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TECHNISCHES GEBIET
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Allgemein
bezieht sich die Erfindung auf ein Strahlungssystem und insbesondere
auf ein solches System, das einen Strahlungsstrahl in mehrere Behandlungsräume lenken
kann.
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HINTERGRUND
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Während der
letzten Jahrzehnte gab es auf dem Feld der Strahlungstherapie und
-diagnosis beträchtliche
Entwicklungen. Die Leistung von Beschleunigern für Externstrahlstrahlungstherapie,
Brachytherapie und anderem speziellen Equipment für die Bestrahlungstherapie
hat sich rapide verbessert. Entwicklungen bezüglich der Qualität und der
Anpassbarkeit therapeutischer Strahlungsstrahlen haben neue Targets
und Filter eingesetzt, Beschleuniger verbessert, Flexibilität betreffend
die Strahlenmodellierung durch neue Applikatoren, Kollimator- und Scansysteme
und Strahlkompensationstechniken gesteigert. Auch wurden verbesserte
dosimetrische und geometrische Behandlungsnachweisverfahren eingeführt. Des
Weiteren sind nun neue Behandlungsplanungssysteme verfügbar, mit
denen die biologische Optimierung der Intensitätsverteilung der abgegebenen
Strahlen möglich
ist.
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Im
Bereich der mehrfach oder einfach fraktionierten Strahlungstherapie
und Diagnoseaufnahmen stellt es ein übliches Verfahren dar, den
Patienten auf einer Liege zu positionieren. Ein Strahlungskopf und
-gestell leiten einen diagnostischen oder therapeutischen Strahl
auf den Patienten, um Strahlung auf ein bestimmtes Target oder Behandlungsvolumen
abzugeben, z. B. einen Tumor. Solch ein typisches Bestrahlungsgerät nach dem
Stand der Technik ist schematisch in 1 dargestellt.
Das Bestrahlungsgerät
umfasst ein isozentrisches Gestell 80, ausgebildet in einer üblichen
L-Form, und eine drehbare Unterlage, die an einem axialen Ende des
Gerätekörpers vorgesehen
ist, um das Gestell 80 zu stützen. Somit ist das Gestell 80 drehbar
um eine Drehachse 30 relativ zu der Unterlage, um von einem Strahlungskopf 20 einen
Strahlungsstrahl, schematisch dargestellt durch 10, in
ein Targetvolumen 55 eines Patienten 50 abzugeben,
der auf einer Patientenliege 40 positioniert ist.
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Die
meisten der heutigen Strahlungstherapiegeräte, einschließlich der
Maschine in 1, umfassen ein isozentrisches
Gestelldesign. In einem solchen Aufbau wird das zu bestrahlende
Gewebe oder Targetvolumen 55 vorzugsweise um ein sogenanntes
Isozentrum herum angeordnet, das durch den Schnittpunkt dreier Achsen
an einem gemeinsamen Punkt gebildet wird. Diese Achsen beinhalten die
Gestelldrehachse 30, die Mittelachse des Strahlungsstrahls 10,
die Hauptdrehachse 45 der Behandlungsliege 40,
welche auch die Drehachse des Kollimatorkopfs 20 in der
Fig. ist.
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Ein
Problem bei solchen Bestrahlungsgeräten nach dem Stand der Technik
stellt ihre begrenzte Kapazität
hinsichtlich der Gesamtanzahl der Patienten dar, die in einem vorgegebenen
Zeitintervall behandelt werden können.
Obwohl die tatsächliche
Bestrahlung sehr schnell ist, d. h., sie dauert typischerweise weniger
als ein paar Minuten (1–2,5
Minuten), geht ein sehr viel längerer
Behandlungsaufbau der Bestrahlung voran. Während solch eines Aufbaus positioniert
das Personal den zu behandelnden Patienten so akkurat wie möglich, typischerweise
basierend auf einem Behandlungsplan, der zuvor aufgrund diagnostischer
Daten, Bestrahlungsstrahldaten etc. entwickelt oder zusammengestellt
wurde. Nachdem der Patient auf der Liege platziert worden ist, jedoch vor
der eigentlichen Strahlungstherapiebehandlung, erfolgt typischerweise
ein Behandlungs-Setup zur Überprüfung und
Verifizierung der Strahlrichtungen und des Behandlungsplans. Während des
Einrichtungsvorgangs besteht das primäre Ziel darin, das Equipment
und den Patienten gemäß dem Behandlungsplan
zu arrangieren. Häufig
werden Portalabbildungen, d. h. Abbildungen, die auf dem Behandlungsstrahl
selbst basieren, verwendet, um die Behandlung zu verifizieren und
ihre Reproduzierbarkeit zu überwachen.
Des Weiteren können
in vivo-Dosimetrie oder verwandte Techniken verwendet werden, um
die in das Targetvolumen und/oder angrenzende Gewebe, speziell in
gefährdete
Organe, abgegebene Strahlendosis zu prüfen. Entsprechen die gemessenen Daten
den geplanten Positionen in dem Behandlungsplan, kann die eigentliche
Strahlentherapie sicher initiiert werden.
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Als
Folge des Patienten-Setups, Positionierungs- und Simulationsverfahrens
dauert die gesamte Behandlung erheblich länger, im Allgemeinen 5–10 Minuten
und oft noch länger,
als die eigentliche Bestrahlung. Zudem, wenn zwischen den gemessenen und
errechneten Daten während
des Setups und der Simulation Abweichungen festgestellt werden und die
Abweichung die Toleranzgrenze überschreitet, sollte
das Behandlungssetup berichtigt werden. Dies kann in einigen Fällen einfach
eine Korrektur einiger Setup-Parameter sein, oder aber es sind größere Einstellungen
notwendig, die eines erneuten Behandlungsplanungsprozesses mit neuen
anatomischen Informationen aus einem erneuten diagnostischen Verfahren
bedürfen.
Wird ein neuer Behandlungsplan benötigt, kann dies auch eine nochmalige Behandlungssimulation
erforderlich machen, wodurch die Behandlungszeit um ein oder zwei
Tage zunehmen kann.
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Somit
macht die Zeit, in der ein Bestrahlungsgerät tatsächlich zur Bestrahlung eines
Patienten eingesetzt wird, einen kleinen Anteil der Gesamtzeit aus,
während
der die Maschine besetzt ist. Dies führt natürlich zur mangelhaften Ausnutzung
teurer Bestrahlungsgeräte
und Equipments und dazu, dass weniger Patienten in einer vorgegebenen
Zeitspanne behandelt werden können.
Dieses Problem verschlimmert sich noch, wenn der Patient sich in
dem Behandlungsraum auszieht, sich unwohl fühlt und mit den Therapieassistenten über verschiedene
Probleme mit der Behandlung etc. sprechen möchte.
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Eine
mögliche
Lösung
könnte
es sein, das Simulationsverfahren anhand eines zweckbestimmten Bestrahlungssimulationsgeräts anstelle
des tatsächlichen
Strahlenbehandlungsgeräts
durchzuführen.
Obwohl die Konstruktionen der Patientenliegen und der beiden für die Simulation
bzw. Behandlung verwendeten Geräte ähnlich sind,
kann es dennoch schwieriger sein, die Behandlung korrekt zu simulieren,
wenn ein anderes Gerät
und möglicherweise auch
eine andere Liegenoberfläche
verwendet werden. Begründet
liegt dies in dem Problem, einen Patienten auf zwei verschiedenen
Liegen exakt gleich zu positionieren, auch wenn die Liegen das gleiche Design
haben. Zudem sind Gewebe und Organe, einschließlich des Targetvolumens mit
einem Tumor, deformierbare elastische Strukturen und ihre Positionen relativ
zu den in dem Behandlungsplan verwendeten Referenzpunkten sind nicht
fest, sondern können sich
je nach z. B. Körperhaltung
des Patienten, Füllstand
der Blase, Atembewegung etc. ändern.
