DE60309207T2

DE60309207T2 - Bestrahlungssystem mit innerem und äusserem lager für die präzise positionierung beim drehen des inneren lagers

Info

Publication number: DE60309207T2
Application number: DE60309207T
Authority: DE
Inventors: Peder NÄFSTADIUS
Original assignee: PENCILBEAM TECHNOLOGIES AB
Current assignee: PENCILBEAM TECHNOLOGIES AB
Priority date: 2002-07-02
Filing date: 2003-06-11
Publication date: 2007-08-23
Anticipated expiration: 2023-06-12
Also published as: US6865254B2; WO2004004829A1; ATE342753T1; US20040005027A1; DE60309207D1; AU2003239006A1; EP1575668A1; EP1575668B1

Description

Technisches Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Strahlungssysteme und insbesondere solche Systeme, die eine diagnostische Bildgabefunktion enthalten.
Allgemeiner Stand der Technik
Während der vergangenen Jahrzehnte haben beachtliche Entwicklungen auf dem Gebiet der Strahlungstherapie stattgefunden. Die Leistung von äußeren Richtstrahlbestrahlungstherapiebeschleunigern, Brachytherapie- und anderen spezialisierten Strahlungstherapiegeräten ist zügig verbessert worden. Zu den Entwicklungen in den Bereichen der Qualität und Anpassungsfähigkeit von Strahlen gehören neue Ziele und Filter, verbesserte Beschleuniger, erhöhte Flexibilität bei der Strahlformung durch neue Applikatoren, Kollimator- und Abtastsysteme und Strahlkompensationstechniken, und verbesserte dosimetrische und geometrische Behandlungsverifizierungsverfahren wurden eingeführt.
Außerdem wurden eine Anzahl leistungsfähiger dreidimensionaler diagnostischer Techniken entwickelt, die von Computertomografie (CT) über Positron- und Einphotonenemissions-Computertomografie (PET und SPECT) bis zu Ultraschall- und Magnetresonanz-Bildgabe und -Spektroskopie (MRI und MRS) reichen. Gleichermaßen von Bedeutung ist das vermehrte Wissen über die biologischen Auswirkungen der fraktionierten gleichförmigen und nicht-gleichförmigen Dosisverabreichung an Tumoren und normale Gewebe und neue Untersuchungstechniken, einschließlich der Bestimmung effektiver Zellverdoppelungszeiten und individueller Gewebeempfindlichkeiten, wodurch die Dosisverabreichung an Tumoren von komplexer Gestalt und in fortgeschrittenen Stadien optimiert werden kann.
Jedoch war eines der schwächsten Glieder in dieser Entwicklung der Strahlungs- oder strahlungstherapeutischen Behandlung immer die Abgabe der richtigen Dosis an das Zielvolumen, einschließlich Tumorgeweben, in einem Patienten. Um eine akkurate Dosisverabreichung zu garantieren, werden detaillierte anatomische Informationen zum Tumor, den umgebenden Geweben, den Organen und den Knochenstrukturen benötigt. Anhand dieser Informationen wird das Zielvolumen mit dem Tumor im Körper des Patienten in Bezug auf einige Referenzpunkte oder -strukturen definiert, zum Beispiel benachbarte Knochen oder standardmäßige anatomische Bezugspunkte, die in der Strahlungstherapie verwendet werden. Während der Behandlung in einem Strahlungstherapiegerät wird das Zielvolumen dann auf der Grundlage dieser zugeordneten Bezugspunkte relativ zu der Behandlungsstrahlungsquelle ausgerichtet. Oder anders ausgedrückt: Es erfolgt eine indirekte Ausrichtung des Zielvolumens, weil die Position der Bezugspunkte und nicht das eigentliche Zielvolumen verwendet wird. Das Zielvolumen mit dem Tumor ist jedoch eine Fluidstruktur, und seine Position relativ zu den Bezugspunkten ist nicht starr, sondern kann sich zum Beispiel in Abhängigkeit von der Haltung des Patienten, dem Füllungsgrad der Blase, Atmungsbewegungen usw. verändern. Darum kann es passieren, dass das Zielvolumen falsch ausgerichtet ist, auch wenn die Bezugspunkte in Bezug auf die Behandlungsstrahlungsquelle korrekt ausgerichtet sind.
Darüber hinaus können sich während des Behandlungsverfahrens infolge von Gewichtsverlust, Änderungen beim Füllungs-grad der Blase und Änderungen der Tumorgröße, die durch die bereits verabreichten Strahlungsdosen verursacht werden, die räumliche Beziehung zwischen dem Zielvolumen und den Bezugspunkten sowie die Gestalt und Größe des Tumors ändern. Somit kann die erhaltene Dosis in dem Zielvolumen bei einer anschließenden Behandlungssitzung von einer idealen oder erwarteten Dosis abweichen. In einigen Extremfällen kann die Strahlungsdosis sogar ganz oder teilweise das Zielvolumen verfehlen und stattdessen benachbarte Gewebe und Organe treffen. Dadurch wird nicht nur die Behandlung wirkungslos, sondern es kann sogar gesundes Gewebe des Patienten geschädigt werden.
Heute müssen diagnostische Bildgabegeräte zwischen verschiedenen Behandlungssitzungen verwendet werden, um die Dosisverabreichung zu beurteilen und Änderungen der Tumorgröße und -position zu erkennen. Dies ist jedoch eine ineffektive und teure Lösung, da der Patient dann zwischen verschiedenen Geräten, d. h. den Diagnosegeräten und dem Behandlungsgerät, bewegt werden muss. Darüber hinaus sind die Position und die Körperhaltung des Patienten in den Geräten meistens nicht identisch, weshalb sich die Position des Tumors relativ zu den Bezugspunkten zwischen den Geräten verändert.
Ein Verfahren zum Ausrichten eines Patienten für eine Strahlungsbehandlung in einem Strahlungstherapiegerät, das eine Computertomografiefunktion enthält, ist in US-Patent Nr. 5,673,300 gezeigt. In einem Rahmen des Strahlungstherapiegerätes sind eine Röntgenquelle, die so kollimiert ist, dass sie einen Fächerstrahl erzeugt, und ein zugehöriger Detektor angeordnet, um tomografische Abtastungen eines Patienten zu erzeugen. Der Rahmen umfasst außerdem eine Behandlungsstrahlungsquelle, die einen Fächerstrahl aus energiereicher Strahlung an ein Zielvolumen in dem Patienten aussendet, und einen dedizierten Detektor, der dafür geeignet ist, den energiereichen Strahl, der den Patienten durchdringt, zu empfangen. Von einer früheren tomografischen Patientenabtastung werden Projektionsbilder verwendet, um ein tomografisches Bild zu rekonstruieren. Diese Bilder werden dann mit den Projektionsbildern verglichen, die zum Zeitpunkt der Strahlungstherapie aufgenommen wurden, um eine Reihe von Verschiebungsbewegungen des Patienten zu bestimmen, die dafür verwendet werden können, Bewegungen des Patienten zwischen der ursprünglichen tomografischen Abtastung, die für die Behandlungsplanung verwendet wird, und einer oder einer Reihe von anschließenden Strahlungsbehandlungssitzungen zu charakterisieren und zu korrigieren.
Das Strahlungstherapiegerät in US-Patent Nr. 5,673,300 teilt und bestrahlt das Zielvolumen in mehreren Scheiben. Wenn sich der Patient während der eigentlichen Dosisverabreichung geringfügig bewegt, so geht ein Großteil der Strahlungsdosis oder die gesamte Strahlungsdosis an der eigentlichen Scheibe vorbei. Somit entsteht eine falsche und ineffiziente Strahlungsabgabe, wobei möglicherweise empfindliche Gewebe und Organe bestrahlt werden und mehr Schaden als Nutzen entsteht. Darüber hinaus bewirkt eine Streuung des Fächerstrahls infolge von Unregelmäßigkeiten der Kollimation, dass ein Teil der Strahlung den Patienten abseits der vorgesehenen eigentlichen Scheibe erreicht. Darum erhalten die bestrahlten Scheiben zu wenig Strahlungsdosen, während umgebende Gewebe und Organe eine zu hohe Dosis erhalten.
In der internationalen Anmeldung WO 01/60236 ist ein Strahlungstherapiesystem offenbart. Das System enthält eine Strahlungsquelle, die sich um einen Pfad herum bewegt und einen Strahl in Richtung eines Objekts richtet, und ein Kegelstrahl-Computertomografie (CT)-System. Das Kegel-strahl-CT-System enthält eine Röntgenquelle, die einen Röntgenstrahl in Kegelform in Richtung eines abzubildenden Objekts aussendet, und eine Flachbildgabevorrichtung aus amorphem Silizium, die Röntgenstrahlen empfängt, nachdem sie das Objekt passiert haben, wobei die Bildgabevorrichtung ein Bild des Objekts erzeugt. Ein Computer ist an die Strahlungsquelle und das Kegelstrahl-CT-System angeschlossen, wobei der Computer das Bild des Objekts empfängt und auf der Grundlage des Bildes ein Signal an die Strahlungsquelle sendet, das den Pfad der Strahlungsquelle steuert.
Der allgemein L- oder C-förmige Rahmen des Strahlungsther-piesystems in WO 01/60236 ist für eine Drehgeschwindigkeit gemäß Empfehlungen der International Electromechani cal Commission (IEC), d. h. etwa 1 Minute je Umdrehung, ausgelegt. Die Drehlagerung des Systems ist an einem einzelnen axialen Ende des Körpers angeordnet, was zusammen mit den hohen Gewichten dazu führen kann, dass sich die Rahmenarme elastisch verformen, insbesondere im Fall einer Drehgeschwindigkeit von schneller als 1 Minute je Umdrehung. Somit kommt es nicht nur zu einer reinen Drehbewegung, sondern auch zu einer Präzessionsbewegung des Rahmens, was zu einer Ungenauigkeit bei der Positionierung des Stra-lungskopfes führt. Wenn jedoch das Kegelstrahl-CT-System effizient funktionieren soll, so sind schnellere Drehgeschwindigkeiten als 1 Minute je Umdrehung erforderlich. Während der 1-minütigen Umdrehung kann sich der Patient stark bewegen, wodurch ein ungenaues und falsche Informationen vermittelndes CT-Bild entsteht.
WO 00/74779 offenbart ein Strahlungsgerät mit einer stabilen Konstruktion, wobei der innere Rahmenteil drehbar durch den äußeren Rahmenteil an zwei Stellen, die sich auf gegenüberliegenden Seiten des Behandlungsvolumens befinden, gelagert wird.
