Darstellung, die die Dosisverteilung für Verwendung des in Fig. 9 gezeigten Ionenpartikelstrahlgeräts darstellt,
Fig. 11 die Anordnung einer Blenden- oder Spaltanordnung in einem Ionenpartikelstrahlgerät,
Fig. 12 ein Beispiel einer Spaltanordnung,
Fig. 13 ein weiteres Beispiel einer Spaltanordnung,
Fig. 14 eine Vorrichtung zur Messung der Dosis und/oder Lokalisierung der Strahlung,
Fig. 15 ein Beispiel für die Absorptionsdosisverteilung des Ionenpartikelstrahls,
Fig. 16 eine Vertikalschnittansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Ionenpartikelstrahltherapiegeräts,
Fig. 17 eine Vertikalschnittansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Ionenpartikelstrahltherapiegeräts,
Fig. 18A eine Seitenansicht einer Partikelstrahlmonitorvorrichtung,
Fig. 18B die schematische Darstellung von Gleichförmigkeitsmeßelektroden,
Fig. 18C die schematische Darstellung von Profilmeßelektroden,
Fig. 19 eine Seitenansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Partikelstrahlmonitorvorrichtung,
Fig. 20 die Art des Anschlusses einer Hochspannungsquelle an die Partikelstrahlmonitorvorrichtung,
Fig. 21 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Partikelstrahlmonitorvorrichtung,
Fig. 22 eine vergrößerte Darstellung der Kollektorelektrode aus Fig. 21,
Fig. 23 eine Ansicht von unten auf die in Fig. 22 gezeigte Vorrichtung,
Fig. 24 die Aufsicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Partikelstrahlmonitorvorrichtung,
Fig. 25 die schematische Darstellung der Dosisverteilung in Abhängigkeit von der Bestrahlungstiefe (Reichweite),
Fig. 26 einen Querschnitt durch ein Beispiel für eine Reichweiteeinstellvorrichtung,
Fig. 27 eine schematische seitliche Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels für eine Reichweiteeinstellvorrichtung,
Fig. 28 eine Vertikalschnittansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels für ein Ionenpartikelstrahlgerät zur Krebstherapie,
Fig. 29 die Kennlinie der Absorptionsdosis des Ionenpartikelstrahls,
Fig. 30 die Kennlinie eines weiteren Beispiels einer Absorptionsdosis des Ionenpartikelstrahls,
Fig. 31 einen Querschnitt durch ein Rippenfilter,
Fig. 32A und Fig. 32B schematische Darstellungen zur Erklärung der Funktion eines Mehrfachlamellenkollimators,
Fig. 33 eine schematische Darstellung zur Funktion des Bolus,
Fig. 34 eine schematische Vertikalschnittansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Ionenpartikelstrahlgeräts zur Krebstherapie,
Fig. 35 eine schematische Darstellung zur Erklärung der Funktion der Reichweiteeinstellvorrichtung und des Mehrfachlamellenkollimators,
Fig. 36 eine schematische Darstellung, die die Funktionsweise der Reichweiteeinstellvorrichtung und des Mehrfachlamellenkollimators entsprechend für die jeweiligen Schichten des befallenen, kranken Bereichs zeigt,
Fig. 37 die zeitliche Ablauffolge dieser Funktionsweisen,
Fig. 38 ein die Bestrahlungsfunktion erläuterndes Flußdiagramm,
Fig. 39 die Funktionsdarstellung einer Strahlimpulsserie in Abhängigkeit von der Zeit,
Fig. 40 die schematische Darstellung der Dosisverteilung in Abhängigkeit von der Körpertiefe für den Fall, daß die Bestrahlungsdosis für unterschiedliche Tiefen nicht geändert wird,
Fig. 41 die graphische Darstellung der Dosisverteilung in Abhängigkeit von der Körpertiefe für den Fall, daß die Bestrahlungsdosis für unterschiedliche Tiefen eingestellt ist,
Fig. 42 die schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels für ein Ionenpartikelstrahltherapiegerät und
Fig. 43 die Seitenansicht eines Therapie-Diagnosesystems, das ein Therapie/Diagnosebett einschließt.
Die Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Therapiegeräts. Wie dargestellt, umfaßt es eine Bestrahlungsvorrichtung mit einer vertikalen Bestrahlungseinheit 6, einem Bereichsverschieber oder einer Reichweiteverstellvorrichtung 7, einem Dosismonitor oder einer Dosismeßeinrichtung 8 und einem Kollimator 9, wobei diese Elemente in Richtung auf den Boden in dieser Reihenfolge entlang einer Strahlachse ausgerichtet angeordnet sind, die senkrecht zur Bodenfläche verläuft. Die Reichweiteverstellvorrichtung 7 ist innerhalb der vertikalen Bestrahlungseinheit 6 vorgesehen. Das dargestellte Therapiegerät weist darüber hinaus eine erste Bildaufnahmevorrichtung auf, die eine X-Strahl-CT-(Computer-Tomographie-)Einheit enthält, die über eine Kommunikations- oder Datenübertragungsvorrichtung 29, einen Datenbus 28 und eine weitere Datenübertragungsvorrichtung 27 mit einem Rechner oder Computer 19 verbunden ist. Das dargestellte Beispiel für ein Therapiegerät weist ferner eine zweite Bildaufnahmevorrichtung auf, die eine X-Strahlröhre 2, eine X-Strahlröhrensteuereinheit 12, einen Bildverstärker 13, eine optische Anordnung 14, eine Auto-Iris 15, eine Fernsehkamera 16 und eine Kamerasteuereinheit 17 umfaßt. Diese zuletzt genannten Elemente, ausgenommen die X-Strahlsteuereinheit 12, die mit der X-Strahlröhre 2 verbunden ist, und die an die Fernsehkamera 16 angeschlossene Kamersteuereinheit 17 sind entlang der Strahlachse 1 in Richtung auf den Boden in der genannten Reihenfolge ausgerichtet angeordnet. Die X- Strahlröhre 2 ist zwischen dem Dosimeter 8 und dem Kollimator 9 angeordnet, und der Kollimator 9 ist zwischen der X-Strahlröhre 2 (Röntgenröhre) und dem Bildverstärker angeordnet. Ferner ist ein Analog/Digital-Konverter 18 mit der Kamerasteuereinheit 17 verbunden. Der Rechner 19 ist mit dem Analog/Digital-Konverter 18 verbunden. Eine Bezugsbilddisplayeinheit 20 und eine Bildaufnahmedisplayeinheit 21 sind mit dem Rechner 19 verbunden. Ferner sind mit dem Rechner 19 eine Charakter-Displayeinheit 22, ein Tastaturfeld 23 und ein Bedienungspult oder eine Bedienungskonsole 24 verbunden. Darüber hinaus ist eine sogenannte Tafel oder ein Tablett 25 mit dem Rechner 19 verbunden, das als Eingabeeinrichtung oder Tabletteingabe dient. Eine Bilddatei 26 ist auch mit dem Rechner 19 verbunden.
Während der Positionierung und Einstellung und während der Therapie liegt ein Patient 3 in Rückenlage (mit dem Kopf nach oben gerichtet auf seinem Rücken) auf einem Therapietisch 4, welcher zwischen dem Kollimator 9 und dem Bildverstärker 13 angeordnet wird. Der Therapietisch ist mit einer darin eingebauten Antriebseinheit versehen. Ferner ist der Therapietisch 14 auch an den Computer 19 angeschlossen.
Im folgenden wird das oben beschriebene Therapiegerät anhand Fig. 2 erläutert, welche den Betriebsablauf des Therapiegeräts veranschaulicht. Dabei zeigen die Figurabschnitte (A) bis (D) auf der linken Seite der Fig. 2 die einzelnen Betriebsschritte während der Therapieplanung. Die Figurabschnitte (E) bis (H) auf der rechten Seite zeigen die Schritte während der Einstellung.
Während der Untersuchung werden X-Strahl-CT-Bilder oder einfach kurz CT-Bilder, die die Lage des zu behandelnden kranken Bereichs des Patienten zeigen und mit Hilfe einer X-Strahl-CT-Einheit 11 aufgenommen worden sind, über die Datenübertragungsvorrichtung 29, den Datenbus 28, die Datenübertragungsvorrichtung 27 und den Rechner 19 zur Bilddatei 26 übertragen und dort akkumuliert. Alternativ hierzu können die CT-Bilder auf einem Magnetband, einer Floppy-Disk oder ähnlichen Aufzeichnungsmedien aufgezeichnet werden und dann in der Bilddatei 26 akkumuliert werden.
Während der Therapieplanung werden die in der Bilddatei 26 gespeicherten oder akkumulierten X-Strahl-CT-Bilder (schematisch bei (A) in Fig. 2 dargestellt), wie bei (B) angedeutet, in ein Mitten- oder Zentralprojektionsbild umgesetzt, von dem bei (D) in Fig. 2 ein Beispiel angedeutet ist. Ein Zentralprojektionsbild ist ein Bild, das auf einer Ebene entworfen wird, wenn der Patient mit einem von einem Punkt (der Röntgenröhre) ausgestrahlten X-Strahl projiziert wird, wie bei (C) in Fig. 1 angedeutet. Das Zentralprojektionsbild wird jeweils als Bezugsbild auf der Bezugsbilddisplayeinheit 20 dargetellt. Unter Verwendung des Tabletts 25 werden drei Kennungsmarkierungen oder kurz Kennmarken Mi (i=1, 2, 3) den jeweiligen Bezugsbildern an Stellen bestimmter charakteristischer Bereiche, wie beispielsweise Knochen, hinzugefügt, die auf einem durch X- Strahl-Abbildung gewonnenen Bild indentifizierbar sind. Die Kennungsmarkierungen Mi werden zur Indexierung während der Positionierung verwendet. An dieser Stelle sollte darauf hingewiesen werden, daß der erkrankte zu behandelnde Bereich auf einem durch X-Strahl-Projektion gewonnenen Bild nicht identifiziert werden kann. Der Rechner 19 berechnet die Entfernungen zwischen dem kranken Bereich K (der durch die Schraffur angedeutet ist) und den Kennungsmarkierungen Mi. Es können je nach gewünschter oder erforderlicher Genauigkeit der Positionierung auch mehr als drei Markierungen Mi verwendet werden.