Daher kann es zu Verschiebungen des Targetvolumens kommen, obwohl
die Referenzpunkte während
der Behandlung korrekt relativ zu denen während der Simulation ausgerichtet
wurden.
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In
der Patentschrift
US 6,683,318 wird
ein Therapiesystem zur Krebsbehandlung offenbart, das Lichtionenstrahlungsstrahlen
verwendet. Das Therapiesystem beinhaltet eine Innenquelle, die einem
Beschleunigungssystem inklusive einem Synchrotron Lichtionen liefert.
Ein Ionenstrahltransportsystem leitet einen extrahierten Hochenergiestrahl
vom Synchrotron in drei verschiedene Behandlungsräume. In einem
ersten Behandlungsraum liefert ein statisches Gestell horizontale
Ionenstrahlstrahlung. In den beiden verbleibenden Behandlungsräumen ist
ein entsprechend drehbares isozentrisches Gestell angeordnet. Obwohl
dieses Therapiesystem ein einziges Innenquelle und Strahlenbeschleuniger-System
für die
drei Gestelle verwendet, bleiben für die einzelnen Gestelle des
Therapiesystems die oben beschriebenen Probleme bezüglich (niedrigem)
Patientendurchlauf und Kosteneffektivität bestehen.
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Die
US-A-5 349 198 offenbart
ein Strahlenzuführgerät umfassend
einen Ablenkmagneten, ein drehbares Strahlentransportgerät und eine
Vielzahl von Strahlennutzungsräumen,
die um die Drehachse des Drehmagnets herum angeordnet sind.
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Des
Weiteren erfolgen viele Behandlungen mit geladenen Teilchen nicht
mittels des isozentrischen Setup-Prinzips, wie während Elektronen-, Protonen-
oder Lichtionentherapie, wobei generell fixe SSD-Behandlung mit
fixem Abstand zwischen Quelle und Patient durchgeführt wird,
wodurch die Bedeutung isozentrischer Behandlungseinheiten abnimmt.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Die
vorliegende Erfindung bewältigt
diese und andere Nachteile von Anordnungen nach dem Stand der Technik.
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Eine
allgemeine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Bestrahlungssystem
mit einem exzentrischen Gestell zur Verfügung zu stellen
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Bestrahlungssystem mit
einem Gestell zur Verfügung
zu stellen, mittels dessen Bestrahlungsstrahlen in mehrere um das
Gestell herum angeordnete Behandlungsräume geliefert werden.
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Eine
besondere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Bestrahlungssystem zur
Verfügung
zu stellen, das einen klinischen Bestrahlungsstrahl zu einer Zielperson
in einem ersten Behandlungsraum leiten kann, während simultan ein Simulator
und Strahlen-Setup-Teil
des Bestrahlungssystems für
einen Vorbereitungsprozess der Bestrahlung für Bestrahlungs-Setup und Simulation
für andere
Zielpersonen in angrenzenden Behandlungsräumen verwendet werden.
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Eine
weitere besondere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Bestrahlungssystem
zur Verfügung zu
stellen, das integrierte Strahlenbehandlungs- und Simulatorfunktionalitäten aufweist,
die in mehreren Behandlungsräumen
verwendet werden können.
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Diese
und andere Aufgaben werden durch die Erfindung erfüllt, wie
diese in den begleitenden Patentansprüchen definiert ist.
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Kurz
gesagt umfasst die Erfindung ein Bestrahlungssystem oder -gerät mit einem
exzentrischen Gestell, das zur Bestrahlung von Zielpersonen in mehreren
Bestrahlungs- oder Behandlungsräumen
verwendet werden kann, wie in Anspruch 1 definiert. Mit solch einem
Gestell ist es möglich,
eine erste Zielpersion in einem ersten Behandlungsraum zu bestrahlen,
d. h. Strahlenbehandlungsdosen abzugeben, während simultaner Durchführung eines Behandlungs-Setups
und Simulationsverfahrens für zumindest eine
zweite Zielperson in einem zweiten Behandlungsraum, wobei dasselbe
Strahlenbehandlungsgestell verwendet wird. Wenn die Bestrahlung der
ersten Zielperson und das die zweite Zielperson einbeziehende Behandlungs-Setup
abgeschlossen sind, kann das Gestell gedreht werden, um simultan Strahlenbehandlungsdosen
an die zweite Zielperson abzugeben als eine die erste Zielpersion
einbeziehende Behandlungsnachfolge oder es wird ein eine dritte
Zielperson einbeziehendes neues Behandlungs-Setup in dem ersten
Behandlungsraum durchgeführt.
Konsequenz hiervon ist, dass die Kapazität des Bestrahlungssystems der
vorliegenden Erfindung bezogen auf die Gesamtanzahl der zu behandelnden
Zielpersonen während
einer vorgegebenen Zeitspanne verglichen mit Geräten nach dem Stand der Technik
viel höher
ist. Zudem steht für
die Patientenversorgung in jedem Behandlungsraum mehr Zeit zur Verfügung, sowohl
vor als auch nach jeder Behandlung.
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Das
erfindungsgemäße Bestrahlungssystem umfasst
ein Gestell, das zur Anordnung in Verbindung mit mehreren Behandlungsräumen geeignet
ist, die durch Strahlenschutz- oder -isolationstrennelemente, wie
Strahlenschutzraumteiler (Wände) und/oder
Decken/Böden
getrennt sind. Ein Strahlungskopf wird mechanisch durch das Gestell
gestützt
und ist relativ zum Gestell zwischen zumindest einer ersten Position,
zur Lenkung eines Bestrahlungsstrahls in den ersten Behandlungsraum,
und einer zweiten Position, zur Lenkung des Bestrahlungsstrahls
in den zweiten Bestrahlungsraum, bewegbar.
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Das
Gestell des Bestrahlungssystems ist vorzugsweise im Schnittpunkt
der Trennwände und/oder
von Decke/Boden angeordnet, die die mehreren Behandlungsräume trennen.
Das Bestrahlungssystem hat typischerweise ein sphärisches
oder zylindrisches Design, das es dem Bestrahlungskopf ermöglicht,
in einem bestimmten Zwischenraum in den Trennwänden und/oder Decke/Boden zu
rotieren. Folge hiervon ist es, dass der die Strahlendosis abgebende
Bestrahlungskopf zwischen den verschiedenen Behandlungsräumen gedreht
werden kann und somit in diesen verschiedenen Räumen positionierte Zielpersonen
bestrahlt. Das Gestell könnte ein
statisches Gestellteil beinhalten, das an den Trennelementen befestigt
ist. In solch einem Fall wird ein bewegliches Gestellteil beweglich
(drehbar) durch das statische Gestellteil gestützt. Vorzugsweise wird der
Bestrahlungskopf sodann an diesem beweglichen Gestellteil befestigt.
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Zudem
hat jeder Behandlungsraum Zugriff auf oder umfasst vorzugsweise
einen Simulatorkopf mit z. B. einem lichtoptischen und/oder diagnostischen
Röntgenstrahlsystem,
das den therapeutischen Strahl von dem Bestrahlungskopf simulieren kann.
Diese Simulatorköpfe
können
auf dem Gestell angeordnet sein und auf diesem konzentrisch bewegt
werden. Somit könnte
in jedem Raum der kostengünstige
Bestrahlungssimulator zum Patienten-Setup verwendet werden, bevor
der Bestrahlungskopf zur tatsächlichen
Behandlung in den Behandlungsraum gedreht wird. Alternativ können sich einige
Simulatorköpfe
zwischen Räumen
bewegen und beim der Behandlung vorangehenden Patienten-Setup assistieren.