Kurzdarstellung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung überwindet diese und andere Nachteile der Anordnungen des Standes der Technik.
Es ist eine allgemeine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Genauigkeit der Strahlungstherapiebehandlung zu erhöhen.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Strahlungsgerät bereitzustellen, dass ein diagnostisches Bildgabesystem enthält.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Strahlungsgerät mit einer stabilen Konstruktion bereitzustellen, um Rahmendrehgeschwindigkeiten zu ermöglichen, die für eine diagnostische Bildgabe geeignet sind.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines Strahlungsgerätes, das eine Bildgabe sowohl unter Verwendung einer energiereichen Behandlungsstrahlungsquelle als auch einer energiearmen diagnostischen Energiequelle ermöglicht.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines Strahlungsgerätes, das die Behandlung automatisch auf der Grundlage eines Bildes anpassen kann, das durch das eingebaute diagnostische Bildgabesystem bestimmt wird.
Diese und weitere Aufgaben werden durch die Erfindung so gelöst, wie es in den begleitenden Patentansprüchen definiert ist.
Kurz gesagt, betrifft die vorliegende Erfindung ein Strahlungsgerät mit einem diagnostischen Bildgabesystem. Das Strahlungsgerät hat eine sehr stabile Rahmenkonstruktion, wodurch eine hohe Drehgeschwindigkeit möglich ist, was wiederum eine Voraussetzung für den Erhalt hochauflösende Bilder mit dem Bildgabesystem ist. Diese stabile Rahmenkonstruktion erreicht man durch Unterteilen des Strahlungsgeräts in einen inneren bzw. einen äußeren Rahmenteil. Der innere Rahmenteil ist durch den äußeren Rahmenteil an zwei Lagerstellen, die sich auf gegenüberliegenden Seiten eines zu bestrahlenden Behandlungsvolumens in einem Patienten befinden, drehbar gelagert. In dem inneren Rahmenteil ist ein Strahlungskopf angeordnet, der eine Behandlungsstrahlungsquelle umfasst, die eine Behandlungsstrahlungs- oder Dosismenge in das Zielvolumen hinein abgibt. Vorzugsweise ist in oder an dem Strahlungskopf eine diagnostische Strahlungsquelle angeordnet. Die diagnostische Strahlungsquelle ist dafür geeignet, eine diagnostische Strahlung auf den Patienten, vorzugsweise in der unmittelbaren Nähe des Zielvolumens, zu richten, wobei diese Strahlung dann durch einen Detektor, der in dem inneren Rahmenteil angeordnet ist, detektiert wird. Ein mit dem Detektor verbundenes Verarbeitungsmittel erzeugt ein Bild des Patienten (des Zielvolumens) auf der Grundlage der detektierten Strahlung. Dieses Bild kann dann dafür verwendet werden, Gewebe, Organe und interessierende Strukturen zu identifizieren, einschließlich des Tumors und zugeordneter Bezugspunkte. Anhand dieser identifizierten anatomischen Informationen werden jegliche Änderungen in dem Tumorgewebe, zum Beispiel Änderungen der Position, der Größe und der Gestalt, detektiert und zur entsprechenden Anpassung der Behandlung verwendet. Jede Fehllagerung des Patienten auf der körperstützenden Liege des Strahlungsgerätes kann ebenfalls durch Untersuchen des Bildes detektiert werden. Darüber hinaus kann das Bild mit einem Referenzbild, zum Beispiel von einem Behandlungs- oder Dosisplan, verglichen werden, um Veränderungen der Positionierung festzustellen. Auf der Grundlage eines solchen Vergleichs kann die Position des Patienten manuell oder automatisch verändert werden, indem man zum Beispiel die Liege verstellt. Ergänzend dazu kann die Behandlungsstrahlungsquelle so angepasst werden, dass jegliche detektierten Abweichungen von den erwarteten Bedingungen gemäß dem Behandlungsplan berücksichtigt werden.
Das diagnostische Bildgabesystem der Erfindung ist bevorzugt ein Computertomografie (CT)-System und besonders bevorzugt ein Kegelstrahl-CT-System. Der Detektor ist dafür geeignet, die energiearme Strahlung (Photonen) des Kegelstrahl-CT-Systems zu detektieren, und sendet auf der Grundlage der detektierten Bestrahlung ein Signal an das Verarbeitungsmittel. Das Verarbeitungsmittel berechnet dann ein dreidimensionales Bild des Patienten, vorzugsweise jenes Abschnitts, der das Zielvolumen enthält, das visualisiert, mit einem Referenzbild verglichen oder gespeichert werden kann. Der Detektor ist ebenfalls dafür geeignet, die energiereiche Strahlung von der Behandlungsstrahlungsquelle zu detektieren. Mit dieser energiereichen Strahlung wird ein eher kontrastarmes Portalbild bestimmt, das zum Beispiel für Positionierungszwecke verwendet werden kann.
Die Erfindung bietet die folgenden Vorteile:

– stabile Rahmenkonstruktion;
– hohe Drehgeschwindigkeit der Behandlungs- und Diagnosestrahlungsquelle und des Detektors;
– hochauflösende und präzise Bilder des Patienten;
– ein und derselbe Detektor wird sowohl für die Portalbildgabe als auch für die diagnostische Bildgabe verwendet, wodurch die Gesamtkosten gesenkt werden, weil keine dedizierte Portalbildgabevorrichtung benötigt wird.
– Verringerung der Gesamtkosten und der Gesamtdauer eines Strahlungstherapieprozesses;
– höhere Genauigkeit bei der Behandlung durch Detektieren von Änderungen im Tumorgewebe und jeglicher Fehllagerungen des Patienten; und
– es kann eine nichtkoplanare Strahlungsbehandlung verabreicht werden.

Weitere Vorteile, welche die vorliegende Erfindung bietet, werden beim Studium der folgenden Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung verständlich.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung, zusammen mit weiteren Aufgaben und Vorteilen, wird am besten anhand der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen verstanden, in denen Folgendes zu sehen ist:
1 ist eine schematische Zeichnung der Hauptschritte in einem Strahlungstherapieprozess.
2 ist eine Schnittansicht einer ersten Ausführungsform eines Strahlungsgerätes gemäß der vorliegenden Erfindung, das eine Behandlungsstrahlungsdosis an einen Patienten abgibt.
3 ist eine Schnittansicht der Ausführungsform von 2 entlang der Linie A-A.
4 ist eine schematische Zeichnung des Strahlungsgerätes von 2, das ein Bild des Patienten aufzeichnet.
5 ist eine Zeichnung einer zweiten Ausführungsform einer Detektoranbringung, die mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann.
6 ist eine Zeichnung einer weiteren Ausführungsform einer Detektoranbringung, die mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann.
7 veranschaulicht einen Abschnitt des diagnostischen Bildgabesystems gemäß der vorliegenden Erfindung.
8 ist eine zweite Ausführungsform einer Detektorkonstruktion, die mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann.
9 ist eine weitere Ausführungsform einer Detektorkonstruktion, die mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann.
10 veranschaulicht eine Platine, die in einer Ausführungsform eines Sensors in einem Detektor, der mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, eingesetzt wird.
11 ist eine bevorzugte Ausführungsform eines Sensors, der in einem Detektor verwendet wird, der mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann.
12 ist eine perspektivische Ansicht einer Liege, die in einem Strahlungsgerät gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann.
13 ist eine Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform eines Strahlungsgerätes gemäß der vorliegenden Erfindung.
14 ist eine Schnittansicht der Ausführungsform von 13 entlang der Linie A-A.
15 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines Strahlungsgerätes gemäß der vorliegenden Erfindung.
16 ist eine Schnittansicht der Ausführungsform von 15 entlang der Linie A-A mit einem Patienten, der sich auf einer körperstützenden Liege befindet.
Detaillierte Beschreibung von Ausführungsformen der Erfindung
In allen Zeichnungen werden entsprechende oder ähnliche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Die Erfindung ist allgemein auf ein Strahlungsgerät anwendbar. Wie in der vorliegenden Beschreibung besprochen, wird einem Patienten in einem Strahlungsgerät eine Dosismenge oder ein Strahl, wie zum Beispiel ein Strahl aus Gammaphotonen, Elektronen, Neutronen, Protonen oder schwereren Ionen, Atomen oder Molekülen, verabreicht. Das Strahlungsgerät kann für die kurative Strahlungstherapie, d. h. zum Beseitigen eines Tumors, oder zur palliativen Strahlungstherapie verwendet werden, deren Ziel allgemein darin besteht, die Lebensqualität des Patienten zu verbessern, indem der Tumor lokal kontrolliert wird, ein Symptom zu mildern oder ein bevorstehendes Symptom zu verhindern oder zu verzögern, und nicht vor allem darin, den Tumor zu beseitigen. Eine weitere Anwendung eines Strahlungsgerätes kann in der Strahlungschirurgie liegen, wobei eine energiereiche Strahlungsquelle verwendet wird.
Für ein besseres Verständnis der Erfindung man es hilfreich sein, mit einer kurzen Einführung in einen Strahlungstherapieprozess unter Bezug auf 1 zu beginnen.
Im Allgemeinen ist der erste Schritt in einem Strahlungs-therapieprozess die Diagnose. Es kommen verschiedene dia-gnostische Geräte zum Einsatz, um anatomische Informationen zu einem Patienten zu gewinnen, um zum Beispiel einen Tumor und benachbarte Gewebe und Organe zu lokalisieren. Es ist normalerweise ratsam, anatomische Informationen D1, D2, D3 von mehreren diagnostischen Geräten zu gewinnen, weil unterschiedliche Bildgabetechniken unterschiedliche anatomische Informationen erbringen. Darum ergänzen sich die Informationen D1, D2, D3 gegenseitig und sollten gemeinsam eine hinreichende Vorstellung von dem Zielvolumen und dem umgebenden Gewebe vermitteln.
Auf der Grundlage der gemessenen anatomischen Informationen wird ein Behandlungs- oder Dosisplan erstellt. Bei der Behandlungsplanung werden die ermittelten anatomischen Informationen der verschiedenen diagnostischen Geräte integriert, um so präzise wie möglich die exakte Position des Tumors in dem Patienten festzustellen und jegliche Organe oder Gewebe zu detektieren, die von der anschließenden Strahlungstherapiebehandlung betroffen sein könnten oder die nicht durch den Strahl getroffen werden dürfen. Das Zielvolumen und die dorthin abzugebende Dosis werden zusammen mit den Richtungen definiert, aus denen das Zielvolumen zu bestrahlen ist. Das Zielvolumen wird in Bezug auf einige identifizierbare Bezugspunkte definiert, die dafür verwendet werden können, den Patienten in dem Strahlungsgerät zu positionieren.