Bei der Einstellung (E) wird der Patient 3 auf dem Therapietisch 4 mit einer Röntgenstrahlung von der Röntgenröhre 2 bestrahlt, deren Spannung von der X-Strahlsteuereinheit 12 gesteuert bzw. geregelt wird. Die Röntgenbilder oder X-Strahlbilder des Patienten 3, bei denen die Strahlachse 1 identifiziert werden kann, werden durch den Bildverstärker 13 in optische Bilder umgesetzt. Diese optischen Bilder oder Abbildungen werden daraufhin der optischen Anordnung 14 zugeführt, durch die Auto-Iris 15 geführt, die automatisch die Iris der Fernsehkamera 16 steuert und von der Fernsehkamera 16 aufgenommen, wobei sie in elektrische analoge Signale umgesetzt werden. Die analogen Signale werden mit dem Analog/Digital-Konverter 18 in digitale Signale umgesetzt, die daraufhin dem Rechner 19 zugeführt werden. Der Rechner 19 dient zur Ausführung einer Signalverarbeitung. Die Signalverarbeitung oder Signalaufbereitung schließt die Korrektur oder Kompensation des Peripheriefehlers (oder des Kissenverzeichnungsfehlers, d. h. einer kissenförmigen Aberation) ein. Nach der Signalverarbeitung oder Signalaufbereitung werden die optischen Bilder oder Abbildungen auf der Bildaufnahmedisplayeinheit 21 dargestellt. Kennungsmarkierungen Ni (i=1, 2, 3) werden über die Eingabe mit dem Tablett 25 auf dem X-Strahl-TV- Bild angebracht. Der Rechner 19 berechnet die Distanzen zwischen dem Zentrum oder der Mitte O der Strahlachse 1 und den Kennungsmarkierungen Ni sowie die Distanzen zwischen dem kranken Bereich K und dem Zentraum O der Strahlachse 1. Das heißt, es wird, wie bei (H) in Fig. 2 angedeutet, die Distanz, um die der Therapietisch 4 bewegt werden muß, so daß der kranke Bereich K mit dem Zentrum O der Strahlachse 1 zusammenfällt, berechnet. Darüber hinaus werden mittels des Bezugsbildes und des X-Strahl-TV-Bildes die Form, Dosis und Energie des Strahls des ionisierten Teilchenstrahls berechnet. Ferner werden Steuersignale, die die Bewegungsdistanz anzeigen, dem Therapietisch 4 zugeführt, der hierdurch derart bewegt wird, daß der Partikelstrahl exakt auf den kranken Bereich K gestrahlt wird.
Während der tatsächlichen Therapie sind die Form und Tiefe des kranken Bereichs K und die Absorptionscharakteristik (Absorptionsdosis) des bestrahlenden, Ionenpartikelstrahls die Parameter der Krebstherapie. Auf der Grundlage dieser Parameter wird der Ionenpartikelstrahl mit Hilfe des Kollimators 9, der Reichweiteverstelleinheit 7 und des Dosimeters 8 gesteuert und auf den kranken Bereich K gestrahlt. Genauer gesagt, wird der Ionenpartikelstrahl so umgeformt, daß er eine mit der Form des kranken Bereichs K übereinstimmende Form aufweist, und die Energie des Strahls wird durch den Hindurchtritt durch ein Material mit verteilter (variierter) Energieabsorption der Reichweiteverstellvorrichtung 7 variiert, so daß die Reichweite entsprechend geändert wird. Die Bestrahlungsdosis des ionisierten Partikelstrahls wird mit Hilfe des Dosimeters 8 überwacht. Während dieser Arbeit wird die Röntgenröhre 2 entfernt oder zurückgezogen, so da sie nicht störend in den Korpuskular- oder Partikelstrahl eingreift.
Im folgenden wird anhand der Fig. 3, 4 und 5 ein Ausführungsbeispiel näher erläutert. Die Fig. 3 zeigt das Bezugsbild in der X-Y-Ebene in (A) und das entsprechende X- Strahl-TV-Bild in (B). Die Fig. 4 ist eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Beziehung zwischen den Koordinatenwerten und den wahren Korrdinatenwerten auf der X-Y-Ebene. Die Fig. 5 zeigt das Bezugsbild in der Z-X-Ebene in (A) und das entsprechende X-Strahl-TV-Bild in (B).
Das Verfahren zum Positionieren unter Verwendung des X-Strahl-TV-Bildes ergibt sich wie folgt:
(1a) Wie in Fig. 3 (A) gezeigt ist, wird das Bezugsbild auf der Bezugsbilddisplayeinheit 20 dargestellt. Der schraffierte kranke Bereich K, die Mitte oder das Zentrum A des kranken Bereichs K, die Kennungsmarkierungen Mi und die Entfernungen Ri (i=1, 2, 3) vom Zentrum A des kranken Bereichs K zu den Kennungsmarkierungen Mi sind jeweils angezeigt.
(1b) Wie in Fig. 3 (B) gezeigt ist, wird nach Korrektur der Peripherieverzeichnung des digitalisierten X-Strahl- Bildes das X-Strahl-Bild oder Röntgenbild des Patienten 3 erstellt und auf der Bildaufnahmedisplayeinheit 21 dargestellt. Dieses X-Strahl-TV-Bild enthält das Profil von Knochen oder ähnlichen abbildbaren Teilen (jedoch ist das Profil des kranken Bereichs K in diesem X-Strahl-TV-Bild nicht sichtbar), ferner sind im Bild das Zentrum O der Strahlachse 1 (d. h. das Zentrum des X-Strahl-TV-Bildes) und die X- und Y-Achsen enthalten. Das Zentrum O der Strahlachse 1 des X-Strahl-Bildes ist auf eine Position gelegt, die dem kranken Bereich K im Bezugsbild entspricht.
(1c) Wie in Fig. 3 (B) gezeigt ist, werden Kennungsmarkierungen Ni auf dem X-Strahl-TV-Bild unter Verwendung des Tabletts 25 an Positionen angebracht, die den Kennungsmarkierungen Mi auf dem in Fig. (A) gezeigten Bezugsbild entsprechen. Außer den erwähnten Bildelementen ist in Fig. 3 (B) der kranke Bereich schraffiert angedeutet, und es sind das geschätzte Zentrum B des kranken Bereichs und die Kennungsmarkierungen Ni ebenfalls angezeigt.
(1d) Die Bewegungsdistanz des Therapietisches 4 in Richtung parallel zur X-Y-Ebene wird berechnet. Wie in Fig. 3 (B) gezeigt ist, wird die Bewegungsdistanz mit Hilfe eines Vektors→OB dargestellt (allgemein wird im folgenden ein Vektor von einer Koordiante P zu einer Koordinate Q mit →PQ wiedergegeben).
AMi = Ri (1)
BNi = - →OB + →ONi (2)
aus Gleichung (2) ergibt sich
OB = →ONi - →BNi (3)
da
BNi = →AMi = Ri
OB = →ONi - Ri .
Die Werte von →ONi beginnen bei der in Fig. 3 (B) gezeigten Koordinate, d. h. dem Koordinatensystem dieser Figur.
(1e) Der Rotationswinkel (Rotationsfehler) um die Z-Achse des Therapietisches 4 wird berechnet. Über die in Fig. 3 gezeigten Bildelemente hinaus werden im Bezugsbild das wahre Zentrum At des kranken Bereichs und die wahre Kennungsmarkierung Mt 3 im Bezugsbild angezeigt sowie das wahre abgeschätzte oder geschätzte Zentrum Bt des kranken Bereichs und die wahre Kennungsmarkierung Nt 3 im X-Strahl- Bezugsbild angezeigt, wie in Fig. 4 dargestellt ist. Darüber hinaus werden die Höhen H, H₁ und H₂ der Röntgenröhre 2, das wahre Zentrum des kranken Bereichs At (das wahre abgeschätzte Zentrum des kranken Bereichs Bt) und die wahre Kennungsmarkierung Mt 3 (wahre Kennungsmarkierung Nt 3) bezüglich der Bildaufnahmeebene des Patienten 3 ebenfalls angezeigt.
Zunächst wird das wahre Zentrum Bt des kranken Bereichs, das dem abgeschätzten Zentrum des kranken Bereichs B entspricht, berechnet. Insbesondere werden die wahren Distanzen oder Abstände Rti (i=1, 2, 3) von den wahren Kennungsmarkierungen Nti (i=1, 2, 3) zum wahren Zentrum Bt des kranken Bereichs berechnet.
Beispielsweise gilt, wie in Fig. 4 angezeigt ist:
(→ON 3 - →ONt 3)/→ON 3 = H₁/H , (4)
(→OB - →OBt)/→OB = H₃/H . (5)
Aus den Gleichungen (4) und (5) wird der Rotationswinkel R des kranken Bereichs durch Mittelung der Winkeldifferenzen zwischen den →AtMti (i=1, 2, 3) und →BtNti berechnet.
(1f) Der Therapietisch 4 wird um →OB in der X- und Y-Achsenrichtung bewegt und um R um die Z-Achse gedreht. Auf diese Weise ist die Positionierung durchgeführt.
Im Arbeitsbetrieb wird die Bewegungsdistanz →OB auf der Character-Displayeinheit 22 dargestellt, und auf Grundlage der dargestellten Information wird der Therapietisch 4 durch Betätigung einer Bedienungsperson (einem vorgeschriebenen technischen Experten) bewegt.
Die Positionierung auf der Z-X-Ebene und/oder Y-Z- Ebene kann in ähnlicher Weise wie dem beschriebenen Verfahren erfolgen, wenn dies erforderlich ist.
(1g) Wie in der Fig. 5 (A) sowie in der Fig. 5 (B) jeweils gezeigt ist, werden im X-Strahl-TV-Bild Kennungsmarkierungen Ni an Positionen angebracht, die den Kennungsmarkierungen Mi im Bezugsbild entsprechen, und es wird die Distanz →OB der erforderlichen Bewegung in der Z-Achse berechnet.
(1h) Der Therapietisch 4 wird über die Bewegungsdistanz →OB in die Z-Richtung (in Richtung nach oben und unten) bewegt, und auf diese Weise wird die Positionierung erreicht.
Unter Durchführen der obigen Verfahrensschritte ist die Positionierung unter Verwendung des X-Strahl-TV-Bildes abgeschlossen. Wenn eine sehr genaue Einstellung erforderlich, können die Schritte (1a) bis (1h) wiederholt werden. Die endgültige Bestätigung der Justierung wird von einem Doktor vorgenommen.
Die Fig. 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Therapiegeräts. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in Fig. 1 gezeigten insofern, daß die zweite Bildaufnahmevorrichtung aus einer X- Strahl-CT-Einheit 13 A gebildet ist, die auf der Strahlachse 1 angeordnet ist, und daß das X-Strahl-CT-Schichtbild, das mit Hilfe dieser X-Strahl-CT-Einheit 13 A aufgenommen bzw. gewonnen wird, dem Rechner 19 zugeführt wird.
Das Verfahren der Positionierung unter Verwendung der X-Strahl-CT-Bilder wird im folgenden unter Bezug auf die Fig. 6A, 6B erläutert, wobei Fig. 6A das Bezugsbild in Z-X-Ebene und Fig. 6B das entsprechende X-Strahl-CT- Schichtbild zeigen.
(2a) Wie aus der Fig. 6A hervorgeht, wird ein Bezugsbild auf der Bezugsbilddisplayeinheit 20 dargestellt. Dieses Bezugsbild wird gewonnen, indem Kennungsmarkierungen Mi unter Verwendung des Tabletts 25 auf das Schichtbild gebracht werden, das noch nicht in ein Zentralprojektionsbild umgesetzt worden ist. In Fig. 6A ist der kranke Bereich schraffiert angedeutet, und es werden das Zentrum des kranken Bereichs A, die Kennungsmarkierungen Mi und das Bildzentrum Or angezeigt.