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Sehr
viele verschiedene Raumkonfigurationen können aus der Grundkonfiguration
des Bestrahlungssystems in den Trennwänden und/oder Decke/Boden der
Räume vorgesehen
werden. In Abhängigkeit
davon, wo ein Behandlungsraum um das zentrale exzentrische Gestell
herum angeordnet ist, typischerweise sind 30–60° schräg lateral vordere, hintere
und/oder gerade vertikale und/oder horizontale Strahlenrichtungen
möglich.
Es ist sogar möglich,
zwei exzentrische Gestelle solcher Konfigurationen zu verwenden,
so dass mehrere Behandlungsportale simultan auf ein und dieselbe
Zielperson gelenkt werden, entweder als schräg laterale, parallel gegenüberliegende
oder senkrechte Strahlenkombinationen.
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Das
exzentrische Gestell des erfindungsgemäßen Bestrahlungssystems umfasst
ein Strahlscann- und -krümmungssystem,
wie ein auf einem Magneten basierendes System, das dazu geeignet ist,
einen auf eine Zielperson einfallenden Strahlungsstrahl in Form
eines Schmalbündels
zu scannen und zu krümmen.
Dieses Scann- und Krümmungssystem,
oder zumindest ein Teil desselben, wird sodann verschwenkt, wenn
der Strahlungskopf und gegebenenfalls das Gestell des Bestrahlungssystems
zwischen verschiedenen Räumen
gedreht wird. Ein Krümmungsmagnet
des Krümmungssystems
könnte
geschichtet werden, um zwischen Beschleunigertakten schnelle Feldumkehrungen
zu ermöglichen,
er könnte
aber auch extra leitend sein, um den Krümmungsradius des Magneten zu
minimieren.
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Aufgrund
des Aufbaus des Krümmungs-
und Scannsystems ist das exzentrische Gestell zur Verwendung mit
Leichtionen von Protonen und aufwärts zu Kohlenstoff- und Sauerstoffionen,
einschließlich zum
Beispiel Protonen, Deuteronen, Tritium- und Helium-, Lithium-, Beryllium-,
Bor-, Kohlenstoff- und Sauerstoffionen, sehr gut geeignet.
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Die
Erfindung bietet die folgenden Vorteile:
- – kann effizient
eingesetzt werden zur Bestrahlung mehrer Zielpersonen in verschiedenen
Behandlungsräumen;
- – ermöglicht in
einigen Räumen
die Durchführung von
Behandlungs-Setup, Simulation- und/oder das Zielpersonenbeendigungsverfahren,
während
die eigentliche Strahlenbehandlung zeitgleich in einem anderen Raum
stattfindet;
- – erhöht die Kapazität bzgl.
der Gesamtanzahl an Zielpersonen, die während einer vorgegebenen Zeitspanne
bestrahlt werden können;
- – ermöglicht Verwendung
von Leichtionenstrahlung mit einem kompakten Gestellaufbau und geringem
Krümmungsmagnetradius
und flexibler Strahlrichtungsselektion;
- – reduziert
beträchtlich
die Installationskosten, da vorteilhafterweise anstelle von mehreren
teuren isozentrsichen Geräten
mit fixen Strahllinienkonfigurationen ein kostengünstiges
Gerät mit
einstellbaren Strahlrichtungen in mehreren Behandlungsräumen verwendet
werden kann; und
- – ermöglicht,
dass jedem Patienten hinsichtlich individueller Behandlung und akkuratem
Patienten-Setup die volle Aufmerksamkeit zuteil wird, ohne das Therapieassistententeam
zu belasten.
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Andere
durch die vorliegende Erfindung ermöglichte Vorteile werden aufgrund
der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele der Erfindung
gewürdigt.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die
Erfindung, zusammen mit weiteren Aufgaben und Vorteilen dieser,
mag am verständlichsten werden
durch Bezugnahme auf die folgende Beschreibung zusammen mit den
begleitenden Zeichnungen, in welchen:
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1 schematisch
ein Bestrahlungstherapiegerät
nach dem Stand der Technik mit einem isozentrischen Gestellaufbau
darstellt;
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2 schematisch
ein Ausführungsbeispiel eines
erfindungsgemäßen Bestrahlungsgeräts mit einem
exzentrischen Gestell darstellt, das von mehreren Behandlungsräumen umgeben
ist;
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3 schematisch
das Bestrahlungsgerät der 2 darstellt,
wobei ein Patient in einem anderen als den in 2 dargestellten
Behandlungsraum bestrahlt wird;
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4 schematisch
eine andere Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Bestrahlungsgeräts mit einem
exzentrischen Gestell mit einer unterschiedlichen Behandlungsraumstruktur
zeigt, die die Abgabe von vertikalen und horizontalen Strahlen ermöglicht;
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5 schematisch
eine weitere Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Bestrahlungssystems
mit einem exzentrischen Gestell mit einer andersartigen Behandlungsraumstruktur
zeigt, die die Abgabe von schrägen,
vertikalen und horizontalen Strahlen ermöglicht;
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6 schematisch
noch eine andere Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Bestrahlungssystems
mit zwei exzentrischen Gestellen darstellt, die die gleichzeitige
Abgabe von zwei Strahlen ermöglichen
in einen Behandlungsraum ermöglichen;
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7 eine
Schnittansicht einer Ausführungsform
eines exzentrischen Gestells des Bestrahlungssystems nach der vorliegenden
Erfindung ist;
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8 das
Bestrahlungssystem nach 7 darstellt, wobei ein Patient
in einem anderen Behandlungsraum als dem aus 7 bestrahlt
wird; und
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9 eine
Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform eines exzentrischen
Gestells des erfindungsgemäßen Bestrahlungssystems
ist;
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10 eine
Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform eines exzentrischen
Gestells des erfindungsgemäßen Bestrahlungssystem
ist; und
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11 eine
Schnittansicht noch einer weiteren Ausführungsform eines exzentrischen
Gestells des erfindungsgemäßen Bestrahlungssystems
ist.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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In
jeder Zeichnung werden dieselben Bezugszeichen für entsprechende oder ähnliche
Elemente verwendet.
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Bestrahlungssystem oder
-gerät
mit einem sogenannten exzentrischen Gestelldesign, das verwendet werden
kann, um einen Strahlungsstrahl in mehrere, d. h. zumindest in zwei
Behandlungsräume
abzugeben. Das Gestell ist geeignet zur Anordnung in Verbindung
mit den mehreren Behandlungsräumen,
die getrennt werden durch strahlungsisolierende oder -abschirmende
Trennelemente. Das Gestell stützt mechanisch
einen Bestrahlungskopf. Dieser Bestrahlungskopf ist relativ zum
Gestell (und den Trennelementen) zwischen verschiedenen Positionen
beweglich, um einen Strahlungsstrahl in die verschiedenen Behandlungsräume zu lenken.
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Mit
einem solchen Gestellaufbau ist Bestrahlen möglich, z. B. Strahlenbehandlungsdosen
an eine erste Zielperson oder Patienten in einem ersten Behandlungsraum abzugeben,
während
gleichzeitig Behandlungsvorbereitungen (Behandlungs-Setup), Simulation
oder das Durchführen
von Behandlungsnachbereitungen für
zumindest eine zweite Zielpersion in einem anderen Behandlungsraum
ermöglicht werden,
wobei dasselbe Bestrahlungsabgabesystem und Gestell verwendet werden.
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Als
Folge ist die Kapazität
des erfindungsgemäßen Bestrahlungssystems,
bezogen auf die Gesamtzahl der für
eine bestimmte Zeitspanne zu behandelnden Patienten, im Vergleich
zu den Geräten nach
dem Stand der Technik, z. B. den Bestrahlungsgeräten nach 1,
viel größer.
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Im
Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf ein Bestrahlungstherapiesystem
beschrieben, das zum Zweck einer Behandlung Strahlendosen an einen
Patienten abgibt, und außerdem vornehmlich
kurative Bestrahlungstherapie, d. h. zur Ausrottung eines Tumors.