Das Resultat der Behandlungsplanung ist ein Behandlungs-plan, der alle relevanten Informationen für die eigentliche Strahlungstherapiebehandlung enthalten sollte, wie zum Beispiel die gewählte Einrichtung des Strahlungstherapiegerätes und seine Einstellungen. Vor der eigentlichen Strahlungstherapiebehandlung kann eine optionale Behandlungssimulation vorgenommen werden, um den Behandlungsplan zu testen und zu verifizieren und um die Positionierung des Patienten in dem Strahlungsgerät zu bestimmen. Zuerst wird der Patient so genau wie möglich mit Portalbildgabe positioniert. Bei der Portalbildgabe werden der Behandlungsstrahl selbst und ein Detektor verwendet, um ein kontrastarmes Bild des Patienten zu erhalten. Anhand dieses Bildes können die Positionen ausgewählter Bezugspunkte identifiziert und mit den entsprechenden Positionen im Behandlungsplan verglichen werden. Eine Abweichung zwischen beiden führt zu einer Umpositionierung des Patienten, bis die Abweichung unterhalb eines Sicherheitsschwellenwertes liegt. Im Behandlungsraum sind Laser angeordnet, die Laserstrahlen erzeugen. Die Strahlen kreuzen sich genau im Isozentrum oder dem Ursprung des Raumkoordinatensystems. Wenn der Patient auf der Liege liegt, so befindet sich das Isozentrum im Körperinneren, so dass die Laserstrahlen als helle Punkte auf der Hautoberfläche zu sehen sind. Sobald der Patient die korrekte Position eingenommen hat, werden die Positionen der hellen Punkte mit einer speziellen Tinte markiert, die wochenlang auf der Haut verbleibt. Wenn der Patient das nächste Mal positioniert werden muss, so genügt es, die Markierungen und die Laserstrahlen aufeinander auszurichten.
Außerdem können bei dem Simulationsverfahren zum Beispiel in-vivo-Dosimetrie oder verwandte Techniken verwendet werden, um die abgegebene Strahlungsdosis in dem Zielvolumen und/oder in benachbartem Gewebe, vorzugsweise in Risikoorganen, zu überprüfen. Wenn die gemessenen Daten den errechneten Daten im Behandlungsplan entsprechen, so kann die eigentliche Strahlungstherapiebehandlung in die Wege geleitet werden. Wenn jedoch eine Differenz zwischen den gemessenen und den errechneten Daten detektiert wird und diese Differenz eine bestimmte Sicherheitsschwelle überschreitet, so wird eine Änderung der Behandlungsplanung vorgenommen. Diese Änderung kann in einigen Fällen einfach ein Verstellen von Parametern sein, aber auch eine größere Änderung in der Behandlungsplanung, wie zum Beispiel das Vollenden der Behandlungsplanung mit mehr anatomischen Informationen, die aus einer neuen diagnostischen Messung gewonnen werden. So oder so wird ein neuer Behandlungsplan aufgestellt, der in einer optionalen neuen Behandlungssimulation getestet und verifiziert werden kann.
Dann wird mit der Gerätschaft, der Einrichtung und den Einstellungen, die im Behandlungsplan spezifiziert sind, eine Strahlungstherapiebehandlung ausgeführt. Der Patient wird dann mittels Portalbildgabe, wie oben beschrieben, und/oder Laserstrahlen und Markierungen positioniert oder ausgerichtet. Es ist unverzichtbar, dass der Patient präzise positioniert wird, da eine Fehllagerung von nur wenigen Millimetern Schäden an benachbarten Geweben und Organen verursachen und die Behandlung wirkungslos machen kann. Sobald die Positionierung abgeschlossen ist, bestrahlen die Strahlen den Patienten gemäß dem Behandlungsplan, um die errechnete Dosis in das Zielvolumen hinein abzugeben.
Obgleich die Strahlungstherapiebehandlung in dem obigen Abschnitt in Bezug auf eine einzelne Behandlungssitzung beschrieben wurde, wird die eigentliche Dosisverabreichung in den meisten Fällen in mehrere, oft 20–30 Fraktionen fraktioniert. Das heißt, dass sich eine gesamte Strahlungstherapiebehandlung in der Regel über mehrere Tage, Wochen oder in einigen Fällen sogar Monate hinzieht.
Ein Strahlungsgerät gemäß der vorliegenden Erfindung enthält neben einer Behandlungsstrahlungsquelle noch ein diagnostisches Bildgabesystem mit einer diagnostischen Strahlungsquelle, einen Detektor und ein Verarbeitungsmittel zum Aufzeichnen und Erzeugen eines Bildes eines Patienten in dem Strahlungsgerät. Die eigentliche Konstruktion des Strahlungsgerätes weist einen sehr stabilen Rahmen auf, der eine Voraussetzung für eine hohe Drehgeschwindigkeit ist. Diese hohe Drehgeschwindigkeit wiederum ermöglicht sowohl eine genaue als auch eine hochauflösende Bildgabe des Patienten mittels des diagnostischen Bildgabesystems.
Mit der Erfindung werden hochauflösende Bilder der Umgebung des Zielvolumens, einschließlich der Bezugspunkte und mitunter sogar des Tumorgewebes selbst, gewonnen. Die gemessenen Patientenbilder werden dann vorzugsweise mit den entsprechenden anatomischen Informationen im Behandlungs-plan verglichen. Auf der Grundlage dieses Vergleichs kann die Position des Patienten in dem Strahlungsgerät exakt angepasst und korrigiert werden.
Außerdem kann die Entwicklung des Tumorgewebes während der Behandlung beobachtet werden, um jegliche Änderungen bei Gestalt, Größe und Position des Tumors zu erkennen. Jegliche detektierten Änderungen können dann verwendet werden, um den Behandlungsplan entsprechend anzupassen, um eine effiziente und sichere Behandlung zu erreichen.
In 2 ist eine Seitenansicht einer ersten Ausführungsform eines Strahlungsgerätes mit einem Bildgabesystem gemäß der Erfindung veranschaulicht. 3 ist die Schnittansicht dieser Ausführungsform von 2 entlang der Linie A-A. Ein Strahlungskopf 8 ist mechanisch durch einen inneren Rahmenteil, allgemein mit 1 bezeichnet, gelagert. Der innere Rahmenteil 1 umfasst in der vorliegenden Ausführungsform einen Kreisbogenabschnitt 3, eine ersten Ringabschnitt 4 und einen zweiten Ringabschnitt 5. Der Strahlungskopf 8 kann entlang des Bogenabschnitts 3 von dem ersten Ringabschnitt 4 zu dem zweiten Ringabschnitt 5 bewegt werden. Ein Objekt 12, vorzugsweise ein menschlicher Patient, wird auf eine körperstützende Liege 20 gelegt, wobei eine Behandlungsstrahlungsquelle 9 in dem Strahlungskopf 8 so angeordnet ist, dass ein Behandlungsstrahl oder eine Dosismenge in ein Zielvolumen 13 in dem Patienten 12 gerichtet wird. In dieser Ausführungsform befinden sich die Ringabschnitte 4, 5 des inneren Rahmenteils 1 auf jeder Seite des Zielvolumens 13. Die Ringabschnitte 4, 5 werden drehbar durch einen äußeren Rahmenteil 2 gelagert, der einen ersten Tragabschnitt 6 und einen zweiten Tragabschnitt 7 umfasst. Oder anders ausgedrückt: Der innere Rahmenteil 1 ist mit zwei Lagerstellen S mit Bezug auf den äußeren Rahmenteil 2 auf gegenüberliegenden Seiten des Behandlungsvolumens 13 versehen. Eine solche Konstruktion garantiert, dass sich der Schwerpunkt des inneren Rahmenteils 1 immer zwischen den Lagerstellen S befindet und darum ein relativ geringes Biegemoment auf den Rahmen einwirkt. Diese stabile Anordnung macht es möglich, den inneren Rahmenteil 1 relativ zum äußeren Rahmenteil 2 um eine im Wesentlichen horizontale Drehachse 11 mit einer viel schnelleren Drehgeschwindigkeit zu drehen, als es durch die International Electromechanical Commission (IEC) empfohlen wird. Eine Drehgeschwindigkeit von weniger als 20 s je Umdrehung lässt sich mühelos erreichen, und eine Drehgeschwindigkeit von weniger als 10 s je Umdrehung ist Routine. Es ist sogar möglich, eine Drehgeschwindigkeit von etwa – oder manchmal sogar schneller als – 6 s je Umdrehung zu erreichen, ohne dass nennenswerte Bewegungsartefakte entstehen.
Das Behandlungsvolumen 13 ist vorzugsweise an der Drehachse 11 positioniert. Weil also der innere Rahmenteil 1 um die Drehachse 11 herum drehbar ist, kann die Behandlungsstrahlungsquelle 9 das Behandlungsvolumen 13 von oben, unten oder von beiden Seiten her bestrahlen. Darüber hinaus machen es der Bogenabschnitt 3 und der bewegliche Strahlungskopf 8 möglich, eine nichtkoplanare Behandlung zu erreichen. Der Krümmungsmittelpunkt des Kreisbogenabschnitt 3 befindet sich innerhalb des Behandlungsvolumens 13, weshalb der Strahlungskopf 8 mit der Behandlungsstrahlungsquelle 9 die Strahlungsrichtung in Richtung des Behandlungsvolumens 13 selbst dann beibehält, wenn sich der Kopf 8 entlang des Bogenabschnitts 3 bewegt. Durch Kombinieren der Bewegung des Kopfes 8 entlang des Bogens 3 mit der Drehung des inneren Rahmenteils 1 um die Patienten 12 herum erhält man eine Vielzahl von Bestrahlungsrichtungen.
Der mechanische Betrieb und die Lagerung des drehbaren inneren Rahmenteils 1 lassen sich problemlos zum Beispiel mit herkömmlichen Getriebelösungen und Lagern bewerkstelligen. Des Weiteren lässt sich durch den Einbau von Gleitkontakten zwischen dem inneren Rahmenteil 1 und dem äußeren Rahmenteil 2, vorzugsweise in Verbindung mit dem mechanischen Lager, eine wirklich kontinuierliche Drehbewegung erreichen.