(2b) Wie in Fig. 6B gezeigt ist, werden mehrere Schicht- oder Scheibenbilder, die den kranken Bereich einschließen, von der X-Strahl-CT-Einheit 13 geliefert und auf der Bildaufnahmedisplayeinheit 21 dargestellt. In Fig. 6B wird wiederum der kranke Bereich schraffiert angezeigt, und es werden das abgeschätzte oder berechnete Zentrum des kranken Bereichs B, die Kennungsmarkierungen Ni und das Bildzentrum (Bestrahlungszentrum) O sowie die Z- und Y-Achsen angezeigt.
(2c) Die X-Strahl-CT-Schichtbilder werden aufeinanderfolgend auf der Displayeinheit 21 dargestellt, und das X-Strahl-CT-Schichtbild, das (mit größter Übereinstimmung) mit dem Bezugsbild zusammenfällt, wird durch eine Beurteilung nach Augenmaß ausgewählt. Aus dem Zahlenwert oder der Nummer des ausgewählten X-Strahl-CT-Schichtbildes (die die Tiefe, bei der das X-Strahl-CT-Schichtbild aufgenommen wurde, darstellt) wird die Position des kranken Bereichs entlang der X-Achse bestimmt.
(2d) Unter Verwendung des Tabletts 25 werden an dem ausgewählten X-Strahl-CT-Schichtbild Kennungsmarkierungen Ni an Positionen angebracht, die denen der Kennungsmarkierungen Mi im Bezugsbild entsprechen. Es wird also das Zentrum B des kranken Bereichs in der Z-Y-Ebene in der gleichen Weise wie unter Bezug auf das Röntgen-TV-Bild bestimmt.
(2e) Die Durchschnitts- oder Mittelwerte →MN der Vektoren (Abweichungen) →MiNi (i=1, 2, 3) der Kennungsmarkierungen Mi und Ni bezüglich der Bildzentren Or und O des Bezugsbildes und des X-Strahl-CT-Schichtbildes werden jeweils berechnet. Die Entfernungen →OB der Bewegung in den Z-Y- Achsenrichtungen des Therapietisches 4 können hierdurch bestimmt werden. So ist die Bewegungsdistanz gegeben durch:
OB = →OrA + →Mn . (6)
(2f) Der Therapietisch 4 wird über die Distanz →OB in die Z-Y-Achsenrichtungen bewegt, wodurch die Positionierung erzielt wird.
(2g) Der Therapietisch 4 wird in X-Achsenrichtung um die notwendige Distanz (wie sie im Schritt (2c) bestimmt worden ist) bewegt, wodurch auch in bezug auf diese Koordiante die Positionierung abgeschlossen ist.
Die obigen Schritte vervollständigen die Positionierung unter Verwendung des X-Strahl-CT-Schichtbildes. In diesem Ausführungsbeispiel kann wegen der Restriktion gegen Rotation des Therapietisches 4 um die X-Achse der Rotationsfehler während der Positionierung in der Z-Y-Ebene nicht korrigiert werden.
Auf diese Weise kann eine genaue Positionierung in einfacher Weise und automatisch erfolgen. Nach Positionierung kann die Therapie unter Verwendung des Ionenpartikelstrahles entweder in der üblichen Weise oder in einer weiter unten beschriebenen Art und Weise erfolgen.
Bei der Positionierung unter Verwendung des X-Strahl- TV-Bildes sind das Bezugsbild und das Zentralprojektionsbild erforderlich. Die durch die Verarbeitung bei der Therapieplanung bei einer ersten Gelegenheit gewonnenen X-Strahl- TV-Bilddaten (mit Kennungsmarkierungen Mi) werden zum Rechner 19 übertragen und können als Bezugsbild bei einer folgenden Gelegenheit verwendet werden. Hierdurch wird die Transformation auf das Zentralprojektionsbild eliminiert.
Bei der Positionierung unter Verwendung der X-Strahl- CT-Schichtbilder kann das X-Strahl-CT-Scannogramm als Bezugsbild verwendet werden. In diesem Fall kann ein dreidimensionales Schichtbild gewonnen werden. Die Positionierung in der X-Y-Ebene kann sehr effizient gestaltet werden. Jedoch kann in bezug auf das X-Strahl-CT-Scannogramm eine Maßnahme zur Korrektur der Bildverzeichnung aufgrund der Abweichung oder Differenz in der Apertur der X-Strahl-CT- Einheit erforderlich sein.
Die Fig. 7 zeigt ein Beispiel einer Vorrichtung für den Ionenpartikelstrahl zur Verwendung im Therapiegerät. Diese Vorrichtung weist einen X-Richtungs-Scanningelektromagnet (Ablenk- oder Abtastmagnet) 103 und einen Y-Richtungs-Scanningelektromagnet 104 auf, die auf dem Weg eines Ionenpartikelstrahls 101 von einer nicht dargestellten Ionenquelle zum kranken Bereich 102 angeordnet sind, welcher das Bestrahlungsfeld des Ionenpartikelstrahls darstellt. Eine Stromquelle 107 führt dem X- und dem Y-Richtungs- Magnet 103, 104 zur Erzeugung eines rotierenden Magnetfeldes AC-Ströme zu, die bezüglich einander 90 Grad außer Phase sind. Durch Variation der Stärke der elektrischen Ströme zu den jeweiligen Elektromagneten 103 und 104 wird der Radius des Drehmagnetfeldes geändert, und es wird der Radius der Region in der Ebene des kranken Bereichs 102, die mit dem Ionenpartikelstrahl 101 bestrahlt wird, variiert, wie dies durch R 101, R 102, R 103 in Fig. 8 angedeutet ist. Durch Kombination der unterschiedlichen Rotationsradien kann die Dosisverteilung des Partikelstrahls 101 über den gesamten kranken Bereich 102 gleichmäßig gestaltet werden.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Vorrichtung des Partikelstrahls zur Verwendung in einem Therapiegerät ist in Fig. 9 gezeigt. Dabei sind die Bezugszeichen dieser Figur identisch zu denen in Fig. 7 und bezeichnen gleiche Teile und Elemente. Ein Scanning- oder Streuelement 106 ist auf dem Weg des ionisierten Partikelstrahls nach unten hinter dem X-Richtungs-Scanning-Elektromagnet 103 und dem Y- Richtungs-Scanning-Elektromagnet 104 vorgesehen. Dieses Streuelement 106 kann beispielsweise aus einer Blei- oder Kupferplatte gebildet sein. Es dient dazu, den Radius des auf den kranken Bereich 102 des Patienten gestrahlten Partikelstrahls zu vergrößern und so erweitern. Tritt der Partikelstrahl 101 durch das Streuelement 106, werden die Teilchen des Partikelstrahls 101 in unterschiedliche Richtungen gestreut. Der Anteil der Teilchen des Partikelstrahls 101, die in die jeweiligen Richtungen gerichtet werden, bilden eine Normalverteilung, so daß der Radius des Partikelstrahls 101 effektiv erweitert wird. Infolgedessen kann unter Verwendung eines Partikelstrahls 101 eines festen Rotationsradius Rc eine gleichförmige Dosis über das gesamte Bestrahlungsfeld gewonnen werden, wie in Fig. 10 angezeigt ist.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Streuelement oder Streuglied 106 bezüglich der Scanning-Elektromagnete 103 und 104 in Strahlrichtung gesehen auf diese folgend angeordnet, es kann jedoch auch im Strahlengang vor den Elektromagneten 103 und 104 angeordnet werden.
Zur Eingrenzung des Profils des ionisierten Partikelstrahls, das auf den kranken Bereich gestrahlt wird, kann eine Schlitz- oder Spaltanordnung in der Vorrichtung für den ionisierten Partikelstrahl angeordnet werden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Schlitz- oder Spaltanordnung 203 zwischen einem Streuelement 201 und dem bestrahlten kranken Bereich 202 angeordnet (Fig. 11). Die Spaltanordnung 203 dient zur Einstellung der Ausmaße des ionisierten Korpuskularstrahls.
Ein Beispiel für die Spaltanordnung 202 ist in Fig. 12 dargestellt. Die Anordnung weist ein erstes Paar von Spaltgliedern 205, 205 auf, die mittels eines ersten Motors 204 aufeinander zu und voneinander weg in Richtung der X-Achse bewegt werden. Ferner ist ein zweites Paar 207, 207 vorgesehen, die entsprechend von einem zweiten Motor 206 in Y-Achsenrichtung aufeinander zu und voneinander weg bewegbar sind. Die von einem nicht dargestellten Elektronenstrahlerzeuger in Form einer Elektronenkanone emittierten ionisierten Teilchen oder Korpuskeln treten durch das Streuelement 201, das den Durchmesser des Partikelstrahls aufweitet. Der ionisierte Partikelstrahl wird jedoch bezüglich seines Durchmessers durch eine Öffnung oder Apertur reduziert, die durch die Innenkanten der Spaltglieder 205 und 207 definiert ist. Wenn die Spaltglieder 205 und 207 aufeinander zu bewegt werden, wird die Öffnung reduziert. Bei einer entsprechenden Entfernung der Spaltglieder 205 und 207 voneinander wird die Öffnung entsprechend vergrößert. Der durch diese Öffnung hindurchtretende ionisierte Partikelstrahl wird auf den kranken Bereich 202 gerichtet.
Ein weiteres Beispiel einer Spaltanordnung ist in Fig. 13 gezeigt. Dieses Ausführungsbeispiel weist ein erstes Par von Spaltglieder 210, 210 auf, die mit Hilfe eines ersten Motors 204 aufeinander zu bzw. voneinander weg in X-Achsenrichtung bewegt werden. Ferner ist ein zweites Paar von Spaltgliedern 211, 211 vorgesehen, die entsprechend in Y-Achsenrichtung mit Hilfe eines zweiten Motors 206 vor und zurück, d. h. aufeinander zu und voneinander weg bewegt werden. Die Apertur bzw. Öffnung der Spaltanordnung, durch die der ionisierte Partikelstrahl hindurchtritt, ist durch die Innenkanten der Spaltglieder 210 und 211 definiert. Die Innenkanten der Spaltglieder 210 und 211 werden jeweils von zwei ineinanderübergehenden Seitenkanten gebildet, die unter einem Winkel von ungefähr 135 Grad zueinander stehen und bezüglich der Geraden der Vor- und Zurückbewegung durch die Motoren symmetrisch sind. Infolgedessen ist die durch die Innenkanten der vier Spaltglieder 210 und 211 mit diesen beiden Seitenkanten definierte Öffnung ein Oktagon.
Die von einer nichtdargestellten Elektronenkanone emittierten ionisierten Teilchen passieren das Streuelement 201, das den Durchmesser des Ionenpartikelstrahls erweitert. Der so aufgeweitete Ionenpartikelstrahl wird jedoch bezüglich seines Durchmessers durch die Innenkanten der Spaltglieder 210 und 211 reduziert. Werden die Spaltglieder 210, 211 aufeinander zu bewegt, so wird die Öffnung entsprechend vermindert. Werden die Spaltglieder 210, 211 voneinander weg bewegt, ist die Öffnung vergrößert. Der Ionenpartikelstrahl, der durch die Öffnung hindurchtritt, wird auf den kranken Bereich 202 gerichtet.