Dieses Bestrahlungstherapiesystem könnte auch zur palliativen Bestrahlungstherapie
verwendet werden, wobei es hauptsächliches Ziel ist, die Lebensqualität des Patienten
zu verbessern durch Aufrechterhaltung einer lokalen Tumorkontrolle,
Erleichterung eines Symptoms oder Vorbeugung oder Verzögerung einer
drohenden Krankheitserscheinung, und nicht unbedingt den Tumor auszurotten.
Jedoch könnte
das Bestrahlungssystem alternativ zu anderen Bestrahlungszwecken verwendet
werden, wie beispielsweise einzel Dosis Bestrahlungstherapie, Bestrahlungsdiagnostik
oder Bestrahlungsverfahren. Zudem könnte das Bestrahlungssystem
für Strahlentherapie
und -diagnose in Kombination verwendet werden. In letzterem Fall kann
der Bestrahlungskopf sowohl einen (Hochenergie-)Bestrahlungsbehandlungsstrahl
als auch einen (Niedrigenergie-)Bestrahlungsdiagnostikstrahl abgeben.
Tatsächlich
kann das Bestrahlungssystem nach der vorliegenden Erfindung für alle Bestrahlungszwecke
verwendet werden, bei denen eine Ausrichtung auf ein Objekt oder
einen Patienten in einem Behandlungsraum gewünscht wird, während gleichzeitig eine
Bestrahlungssimulation, -Setup oder -nachbereitung in einem (benachbarten)
Behandlungsraum ein anderes Objekt oder Patienten involvierend durchgeführt wird,
das oder der anschließend
bestrahlt werden soll oder bereits bestrahlt wurde, wobei dasselbe
Gestell verwendet wurde.
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2 stellt
ein Bestrahlungssystem oder -gerät
1 nach der Erfindung mit einem exzentrischen Gestell 100 dar,
mittels dessen Zielpersonen oder Patienten 50-1 bis 50-4 in
vier verschiedenen Behandlungsräumen 61 bis 64 bestrahlt
werden können.
Folglich wird das Gestell im Zusammenhang mit diesen vier Behandlungsräumen 61 bis 64 angeordnet.
In diesem Ausführungsbeispiel
ist das Gestell 100 im Schnittpunkt der Trennelemente positioniert, d.
h. der Wände
oder Raumteiler 72, 74 und der Decke/Boden 71, 73,
durch welche die vier Räume 61 bis 64 getrennt
werden. Zu beachten ist deshalb, dass sich die Behandlungsräume 61 und 64 ein Stockwerk
unterhalb der Behandlungsräume 62 und 63 befinden.
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Die
Trennelemente 71 bis 74, die die jeweiligen Behandlungsräume 61 bis 64 trennen,
weisen Strahlenschutzeigenschaften auf. Somit verhindern die Trennelemente 71 bis 74 vorzugsweise,
dass der Behandlungsstrahlungsstrahl 110 aus dem gegenwärtig bestrahlten
Behandlungsraum 61 in die anderen Behandlungsräume 62 bis 64 entweicht.
Folge dieser Strahlenschutztrennelemente 71 bis 74 ist, dass
(medizinisches) Personal und Patienten sicher in einem Behandlungsraum 62 bis 64 anwesend
sein können,
auch wenn das Bestrahlungssystem 1 einen Patienten 50-1 in
einem benachbarten Behandlungsraum 61 bestrahlt 110.
Mit anderen Worten halten die Trennelemente 71 bis 74 die
Behandlungsbestrahlung 110 auf (absorbieren), so dass das
Niveau der entweichenden Strahlung in die angrenzenden Behandlungsräume 62 bis 64 innerhalb
definierter Sicherheitsspielräume
liegt. Die Wahl von für
die Trennelemente 71 bis 74 zu verwendendem Material und
Materialstärke
hängt ab
von den Eigenschaften der eingesetzten Behandlungsstrahlung 110,
z. B. dem Energielevel des Behandlungsstrahls 110, der Art
der verwendeten Bestrahlung etc., und kann unerfinderisch von einem
Durchschnittsfachmann ermittelt werden. Geeignete Materialien für die Trennelemente 71 bis 74 umfassen,
ohne hierauf begrenzt zu sein, Beton, mit Bor angereichertes Polyethylen und
Blei. Auch das das Bestrahlungstransportsystem umgebende Material,
das die Strahlung in den Bestrahlungskopf 120 leitet, weist
vorzugsweise gute Strahlenschutzeigenschaften auf.
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Das
Bestrahlungsgestell 100 hat typischerweise einen sphärischen
oder zylindrischen Aufbau, der es einem Bestrahlungskopf 120 ermöglicht,
sich in einem bestimmten Zwischenraum in den Wänden 72, 74 und
Decke/Boden 71, 73 zu drehen.
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In
der Figur ist das Gestell 100 so angeordnet, dass ein Targetvolumen 55-1 in
einen ersten Patienten 50-1 gestrahlt 110 wird,
der sich auf einer Behandlungsliege 40-1 in einem ersten
Behandlungsraum 61 befindet. Das Bestrahlungssystem 1 umfasst
vorzugsweise auch einen Strahlenschutz 150, vorzugsweise
einen Drehstrahlenschutz, und Krümmungsmagneten
(siehe 7–11),
um den Bestrahlungsstrahl 110 in den gegenwärtig benutzten Behandlungsraum 61 abzulenken
und ihn daran zu hindern, die anderen Behandlungsräume 62 bis 64 zu
erreichen.
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Zudem
umfassen die Behandlungsräume 61 bis 64 vorzugsweise
Simulatorköpfe 200-2 bis 200-4, oder
haben Zugriff auf diese, mit einem lichtoptischen oder Röntgensystem,
das den therapeutischen Strahl 110 simulieren kann. Diese
Simulatorköpfe 200-2 bis 200-4 können angeordnet
werden und sich bewegen auf einer Schiene gerade außerhalb
des Schutzschilds 150. Somit könnte in den Räumen 61 bis 64 der
kostengünstige
Simulator 200-2 bis 200-4 zum Patienten-Setup
verwendet werden, bevor der Bestrahlungskopf 120 zum Behandlungsbetrieb
in den Behandlungsraum gedreht wird. Durch die vorliegende Erfindung
ist vorgesehen, dass diese Simulatorköpfe 200-2 bis 200-4 zu
Behandlungsnachbereitungszwecken anstelle oder alternativ verwendet werden
können.
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In
der Figur sind drei Patienten 50-2 bis 50-4 jeweils
auf einer Behandlungsliege 40-2 bis 40-4 positioniert
und werden gegenwärtig
unter Verwendung der Simulatorköpfe 200-2 bis 200-4 und
Simulatorstrahlen 210-2 bis 210-4 einem Behandlungs-Setup(-nachbereitung)
und Simulationsverfahren ausgesetzt. Zur Erzielung einer maximalen
Genauigkeit in dem Patienten-Setup (typischerweise innerhalb von
0,5–1
mm) wird in den Behandlungsräumen 61 bis 64 vorzugsweise
eine stereotaktische Behandlungsliege 40-1 bis 40-4 verwendet.
Eine solche Liege 40-1 bis 40-4 wird sodann automatisch
positioniert und individuell auf jeden Patienten 50-1 bis 50-4 ausgerichtet.
Zu beachten ist, dass in der vorliegenden Erfindung ein und dieselbe
Liege 40-1 bis 40-4 sowohl für das Patienten-Setup- (und
-nachbereitungs-)Verfahren als auch für die Behandlungs- und diagnostischen
Abbildungstätigkeiten
verwendet werden kann.