In dem Strahlungsgerät ist ein Bildgabesystem angeordnet, das eine diagnostische Strahlungsquelle 10 und einen Detektor 30 umfasst. Die diagnostische Strahlungsquelle 10 ist in dem inneren Rahmenteil 1, vorzugsweise in dem Strahlungskopf 8 zusammen mit der Behandlungsstrahlungsquelle 9 oder auf einer der Außenseiten des Strahlungskopfes 8, angeordnet. Es sind aber auch andere Anordnungen der dia-gnostischen Strahlungsquelle 10 möglich, zum Beispiel an einem der Ringabschnitte 4, 5 oder in einem (nicht veranschaulichten) separaten Strahlungskopf, der ebenfalls auf dem Kreisbogenabschnitt 3 angeordnet ist. Die diagnostische Strahlungsquelle kann den Patienten 12 mit einem diagnostischen Strahl wie in 4 bestrahlen. Der Strahl passiert den Patienten 12, vorzugsweise in dem Teil des Patienten, der das Zielvolumen 13 enthält, und wird durch den Detektor 30 detektiert, der an dem inneren Rahmenteil 1 mittels eines Befestigungsmittels 38 gelagert ist. Auf der Grundlage des detektierten Strahls erzeugt ein Verarbeitungsmittel, zum Beispiel ein (nicht veranschaulichter) Computer, ein Bild des Patienten, das vorzugsweise den Teil veranschaulicht, der den Tumor und das Zielvolumen enthält. Durch Drehen des inneren Rahmenteils 1 um die Drehachse 11 und kontinuierliches oder intermittierendes Bestrahlen des Patienten 12 mit dem diagnostische Strahl können Bilder aus mehreren verschiedenen Richtungen um das Zielvolumen 13 herum aufgenommen werden. Anhand dieser Bilder lässt sich je nach der Bildgabetechnik des diagnostischen Bildgabesystems eine dreidimensionale Darstellung des Patienten mit dem Tumor und benachbarten Gewebe, Organen und Knochen gewinnen.
Eine bevorzugte Bildgabetechnik, die durch das Bildgabesystem verwendet wird, ist die Computertomografie (CT). Bei der CT-Bildgabe besteht die diagnostische Strahlungsquelle aus einer Röntgenröhre, die einen diagnostischen Strahl in Form von Photonen mit einem Energiebereich von keV erzeugt. Wenn die diagnostische Strahlungsquelle und der Detektor um den Patienten herum gedreht werden, so registriert der Detektor eindimensionale Projektionen des Patienten. Anhand dieser Projektionen kann das Verarbeitungsmittel eine zweidimensionale Scheibe rekonstruieren. Jede Umdrehung des inneren Rahmens erzeugt eine solche Scheibe. Durch Bewegen des Strahlungskopfes und darum der diagnostischen Strahlungsquelle entlang des Bogenabschnitts für jede Umdrehung und/oder Bewegen der körperstützenden Liege entlang der Drehachse kann man eine Serie von Scheiben erstellen. Aus dieser Serie von zweidimensionalen Scheiben wird ein drei-dimensionales Bild des Abschnitts des Patienten, der mit dem diagnostischen Strahl bestrahlt wurde, rekonstruiert. Dies erbringt ein hochwertiges, hochauflösendes Bild der inneren Gewebe, Organe und Strukturen, möglicherweise auch des Tumors selbst, des Patienten. Anhand dieses Bildes können relevante Informationen, einschließlich der Position von Bezugspunkten sowie Größe, Gestalt und Position des Tumors relativ zu den Bezugspunkten, identifiziert werden.
Eine besonders bevorzugte Bildgabetechnik ist eine Entwicklung der herkömmlichen CT-Bildgabe, und zwar die Kegel-strahl-Computertomografie. Der mechanische Betrieb eines Kegelstrahl-CT-Bildgabesystems ist ähnlich dem eines herkömmlichen CT-Bildgabesystems, mit der Ausnahme, dass ein komplettes volumetrisches Bild durch eine einzelne Drehung der diagnostischen Strahlungsquelle (Röntgenröhre) und des Detektors um den Patienten herum aufgenommen wird. Mit jeder Aufzeichnung wird eine zweidimensionale Projektion des Patienten erhalten. Durch Ändern des Aufzeichnungswinkels, d. h. Drehen des inneren Rahmens, werden mehrere solcher zweidimensionalen Projektionen mit verschiedenen Winkeln erzeugt. Das Verarbeitungsmittel arbeitet mit angepasster Software und mathematischen Algorithmen, um anhand der Projektionen ein dreidimensionales Bild des Patienten zu rekonstruieren. Oder anders ausgedrückt: Mit Kegelstrahl-CT-Bildgabe gewinnt man durch eine einzelne Drehung der Strahlungsquelle und des Detektors sämtliche Informationen, die benötigt werden, um das Bild des Patienten zu erzeugen, während herkömmliche CT-Bildgabe mehrere solcher Drehungen erfordert, um die gleichen Informationen zu gewinnen. Darüber hinaus hat die Kegelstrahl-CT-Bildgabe einige weitere Vorteile gegenüber der herkömmlichen CT-Bildgabe, einschließlich einer größtenteils isotropen räumlichen Auflösung und Flexibilität in der Bildgabegeometrie.
Kegelstrahl-CT-Bildgabe in Verbindung mit dem stabilen und schnelldrehenden Rahmen eines Strahlungsgerätes gemäß der Erfindung kann ein dreidimensionales Bild des Patienten mittels einer Drehung von 6 s erzeugen. Dies steht im Gegensatz zu den zum Stand der Technik gehörenden Strahlungsgeräten mit Bildgabesystemen, die eine Drehgeschwindigkeit von etwa 1 min je Umdrehung haben, wobei sich der Patient während dieser Zeit stark bewegen kann. Die schnelle Drehgeschwindigkeit gemäß der Erfindung macht es möglich, Bilder mit einen sehr hohen Genauigkeit und Auflösung zu erhalten, da der Patient während dieser kurzen Zeit von 6 s relativ ruhig liegen kann.
Obgleich das diagnostische Bildgabesystem als ein (herkömmliches oder Kegelstrahl-) CT-System beschrieben wurde, können auch andere Bildgabesysteme gemäß der vorliegenden Erfindung angewendet werden.
Wenden wir uns wieder 4 zu. Der Detektor 30 des Bildgabesystems ist vorzugsweise diametral über den Strahlungskopf 8 hinweg auf der Seite des Patienten 12 angeordnet, die der diagnostischen Strahlungsquelle 10 gegenüberliegt. Der Detektor 30 sollte an dem inneren Rahmenteil 1 angebracht sein, damit er sich zusammen mit der Strahlungsquelle 10 um die Drehachse 11 drehen kann. Es kann ein Befestigungsmittel 38 wie 4, das den Detektor 30 an einem der Ringabschnitte 4 befestigt, verwendet werden. Vorzugsweise ist dieses Befestigungsmittel 38 so drehbar oder schwenkbar, dass der Detektor 30 aus dem Strahlungsgerät herausbewegt werden kann, um einen leichten Zugang und Austausch zu ermöglichen. Die Gleitkontakte zwischen dem inneren Rahmenteil 1 und dem äußeren Rahmenteil 2 ermöglichen eine kontinuierliche Verbindung zwischen dem Detektor 30 und dem (nicht veranschaulichten) Bildverarbeitungsmittel.
Ein stabileres Befestigungsmittel 38 ist in 5 veranschaulicht, wo das Befestigungsmittel 38 mit beiden Ringabschnitten 4 und 5 verbunden ist. Diese stabile Konstruktion macht es möglich, sogar mit noch schnelleren Drehgeschwindigkeiten zu arbeiten, ohne dass Bewegungsartefakte des Detektors 30 entstehen.
In einer weiteren Ausführungsform in 6 hat das Befestigungsmittel 38 die Form eines Kreisbogens ähnlich dem Kreisbogenabschnitt 3, auf dem der Strahlungskopf 8 beweglich ist. Mit einer solchen Anordnung kann der Detektor 30 entlang des Befestigungsmittels 38 bewegt werden, wodurch er sich immer auf der Seite des Behandlungsvolumens 13 in dem Patienten 12 befindet, die der diagnostischen Strahlungsquelle 10 gegenüberliegt. Diese Anordnung macht es auch möglich, eine nicht-koplanare CT-Bildgabe zu erhalten.
Der Detektor der vorliegenden Erfindung ist vorzugsweise sowohl für das diagnostische Bildgabesystem als auch für die Bildgabe mit der Behandlungsstrahlung geeignet. Oder anders ausgedrückt: Bei einem (herkömmlichen oder Kegel-strahl-) CT-Bildgabesystem, das mit energiearmen Photonen (in der Größenordnung von keV) arbeitet, sollte der Detektor vorzugsweise in der Lage sein, sowohl die energiearme diagnostische Strahlung als auch die energiereiche Behandlungsstrahlung (in der Größenordnung von MeV) zu detektieren. Mit einer solchen Konstruktion kann ein und derselbe Detektor sowohl für die Portalbildgabe – mit der Behandlungsstrahlung – als auch für die CT-Bildgabe – mit der diagnostischen Strahlung – verwendet werden. Dies verringert sowohl die Kosten als auch den benötigten Platz, da anstelle des Verwendens von zwei Detektoren nur einer in dem Strahlungssystem angeordnet ist. Der Detektor hat darum vorzugsweise einen Detektionsbereich für Photonen mit Energien zwischen 1 keV und 100 MeV. Ein solcher Detektor 30 ist in 7 zusammen mit einem Verarbeitungsmittel 40 gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
Die Detektorkonstruktion 30 in 7 umfasst eine Vorverstärkungseinheit in Form eines Stapels aus alternierenden Verstärkern 32-1 bis 32-4 und Konvertern 34-1 bis 34-3 und eines Sensors 60. Die Vorverstärkungseinheit und der Sensor 60 befinden sich in einem Gehäuse, das ein Gas enthält. Zu geeigneten Gasen gehören Xe, Ar, Kr und Ne, aber es kommen auch Gasgemische in Frage, einschließlich Gasgemischen mit Löschgasen. Das Gas oder Gasgemisch kann gegebenenfalls unter Druck stehen, oder es könnte mit subatmosphärischem Druck zugeführt werden, wie es dem Fachmann bekannt ist. Der Deckel des Gehäuses ist vorzugsweise dünn und leicht, um die Anzahl der energiearmen Photonen zu maximieren, die das Gasvolumen erreichen. Eine dünne Metallfolie zum Beispiel aus Al oder verschiedenen Polymeren, einschließlich MYLAR^®, könnten verwendet werden.