Die Innenkante der jeweiligen Spaltglieder kann von den obigen Ausführungsbeispielen abgewandelte Formen aufweisen. So kann die durch die vier Spaltglieder definierte Form der Öffnung beispielsweise auch einem 12seitigen oder 16seitigen Vieleck entsprechen. Dabei ist als Öffnungsform eine einem Kreis nahekommende Form anzustreben. So kann die Innenkante der einzelnen Glieder auch eine andere Form aufweisen, die im wesentlichen bezüglich des Mittelpunktes der Öffnung konkav ist.
Die Spaltanordnung aus Fig. 13 hat gegenüber der in Fig. 12 gezeigten den Vorteil, daß sie die Ausmaße des Strahls effektiv reduziert. In der Spaltanordnung aus Fig. 12 ist die Dimension vom Mittelpunkt zum Rand der Öffnung an den Kanten der rechtwinkligen Öffnung, die durch die Schlitzglieder 205, 206 definiert ist, nicht effektiv reduziert.
In der oben beschriebenen Anordnung wird die Spaltanordnung in Kombination mit einem Streuelement verwendet. Jedoch kann alternativ die Spaltanordnung in Kombination mit einem Paar von ablenkenden (oder scannenden) Elektromagneten verwendet werden, die den Strahl in zueinander orthogonalen Richtungen ablenken.
Während der Bestrahlung des kranken Bereichs durch den Ionenpartikelstrahl ist es wünschenswert, die Dosis und/ oder die Bestrahlungslokation zu messen. Eine in Fig. 14 gezeigte Vorrichtung ist so ausgelegt worden, daß sie dies ermöglicht. Es wird in Fig. 14 ein Ionenpartikelstrahl (beispielsweise ein Strahl schwerer Ionen) 301 mit hoher Energie auf einen kranken Bereich eines Patienten 303 zum Zweck der Krebstherapie gestrahlt. Der kranke, zu bestrahlende Bereich wird beispielsweise durch eine X-Strahl-CT- Einheit identifiziert, und der Therapietisch 302 wird derart bewegt, daß der kranke Bereich mit dem ionisierten Partikelstrahl 301 axial ausgerichtet ist. Die Bestrahlungsdosis und die Tiefe der Bestrahlung werden zuvor entsprechend dem Therapieplan festgelegt und bestimmt. Mehrere γ-Strahlungsdetektoren 304 sind um den kranken Bereich herum angeordnet. Wird der ionisierte Partikelstrahl 301 auf den Patienten 303 gestrahlt, so verliert er seine Energie in den Gewebeteilen innerhalb des Körpers 303. Ein Beispiel der Absorptionsdosis des ionisierten Partikelstrahls 301 ist in Fig. 15 gezeigt. Die Abszisse zeigt die Bestrahlungstiefe an, und die Ordinate zeigt entsprechend die Dosis (Intensität) an. Im Fall eines Strahls schwerer Ionen (ein Strahl von Partikeln mit einer größeren Masse als die eines Protons) ist insbesondere die Absorptionsdosis bei der Bestrahlungstiefe, die der Strahlungsenergie entspricht, am größten. Diese Eigenschaft kann vorteilhaft genutzt werden, um die Strahlung auf den kranken zu bestrahlenden Bereich zu konzentrieren.
Wenn die in das Innere des Patientenkörpers 303 gestrahlten ionisierten Teilchen des Partikelstrahls 301 umgesetzt werden, so werden mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit die Zellen im Inneren des Körpers oder die eingestrahlten Korpuskeln selbst in positronenemittierende Kerne umgesetzt. Die positronenemittierenden Nukleide umfassen ¹⁹Ne, ¹⁵O und ¹¹C. Der positronenemittierende Kern emittiert Positronen, die mit Elektronen zur Zerstrahlung oder Auslöschung rekombinieren. Bei der Zerstrahlung (infolge Paarvernichtung) treten zwei Photonen von 511 KeV auf, deren Energie jeweils der Restenergie des Elektrons entspricht, und werden in entgegengesetzten Richtungen emittiert. Werden die Photonen von den γ-Strahl-Detektoren 304 erfaßt, so erzeugen diese entsprechende Ausgangssignale. Eine Berechnungseinrichtung 305 empfängt die Ausgangssignale der Detektoren 304 und berechnet die Orte, an denen die Photonen emittiert werden, und akkumuliert das Ergebnis derartiger Berechnungen, um die Dosis an den jeweiligen Orten oder Stellen zu messen. Auf diese Weise können die Information bezüglich des Ortes, an dem der ionisierte Partikelstrahl 301 tatsächlich eingestrahlt wird, und die Information bezüglich der Bestrahlungsdosis gewonnen werden.
Im obigen Beispiel werden die Arten der Strahlen schwerer Ionen identifiziert. Jedoch wird durch direkte Bestrahlung der positronenemittierenden Nukleide die Information bezüglich des Ortes effektiver gewonnen.
Die einander gegenüberliegenden γ-Strahl-Detektoren 304 können zur Bildung eines Paares kombiniert sein. Darüber hinaus kann die Zeitdifferenz zwischen dem Empfang der beiden Photonen an den jeweiligen γ-Strahl-Detektoren 304 bestimmt werden, um den Ort der positronenemittierenden Nuklide, an dem das Positron erzeugt wird, zu bestimmen.
Darüber hinaus ist es wünschenswert, die Konfiguration des Bestrahlungsfeldes unter Verwendung einer Lichtfeldlokalisiereinrichtung zu bestätigen. Ein Beispiel für die Anordnung der Lichtfeldlokalisiereinrichtung ist in Fig. 16 dargestellt. In dieser Figur bezeichnet die Bezugszahl 401 einen Ionenpartikelstrahl. 402 bezeichnet ein Streuelement, 403 entspricht einer Lichtfeldlokalisiereinrichtung, 403 a einer Lichtquelle, 403 b einem reflektierenden Spiegel, 404 einem kranken Bereich und 405 einer Kollimatorblende.
Ein mit Hilfe eines nichtdargestellten Beschleunigers auf eine hohe Energie beschleunigter ionisierter Partikelstrahl 401 wird durch das Streuelement 402 aufgeweitet. Der Streuwinkel wird hierdurch vergrößert und geweitet, und es wird eine gleichförmige Bestrahlung über einen weiten Bereich des kranken Bereichs ermöglicht. Die Konfiguration des Bestrahlungsfeldes wird durch die Lichtfeldlokalisiereinrichtung 403 bestätigt. Es ist notwendig, daß der Abstand zwischen der Lichtquelle und der bestrahlten Oberfläche des Patienten gleich dem Abstand zwischen dem Streuelement und der bestrahlten Oberfläche ist. Wenn der reflektierende Spiegel durch die Lichtfeldlokalisiereinrichtung beleuchtet wird, wird der Spiegel derart auf die zentrale Achse des Strahls bewegt, daß ein Zustand simuliert wird, in dem das Licht vom Streuelement emittiert würde. Die Konfiguration des kranken Bereichs ist vorab aus einem Röntgenbild oder einem X-Strahl-CT-Gerät bekannt.
Da in der obigen Anordnung der Abstand zwischen der Lichtquelle und der bestrahlten Fläche des Patienten gleich dem Abstand zwischen dem Streuelement und der bestrahlten Fläche sein muß, muß die Lichtquelle der Lichtfeldlokalisiereinrichtung weit vom Patienten entfernt positioniert werden. Sind verschiedene Vorrichtungen zwischen dem Streuelement und dem Patienten anzuordnen, so ist es schwierig, die Konfiguration der Bestrahlung zu bestätigen.
Ein weiteres Beispiel für die Anordnung der Lichtfeldlokalisiereinrichtung ist in Fig. 17 dargestellt und ist dazu ausgelegt worden, dieses Problem zu lösen und die Anordnung der Lichtquelle der Lichtfeldlokalisieranordnung näher am Patienten zu ermöglichen.
In der Fig. 17 bezeichnen die bereits in Fig. 16 verwendeten Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Elemente und Teile.
Im in Fig. 17 gezeigten Ausführungsbeispiel wird der Ionenpartikelstrahl 401 durch X- und Y-Richtungs-Scanning- Elektromagneten derart gedreht, daß die Dosisverteilung gleichförmig gestaltet wird. Durch die Wirkung einer Reichweiteverstellvorrichtung 407 kann die Energie des Partikelstrahls 401 herabgesetzt oder gedämpft werden. Hierdurch kann die Tiefe der Bestrahlung entsprechend der Tiefenlage des kranken, zu bestrahlenden Bereiches eingestellt werden. Die Gleichförmigkeit oder Gleichmäßigkeit und die Dosisrate des Strahls können durch einen Strahlmonitor 408 gemessen werden. Werden verschiedene Vorrichtungen zwischen den Scanning-Elektromagneten und dem Patienten angeordnet, wie dargestellt ist, so ist die Lichtlokalisiereinrichtung vorzugsweise in der Nähe des Patienten anzuordnen. Aus diesem Grunde ist es notwendig, daß die Distanz zwischen der Lichtquelle und dem Patienten kürzer ist als die Position, an der der tatsächliche Strahl aufgeweitet wird (d. h. die Position der Scanning-Elektromagneten im betrachteten Ausführungsbeispiel). Aus diesem Grunde wird ein Linsensystem 403 c zwischen der Lichtquelle 403 a und dem Patienten angeordnet, so daß derselbe Effekt wie in einem Fall erzielt würde, bei dem das Licht von der Position der Scanning- Elektromagneten emittiert würde. Während der Überprüfung und Betätigung der Bestrahlungskonfiguration wird der reflektierende Spiegel zurückgezogen.
Darüber hinaus ist es wünschenswert, eine Partikelstrahlmonitorvorrichtung vorzusehen. Die Fig. 18A, 18B und 18C zeigen ein Beispiel für eine Partikelstrahlmonitorvorrichtung 501. Sie umfaßt ein Gehäuse 506, in dem Gas 503 gasdicht aufgenommen ist, eine partikelstrahldurchlässige Platte, die den Durchtritt des Partikelstrahls gestattet, während sie die Dichtheit aufrechterhält, und eine Kollektorelektrode 502 zum Sammeln von Elektronen und Ionen, die bei der Ionisation des Gases 503 infolge des durch die Monitorvorrichtung 501 hindurchtretenden Partikelstrahls erzeugt werden.
Eine Hochspannungselektrode 504 ist vorgesehen, um den ionisierten Elektronen und Ionen Energie zuzuführen. Wie in Fig. 20 dargestellt ist, ist eine Hochspannungsversorgung 511 über die Hochspannungselektrode 504 und die Kollektorelektrode 502 gelegt. Eine isolierende Scheibe 507 isoliert die Kollektorelektrode 502 und die Hochspannungselektrode 504. Eine Schutzelektrode 508 verhindert, daß Kriech- oder Leckströme (von der Hochspannungselektrode), die durch die Oberfläche der isolierenden Scheibe 507 fließen, die Kollektorelektrode 502 erreichen. Die Schutzelektrode 508 ist auf dasselbe Potential wie die Kollektorelektrode 502 gelegt.