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Es
wäre möglich, dass
die Behandlungsräume 61 bis 64 jeweils
mit einem Simulatorkopf 200-2 bis 200-4 ausgestattet
sind. Alternativ können
sich zwei oder mehr Räume 61 und 62 einen
einzigen gemeinsamen Simulator 200-2 teilen. Solchermaßen ist der
Simulator 200-2 vorzugsweise fähig, sich, z. B. mittels eines
Schienensystems, in einer bestimmten Aussparung 80 in Boden/Decke 71 (oder
Wand) zu bewegen, die die Räume 61 und 62 trennen.
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Sobald
der erste Patient 50-1 behandelt wurde und die Setup- und
Simulationsverfahren in einem anderen Raum beendet wurden, kann
das Gestell 100 gedreht werden, so dass jetzt der Bestrahlungskopf 120 Bestrahlungsdosen
an einen anderen Patienten 50-2 in einem anderen Behandlungsraum 62 abgibt.
Dieses Szenario ist in 3 dargestellt, wo der Bestrahlungskopf 120 (und
eventuell des Gestell 100) gedreht wurde, um ein Targetvolumen 55-2 auf einen
zweiten Patienten 50-2 abzustrahlen. Der Simulatorkopf 200-2 des
Raums 62, wo der Patient 50-2 gegenwärtig mittels
des Bestrahlungsstrahls 110 bestrahlt wird, wird wegbewegt
entweder zu einer Seite des Raums 62, damit der Bestrahlungskopf 120 den
Patienten 50-2 bestrahlt, oder zu dem benachbarten Behandlungsraum 61,
um dort zur Behandlungssimulation verwendet zu werden. In dem ersten
Raum 61 kann ein neuer Patient 50-1 auf der Liege 40-1 positioniert
werden und es kann unter Verwendung eines Simulatorkopfs 200-2 ein
Setup-Verfahren und Simulator ausgeführt werden. Alternativ kann
eine den zuvor bestrahlten Patienten involvierende Behandlungsnachbereitung
und anschließendes
Patientenausgangsverfahren durchgeführt werden.
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Üblicherweise
ist die Reihenfolge von Abläufen,
die in einem bestimmten Behandlungsraum stattfinden, folgende. Zuerst
wird das Equipment (Liege und Bestrahlungs- und Positionierequipment) in
dem Raum neu angepasst, um es für
einen nächsten
zu behandelnden Patienten vorzubereiten. Sodann wird ein Patienten-Setup
durchgeführt,
wobei der Patient akkurat auf einer Liege, vorzugsweise einer stereotaktischen
Liege, positioniert wird, wobei verschiedene Patientenpositionierungssysteme
verwen det werden, z. B. laserbasierte Positionierungssysteme, wie
ein in der Internationalen Patentanmeldung
WO 2004/000120 beschriebenes Patientenpositionierungssystem.
Ist der Patient erst einmal akkurat auf der (stereotaktischen) Liege
positioniert, wird sodann eine Behandlungssimulation durchgeführt. Während dieser
Simulation wird ein lichtoptisches und/oder diagnostisches Röntgensystem
in einem Simulatorkopf des erfindungsgemäßen Bestrahlungssystems verwendet.
Anschließend
kann die eigentliche Behandlung erfolgen.
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Da
das Behandlungs-Setup üblicherweise wenigstens
5 bis 10 Minuten dauert und die eigentliche Behandlung des Patienten
wesentlich kürzer
ist, ca. 1–2,5
Minuten, verfügen
die Behandlungsräume 61 bis 64 und
Patienten 50-1 bis 50-4 im Allgemeinen etwa alle
10 Minuten über
den Therapiestrahl. Für den
Gestellaufbau der 2 und 3 impliziert dies,
dass bis zu (und manchmal, besonders für einfache Behandlungen, mehr
als) 6 × 4
= 24 Patienten pro Stunde in einem sehr beschäftigten Therapiecenter behandelt
werden können,
und dennoch reichlich Setup-Zeit und Patientenbetreuung in jedem
Behandlungsraum 61 bis 64 eingeräumt wird.
Dies sollte verglichen werden mit entsprechender Kapazität eines
(isozentrischen) Bestrahlungsgeräts
nach dem Stand der Technik, welches typischerweise maximal bis zu
4 bis 6 Patienten während
dieser Zeitspanne von einer Stunde behandeln kann. Zudem kann in dieser
Ausführungsform
der Erfindung ein einziges Bestrahlungsgestell mit einem einzigen
Strahlentransport- und Scannsystem sowohl für die Behandlungsbestrahlung
als auch für
Behandlungs-Setup und Simulation in mehreren Behandlungsräumen verwendet
werden kann.
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Sehr
viele verschiedene Raumkonfigurationen können aus der in den 2 und 3 dargestellten
Grund-Vier-Raum-Konfiguration vorhergesehen werden. Davon abhängend in
welchem Quadranten sich ein Behandlungsraum um das zentrale exzentrische
Gestell herum befindet, sind typischerweise 30–60° schräg lateral vordere (Raum 61 und 64)
oder hintere (Raum 62 und 63) Strahlenrichtungen
möglich.
Bei Leichtionen ist es sehr praktisch, einen Patienten zu behandeln,
dessen Behandlungsplan 2–4
Strahlenportalrichtungen durch ein Strahlenportal pro Tag erfordert,
und somit die verschiedenen Behandlungsräume der 2 und 3 der Reihe
nach benutzt werden, je nach Bedarf der Strahlenrichtungen. Somit
kann ein und derselbe Patient bei verschiedenen Be strahlungsereignissen
in verschiedenen Behandlungsräumen
bestrahlt werden, wobei er einen Behandlungsstrahlungsstrahl aus
verschiedenen Einfallswinkeln und Richtungen erhält.
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Es
ist auch möglich,
in einigen Räumen
gerade vertikale und/oder horizontale Behandlungsstrahlen zu haben,
gegebenenfalls zur gleichen Zeit, wenn andere Räume schräge Einfallswinkel anwenden. 4 stellt
schematisch die Situation mit vier verschiedenen Behandlungsräumen 61 bis 64 dar, die über ein
gemeinsames Bestrahlungssystem 1 mit erfindungsgemäßem exzentrischem
Gestellaufbau 100 verfügen
können.
Aufgrund der Position des Gestells 100 in der Decke 71 relativ
zu einem Patienten 50-1 auf einer Liege 40-1 in
einem Raum 61 sind gerade vertikale Behandlungsstrahlen 110 möglich. Gleichzeitig
sind für
einen Patienten 50-3 in dem Behandlungsraum 63 hintere
vertikale Strahlen möglich.
In einem anderen Behandlungsraum 64 fallen die Strahlen
schräg
in einen Patienten ein. In der Figur ist das Patientenlager 40-4 dieses
Raums 64 leer, wobei schematisch das Prinzip des Patienteneintritts-/-ausgangsverfahrens
dargestellt ist.
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Entsprechend,
wenn das Bestrahlungssystem 1 und das Gestell 100 hauptsächlich in
einer Wand 72 zwischen Behandlungsräumen 62 und 63 angeordnet
sind, kann ein Patient 50-2 vertikal bestrahlt werden.
Durch die Erfindung wird vorweggenommen, dass exzentrisches Gestell
und Bestrahlungssystem der vorliegenden Erfindung derart angepasst
werden können,
um nur horizontal, nur vertikal, nur schräg oder horizontal, vertikal
und/oder schräg in
Kombination zu strahlen.
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In
dieser Ausführungsform
der Erfindung sind die Simulatorköpfe 200-1 bis 200-3 in
bestimmten Vertiefungen oder Abschnitten des Gestells 100 angeordnet
oder in dem Strahlenschutz 150 des Gestells 100.