Die Konverter 34-1 bis 34-3 umfassen vorzugsweise eine perforierte Lage eines Materials, das die Fähigkeit besitzt, auftreffende Photonen durch elektromagnetische Wechselwirkungen in Elektronen umzuwandeln, zum Beispiel durch den Compton-Effekt, Paarbildung und/oder photoelektrischen Effekt. Die Konverter 34-1 bis 34-3 bestehen zum Beispiel aus Schwermetall mit einer Dicke von vorzugsweise 0,1 bis 1 mm. Die Konverter 34-1 bis 34-3 können auch in Richtung der Unterseite des Stapels im Vergleich zu den oberen Konvertern allmählich dicker werden, um das häufigere Vorkommen von Photonen mit geringerer Energie in den oberen Schichten relativ zu den unteren Schichten auszugleichen.
Die Verstärker 32-1 bis 32-4 bestehen in einer ersten Ausführungsform aus einer dünnen isolierenden Maschenfolie, zum Beispiel aus Kapton^®, die beidseitig mit Metall beschichtet ist und mit einer regelmäßigen Matrix aus Löchern 38 durchbrochen ist. Als geeignete Abmessungen der Verstärker 32-1 bis 32-4 kommt eine Dicke der isolierenden Folie von 50 μm und für die Metallbeschichtungen von 5 μm in Betracht. Wenn ein Potenzialunterschied, der in der Figur schematisch als V veranschaulicht ist, an den Isolator/zwischen die Metallbeschichtungen angelegt wird, so entsteht in den Löchern 38 ein Dipolfeld.
Auftreffende (Behandlungs- oder diagnostische) Strahlung ionisiert das Gas in dem Gehäuse, das zu Elektronen und entsprechenden positiv geladenen Ionen dissoziiert. Die aus dem Gas freiwerdenden Elektronen driften in Richtung des hohen Feldes durch die Löcher 38 in den Verstärkern 32-1 bis 32-4 und werden darin fokussiert. Die fokussierten Elektronen interagieren dann mit Atomen oder Molekülen des Gases, wodurch diese ionisiert werden, so dass mehrere Elektronen (und positive Ionen) entstehen. Die Regionen des hohen elektrischen Feldes führen so zu einer Lawinenmultiplikation von Elektronen, die dann durch den Sensor 60 detektiert werden können. Elektronen werden ebenfalls freigesetzt, wie im oben Dargelegten besprochen wurde, wenn einfallende Photonen auf die Konverter 34-1 bis 34-3 treffen, die zu dem Lawineneffekt beitragen.
Durch Verwenden des Stapels aus wechselweise angeordneten Verstärkern 32-1 bis 32-4 und Konvertern 34-1 bis 34-3 ist es möglich, sowohl energiereiche als auch energiearme auftreffende Strahlung (Photonen) zu detektieren. Die energiereichen Photonen dringen weit in die Stapelstruktur ein, bevor sie in Elektronen umgewandelt werden, während die energiearmen Photonen bereits in dem obersten Konverter 34-1 oder sogar in der Gasschicht zwischen dem Gehäuse und dem ersten Verstärker 32-1 in Elektronen umgewandelt werden.
Eine weitere Ausführungsform eines Detektors 30 gemäß der Erfindung ist in 8 veranschaulicht. In dieser Ausführungsform umfasst die Vorverstärkungseinheit des Detektors 30 einen Stapel aus Verstärkern 32-1 bis 32-4, Konvertern 34-1 bis 34-3 und Führungsschichten 132-1 bis 132-3, die wie in 8 aufeinander angeordnet sind. Die Verstärker 32-1 bis 32-4 ähneln den entsprechenden Verstärkern in 7, d. h. sie umfassen eine Metallschicht, die auf einem isolierenden Material abgeschieden ist. Unter der isolierenden Schicht ist ein Konverter 34-1 bis 34-3 in Form einer dicken Metallschicht angeordnet. Diese Schicht ist vorzugsweise wenigstens eine Größenordnung dicker als die Metallfolie der Verstärker 32-1 bis 32-4. Unter der Metallschicht der Konverter 34-1 bis 34-3 ist eine isolierende Führungsschicht 132-1 bis 132-3 angeordnet, auf der eine zweite untere Metallfolie abgeschieden ist. Diese Verstärker-Konverter-Führungs-Verbundstrukturen sind mit einer Matrix aus Löchern 38 mit einer allgemeinen Konusgestalt durchbrochen, d. h. ihre "Eintrittsöffnung" ist kleiner als ihre "Austrittsöffnung", wenn man von der Oberseite des Detektors 30 in Richtung des Sensors 60 blickt.
Ein Problem mit der Detektor-Ausführungsform von 7 ist, dass Elektronen, die die Löcher 38 in den Konvertern 34-1 bis 34-3 passieren, in die Metallschicht der Konverter 34-1 bis 34-3 diffundieren. Allerdings löst die Verbundstruktur von 8 dieses Elektronendiffusionsproblem und steigert dadurch die Effizienz des Detektors 30.
Eine bevorzugte Ausführungsform eines Detektors 30, die in Verbindung mit einem Strahlungstherapiegerät gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ist schematisch in 9 veranschaulicht. Anstelle alternierender Verstärkungs- und Konvertierungsschichten, wie in den 7 und 8, umfasst diese Detektorkonstruktion einen Stapel aus Konvertern 34-1 bis 34-5. Jeder Konverter 34-1 bis 34-5 hat eine mittige Stützschicht 134, die normalerweise aus einem isolierenden Material besteht. Auf jeder Seite der Stützschicht 134 ist eine Elektrodenschicht 234, 334 angeordnet. Diese Elektrodenschichten 234, 334 können eine einfache Metallisierung auf beiden Seiten des isolierenden Materials 134 sein.
Um die Wahrscheinlichkeit einer elektromagnetischen Wechselwirkung des auftreffenden Strahls, d. h. die Entstehung freier Elektronen, zu erhöhen, kann eine säulenartige Struktur 434 mit mehreren Säulen angeordnet sein, die sich von allen oder einigen der Konverter 34-1, 34-2 erstrecken. Die Säulen bieten eine große Anzahl von Oberflächenkreuzungen der auftreffenden Strahlung auf ihrem Weg durch die Struktur. Dies führt zu einer effizienten Umwandlung der auftreffenden Strahlung in Elektronen und kann auch einen leichten Elektronenmultiplikationseffekt als eine inhärente Eigenschaft der säulenartigen Struktur 434 erbringen. Vorzugsweise ist die säulenartige Struktur 434 als eine Cäsium-Iod (CsI)-Schicht ausgebildet, die auf dem Konverter 34-1, 34-2 an einer geeigneten Stelle abgeschieden ist.
Durch die Konverter 34-1 bis 34-5 hindurch verlaufen Löcher 38, wie in den Detektoren der 7 und 8. Jedoch sind im Gegensatz zu den Detektorkonstruktionen, die in Verbindung mit den 7 und 8 besprochen wurden, beim vorliegenden Detektor 30 die Löcher eines Konverters relativ zu den Löchern anderer Konverter versetzt. Der effektive Umwandlungsbereich wird vergrößert, und die Wahrscheinlichkeit, dass ankommende Strahlung die Stapel passiert, ohne dass es zu einer Wechselwirkung mit den Konvertern 34-1 bis 34-5 kommt, wird deutlich verringert, und man erhält einen effizienteren Detektor 30.
Die Konstruktion der Stapeldetektorschichtstruktur in 9 unterstützt die Anforderung des Anlegens eines relativ hohen Potenzialunterschieds V über die Schichten – in der Regel in der Größenordnung von kV – in der Stapelstruktur. Dieses hohe Potenzial ist in den meisten Fällen für die Detektor-Ausführungsformen der 7 und 8 erforderlich, um eine Lawinenmultiplikation von Elektronen zu erhalten, die durch den Sensor 60 detektiert wird. Der benötigte Potenzialunterschied für den effizienten Detektor in 9 ist etwa zehn Größenordnungen kleiner als für die zwei anderen Ausführungsformen, die oben besprochen wurden.
Um jedoch die räumliche Auflösung des Detektors zu erhöhen, ist es von Vorteil, eine geeignete Multiplikationsstruktur 35, die vorzugsweise unmittelbar über dem Sensor 60 angeordnet ist, für eine Lawinenmultiplikation von Elektronen zu verwenden, die durch den Sensor 60 detektiert werden kann.
Für eine Elektronenmultiplikation kann ein beliebiger herkömmlicher Vervielfacher verwendet werden, wie zum Beispiel eine Parallelplattenkammer, eine Mehrdraht-Proportionalkammer oder ein Gaselektronenvervielfacher.
Der oder die Konverter, die in den Detektoren verwendet werden, können mit Diamant (gleichmäßig oder nicht-gleichmäßig) versehen sein, um die Umwandlungseffizienz von ankommender Strahlung (gilt insbesondere für Röntgenstrahlen) in Elektronen zu verbessern. Vorzugsweise werden CVD-Techniken (Chemical Vapor Deposition – Chemische Aufdampfung) für die Diamantabscheidung verwendet, zum Beispiel aus Methangas (CH4) verdampft. CVD ist allgemein eine chemische Gasphasenreaktion, die sich über einer festen Oberfläche vollzieht, wodurch eine Abscheidung auf die Oberfläche bewirkt wird. CVD-Techniken zum Herstellen von Diamant erfordern normalerweise ein Mittel zum Aktivieren von kohlenstoffhaltigen Vorläufermolekülen in der Gasphase, zum Beispiel durch Halten des Substrats innerhalb eines bestimmten Temperaturintervalls und Gewährleisten, dass das Vorläufergas in einem Wasserstoffüberschuss verdünnt wird.
In dem oder den Konvertern kann CVD-Diamant als isolierendes Material verwendet werden, das zum Beispiel zwischen zwei Elektrodenschichten angeordnet ist. Zur Herstellung kann der CVD-Diamant auf einer ersten metallischen Elektrodenschicht abgeschieden werden, wobei eine vakuumverdampfte zweite Metallschicht auf dem CVD-Diamant abgeschieden wird. Alternativ ist es möglich, den CVD-Diamant als einen Diamantfilm oder eine Diamantbeschichtung auf einer oder beiden der Elektroden und/oder an den Wänden, welche die Kapillarlöcher definieren, anzuordnen. Durch die Verwendung von CVD-Diamant erwartet man eine sehr hohe Ausbeute (~ 20) an sekundären Elektronen, was eine sehr effiziente Konverterstruktur zur Folge hat.