Die Kollektorelektrode 502 kann in Form einer Dosismeßelektrode (nicht dargestellt) zum Messen der Partikelstrahldosis über die gesamte Oberfläche ausgebildet sein. Ferner ist auch die Ausbildung als Gleichförigkeitsmeßelektrode 509 möglich, wobei z. B. ein Satz von Elektroden kleiner Abmessungen, die equidistant voneinander angeordnet sind, verwendet wird (Fig. 18B), um die Intensitätsverteilung des Partikelstrahls über die vordefinierte Ausdehnung gemessen wird. Daneben ist eine Profilelektrode (Fig. 18C) möglich, die aus drahtförmigen Elektroden besteht, um das Profil des Korpuskularstrahls zu messen.
Die Kollektorelektrode 502 besteht aus einem Metallfilm, beispielsweise einem Aluminiumfilm, mit einer Dicke von 0,2 mm. Die von den Kollektorelektroden eingesammelten Elektronen e⁻ werden über nichtdargestellte Leitungen und einen Verstärker zu einem Meßinstrument, das wie der Verstärker nicht dargestellt ist, übertragen.
Die Fig. 19 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Partikelstrahlmonitorvorrichtung. In diesem Beispiel ist eine der Kollektorelektroden 502 als Dosismeßelektrode ausgebildet, und die andere Kollektorelektrode 502 ist als Gleichförmigkeitsmeßelektrode 509 ausgebildet.
Tritt ein Partikelstrahl 512 durch das Gas 503 in der Monitorvorrichtung 501, so kollidiert der Partikelstrahl 512 mit den Gasmolekülen, wodurch das Gas 503 ionisiert wird. Die bei der Ionisierung entstehenden Elektroden e⁻ werden an der Kollektorelektrode 502 gesammelt, und die Ionen i⁺ werden an der Hochspannungselektrode 504 gesammelt (Fig. 20). Die Anzahl von Elektronen e⁻ und den Ionen i⁺ weist eine Proportionalität zur Intensität des Partikelstrahls 512 auf. Da die Elektronen sich viel schneller bewegen als die Ionen, ist es allgemein üblich, die Erfassung an der Elektronenkollektorelektrode zur Überwachung des hindurchtretenden Korpuskularstrahls 512 zu erfassen.
Da die Kollektorelektrode 502 aus Metallfilmen oder dünnen Metallschichten in einer Dicke in der Größenordnung von 0,2 mm ausgebildet ist, ist bei Verwendung der Monitorvorrichtung zur Messung von X-Strahlen oder eines Elektronenstrahls der Energieverlust aufgrund der Wechselwirkung zwischen dem einfallenden Ionenpartikelstrahl und den Atomen des Metallfilms unerheblich. Jedoch ist dieser Energieverlust im Fall einer Partikelstrahlung aus schweren Ionen nicht mehr vernachlässigbar, und die Monitorvorichtung ist für eine genaue Messung nicht geeignet. Darüber hinaus können die Gleichförmigkeits- (Ebenheits- oder Planheits-)Meßelektroden die Messung nicht auf derselben Ebene ausführen, sondern müssen die Messung auf verschiedenen Ebenen für zwei Achsen durchführen. Dieses setzt ebenfalls die Meßgenauigkeit herab.
Ein weiteres Beispiel der Monitorvorrichtung ist in den Fig. 21, 22 und 23 dargestellt und ist dazu ausgelegt worden, diese Nachteile zu beseitigen. Die mit den Bezugszeichen der Fig. 18A bis 18C, 19 und 20 identischen Bezugszeichen bezeichnen in diesen neuen Fig. 21 bis 23 wiederum identische oder ähnliche Teile oder Elemente. Eine Kollektorelektrode 520 ist aus einem Metallfilm gebildet und wird durch Evaporation oder Plattierung auf einer Kunstharzplatte mit geringem spezifischen Gewicht (Dichte) abgeschieden, aufgedampft oder anhaftend aufgebracht. Eine Hilfselektrode 522 ist vorgesehen, um die statische Kraft auf die Hochspannungselektrode 504 zu annullieren. Sie ist gegenüberliegend der Hochspannungselektrode 504 auf der Rückseite der Hochspannungselektrode 504 angeordnet, wobei die Hochspannungselektrode 504 wiederum der Kollektorelektrode 520 gegenüberliegend mit der zwischen den Elektroden 504 und 520 sowie auch 522 angeordneten isolierenden Scheibe 507 vorgesehen ist.
Die Kollektorelektrode 520 umfaßt zwei Kunstharzplatten 523 a und 523 b, die beispielsweise Polymidkunstharzplatten sind und deren rückwärtige Flächen aneinandergesetzt sind. Dabei sind ein scheibenförmiger Metallfilm 524 oder ringförmige Metallfilme 524 durch Evaporation oder Plattierung auf eine Oberfläche einer Kunstharzplatte 23 a aufgebracht, um eine Dosismeßelektrode 526 auszubilden. Metallfilme 525, die eine Vielzahl von radial angeordneten Filmstücken aufweisen, sind ebenfalls durch Evaporation oder Plattierung auf einer Oberfläche der anderen Kunstharzplatte 23 b aufgebracht, um eine Gleichförmigkeitsmeßelektrode 527 auszubilden (Fig. 23). Die Gleichförmigkeitsmeßelektrode 527 ist so ausgebildet, daß sie die Gleichförmigkeitsmessung auf derselben Oberfläche gestattet. Leitungen 528 a für die Dosismeßelektrode 526 und Leitungen 528 b für die Gleichförmigkeitsmeßelektrode 527 erstrecken sich auf den rückwärtigen Flächen der Kunstharzplatten 523 a und 523 b derart, daß sie nicht in Kontakt miteinander geraten.
Tritt ein Partikelstrahl 512 durch das Gehäuse 506 mit einer Gasfüllung 503, so stoßen die Teilchen des Partikelstrahls 512 und die Moleküle des Gases 503 zusammen, und die Gasmoleküle werden ionisiert. Ist ein starkes elektrisches Feld zwischen der Hochspannungselektrode 504 und der Kollektorelektrode 520 angelegt, so werden die bei der Ionisation entstandenen Elektronen e⁻ an der Kollektorelektrode 520 und die Ionen i⁺ an der Hochspannungselektrode 504 gesammelt. Die Anzahl der bei der Ionisation entstandenen Elektronen und Ionen ist proportional zur Wirksamkeit (Stärke) des hindurchtretenden Partikelstrahls 512. Da die Bewegungsgeschwindigkeit der Elektronen e⁻ höher als die der Ionen i⁺, werden die an der Kollektorelektrode 520 aufgefangenen Elektronen e⁻ mit Hilfe einer nichtdargestellten Meßschaltung gemessen. Auf diese Weise wird die Bestrahlungsdosis durch die Dosismeßelektrode 526 gemessen, und es wird die Verteilung der Wirksamkeit (Stärke) des Partikelstrahls, wenn dieser aufgeweitet und verteilt ist, durch die Gleichförmigkeitsmeßelektrode 527 gemessen.
Im obigen Beispiel bestehen die Kollektorelektroden aus einer Dosismeßelektrode und einer Gleichförmigkeitsmeßelektrode. Jedoch kann auch eine der Kollektorelektroden als Profilmeßelektrode ausgebildet sein, wie dies in Fig. 24 durch die Bezugszahl 530 angezeigt ist, um das Profil des Partikelstrahls zu messen. Dabei sind eine Vielzahl oder zumindest mehrere sich horizontal ausdehnender gerader Metallfilmstreifen 531 durch Evaporation oder Plattierung auf eine von zwei Kunstharzplatten, wie beispielsweise eine Polymidplatte 523 c, aufgebracht, wobei die rückwärtigen Flächen dieser Platten wiederum aneinandergestellt sind. Mehrere oder eine Vielzahl sich vertikal erstreckender gerader Metallfilmstreifen sind auf der anderen Kunstharzplatte 523 c ebenfalls durch Evaporation oder Plattierung aufgebracht.
Die Konfiguration oder Form der Elektroden für die Dosismessung, die Gleichförmigkeitsmessung und für die Profilmessung sind nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern sie können in vielfacher Hinsicht modifiziert werden.
Wie beschrieben wurde, kann der Energieverlust des Partikelstrahls durch die Ausbildung der Kollektorelektrode durch Aufbringung von Metall durch Evaporation oder Plattierung auf einer Kunstharzplatte vermindert werden, und es ist eine exakte Messung möglich. Sind darüber hinaus wie in den Ausführungsbeispielen die rückwärtigen Flächen der beiden Kollektorelektroden aneinandergestellt, so wird der Kollektorelektrode keine statische elektrische Leistung zugeführt. Die Lage und Form der Elektrode kann sehr genau bestimmt und festgelegt werden. Hierdurch wird die Genauigkeit der Messung verbessert. Darüber hinaus können die Abmessungen des Geräts vermindert werden.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel für die im erfindungsgemäßen Gerät verwendete Reichweiteneinstellvorrichtung erläutert.
Die Dosisverteilung oder das Dosisprofil bei Bestrahlung mit einem Hochenergieprotonenstrahl oder Strahl schwerer Ionen innerhalb des Körpers ist in der Fig. 25 durch eine Kurve (a) angedeutet. Wie aus der Figur zu entnehmen ist, liegt das Dosismaximum an einer Stelle, die dicht am Bereich der Bestrahlungsreichweite oder -tiefe liegt. Aus diesem Grund werden Hochenergieprotonenstrahlen oder Strahlen schwerer Ionen zur Vernichtung von Krebszellen im Körperinneren verwendet. Mit diesem Verfahren werden die normalen (gesunden) Zellen nahe der Oberfläche des Körpers nicht zerstört, sondern nur die Krebszellen wirksam vernichtet. Sind dagegen die Krebszellen über einen weiten Bereich verteilt, so kann die Bestrahlungsenergie sukzessive geändert werden, um die Reichweite entsprechend sukzessive zu variieren. Als einfaches Mittel zum Verändern der Bestrahlungsenergie kann eine Reichweiteeinstellvorrichtung, die aus einem Energieabsorptionsglied besteht, in den Strahlengang eingebracht werden. Diese Reichweiteeinstellvorrichtung kann eine oder mehrere Kupferplatten 611 aufweisen, die, wie in Fig. 26 gezeigt ist, aufeinandergeschichtet werden. Die Dicke kann von einer zur nächsten Kupferplatte variieren. Die Anzahl der übereinandergeordneten Kupferplatten 611 kann verändert werden, und die Kupferplatten verschiedener Dicken können jeweils zur Einstellung der Gasamtabsorption ausgewählt werden.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Reichweiteeinstellvorrichtung ist in Fig. 27 gezeigt. Diese Reichweiteeinstellvorrichtung weist ein Paar keilförmiger Energieabsorptionsglieder 601 a und 601 b aus Kupfer oder ähnlichem Material auf, die so übereinandergelegt angeordnet sind, daß die Richtungen, in denen die keilförmigen Glieder 601 a und 601 b sich verjüngen, einander gegenüberliegen.
Antriebseinheiten 602 a und 602, die die keilförmigen Glieder 601 a und 601 b vor und zurück in die Richtungen antreiben, in denen die keilförmigen Glieder verjüngt sind, sind ferner in Fig. 27 angedeutet. Die gesamte Dicke der keilförmigen Glieder 601 a und 601 b, durch die der Strahl hindurchtreten muß, kann kontinuierlich durch Bewegung der keilförmigen Glieder 601 a und 601 b in die Richtungen des Pfeils A variiert werden, in denen sie jeweils verjüngt zulaufen. Die in Fig. 27 gezeigte Reichweiteeinstellvorrichtung ist insofern vorteilhaft, daß sie lediglich ein Paar keilförmiger Glieder erfordert und damit eine genaue kontinuierliche Einstellung der Reichweite gestattet.