Diese Vertiefungen können
fixiert sein, sind jedoch vorzugsweise verfahrbar oder drehbar, so
dass die Simulatorköpfe 200-1 bis 200-3 wegbewegt
werden können
(gegebenenfalls zwischen den Räumen 61 bis 64),
um für
den Bestrahlungskopf 120 zur Bestrahlung eines Patienten
Platz zu machen.
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Es
ist auch möglich,
vertikale, vordere und hintere Strahlen in einem exzentrischen Gestell
mit sechs umgebenden Behandlungsräumen zu kombinieren, durch
Kombination der Lösungen
der 2 oder 3 und 4. Solch
ein Gestellaufbau resultiert sowohl in schräg lateral vorderen und hinteren Strahlen
in vier Behandlungsräumen
als auch in parallel gegenüberliegend
vertikalen Strahlen in zwei Räumen.
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5 ist
eine Darstellung eines Bestrahlungssystems 1 und exzentrischem
Gestell 100 gemäß der vorliegenden
Erfindung, die in der Lage sind, (Behandlungs-)Strahlung 110 in
mehreren Strahlungsbehandlungsräumen 61 bis 68 zur
Verfügung
zu stellen, die in bis zu drei verschiedenen Stockwerken angeordnet
sind. Somit befinden sich drei Behandlungsräume 61, 67, 68 in
einer ersten Etage, ein zweites Stockwerk beinhaltet zwei Behandlungsräume 62, 66,
wobei das Bestrahlungsgestell 100 im Allgemeinen dazwischen
positioniert ist. Sodann umfasst ein drittes Stockwerk die verbleibenden
drei Behandlungsräume 63 bis 65.
In diesem Ausführungsbeispiel
ist das Gestell 100 in Verbindung mit zwei Strahlenschutzwandpaaren 73, 78 und 74, 77 und
zwei Strahlenschutz-Decken-Boden-Paaren 71, 76 und 72, 75 angeordnet,
die die acht Behandlungsräume 61 bis 68 trennen.
Als Folge können bis
zu sieben Patienten 50-2 bis 50-8 in Behandlungs-Setups,
Simulations- oder Nachbereitungsverfahren involviert sein, wobei
gegebenenfalls Strahlungssimulation- oder Diagnoseköpfe 210-2 bis 210-8 verwendet
werden können,
während
gleichzeitig ein Patient 50-1 mittels des Behandlungsbestrahlungsstrahls 110 des
Bestrahlungssystems bestrahlt wird.
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Es
ist ebenfalls möglich,
einen Patienten in einem bestimmten Behandlungsraum, wie in Raum 61 in 5,
um 180° in
der horizontalen Ebene zu drehen, um während einer Behandlungssitzung
ein Paar vorhergehender schräger
und seitlicher Strahlenportale an dem Tumor zu erlangen. Dies ist
eine der effizientesten Behandlungskonfigurationen für oberflächige und
halbtiefe Tumore. Zur Tiefentherapie können parallel gegenüberliegende
vordere-hintere Strahlen am effizientesten sein, insbesondere Ionen
mit höherem
LET (Linear-Energie-Transfer) wie Kohlenstoff oder Sauerstoff, da
diese effektiv in Räume 64 und 68 der 5 abgegeben
werden könnten.
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Mit
Bezugnahme auf 6 ist sogar die Verwendung eines
Bestrahlungssystems 1 mit mehreren, d. h. wenigstens zwei,
exzentrischen Gestellen 100-1 und 100-2 in einer
solchen Konfiguration möglich,
dass mehrere Behandlungsportale simultan auf ein und denselben Patienten 50-4 gerichtet
werden können,
entweder als schräg
seitliche (wie in der Figur), parallel gegenüberliegende und/oder senkrechte
Strahlenkombinationen 110-1 und 110-2.
Somit können
in der Konfiguration der 6 Patienten 50-3 und 50-4 in
Raum 63 und 64 mit Strahlen 110-1 und 110-2 von
den Bestrahlungsköpfen 120-1 und 120-2 der
beiden exzentrischen Gestelle 100-1 und 100-2 bestrahlt
werden. In der Figur können
die verbleibenden vier Räume 61, 62, 65 und 66 nur über eines
der Gestelle 100-1 oder 100-2 verfügen. Durch
die Erfindung wird vorweggenommen, dass mehr als zwei exzentrische
Gestelle nach der vorliegenden Erfindung in einer gemeinsamen Konfiguration
angeordnet sein können,
so dass zumindest zwei oder mehr Gestelle einen Patienten in einem
der Behandlungsräume
bestrahlen können.
Durch Auswechseln der Gestelle in den Wänden und Decke/Boden ist es
ebenfalls möglich,
die Gestellanordnung der 4 mit der Anordnung in 6 zu
kombinieren.
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Die
auf zumindest diese zwei Gestelle des Bestrahlungssystems einfallende
Strahlung kann aus verschiednen Bestrahlungsquellen stammen. Alternativ
kann eine gemeinsame Strahlungsquelle für die zumindest zwei Gestelle
verwendet werden, die gegebenenfalls eine Innenquelle umfasst, ein
Beschleunigersystem (mit einem Synchrotron oder Zyclotron), ein
Strahlenleit- und Teilsystem. Ein Beispiel einer geeigneten Innenquelle,
Beschleuniger und Strahlenteilsystem, das nach der vorliegenden
Erfindung verwendet werden kann, wird in der Patentschrift
US 6,683,318 offenbart.
Das Strahlenteilsystem kann durch ein Septum realisiert werden,
z. B. in Form einer dünnen
Leitfolie, die im Strahlengang angeordnet ist. Durch Anlegung von
(Hoch-)Strom an ein Septum kann das resultierende erzeugte magnetische
Feld verwendet werden, um den einfallenden Ionenstrahl in zumindest
zwei abgehende Ionenstrahlen zu teilen. Jeder dieser abgehenden
Strahlen kann mittels eines Strahlenleitsystems zu einem entsprechenden
exzentrischen Gestell der Erfindung gebracht werden, wie z. B. dargestellt
in der Konfiguration der
6.
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In
dem Bestrahlungssystem der vorliegenden Erfindung beinhaltet des
Gestell ein statisches Gestellteil oder -abschnitt und ein bewegliches
Gestellteil oder -abschnitt. Der Bestrahlungskopf wird sodann mechanisch
von dem beweglichen Gestellteil getragen. In einem solchen Fall
könnte
der statische Gestellteil an den Trennelementen der Behandlungsräume befestigt
werden oder mit diesen in Verbindung stehen. Bei einem solchen Aufbau
sind der bewegliche Gestellteil und Bestrahlungskopf verfahrbar (drehbar)
relativ zu dem statischen Gestellteil (und den Trennelementen) zwischen
den Behandlungsräumen.
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In
den 2–6 wurde
das Bestrahlungssystem nach der vorliegenden Erfindung offenbart
bezüglich
der Anordnung des Bestrahlungsgestells in Verbindung mit einem zumindest
einige Behandlungsräume
trennenden Trennelement, die auf verschiedenen Etagen (Levels) positioniert
sind. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf begrenzt.
Beispielsweise kann das Gestell des Bestrahlungssystems in dem (Strahlenschutz-)Teil
angeordnet sein, das zwei Behandlungsräume trennt, die sich auf demselben
Stockwerk befinden. In einem solchen Fall kann das Bestrahlungssystem
einen Strahlungsstrahl in höchstens
zwei verschiedene Behandlungsräume
leiten. Jedoch ist gleichfalls ein allein stehendes Gestell mit
einem gewöhnlichen
zylindrischen oder säulen-
oder pfostenartigen Aufbau möglich,
das in einem großen
Raum oder einer Halle positioniert ist. In einem solchen Fall kann
dieser große Raum
abgeschirmt oder in mehrere Bestrahlungsstationen oder (kleinere)
Räume geteilt
werden, getrennt durch Strahlenschutztrennelemente (Trennwände). Somit
ist in dieser Ausführungsform
ein entsprechendes erstes kurzes Ende der Trennelemente mit einer
Seitenfläche
des zylindrischen Gestells oder zumindest dicht daran verbunden.