Kehren wir zu 7 zurück. An der Unterseite des Detektors 30 ist ein Sensor 60 angeordnet, um die umgewandelten Elektronen einzufangen. Der Sensor 60 kann zum Beispiel eine Mehrdraht-Proportionalkammer (Multi-Wire Proportional Chamber – MWPC), eine Mikrostreifengaskammer (Micro Strip Gas Chamber – MSGC), eine Platine, zum Beispiel eine gedruckte Leiterplatte (Printed Circuit Board – PCB), ein ladungsgekoppeltes Bauelement (Charge-Coupled Device – CCD) oder ein anderes ladungseinfangendes Mittel zusammen mit entsprechender Ausleseelektronik sein, um Daten in das Verarbeitungsmittel 40 einzuspeisen. Ein Beispiel einer Sensorkonstruktion 60 ist eine Platine, die Schichten aus einem Isolator umfasst, zwischen denen metallische Leiter angeordnet sind. Jeder Leiter ist mit einer Ladungseinfanginsel verbunden. Die Inseln bestehen aus Metallen, vorzugsweise Cu, Au oder Al, und werden mittels herkömmlicher, einschlägig bekannter photolithografischer Techniken hergestellt. Die Inseln sind vorzugsweise so verteilt, wie es der Geometrie der Löcher 38 in den Konvertern 34-1 bis 34-3 und Verstärkern 32-1 bis 32-4 entspricht. Jede Insel hat dann ihre eigene Verbindung zu der Ausleseelektronik, zum Beispiel in Form eines ASIC (Application Specific Integrated Circuit – Anwendungsspezifischer Integrierter Schaltkreis).
Eine bevorzugte Ausführungsform einer Platine 61 ist in 10 veranschaulicht. Die Platine 61 wird durch zwei Hauptflächen 62 und vier Randflächen 63 definiert. Eine Reihe strahlungsempfindlicher Elemente 64 ist an einer der Randflächen angeordnet. In der Regel führen Verbindungsleitungen 65 von jedem strahlungsempfindlichen Element 64 zu einem Signalverarbeitungsmittel 68, wie zum Beispiel einem ASIC, vorzugsweise ohne Drahtüberkreuzungen. Das Signalverarbeitungsmittel 68 befindet sich vorzugsweise auf derselben Platine 61 wie die adressierten strahlungsempfindliche Elemente 64, aber von diesen beabstandet, um Strahlungsschäden an der empfindlichen Elektronik zu vermeiden. An dem Signalverarbeitungsmittel 68 sind Ausleseverbindungen 67 angeordnet, um die Platine 61 mit einem externen Verarbeitungsmittel zu verbinden. Somit wird bei der Platinenkonstruktion von 10 eine kleine Oberfläche am Randabschnitt der Platine 61 als eine Fläche für die Strahlungserfassung verwendet, während die größere Hauptfläche 62 für die viel Platz beanspruchende Verdrahtung und Elektronik verwendet wird.
Durch Anordnen einer Anzahl von Platinen 61 von 10 nebeneinander wird ein Strahlungssensor 60 gebildet, wie in 11 veranschaulicht ist. Die Platinen 61 sind vorzugsweise in einer (nicht veranschaulichten) Tragestruktur angeordnet, die das Herausnehmen und Einsetzen einzelner Platinen 61 erleichtert. Die Platinen könnten auch aneinan-dergeklebt werden, zum Beispiel mittels eines Klebstoffs, oder auf noch eine andere Art und Weise angeordnet sein. Auf diese Weise wird eine Sensoroberfläche 66 durch die Reihen strahlungsempfindlicher Elemente 64 gebildet. Das Signalverarbeitungsmittel 68 ragt allgemein über die Hauptfläche 62 jeder Platine 61 hinaus und ist in einer bevorzugten Ausführungsform an einem Endabschnitt der jeweiligen Platine 61 angeordnet. Durch Anordnen der Platinen 61 in der Weise, dass benachbarte Platinen ihre Signalverarbeitungsmittel 68 an gegenüberliegenden Enden haben, wie in 11 veranschaulicht, und Beschränken des maximal zulässigen Hervorstehens des Signalverarbeitungsmittels 68 auf eine Platinendicke entsteht ein kompakter Sensor 60. Eine weitere Ausführungsform erreicht eine ähnlich vorteilhafte Platzausnutzung durch Anordnen der Signalverarbeitungsmittel von benachbarten Platinen in einer nicht-überlappenden Weise in verschiedenen Höhen anstatt an verschiedenen Platinenenden. Die entstehende Sensoroberfläche 66 ist vorzugsweise in der Größenordnung von dm³, wobei die Gesamtzahl empfindlicher Elemente in der Größenordnung von Hunderttausend liegt.
Die strahlungsempfindlichen Elemente 64 können Ladungskollektoren, strahlungsempfindliche Dioden, zum Beispiel Photodioden, oder jedes sonstige Element sein, das in der Lage ist, die Strahlung zu erfassen, die zur Sensoroberfläche gelangt. Auftreffende Elektronen werden vorzugsweise durch Bildpunkte erfasst, die aus einem dünnen Film eines leitenden Materials, zum Beispiel Kupfer, hergestellt sind. Die Kupferinseln können Ladung der umgebenden Strahlung speichern, die über das Signalverarbeitungsmittel 68 zu vorgegebenen Zeitpunkten erfasst werden kann.
Der Hauptkörper der Platine 61 besteht vorzugsweise aus einem nicht-leitenden Material wie zum Beispiel einem Polymermaterial. Die Verbindungsleitungen 65 zwischen den einzelnen strahlungsempfindlichen Elementen 64 und dem Signalverarbeitungsmittel 68 sind zum Beispiel als Metalldrähte realisiert. Es ist wünschenswert, eine Leitungsstruktur zu implementieren, welche die Hauptfläche 62 der Platine 61 so effizient wie möglich, vorzugsweise ohne unnötige Überkreuzungen, ausnutzt.
Es versteht sich, dass auch andere geometrische Strukturen der Platinen verwendet werden könne. In jedem Fall wird jede Platine durch zwei Hauptflächen und wenigstens eine Randfläche definiert, wobei die Randfläche in der Regel wesentlich kleiner als die Hauptflächen ist.
Die strahlungsempfindlichen Elemente, die auf der jeweiligen Platine angeordnet sind, sind vorzugsweise so angeordnet, dass während des Betriebes die Randfläche und eine aktive Oberfläche jedes der strahlungsempfindlichen Elemente der auftreffenden Strahlung zugewandt sind. Vorteilhafterweise sind die strahlungsempfindlichen Elemente an oder in der unmittelbaren Umgebung wenigstens einer Randfläche der jeweiligen Platine angeordnet.
Andere Detektorstrukturen kommen gemäß der vorliegenden Erfindung ebenfalls in Betracht, einschließlich eines Flachdetektors aus amorphem Silizium, die vorzugsweise sowohl für energiereiche als auch für energiearme Strahlung geeignet sind, d. h. Behandlung- bzw. diagnostische Strahlung.
Wenden wir uns wieder 7 zu. Das Verarbeitungsmittel 40 rekonstruiert ein Bild auf der Grundlage der Daten, die von dem Sensor 60 in dem Detektor 30 zugeleitet wurden. Das Verarbeitungsmittel 40 umfasst – oder hat Zugriff auf -Software, die dafür geeignet ist, das Bild anhand der gemessenen und detektierten Strahlung zu erzeugen. Das heißt, dass das Verarbeitungsmittel 40 vorzugsweise Zugriff auf Software zur Bildgabe sowohl auf der Grundlage detektierter energiearmer Strahlung des Bildgabesystems als auch detektierter hoher Energie von der Behandlungsstrahlungsquelle hat. Wenn eine Kegelstrahl-CT-Bildgabe verwendet wird, so speichert das Verarbeitungsmittel 40 vorzugsweise die Daten, die jeder zweidimensionalen Darstellung des Patienten entsprechen, in einem Speicher 46, der entweder in dem Verarbeitungsmittel 40 angeordnet oder damit verbunden ist. Auf der Grundlage der zweidimensionalen Darstellungen wird ein volles dreidimensionales Bild des Patienten mit Hilfe dedizierter Software erzeugt. Dieses Bild kann dann in dem Speicher 46 gespeichert, auf einem Schirm oder Monitor 48 angezeigt und/oder in einem geeigneten Format zu einem Computer oder einem ähnlichen Mittel exportiert werden.
Das bestimmte Bild kann auch mit einem Referenzbild des Patienten verglichen werden. Dieses Referenzbild könnte die Darstellung des Patienten mit dem Zielvolumen, den Bezugspunkten und dem Tumorgewebe sein, die in dem Behandlungs-plan verwendet wird, und/oder könnte ein Bild sein, das in einer früheren Messung bestimmt und in dem Speicher 46 gespeichert wurde. Die zwei Bilder können dann zusammen auf dem Schirm 48 angezeigt werden, um die Bilder manuell zu vergleichen. In einem solchen Vergleich können Veränderungen der Position des Zielvolumens oder des Tumors festgestellt werden, aber auch Veränderungen in der Gestalt und Größe des Tumors. Auf der Grundlage dieses Vergleichs und eventueller festgestellter Unterschiede zwischen den Bildern kann das medizinische Personal den Behandlungsplan und die Einstellungen des Strahlungsgerätes entsprechend auf den neuesten Stand bringen, zum Beispiel Bestrahlungsrichtungen, Behandlungsstrahlungsdosis usw. Somit ist es mittels des erhaltenen Bildes möglich zu erkennen, ob der Patient während einer gerade durchgeführten Strahlungsbehandlung falsch gelegen hat. Bezugspunkte, deren Position mit dem Zielvolumen verbunden ist, oder das Tumorgewebe können identifiziert werden, und ihre Positionen relativ zu den gewünschten und erwarteten Positionen in dem Behandlungs-plan können bestimmt werden. Eine anschließende Behandlungssitzung wird dann auf der Grundlage eventueller Fehllagerungen angepasst, um die falsch ausgeführte vorherige Behandlung zu korrigieren. Des Weiteren kann eine anschließende Behandlung auf der Grundlage von Veränderungen in dem Tumor selbst angepasst werden, wie zum Beispiel eine Verkleinerung und eine veränderte Position infolge des Gewichtsverlusts. Der Behandlungsplan wird dann entsprechend aktualisiert.
Diese manuellen Änderungen, Korrekturen und Anpassungen werden wahrscheinlich zwischen zwei Behandlungssitzungen vorgenommen. Jedoch können die Bildinformationen von dem diagnostischen Bildgabesystem in dem Strahlungsgerät auch dafür verwendet werden, die laufende Behandlung automatisch anzupassen und zu korrigieren.