Bei der Durchführung einer Therapie mit ionisiertem Korpuskularstar ist es wünschenswert, eine dreidimensionale Bestrahlung in Übereinstimmung der Form des kranken, zu bestrahlenden Bereichs auszuführen. Eine Anordnung für diesen Zweck wird nun anhand der Fig. 28 bis 43 erläutert.
In Fig. 28 wird ein mit Hilfe eines nichtdargestellten Beschleunigers auf eine hohe Energie beschleunigter Ionenpartikelstrahl 701 mit zwei Scanning-Elektromagneten 702 zirkular abgelenkt bzw. abgetastet, deren Felder senkrecht zueinander stehen, so daß die Strahldosisverteilung über den zu bestrahlenden, kranken Bereich gleichförmig ist. Die Dosisverteilung oder das Dosisprofil des Ionenpartikelstrahls 701 entlang der Reichweite der Strahlung ist so, daß sie in einer bestimmten Tiefe ein Maximum aufweist, wie es durch die Kurve A₁ in Fig. 29 angedeutet ist. Diese Eigenschaft kann dazu verwendet werden, eine Maximaldosis am kranken Bereich bei jeder vorgegebenen Tiefe innerhalb des Körpers des Patienten 706 einzustrahlen. Wenn sich der kranke, zu bestrahlende Bereich in der Tiefenrichtung mehr, als es der Gesamtbreite des Bestrahlungspeaks entspricht, ausbreitet, kann ein Ridge-Filter oder Rippenfilter 703 dazu verwendet werden, eine flachere Dosisverteilung mit einem flacheren Peak zu erzielen, so daß sie sich über eine bestimmte Distanz in Tiefenrichtung erstreckt, wie dies in Fig. 30 durch die Kurve A₂ angezeigt ist. Der Querschnitt des Rippenfilters 703 weist zahlreiche Erhebungen oder Vorsprünge auf, wie aus Fig. 31 hervorgeht. Der Strahl tritt in der Figur von oben gesehen ein, wie durch den Pfeil in Fig. 28 oder auch in Fig. 31 angedeutet ist, und die Dosisverteilung in Tiefenrichtung ist entsprechend der Höhe der vorspringenden Rippen (Unterschied in der Dicke zwischen den vorstehenden und nichtvorstehenden Teilen der Blende) ausgedehnt oder verbreitert. Ein sogenannter Multileaf- Kollimator 704 oder auch mehrlamelliger Kollimator grenzt die Form des Strahls innerhalb der Ebene senkrecht zur Strahlausbreitung in Übereinstimmung mit der Form des kranken, zu bestrahlenden Bereichs ein. Das heißt, wie in Fig. 32 gezeigt ist, werden Kollimatorteile entsprechend einer ersten und zweiten Strahleinstrahlung, die jeweils mit einem gewissen Zeitintervall zwischen den Einstrahlungen ausgeführt werden, bewegt, und die Strahlform kann auf diese Weise sukzessive den beiden Vorsprüngen 708 a und 708 b angepaßt werden. Sogenannte Bolus 705 sind vorgesehen, um die Strahlform mit der Form des erkrankten Bereichs in Richtung der Tiefe (d. h. in Richtung der Strahlausbreitung) in Einklang zu bringen. Wie aus Fig. 33 hervorgeht, weisen die Bolus 705 konvexe und konkave, d. h. nach außen und innen gewölbte Bereiche in Richtung des Strahls 701 auf, so daß die Tiefe der Bestrahlung oder Reichweite der Bestrahlung in Abhängigkeit von der örtlichen Dicke geändert wird, wie durch die gestrichelten Linien angedeutet ist.
Ein Nachteil der oben beschriebenen Anordnung besteht in der Notwendigkeit von Rippenfiltern und Bolus, die jeweils für die einzelnen Patienten vorgesehen werden müssen.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel zur Durchführung einer dreidimensionalen Bestrahlung, das in Fig. 34 gezeigt ist, ist dieser Nachteil elminiert.
In der Fig. 34 bezeichnen mit Bezugszahlen der Fig. 28 identische Bezugszeichen identische oder ähnliche Teile oder Elemente wie in Fig. 28. Zusätzliche Komponenten sind eine Reichweiteeinstellvorrichtung 709 und ein Dosimeter 710, die entlang des Ausbreitungsweges des ionisierten Partikelstrahls 701 angeordnet sind.
Der Ionenpartikelstrahl 701, der mit Hilfe der Scanning-Elektromagneten 702 über einen kreisförmigen Bereich gleichförmig ausgebildet worden ist, tritt durch die Reichweiteeinstellvorrichtung 709 hindurch, in welcher die Energie des Partikelstrahls 701 geändert wird. Die Reichweiteeinstellvorrichtung 709 umfaßt Wasser, Salzlauge oder eine andere Flüssigkeit oder auch mehrere Platten aus Kupfer oder ähnlichen Materialien. Die Energie des Partikelstrahls 701 wird proportional zur Dicke der Reichweiteeinstellvorrichtung 709 graduell vermindert, durch welche der Ionenpartikelstrahl 701 hindurchtreten muß. Auf diese Weise kann die Bestrahlungsenergie ohne Änderung der Energie des Beschleunigers variiert werden. Es ist wünschenswert, daß die Energie der Energiegradiereinrichtung der Reichweiteeinstellvorrichtung 709 kontinuierlich geändert werden kann, so daß die Energie des Partikelstrahls 701 in Abhängigkeit von der Tiefe des zu bestrahlenden Bereichs geändert werden kann.
Ein Multileaf-Kollimator 704 wird dazu verwendet, das Bestrahlungsfeld in Richtung senkrecht zur Strahlachse zu definieren. Dieser Kollimator 704 hat eine Wirkungsfunktion, bei der eine jedes Paares von Lamellen einer Vielzahl von Lamellenpaaren das Bestrahlungsfeld der anderen Lamelle ebenfalls abdecken kann. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Reichweiteeinstellvorrichtung und der Multileaf- Kollimator 704 dazu kombiniert, die dreidimensionale Bestrahlung in Übereinstimmung mit der Form des zu bestrahlenden Bereichs durchzuführen. Dies gestattet die maximale Effizienz der Bestrahlungstherapie. Dies ist der Fall, weil die Reichweiteeinstellvorrichtung 709 dazu verwendet werden kann, die Bestrahlungsposition in Tiefenrichtung einzustellen, und weil der Multileaf-Kollimator 704 dazu verwendet werden kann, die Form der Bestrahlung in der Richtung senkrecht zur Strahlachse zu variieren.
Das Verfahren bei der dreidimensionalen Bestrahlung wird im folgenden unter Bezug auf die Fig. 35 bis 38 erläutert.
Fig. 35 zeigt eine dreidimensionale Bestrahlungssteuereinheit 711, die mit der Reichweiteeinstellvorrichtung 709, dem Dosimeter 710 und dem Multileaf-Kollimator 704 verbunden ist. Diese Steuereinheit 711 zur dreidimensionalen Bestrahlung empfängt das Dosissignal vom Dosimeter 710 und liefert Steuersignale, durch die die Operationsbedingungen der Reichweiteeinstellvorrichtung 709 und des Multileaf-Kollimators eingestellt werden.
Die Fig. 36 zeigt die Funktionsweise der Reichweiteeinstellvorrichtung 709 und des Multileaf-Kollimators 704 entsprechend den jeweiligen Lagen oder Schichten des zu bestrahlenden Bereichs 708. Die Bezugszeichen 708 a, 708 b, 708 c und 708 d bezeichnen erste bis vierte Schichten des zu bestrahlenden Bereichs 708. 704 a, 704 b, 704 c und 704 d sind Positionen des Multileaf-Kollimators 704 jeweils bei der Bestrahlung der ersten bis vierten Schichten 708 a bis 708 d. 709 a, 709 b, 709 c und 709 d sind Positionen der Reichweiteeinstellvorrichtung 709 jeweils bei den Bestrahlungen der ersten bis vierten Schichten 708 a bis 708 d. Das heißt, für jede der genannten Schichten wird jeweils eine Kombination von der Einstellvorrichtung 709 und dem Kollimator 704 verwendet.
Die Fig. 37 zeigt den weiteren zeitlichen Verlauf des obigen Betriebs. Wie dargestellt, werden die Reichweiteeinstellvorrichtung 709 und der Multileaf-Kollimator 704 zur Steuerung der Dosis bewegt und angehalten.
Fig. 38 zeigt die Sequenz einer dreidimensionalen Bestrahlung. Zunächst wird ein Starter 721 dazu verwendet, die anfänglichen Betriebsbedingungen der Reichweiteeinstellvorrichtung 709 und des Multileaf-Kollimators 704 (722) einzustellen, und die Bestrahlung wird dann begonnen (723). Ist die Bestrahlung der eingestellten Dosis 724 für die n-te Schicht abgeschlossen, so werden die Reichweiteeinstellvorrichtung 709 und der Multileaf-Kollimator 704 für den nächsten eingestellten oder gesetzten Wert auf der Grundlage des Signals vom Dosimeter 710 eingestellt, und die Bestrahlung wird für die nächste Schicht ausgeführt. Dieser Prozeß wird für die jeweiligen Schichten wiederholt. Ist die voreingestellte gesamte Bestrahlung für alle Schichten (726) erreicht, so wird die Bestrahlung abgeschlossen (727).
Auf diese Weise wird ein gleichförmiges und gleichmäßiges dreidimensionales Bestrahlungsfeld erzeugt.
Im oben beschriebenen Beispiel werden die Reichweiteeinstellvorrichtung 709 und der Multileaf-Kollimator 704 kombiniert. Jedoch ist es ebenfalls möglich, die anhand Fig. 28 erläuterten Rippenfilter und Boulas zu kombinieren.
Wenn der zu bestrahlende Bereich zwei Vorsprünge in Strahlrichtung aufweist, wie in Fig. 32 angedeutet, kann eine überlagerte Bestrahlung durchgeführt werden, bei der die dreidimensionale Bestrahlung für eine der Vorsprünge durchgeführt wird und daraufhin für den anderen Vorsprung.