Die Trennelemente stehen dann (gebenenfalls radial) von dem Gestell
ab, um die verschieden strahlengeschützten Behandlungsräume zu definieren.
Der Bestrahlungskopf kann drehbar an dem Gestell befestigt sein
oder der Bestrahlungskopf und das bewegliche Gestellteil sind drehbar
an dem statischen Gestellteil befestigt, das wiederum auf dem Boden
angeordnet ist. Je nach Höhe
der Patientenliegen in den Behandlungsräumen und dem Output-Winkel
des Bestrahlungsstrahls ist sodann schräge oder horizontale Bestrahlung
möglich.
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7 zeigt
eine senkrechte Schnittansicht einer Ausführungsform eines Bestrahlungssystems
1 mit
einem exzentrischen Gestelldesign
100 der Erfindung. Der
einfallende Bestrahlungsstrahl kann von einer in der Nähe befindlichen
Strahlenquelle stammen, wie eine in einem neben dem Gestell
100 befindlichen
Raum angeordnete Strahlenquelle, und Krümmungsmagneten verwenden, um
die Strahlung in das Gestell zu lenken. Auch ist es möglich, eine Strahlenquelle
zu verwenden, die unmittelbar auf dem Gestell
100 angeordnet
ist, oder eine relativ entfernte Strahlenquelle, z. B. ein Synchrotron,
(siehe z. B.
US 6,683,318 )
oder Zyklotron, die die benötigte Strahlung
an mehrere verschiedene Behandlungseinheiten und exzentrische Gestelle
100 abgeben können.
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Anschließend wird
die Erfindung beschrieben unter Bezugnahme auf ein Bestrahlungstherapiesystem
umfassend ein (Schmalbündel)-Strahlscannersystem 104–106, 122 zur
Bestrahlung eines Patienten 50. Auf diese Weise werden
durch das Scannersystem 104–106, 122 zur
Verfügung
gestellte magnetische Felder verwendet, um die geladenen Teilchen
in dem Strahlungsstrahl zu steuern. In dieser Strahlensteuerung
kann die Bildpunktgröße des Strahls über einen
Behandlungsbereich in dem Patienten 50 geregelt und gescannt
werden. Durch eine Änderung
der Scanngeschwindigkeit und der Strahlenintensität kann jede
gewünschte
Dosisverteilung innerhalb eines Targetvolumens 55 erzeugt
werden, wobei eine minimale Extradosis an gesundes Gewebe abgegeben
wird. Jedoch ist die Erfindung nicht auf solche linienartigen Strahlentherapiesysteme
und Scanntechniken beschränkt.
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Entsprechend
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung tritt der einfallende Bestrahlungsstrahl aus der (entfernten)
Strahlenquelle (nicht dargestellt) zuerst in Quadrupole 102,
um den Strahl zu fokussieren. Anschließend tritt der Strahl vorzugsweise
in einen Abtastmagneten 104 ein. Dieser Magnet 104 lenkt
den Strahl ab und gibt ihm eine Abtastbewegung in der Ebene der
Zeichnung. Der Strahl tritt aus dem Abtastmagneten 104 heraus,
als käme er
von einem typischerweise in der Mitte des Magneten 104 befindlichen
effektiven Abtastzentrums. Der in der Zeichnungsebene abtastende
Strahl wird sodann in einem Krümmungs-
oder Ablenkmagnet 106 gekrümmt oder abgelenkt, um den
einfallenden Strahl nach unten zu dem Strahlungskopf 120 zu
lenken und anschließend
in das Targetvolumen 55 eines Patienten 40 zu
leiten. Der Krümmungsmagnet 106 könnte lamelliert
werden, um schnelle Feldwechsel zwischen Beschleunigerimpulsen zu
ermöglichen, aber
auch superleitfähig
sein, um den Krümmungsradius
zu minimieren.
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Aufgrund
der strahlenkrümmenden
Funktionsweise des Magnets 106 tritt der Strahl in den
Bestrahlungskopf 102 und einen zweiten Abtastmagneten 122 ein.
Dieser Magnet 122 hat die Eignung, den Strahl in einer
Ebene zu scannen oder abzulenken, die sich transversal zu der Zeichnungsebene
verhält, d.
h. hinein und heraus aus der Zeichnungsebene. Der Strahl könnte sodann
in einen Kollimator 124 treten, der zur Verhinderung von
Strahlung außerhalb des
gewünschten
Abtaststrahls vorgesehen ist, um sich abwärts zu dem Patienten 50 fortzusetzen.
Ein optionaler Übertragungsmonitor 125 könnte unterhalb
des Kollimators 124 vorgesehen sein, um die von dem Kollimator 124 verbreitete
Strahlungsmenge zu registrieren.
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Das
Abtastsystem nach 7 könnte auch ausgeschaltet werden,
um zur Erzielung von einfachen gleichmäßigen Strahlen ein normales
duales oder einfaches Streufoliensystem zu verwenden.
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Bevor
der Bestrahlungsstrahl 110 den Bestrahlungskopf 120 verlässt, passiert
dieser vorzugsweise einen zweiten Kollimator 126. Diese
Kollimator 126 ist vorzugsweise ein Mehrfolienkollimatortyp. Solch
ein Mehrfolienkollimatortyp umfasst eine Vielzahl von Paaren von
gegensätzlich
gestreckter, gekrümmter
oder flacher, im Schnitt keilförmiger
Blätter, wobei
jede angrenzende Folie Seite an Seite und derart angeordnet ist,
dass eine fächerförmige Konfiguration
gegeben ist, die in Richtung eines Apex der effektiven Strahlenquelle 127 konvergiert.
Im Gegensatz zu der vorliegenden Erfindung mit vorzugsweise einer
einzigen Quelle 127 werden konventionelle Abtastsysteme
mit zwei aufeinander folgenden Dipolabtastmagneten verschiedene
effektive Quellenpositionen in den beiden Abtastebenen haben. Die
Folien des Kollimators 126 werden zur (kombinierten) Rotations-
und/oder Translationsbewegung befestigt. Dieser dynamische Mehrfolienkollimator 126 kann
verwendet werden, um normales Gewebe seitlich des Tumors, d. h.
des Targetvolumens 55 zu schützen, zur gleichen Zeit, zu
der das magneti sche Feld des Krümmungsmagneten 106 rasch
auf die bei jeder Abtastposition benötigte Energie reguliert wird.
Normalerweise bleibt die Energie während des Abtastens des Strahls 110 bei
einer bestimmten Tiefe in dem Patienten 50 unveränderlich.
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Der
abgetastete Strahl 110 bedeckt üblicherweise ein 30 cm × 30 cm
großes
Feld auf einem Patienten. Ist ein Übertragungsmonitor 125 in
dem Bestrahlungskopf 120 vorgesehen, so könnte dieser Monitor
der Bewegung des abtastenden Strahls kontinuierlich folgen und diese
sichern.
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Das
Bestrahlungsgerät 1 der
Erfindung mit einem wie in 7 dargestellten
exzentrischen Gestellaufbau ist zur Verwendung eines Bestrahlungsstrahls
aus Lichtionen gut geeignet, d. h. von Protonen und aufwärts, z.
B. Helium-, Kohlenstoff- oder Sauerstoffionen. Solche Ionen sind
in der Behandlung von Patienten mit Krebskrankheiten sehr effektiv.
Da sie günstige
physikalische und biologische Eigenschaften aufweisen, die zur Entwicklung
von im Vergleich zu herkömmlichen
Protonenstrahlen verbesserten Behandlungsmethoden ausgenutzt werden
können,
bieten Lichtionenstrahlen eine hohe physikalische Selektivität und höhere biologische
Effektivität
in der Bragg-Spitze.