In dem Verarbeitungsmittel 40 kann ein Vergleichsmittel 42 konfiguriert sein. Dieses Mittel 42 vergleicht das bestimmte Patientenbild mit einem Referenzbild d. h. dem entsprechenden Bild im Behandlungsplan und/oder einem früher bestimmten Bild. Mittels einschlägig bekannter Bildverarbeitungsalgorithmen detektiert das Vergleichsmittel 42 jegliche größeren oder signifikanten Unterschiede zwischen dem Bild und der Referenz. Wenn ein Unterschied erkannt wird, zum Beispiel eine Fehllagerung des Patienten oder eine Veränderung in der Tumorgröße oder -gestalt, so wird ein Signal in ein Steuerungsmittel 44 eingespeist, das in dem Verarbeitungsmittel angeordnet ist. Auf der Grundlage des eingespeisten Signals bestimmt das Steuerungsmittel 44 ein Steuersignal, das die Veränderung korrigiert. Dieses Steuersignal kann an die körperstützende Liege und/oder den Strahlungskopf gesendet werden, um zum Beispiel die Position des Patienten zu verändern bzw. die Behandlungsstrahlung anzupassen.
Das Verarbeitungsmittel 40 kann als Software, Hardware oder als eine Kombination aus beidem implementiert sein. Ein Computerprogrammprodukt, das das Verarbeitungsmittel 40 oder einen Teil davon implementiert, umfasst Software oder ein Computerprogramm, die bzw. das auf einem Allzweck- oder Spezialcomputerprozessor oder -mikroprozessor 50 abläuft. Das Programm kann ganz oder teilweise auf oder in einem oder mehreren geeigneten computerlesbaren Medien oder Datenspeichermitteln gespeichert werden, wie zum Beispiel Magnet-Disks, CD-ROMs oder DVD-Disks, Festplatten, magneto-optischen Speichermitteln, in RAM- oder flüchtigem Speicher, in ROM- oder Flash-Speicher, als Firmware oder auf einem Datenserver. Das Verarbeitungsmittel 40 kann in einem räumlich abgesetzten Computer 50 implementiert sein, der an das Strahlungstherapiegerät angeschlossen ist und zum Beispiel in dem Überwachungsraum angeordnet ist, wo sich das medizinische Personal während der Strahlungsbehandlung aufhält. Ein Computer 50, der auf oder in der unmittelbaren Umgebung des Strahlungstherapiegerätes angeordnet ist, kann das Verarbeitungsmittel 40 ebenfalls implementieren.
12 veranschaulicht eine perspektivische Ansicht einer verstellbaren körperstützenden Liege 20 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Liege 20 umfasst zwei Liegentragabschnitte 29, die in den Rahmenträger integriert sein können oder als separate Mittel vorhanden sein können. Von jedem Tragabschnitt 29 erstreckt sich ein jeweiliger starrer Liegentragabschnitt 26 in Richtung des Behandlungsvolumens in einander entgegengesetzte Richtungen. Die vorderen Abschnitte der starren Liegenabschnitte 26 sind voneinander beabstandet angeordnet und bilden dadurch dazwischen ein leeres Volumen 28. Dieses Leervolumen 28 befindet sich während des Betriebes des Strahlungsgerätes unterhalb des Behandlungsvolumens. Die starren Abschnitte 26 sind vorzugsweise durch eine dünne Folie 27 aus einem Material mit einem geringen Strahlungsquerschnitt verbunden. Die Folie 27 kann die Form eines Endlosbandes haben, das durch zwei Walzen 25 angetrieben wird, und kann somit zum Verändern der Position des Körpers entlang der Drehachse des Strahlungsgerätes dienen.
Die starren Liegenabschnitte 26 können vorzugsweise relativ zum Rahmen bewegt werden. Diese Verschiebung ist in wenigstens zwei Translationsrichtungen – vertikal und horizontal – möglich. In 12 sind diese Richtungen mit y und z bezeichnet, während die Bewegung der bandartigen Folie 27 entlang der x-Achse erfolgt. Die Bewegung entlang der y-Achse wird in der vorliegenden Ausführungsform erreicht, indem man einen Vorsprung 24 der starren Liegenabschnitte 26 in einem dedizierten Schlitzabschnitt 23 gleiten lässt. Die z-Bewegung wird durch einen Kolben 22 der Liegenträger 29 bewirkt, die in einem Zylinder 21 auf und ab bewegt werden können.
In den Liegenträgern 29 oder in ihrer unmittelbaren Umgebung ist ein Verstellmittel, vorzugsweise ein (nicht veranschaulichtes) motorgetriebenes Mittel, angeordnet. Dieses Verstellmittel kann die Position der Liege in der x-, der y- und/oder der z-Richtung auf der Grundlage eines Steuersignals steuern. Dieses Signal kann das Steuersignal von dem Steuerungsmittel 44 in 7 sein.
Anstelle des Verstellens – oder als Ergänzung zum Verstellen – der Position der Liege könnte das Steuersignal von dem Steuerungsmittel 44 in 7 zum Verstellen der Behandlungsstrahlungsquelle verwendet werden. Eine solche Verstellung könnte das Verstellen der Position der Behandlungsstrahlungsquelle relativ zum Zielvolumen durch Bewegen des Strahlungskopfes entlang des Bogenabschnitts des inneren Rahmens sein.
Darüber hinaus kann die Strahlungsdosis auf der Grundlage des Steuersignals unter Berücksichtigung von Veränderungen der Tumorgröße angepasst werden.
Mit dem Strahlungsgerät gemäß der vorliegenden Erfindung ist es somit möglich, das Zielvolumen mit der Behandlungsstrahlungsquelle zu bestrahlen und dann ein Bild der Gewebe und Organe, die dem Zielvolumen entsprechen, mittels des diagnostischen Strahlungssystems und der diagnostischen Strahlungsquelle aufzunehmen. Das Bild wird mit einem Referenzbild, zum Beispiel in dem Behandlungsplan, verglichen, und jegliche Unterschiede in der Position des Patienten und/oder der Größe, Gestalt und relativen Position des Tumors zwischen den Bildern werden dafür verwendet, die nachfolgende Behandlung zu korrigieren. Dieses Verfahren kann vollständig oder teilweise automatisiert werden, so dass allenfalls geringes menschliches Eingreifen erforderlich ist. Im Stand der Technik muss der Patient von dem Strahlungsgerät zu einem Diagnosegerät und dann zurück verbracht werden, um zum gleichen Resultat zu gelangen. Deshalb spart die vorliegende Erfindung Kosten und optimiert den Strahlungstherapieprozess.
In 13 ist eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform eines Strahlungsgerätes mit einem diagnostischen Bildgabesystem gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. In 14 ist das Strahlungsgerät von 13 in einer Schnittansicht entlang der Linie A-A in der axialen Richtung veranschaulicht. Ein Strahlungskopf 8 mit einer Behandlungsstrahlungsquelle 9 und vorzugsweise einer dia-gnostischen Strahlungsquelle 10 ist mechanisch durch einen mit 1 bezeichneten inneren Rahmenteil gelagert. In der vorliegenden Ausführungsform umfasst der innere Rahmenteil 1 einen Kopftragarm 213, einen Ringabschnitt 201 und ein Gegengewicht 206. Darüber hinaus ist ein Detektor 30 mit Hilfe eines Befestigungsmittels 38 in dem inneren Rahmenteil 1 angeordnet. Der Kopftragarm 213 und vorzugsweise das Befestigungsmittel 38 sind entlang des Ringabschnitts 201 beweglich, was bedeutet, dass sich der Strahlungskopf 8 um eine Drehachse 11 herum drehen kann. Ein Patient 12 mit einem zu bestrahlenden Behandlungsvolumen 13 befindet sich auf einer körperstützenden Liege 20 und ist vorzugsweise so positioniert, dass das Zielvolumen 13 an der Drehachse 11 positioniert ist.
Der innere Rahmenteil 1 ist durch einen ersten drehbaren Träger 204 und einen zweiten drehbaren Träger 205 eines äußeren Rahmenteils 2 gelagert. Der äußere Rahmenteil enthält einen allgemein C-förmigen Gierabschnitt 207, der drehbar durch eine Drehverbindung 208 an einem Tragabschnitt 209 gelagert ist. Der erste drehbare Träger 204 und der zweite drehbare Träger 205 sind an Vorderenden 202 bzw. 203 des Gierabschnitts 207 angebracht. Somit ist der innere Rahmenteil 1 mit zwei Lagerstellen S relativ zum äußeren Rahmenteil 2 versehen. Diese Lagerstellen S befinden sich auf jeder Seite des Behandlungsvolumens 12 in einer radialen Richtung. Der Strahlungskopf 8 mit der Behandlungsstrahlungsquelle 9 und der diagnostischen Strahlungsquelle 10 kann um die Drehachse 11 herum gedreht werden und kann so das Zielvolumen 13 mit der Behandlungsstrahlung bestrahlen und Bilder davon mit der diagnostischen Strahlung von allen Richtungen, einschließlich von unten, aufnehmen. Um eine nicht-koplanare Behandlung zu erreichen, wird der innere Rahmenteil 1 entweder durch die drehbaren Träger 204, 205 um eine vertikale Drehachse 210 oder durch die Drehverbindung 208 um eine horizontal Drehachse 214 gedreht.
In 13 mag man erkennen, dass, weil sich der erste drehbare Träger 204 und der zweite drehbare Träger 205 in derselben Ebene wie der Strahlungskopf 8 befinden und der Ringabschnitt 201 von der vertikalen Achse 210 verschoben ist, der Ringabschnitt 201 ein Drehmoment an den äußeren Rahmenteil 2 anlegt, das dazu neigen würde, die Drehverbindung 208 in eine Drehbewegung zu versetzen. Um dieses Drehmoment auszugleichen, ist ein Gegengewicht 206 an dem Ringabschnitt 201 befestigt. Dieses Gegengewicht 206 ist an dem Ringabschnitt befestigt und folgt nicht der Drehung des Strahlungskopfes 8 und optional des Detektors 30.
Was die erste Ausführungsform des Strahlungsgerätes in 2 anbelangt, bietet die Ausführungsform der 13 und 14 einen sehr stabilen Rahmen, was zu einer Drehgeschwindigkeit des Strahlungskopfes und des Detektor bis hinab zu 6 s je Umdrehung führt. Eine solche schnelle Drehung ist für das diagnostische Bildgabesystem bestens geeignet, weil der Patient während dieser kurzen Drehdauer sehr ruhig liegen kann, was wiederum die Genauigkeit und Auflösung der erhaltenen Bilder erhöht.