Eine Bestrahlung kann durch eine Folge von Strahlimpulsen, d. h. mit einem gepulsten Strahl, durchgeführt werden, und die Anzahl der Strahlungsimpulse kann zur Einstellung der Bestrahlungsdosis verändert werden. Eine Folge von Strahlimpulsen 801 ist in Fig. 39 gezeigt. Die Dauer jedes Impulses kann einige µs betragen. Die Verwendung kürzerer Impulsdauern erlaubt eine feinere Einstellung der Dosis. Zur Veränderung der Bestrahlungstiefe ist es wünschenswert, daß die Energie des Strahls zwischen aufeinanderfolgenden Strahlimpulsen geändert werden kann. Jeder Impuls 801 hat eine identische Dosis. Die Dosis wird mit Hilfe eines Dosimeters erfaßt und dazu verwendet, die Impulse 801 zu steuern. Wie in der Fig. 25 dargestellt ist, ist, obwohl die Bestrahlungsdosiskurve ein Maximum bei einer bestimmten Tiefe hat, die in Abhängigkeit von der Energie des Strahles variiert, ein Teil von im wesentlichen konstanter geringerer Dosis im Tiefenbereich vorhanden, der oberflächlicher oder flacher als die Lage des Maximums liegt. Wenn die Impulse 801 derselben Dosis für unterschiedliche Tiefen oder Reichweiten (d. h. mit verschiedenen Energien) eingestrahlt werden, so wird die Gesamtdosis im flacheren Bereich größer, weil die im wesentlichen konstanten Bereiche der Dosiskurven sich im flacheren Bereich addieren. Es wird sich folglich eine resultierende Gesamtdosis ergeben, wie sie in Fig. 40 durch die Kurve 803 angedeutet ist. Um diesen Effekt zu kompensieren, wird der Strahlung für den oberflächlicheren Bereich des zu bestrahlenden Bereichs eine kleinere Dosis verliehen, wie dies in Fig. 41 gezeigt ist. Wird beispielsweise die Bestrahlung mit dem tiefliegendsten Teil des zu bestrahlenden kranken Bereichs begonnen, und die Tiefe der Bestrahlung sukzessive flacher gemacht, so wird die Bestrahlungsdosis sukzessive geringer gemacht. Der Betrag, um den die Bestrahlungsdosis für die Bestrahlung des flacheren Teils geringer gemacht ist, ist derart bestimmt, daß die Bestrahlungsdosis über die gesamte Tiefe des zu bestrahlenden Bereichs einheitlich und gleichförmig ist. In den Fig. 40 und 41 sind jeweils die Gesamtdosis mit 803 und die Einzeldosen der Impulse mit 802 bezeichnet.
Ein Beispiel einer Vorrichtung zur Verwirklichung des obigen Verfahrens ist in Fig. 42 gezeigt. Ein Ionenpartikelstrahl 804 ist ein Baryonenstrahl von schwereren Atomen als Protonen. Ein Streuelement 806, Scanning-Elektromagnete 805 a und 805 b, eine Reichweiteeinstellvorrichtung 807 mit einem Absorptionsglied 807 a variabler Dicke und ein Kollimator 808 sind in Strahlrichtung des Strahls 804 angeordnet. Der Patient 809 liegt auf dem Therapietisch 810.
Der Strahl 804 wird kreisförmig mittels der Scanning- Elektromagnete 805 a und 805 b abgetastet bzw. abgelenkt, so daß auf dem Patienten 809 eine gleichförmige Dosisverteilung erzielt wird. Das Streuelement 806 wird dazu verwendet, den Durchmesser des Strahls 804 derart aufzuweiten, daß die Gleichförmigkeit der Dosisverteilung in einer weiteren Region oder aufgeweiteten Region erzielt wird.
Ein für die Verwendung mit dem Partikelstrahltherapiegerät geeignetes Therapiebett wird im folgenden unter Bezug auf Fig. 43 näher erläutert. Die Bezugszahl 902 bezeichnet ein Partikelstrahltherapiegerät und 905 eine Schichtbildaufnahmevorrichtung oder eine kernmagnetische Resonanz- Schichtbildaufnahmevorrichtung (NMR). 907 bezeichnet ein Therapie/Diagnosebett oder -gestell, auf das ein Patient 903 gelegt wird. Das Therapiebett oder -gestell 907 weist nichtdargestellte Rollen auf, die entlang Schienen 908 laufen, d. h. hierüber g 04142 00070 552 001000280000000200012000285910403100040 0002003828639 00004 04023eführt sind, und ist bewegbar zwischen einer ersten Position, bei der der Patient 903 auf dem Bett 907 einer Diagnose unter Verwendung der Schichtbildaufnahmevorrichtung 905 unterworfen wird, und einer zweiten Position, bei der der Patient 903 auf dem Bett 907 der Therapie unter Verwendung des Partikelstrahltherapiegerätes 907 unterzogen wird.
Das Therapie/Diagnosebett 907 weist eine obere Auflageplatte 909 auf, auf der der Patient liegend positioniert wird. Diese Auflageplatte 909 ist derart befestigt, daß sie in der horizontalen Ebene bewegbar und rotierbar ist und nach oben und unten bewegbar ist. Daher sind die Bildaufnahme unter Verwendung des Schichtbildaufnahmegeräts 905 und die Bestrahlung unter Verwendung des Partikelstrahltherapiegeräts 902 beide möglich.
Die obere Auflageplatte 909 kann so ausgebildet sein, daß sie ebenfalls geneigt oder gekippt werden kann.
Ist die Schichtbildaufnahmevorrichtung eine X-Strahl- Schichtbildaufnahmevorrichtung, ist die obere Auflageplatte oder -fläche 909 vorzugsweise aus einem Material hoher X-Strahl-Transparenz oder Durchlässigkeit, wie beispielsweise glasfaserverstärktem Kunststoff gefertigt. Ist die Schichtbildaufnahmevorrichtung hingegen ein NMR-Gerät, d. h. eine kernmagnetische Resonanz-Schichtbildaufnahmevorrichtung, so ist die Auflage vorzugsweise aus einem nichtmagnetischen Material herzustellen.
Vor der Diagnose und Therapie wird der Patient auf den Therapie/Diagnosetisch (bzw. -bett) 907 gelegt und positioniert, so daß er eine vorbestimmte Haltung einnimmt. Das Bett wird daraufhin zur Schichtbildaufnahmevorrichtung 905 bewegt, wo das Bett 907 derart eingestellt und justiert wird, daß die Position des Patienten für die Aufnahme optimal ist. Unter Verwendung der Schichtbildaufnahmevorrichtung 905 wird die Lokalisierung, Form und so weiter des befallenen, zu bestrahlenden Bereichs erfaßt. Nachdem die Schichtbildaufnahme abgeschlossen ist, wird der Tisch 907 entlang der Schiene 908 zum Partikelstrahltherapiegerät 902 bewegt, und das Bett 907 wird derart bewegt und eingestellt, daß der Patient optimal für die Radiotherapie unter Verwendung eines Partikelstrahls, wie beispielsweise eines Elektronenstrahls, Protonenstrahls, Neutronenstrahls, Strahls schwerer Ionen oder anderer ionisierter Teilchen- Strahlen, positioniert ist.
Da das Bett bewegbar ist, braucht der Patient sich selbst nicht zu bewegen. Insbesondere werden sich auch innere Organe zwischen der Schichtbildaufnahme und der Therapie nicht verschieben.
Im beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die Schichtbildaufnahmevorrichtung eine X-Strahl-(Röntgen-)Schichtbildaufnahmevorrichtung. Jedoch können auch andere Vorrichtungen, wie zum Beispiel NMR-Schichtbildaufnahmevorrichtungen, Positronenschichtbildaufnahmevorrichtungen, verwendet werden.
Das oben beschriebene bewegbare Bett kann auch dazu ausgelegt werden, zwischen eine X-Strahl-Positioniervorrichtung oder -Einstellvorrichtung (eher als der Schichtbildaufnahmevorrichtung) und dem Therapiegerät bewegbar zu sein. Die X-Strahl-Positioniervorrichtung wird dazu verwendet, die Einstellung in zu der Bestrahlungsrichtung senkrechten Richtungen vorzunehmen.
Wird das oben beschriebene Bett verwendet, ist es nicht notwendig, den Patienten von einem Bett oder einer Auflage für die Schichtbildaufnahme zu einem weiteren Bett oder einer weiteren Auflage für die Partikelstrahltherapie zu bewegen oder zu transportieren. So kann der zu bestrahlende, befallene Bereich, wie er von der Schichtbildaufnahmevorrichtung erfaßt worden ist, leicht auf den Partikelstrahl für die Bestrahlung ausgerichtet werden.

Claims (32)

1. Therapiegerät, aufweisend:
eine Bestrahlungseinrichtung (6) zum Aussenden eines Therapiestrahlenbündels;
einen Therapietisch (4), auf dem ein Patient (3) positioniert ist;
eine erste Bildaufnahmevorrichtung (11) zum Aufnehmen eines Bildes von zumindest einem Teil des Patienten, das die Position eines kranken, zu bestrahlenden Bereichs (K) anzeigt;
eine erste Darstellungsvorrichtung (20) zum Darstellen eines ersten Bildes, das mit der ersten Bildaufnahmevorrichtung aufgenommen worden ist;
eine zweite Bildaufnahmevorrichtung (2, 12, 13, 14, 15) zum Aufnehmen eines Bildes von zumindest einem Teil des Patienten, das die Position des Therapiestrahls anzeigt;
eine zweite Darstellungsvorrichtung (16, 17) zum Darstellen eines zweiten Bildes, das mit der zweiten Bildaufnahmevorrichtung aufgenommen worden ist;
eine Eingabevorrichtung (25) zur Eingabe von Positionsinformation bezüglich des kranken Bereiches zur Anzeige im ersten Bild und zweiten Bild;
eine Rechenvorrichtung (19), die die Bewegungsdistanz des Therapietischs derart auf der Grundlage des ersten Bildes und zweiten Bildes mit der Positionsinformation berechnet, daß das Therapiestrahlenbündel auf den kranken Bereich des Patienten gestrahlt wird, und
Einrichtungen zum Bewegen des Patienten relativ zum Therapiestrahlenbündel auf der Grundlage der berechneten Distanz.
2. Verfahren zum Einstellen eines Therapiestrahlenbündels, aufweisend folgende Verfahrensschritte:
Bestimmen einer ersten Distanz von einer ersten vorbestimmten anderen Position als ein kranker, zu bestrahlender Bereich eines Patienten zum bestrahlenden Bereich auf der Grundlage eines ersten Bildes, das zumindest einen Teil des Patienten einschließt und die Position des kranken Bereichs des Patienten anzeigt;
Bestimmen einer zweiten Distanz von einer zweiten vorbestimmten Position, die der ersten vorbestimmten Position entspricht, zu einer Position des Therapiestrahlenbündels auf der Grundlage eines zweiten Bildes, das zumindest einen Teil des Patienten einschließt und die Position des Therapiestrahlenbündels anzeigt, und
Bewegen des Patienten auf der Grundlage der ersten Distanz und der zweiten Distanz derart, daß das Therapiestrahlenbündel auf den kranken Bereich gestrahlt wird.
3. Ionenpartikelstrahlgerät, aufweisend:
einen ersten und einen zweiten Scanning-Elektromagneten (103, 104) zum Ablenken eines Strahls (101) ionisierter Teilchen in zueinander orthogonalen Richtungen;
Einrichtungen (107) zum Anlegen von Wechselströmen an den ersten und zweiten Scanning-Elektromagnet zur Erzeugung eines rotierenden Magnetfelds, wodurch der Strahl ionisierter Teilchen rotiert wird;
wobei der Strahl ionisierender Teilchen in ein Bestrahlungsfeld gestrahlt wird und
ein Streuelement (106), das im Strahlengang des Strahls ionisierter Teilchen entweder vor dem ersten und zweiten Scanning-Elektromagnet oder hinter diesen Elektromagneten zur Aufweitung des Radius der Region angeordnet ist, über die der Strahl ionisierter Teilchen gestrahlt wird.