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Wie
aus dem Stand der Technik gut bekannt, benötigen Leichtionen sehr große Krümmungsradien (bis
zu mehreren Meter). Bestrahlungsgestelle und -geräte nach
dem Stand der Technik, die Leichtionendosen zur Verfügung stellen,
haben den Nachteil hoher Installationskosten. Zudem weisen solche
Geräte nach
dem Stand der Technik mehrere große Krümmungsmagnete und ihr Pool
Lücken
auf, die benötigt werden,
um den Strahl in beiden Ebenen vor der Krümmung abzutasten und ein Gestell
zu erhalten, das geeignet ist, um Ionenstrahlen in frei wählbaren Ausrichtungen
in den Behandlungsraum zu leiten. Jedoch kann der in der vorliegenden
Erfindung verwendete Krümmungsmagnet 106 eine
kleine Lücke und
einen kleineren Radius und demzufolge eine kleinere Gesamtgröße aufweisen,
als die nach dem Stand der Technik verwendeten Magnete. Dies resultiert
in einem kompakten Schmalbündelabtastsystem umfassend
die Abtast- und Krümmungsmagneten 104, 106, 122,
die verschiedene Behandlungsräume rund
um das exzentrische Gestell 100 mit (30 cm × 30 cm-)Strahlen
versorgen können.
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Obwohl
der Gestellaufbau zur Verwendung bei Leichtionenbestrahlung geeignet
ist, kann er auch für
jedes geladene Teilchen oder sogar neutrale Teilchen wie Neutronen
und Photonen verwendet werden, indem als erstes die anfänglich abgelenkten Protonen-
oder Deuteronen- und Elektronenstrahlen abgetastet werden, um abgetastete
neutrale Strahlen zu generieren, siehe z. B. die Patentschrift
US 4,442,352 .
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In 7 hat
das Gestell 100 einen an den Boden/Decke 71 befestigten
statischen Gestellteil 140, die zwei angrenzende Behandlungsräume 61, 62 trennen.
Ein innerer beweglicher Gestellteil 130 mit befestigtem
oder integriertem Bestrahlungskopf wird beweglich, hier drehbar,
durch den statischen Teil 140 getragen. Diese bewegliche
Stütze
kann realisiert werden, indem konventionelle Vorrichtungslösungen und
-lager verwendet werden. Um die Stabilität des Gestells 100 zu
erhöhen,
kann der Bestrahlungskopf 120 rechterseits (wie in der
Figur dargestellt) und linkerseits durch das bewegliche Gestellteil 130 gestützt werden.
In einem solchen Fall beinhaltet das Gestell 100 typischerweise
zwei statische Teile 140, die jeweils im Boden/Decke 71 angeordnet sind,
aber an jeder Seite des drehenden Bestrahlungskopfs 120.
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Soll
das Bestrahlungsgerät
zur Behandlung eines Patienten in einem anderen Behandlungsraum 62 verwendet
werden, wird dass Gestell 100 (der bewegliche Teil 130)
einfach gedreht oder verschwenkt, was eine Rotation des Abtast-
und Krümmungssystems 102–106, 122 und
des Bestrahlungskopfs 120 zur Folge hat. 8 stellt
dieses Prinzip dar, wobei das exzentrische Gestell 100 des
Bestrahlungssystems 1 der 7 von der
Bestrahlung eines Patienten in einem ersten Behandlungsraum 61 weggedreht
ist zur Bestrahlung eines zweiten Patienten 50, der auf
einer Behandlungsliege 40 in einem zweiten Behandlungsraum 62 liegt.
Wie aus der Figur ersichtlich, leitet der Krümmungsmagnet 106 den
einfallenden Strahl aufgrund der Drehung des Gestells 100 jetzt
in Richtung des zweiten Behandlungsraums 62. Auf diese
Weise kann ein einziges Abtast-, Kollimations-, Strahlenkrümmungs-
und Winkeleinstellungssystem in mehreren Behandlungsräumen verwendet werden,
was die Kosten für
die gesamte Installation erheblich reduziert.
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In 9 ist
eine entsprechende Schnittdarstellung einer anderen Ausführungsform
eines Bestrahlungssystems gemäß der vorliegenden
Erfindung dargestellt. In dieser Ausführungsform ist das Gestell 100 hauptsächlich in
einer Strahlenschutzwand oder Abschottung 71 angeordnet,
die zwei benachbarte Behandlungsräume 61 und 62 trennt.
Diese Gestellausführungsform 100 ist
insbesondere zur Abgabe von horizontalen Strahlen 110 auf
das Behandlungsvolumen 55 des Patienten 50 konfiguriert. Die
dazu gehörenden
Einheiten 124–126 des
Bestrahlungskopfs 120 und das Strahlenverarbeitungs-(Leit-
und Abtast-)System 104–106, 122 ähneln den
oben im Zusammenhang mit 7 diskutierten entsprechenden
Einheiten und werden nicht näher
beschrieben.
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Obwohl
die Drehachsen des in den 2–8 dargestellten
exzentrischen Gestells wie in 9 gezeigt
horizontal oder vertikal sind, ist die vorliegende Erfindung nicht
hierauf beschränkt. Die
Rotationsachse kann von horizontal zu vertikal jeden Winkel haben,
was etwas davon abhängt,
wie der Strahl von dem Beschleuniger extrahiert wird und welcher
Variabilitätsbereich
klinisch benötigt
wird.
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10 stellt
einen Schnitt eines Teils eines Bestrahlungssystems 1 mit
einem Gestell 100 dar, das schräge Strahlen 110 zur
Verfügung
stellt. Verglichen mit dem Bestrahlungssystem nach 7 wird in
der vorliegenden Ausführungsform
der Behandlungsstrahl 110 durch einen Krümmungsmagneten 106 um
weniger als 90° abgelenkt,
um Strom zu sparen und schräge
Strahlen in mehrere Behandlungsräume 61 und 62 zu
erhalten. Winkel, die so gering sind wie 30° bis 60°, können in speziellen Fällen sehr hilfreich
sein. Die zugehörigen
Einheiten des Gestells 100 und Bestrahlungssystems 1 entsprechen
den in Zusammenhang mit 7 oben diskutierten Einheiten.
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11 zeigt
einen anderen möglichen
Aufbau der inneren Einheiten des Strahlenabtast- und Krümmungssystems 104–106, 122 des
exzentrischen Gestells 100 der vorliegenden Erfindung.
Diese Ausführungsform
minimiert den Durchmesser des drehbaren Gestellteils 130 einschließlich des
Magnets 106 und Behandlungskopfs 120. Ähnlich der
in den 7 bis 10 gezeigten Ausführungsformen tritt
der einfallende (Leichtionen-)Bestrahlungsstrahl vorzugsweise zuerst
in Vierpole 102 ein. Sodann tritt der Strahl in einen Krümmungs-
und Abtastmagneten 104, der den Strahl in der Ebene der Zeichnung
abtastet. Der abgetastete Strahl wird sodann in einem (superleitenden)
Krümmungsmagneten 106 gekrümmt. Vorzugsweise
leitet der Krümmungsmagnet 106 den
Strahl in einen zweiten Abtastmagneten 122. Dieser Abtastmagnet 122 und
die Kollimatoren 124 und 126 wurden in Zusammenhang
mit 7 diskutiert. Um die Gestellgröße wirklich zu minimieren und die
Kosteneffektivität
zu maximieren, kann der Strahlenschutz 150 gleichfalls
eingeschlossen werden, was eine etwas geringere Auslenkung in dem
Magneten 104 bedingt, als die in 11 gezeigte.
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Einen
Durchschnittsfachmann wird bewusst sein, dass verschiedene Modifikationen
und Änderungen
der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können, ohne ihren Bereich zu
verlassen.