4. Ionenpartikelstrahlgerät, aufweisend:
eine Spaltanordnung (203) mit Paaren von Spaltgliedern, wobei die Spaltglieder jedes Paares, die sich gegenüberliegen, aufeinander zu und voneinander weg vor und zurück bewegbar sind, um die Ausmaße des Strahls, der auf einen bestrahlten Bereich gestrahlt wird, einzustellen;
eine durch die Innenkanten von Spaltgliedern definierte Öffnung, die das Profil des Strahls ionisierter Teilchen festlegt, und
Einrichtungen (204) zum Bewegen der Spaltglieder jedes Paares aufeinander zu und voneinander weg;
wobei die Innenkante jeder der Spaltglieder in bezug auf die Mitte der Öffnung im wesentlichen konkav ausgebildet ist.
5. Gerät nach Anspruch 4, in welchem die Spaltanordnung aufweist:
vier Spaltglieder (205, 207; 210, 122);
wobei die Innenkante jedes der Spaltglieder zwei Seiten aufweist, die einen Winkel von ungefähr 135 Grad in bezug aufeinander einschließen und bezüglich der Geraden der Vor- und Zurückbewegung des entsprechenden Spaltgliedes symmetrisch sind;
wobei die durch die Innenkanten der Spaltglieder definierte Öffnung ein Oktagon ist.
6. Ionenpartikelstrahlgerät zur Krebstherapie, aufweisend:
mehrere Detektoren (304), die um den Bereich des Körpers herum angeordnet sind, in den der Strahl ionisierter Teilchen eingestrahlt wird, und die zwei Photonen erfassen, die von einem Positronen erzeugenden Nuklid emittiert werden, und
eine Berechnungsvorrichtung (305), die die Ausgangssignale der γ-Strahl-Detektoren (304) empfängt und den Emissionsort der Photonen berechnet.
7. Gerät nach Anspruch 6, in welchem der Strahl ionisierender Teilchen Positronen emittierende Nuklide aufweist.
8. Gerät nach Anspruch 6, in welchem der Strahl ionisierender Teilchen keine Positronen emittierende Nuklide umfaßt.
9. Gerät nach Anspruch 6, in welchem zwei einander gegenüberliegende γ-Strahl-Detektoren ein Detektorpaar bilden.
10. Gerät nach Anspruch 9, in welchem die Berechnungsvorrichtung (305) die Zeitdifferenz zwischen dem Empfang der Photonen an den γ-Strahl-Detektoren (304) dieses Paars berechnet.
11. Ionenpartikelstrahlgerät zur Krebstherapie, aufweisend:
Einrichtungen zum Einstrahlen eines Strahls (401) ionisierter Teilchen auf einen krebsbefallenen Bereich (404);
Einrichtungen (405) zum Ändern der Bestrahlungsfeldkonfiguration;
eine Lichtquelle (403 a), um das geänderte Bestrahlungsfeld zu überprüfen und zu bestätigen, und
ein Linsensystem (403), das zwischen der Lichtquelle und dem Patienten angeordnet ist;
wobei die Lichtquelle nahe am Patienten angeordnet ist.
12. Gerät nach Anspruch 11, welches ferner aufweist:
Scanning-Elektromagnete, um den Strahl ionisierender Teilchen kreisförmig abzulenken;
eine Dosismonitoreinrichtung (501) zum Überwachen der Dosisverteilung des Bestrahlungsstrahls und
ein Absorptionsglied (407) zum Ändern der Energie des Strahls.
13. Partikelstrahlmonitorvorrichtung, aufweisend:
eine ionisierende Platte (507);
eine Hochspannungselektrode (504) und
eine Kollektorelektrode (502), die gegenüberliegend der Hochspannungselektrode liegt, wobei die isolierende Platte in einem mit Gas gefüllten Gehäuse (506) zwischen den beiden Elektroden liegt;
wobei die Kollektorelektrode durch Plattieren oder Evaporation eines Metalls auf einer Kunstharzplatte ausgebildet ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, in welcher die Kollektorelektrode aus ringförmigen Metallfilmen (524) gebildet ist, die auf der Kunstharzplatte (523 a, 523 b) evaporiert oder plattiert sind, wodurch die Elektrode als Dosismeßelektrode dient.
15. Vorrichtung nach Anspruch 13, in welcher die Kollektorelektrode aus Metallfilmen (525) gebildet ist, die durch Evaporation oder Plattierung auf der Kunstharzplatte derart ausgebildet sind, daß sie sich radial intermittierend erstrecken, wodurch die Elektrode als Gleichförmigkeitsmeßelektrode dient.
16. Vorrichtung nach Anspruch 13, in welcher die Kollektorelektrode aus geraden Metallfilmen (531) gebildet ist, die durch Evapoartion auf der Kunstharzplatte so ausgebildet sind, daß sie sich parallel zueinander erstrecken, wodurch die Elektrode als Profilmeßelektrode dient.
17. Partikelstrahlmonitorvorrichtung, aufweisend:
eine isolierende Platte (507);
eine Hochspannungselektrode (504) und
eine Kollektorelektrode, die gegenüberliegend zur Hochspannungselektrode angeordnet ist, wobei die isolierende Platte zwischen den beiden Elektroden in einem mit Gas gefüllten Gehäuse (506) liegt;
wobei die Kollektorelektrode (526) durch Plattierung oder Evaporation von Metall auf einer Kunstharzplatte (523 a) ausgebildet ist;
eine zusätzliche Kollektorelektrode (527), die durch Plattierung oder Evaporation von Metall auf einer Kunstharzplatte (523 b) ausgebildet ist, und
eine zusätzliche Hochspannungselektrode (504), die gegenüberliegend der zusätzlichen Kollektorelektrode (527) mit einer zwischen den beiden Elektroden vorgesehenen isolierenden Platte angeordnet ist.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, in welchem die Kollektorelektrode und die zusätzliche Kollektorelektrode zwei Elektroden, ausgewählt aus einer Dosismeßelektrode, einer Gleichförmigkeitsmeßelektrode und einer Profilmeßelektrode sind.
19. Reichweiteeinstellvorrichtung zur Verwendung in einem Partikelstrahltherapiegerät zum Einstrahlen eines Ionenpartikelstrahls zur Vernichtung von Krebszellen, aufweisend:
ein erstes und ein zweites keilförmiges Energieabsorptionsglied (601 a, 601 b), die übereinander angeordnet sind, wobei die Seitenflächen, in denen die keilförmigen Glieder verjüngt sind, einander gegenüberliegen, und
Einrichtungen (602 a, 602 b) zur Bewegung der keilförmigen Glieder vor und zurück in Richtungen, in denen die keilförmigen Glieder sich verjüngen, um die gesamte Dicke der Absorption, durch das der Partikelstrahl hindurchtreten muß, zu variieren.
20. Krebstherapiegerät mit einem Ionenpartikelstrahl zum Einstrahlen eines Ionenpartikelstrahls auf einen krebsbefallenen Bereich zum Zwecke der Therapie, aufweisend:
eine Reichweiteeinstellvorrichtung (709) zur Änderung der Energie des Strahls ionisierter Teilchen und
einen Kollimator (704) zum Ändern der Form der Bestrahlung in einer Ebene senkrecht zur Ausbreitungsrichtung des Strahls;
wobei die Reichweiteeinstellvorrichtung und der Kollimator im Strahlengang des Strahls angeordnet sind und
wobei die dreidimensionale Bestrahlung in Übereinstimmung mit der Form des befallenen Bereichs ausgeführt wird.
21. Gerät nach Anspruch 20, in welchem die Reichweiteeinstellvorrichtung Wasser, Salzlauge oder eine andere Flüssigkeit enthält.
22. Gerät nach Anspruch 20, in welchem die Reichweiteeinstellvorrichtung eine oder mehrere plattenförmige feste Körper aufweist, die ineinandergeschoben sind, wobei die Anzahl der plattenförmigen Körper kontinuierlich zur Einstellung der Gesamtdicke variiert werden kann.
23. Gerät nach Anspruch 20, in welchem der Kollimator einen Mehrfachlamellenkollimator (704) aufweist, mit dem Bestrahlungsfelder komplizierter Konfigurationen erzeugt werden können.
24. Gerät nach Anspruch 23, in welchem jede der Kollimatorlamellen, die einander gegenüberliegen, das gesamte Bestrahlungsfeld abdecken kann und jede Lamelle so bewegbar ist, daß sie die Position der gegenüberliegenden Kollimatorlamelle erreichen kann.
25. Gerät nach Anspruch 20, ferner aufweisend einen Bolus (705) im Strahlengang des Strahls.
26. Gerät nach Anspruch 20, ferner aufweisend eine Steuervorrichtung (711) zum Hervorrufen einer Vielzahl überlagerter Bestrahlungen zur dreidimensionalen Bestrahlung eines befallenen Bereichs einer komplizierten Form, der zwei oder mehr Vorsprünge in Strahlrichtung aufweist.
27. Verfahren zum Bestrahlen mit einem Ionenpartikelstrahl, in welchem die Bestrahlung sukzessive für unterschiedliche Tiefen erfolgt, aufweisend die folgenden Verfahrensschritte:
Verwenden eines Strahlungsbündels, das in einer bestimmten Tiefe ein Reichweitemaximum aufweist und im oberflächlicheren, flacheren Bereich eine niedrigere Reichweiteverteilung, und
Vorgeben geringerer Bestrahlungsdosiswerte für die oberflächlicheren Bereiche, so daß die Gesamtdosis unter Berücksichtigung der niedrigeren Dosisverteilung an den oberflächlicheren Bereichen als an der Position des Reichweitemaximums konstant über die gesamte Tiefe des befallenen zu bestrahlenden Bereichs ist.
28. Verfahren nach Anspruch 27, in welchem der Strahl als Serie von Strahlimpulsen eingestrahlt wird.
29. Therapie/Diagnosebett, aufweisend:
einen Hauptbettkörper (907), auf dem ein Patient positioniert wird, und
eine Einrichtung (908) zum Bewegen des Hauptbettkörpers zwischen einer medizinischen Schichtaufnahmevorrichtung (905) und einem Partikelstrahltherapiegerät (902), wobei der Patient am Hauptbettkörper fixiert ist;
wodurch die Diagnose unter Verwendung des medizinischen Schichtbildaufnahmegeräts und die Therapie unter Verwendung des Partikelstrahltherapiegeräts beide möglich sind.
30. Bett nach Anspruch 29, in welchem die Bewegungsrichtung eine Schiene (908) einschließt, entlang derer das Bett zwischen der medizinischen Schichtbildaufnahmevorrichtung und dem Partikelstrahltherapiegerät bewegt wird.
31. Bett nach Anspruch 29, in welchem das Bett eine obere Bettauflageplatte (909) umfaßt, auf der der Patient plaziert wird und die aus glasfaserverstärktem Kunststoffmaterial hergestellt ist.
32. Bett nach Anspruch 29, in welchem das Bett eine obere Bettauflageplatte (909) umfaßt, auf der der Patient plaziert wird und die aus nichtmagnetischem Material hergestellt ist.
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