Eine weitere Ausführungsform eines Strahlungsgerätes gemäß der vorliegenden Erfindung ist in den 15 und 16 veranschaulicht. Diese Ausführungsform ähnelt der ersten Ausführungsform, die oben in Verbindung mit den 2–6 besprochen wurde, außer dass die zwei inneren Ringabschnitte 4, 5 in den 2–6 zu einem einzelnen Ringabschnitt 104 verschmolzen wurden. Dieser Ringabschnitt 104 eines inneren Rahmenteils 1 ist durch einen ersten und einen zweiten Tragabschnitt 6 bzw. 7 eines äußeren Rahmenteils 2 drehbar gelagert. Wie in der Schnittansicht des Strahlungsgerätes in 16 – entlang der Linie A-A von 15 – deutlicher zu sehen ist, ist der Ringab schnitt 104 mit zwei Lagerstellen S relativ zum äußeren Rahmenteil 2 auf gegenüberliegenden Seiten eines Behandlungsvolumens 13 in einem Patienten 12 angeordnet. Der Patient 12 wiederum ist auf einer körperstützenden Liege 20 angeordnet, die durch den inneren und den äußeren Rahmenteil 1 bzw. 2 hindurchreicht. Diese stabile Anordnung macht eine schnelle Drehung möglich, ohne dass nennenswerte Bewegungsartefakte um eine Drehachse 11 herum entstehen, die sich vorzugsweise in dem Behandlungsvolumen 13 befinden.
In dem Ringabschnitt 104 ist ein Strahlungskopf 8 mit einer Behandlungsstrahlungsquelle 9 und vorzugsweise einer dia-gnostischen Strahlungsquelle 10 angeordnet. Auf der gegenüberliegenden Seite der Drehachse 11 ist ein Detektor 30 in dem Ringabschnitt angeordnet, um diagnostische Strahlung von der diagnostischen Strahlungsquelle 10 zu detektieren, die den Patienten 12 durchdringt. Dieser Detektor 30 ist vorzugsweise ebenfalls dafür geeignet, energiereiche Strahlung von der Behandlungsstrahlungsquelle 9 zu detektieren, und kann zum Beispiel als eine der Detektorskonstruktionen in den 7–9 realisiert werden.
Die beschriebenen Ausführungsformen des Strahlungsgerätes bilden lediglich Beispiele möglicher Anordnungen gemäß der vorliegenden Erfindung. Der Grundgedanke ist, dass das Strahlungsgerät einen sehr stabilen Rahmen hat, was eine Voraussetzung für hohe Drehgeschwindigkeiten ist. Diese stabile Rahmenkonstruktion erreicht man durch Lagern des inneren Rahmenteils mit der Behandlungs- und der diagnostischen Strahlungsquelle und dem Detektor durch den äußeren Rahmenteil an zwei Lagerstellen, die sich auf gegenüberliegenden Seiten des Behandlungsvolumens in dem Patienten befinden.
Die oben beschriebenen Ausführungsformen sind lediglich Beispiele, und es versteht sich, dass die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt ist. Weitere Modifikationen, Änderungen und Verbesserungen, die auf den zugrunde liegenden Grundprinzipien basieren, die im vorliegenden Text offenbart und beansprucht werden, liegen innerhalb des Geltungsbereichs der Erfindung.

Claims

Strahlungssystem, umfassend: ein Portal mit einem inneren Portalteil (1) und einen äußeren Portalteil (2), wobei der innere Portalteil (1) an zwei Lagerstellen (S), die sich auf gegenüberliegenden Seiten eines Behandlungsvolumens (13) in einem Objekt (12) befinden, drehbar an dem äußeren Portalteil (2) gelagert ist; einen Strahlungskopf (8), der mechanisch durch den inneren Portalteil (1) getragen wird und um eine Drehachse (11) herum gedreht werden kann, wobei der Strahlungskopf (8) eine Behandlungsstrahlungsquelle (9) umfasst, die dafür konfiguriert ist, Behandlungsstrahlung auf das Behandlungsvolumens (13) zu richten; dadurch gekennzeichnet, dass das System des Weiteren umfasst: ein diagnostisches Abbildungssystem, das seinerseits umfasst: eine diagnostische Strahlungsquelle (10), die durch den inneren Portalteil (1) getragen wird, zum Richten von diagnostischer Strahlung auf das Objekt (12); eine Detektoreinheit (30), die sowohl auf diagnostische Strahlung als auch auf Behandlungsstrahlung anspricht, die das Objekt (12) passiert, und die ein Signal ausgibt, das die detektierte Strahlung repräsentiert; und ein Verarbeitungsmittel (40), das mit der Detektoreinheit (30) verbunden ist, zum Erzeugen eines Bildes des Objekts (12) auf der Grundlage des empfangenen Ausgangssignals von der Detektoreinheit (30).
Strahlungssystem nach Anspruch 1, wobei das diagnostische Abbildungssystem ein Computertomografiesystem (CT-System) ist und die diagnostische Strahlungsquelle (10) eine Röntgenstrahlungsquelle ist.
Strahlungssystem nach Anspruch 2, wobei das CT-System ein Kegelstrahl-CT-System ist und die diagnostische Strahlungsquelle (10) dafür geeignet ist, die diagnostische Strahlung als Kegelstrahl-Röntgenstrahlung auszusenden.
Strahlungssystem nach Anspruch 1, wobei die Detektoreinheit (30) durch den inneren Portalteil (1) getragen wird, wodurch die Detektoreinheit (30) und die diagnostische Strahlungsquelle (10) um die Drehachse (11) herum gedreht werden können.
Strahlungssystem nach Anspruch 4, wobei die Drehgeschwindigkeit der Detektoreinheit (30) und der diagnostischen Strahlungsquelle (10) um die Drehachse (11) herum für die Durchführung einer computertomografischen (CT) Bilddarstellung geeignet ist.
Strahlungssystem nach Anspruch 4, wobei die Drehgeschwindigkeit der Detektoreinheit (30) und der diagnostischen Strahlungsquelle (10) um die Drehachse (11) herum maximal 20 s/Umdrehung, bevorzugt maximal 10 s/Umdrehung und besonders bevorzugt 6 s/Umdrehung beträgt.
Strahlungssystem nach Anspruch 4, wobei das Behandlungsvolumen (13) im Wesentlichen auf der Drehachse (11) angeordnet ist.
Strahlungssystem nach Anspruch 1, wobei die diagnostische Strahlungsquelle (10) in oder an dem Strahlungskopf (8) angeordnet ist.
Strahlungssystem nach Anspruch 1, wobei die Detektoreinheit (30) eine Stapelanordnung aus mehreren Konvertern (34-1 bis 34-5) enthält, wobei jeder Konverter (34-1 bis 34-5) zur Wechselwirkung mit einfallender Strahlung befähigt ist, um die Aussendung von Elektronen in Löcher (38), die in den Konvertern ausgebildet sind, hinein zu veranlassen, wobei Löcher (38) in einem der Konverter (34-1, 34-3, 34-5) relativ zu Löchern (38) eines anderen der Konverter (34-2, 34-4) versetzt angeordnet sind, wodurch eine hohe Absorptionseffizienz für einfallende Strahlung gewährleistet wird, während trotzdem Transparenz für emittierte Elektronen beibehalten bleibt.
Strahlungssystem nach Anspruch 1, wobei die Detektoreinheit (30) einen Sensor (60) enthält, der auf einfallende Strahlung reagiert, wobei der Sensor (60) seinerseits umfasst: eine Anzahl von Platinen (61), die jeweils durch zwei Hauptflächen (62) und wenigstens eine Randfläche (63) definiert werden, wobei der Flächeninhalt der Randfläche (63) wesentlich kleiner ist als der Flächeninhalt der Hauptflächen (62); einen Satz strahlungsempfindlicher Elemente (64), die auf oder in der Nähe wenigstens einer Randfläche (63) einer jeweiligen Platine (61) angeordnet sind; und Verbindungsleitungen (65), die auf wenigstens einer der Hauptflächen (62) einer jeweiligen Platine (61) angeordnet sind, zum Verbinden der strahlungsempfindlichen Elemente (64) mit einem Signalverarbeitungsmittel (68); wodurch die Platinen (61) dergestalt nebeneinander angeordnet sind, dass die Sätze strahlungsempfindlicher Elemente (64) eine Sensoroberfläche (66) bilden.
Strahlungssystem nach Anspruch 1, wobei die Detektoreinheit (30) einen Sensor (60) enthält, der auf einfallende Strahlung reagiert, wobei der Sensor (60) seinerseits umfasst: eine Anzahl von Platinen (61), die jeweils durch zwei Hauptflächen (62) und wenigstens eine Randfläche (63) definiert werden, wobei der Flächeninhalt der Randfläche (63) wesentlich kleiner ist als der Flächeninhalt der Hauptflächen (62); einen Satz strahlungsempfindlicher Elemente (64), die auf einer jeweiligen Platine (61) dergestalt angeordnet sind, dass im Betrieb die Randfläche (63) und eine aktive Oberfläche jedes der strahlungsempfindlichen Elemente (64) zu der einfallenden Strahlung gewandt sind; und Verbindungsleitungen (65), die auf wenigstens einer der Hauptflächen (62) einer jeweiligen Platine (61) angeordnet sind, zum Verbinden der strahlungsempfindlichen Elemente (64) mit einem Signalverarbeitungsmittel (68); wodurch die Platinen (61) dergestalt nebeneinander angeordnet sind, dass die Sätze strahlungsempfindlicher Elemente (64) eine Sensoroberfläche (66) bilden.
Strahlungssystem nach Anspruch 1, wobei die Detektoreinheit (30) Folgendes enthält: eine Vorverstärkungseinheit, die ihrerseits umfasst: wenigstens einen Konverter (34-1 bis 34-3), der dazu befähigt ist, mit einfallender Strahlung in Wechselwirkung zu treten und die Aussendung von Elektronen von dort zu veranlassen; und wenigstens einen Verstärker (32-1 bis 32-3), der dazu befähigt ist, mit den von dem Konverter (34-1 bis 34-3) ausgesandten Elektronen in Wechselwirkung zu treten, um eine Vielzahl sekundärer Elektronen und Photonen zu erzeugen; und ein Sensormittel (60), das dafür konfiguriert ist, die sekundären Elektronen und/oder Photonen zu detektieren.
Strahlungssystem nach Anspruch 12, wobei der Verstärker (32-1 bis 32-3) ein Gaselektronenmultiplikator (GEM) ist.
Strahlungssystem nach Anspruch 1, wobei das Verarbeitungsmittel (40) des Weiteren umfasst: ein Vergleichsmittel (42) zum Vergleichen des Bildes des Objekts (12) mit einem Referenzbild; ein Steuerungsmittel (44), das mit dem Vergleichsmittel (42) verbunden ist, zum Ausgeben eines Steuerungssignals auf der Grundlage des Vergleichs zwischen dem Bild des Objekts (12) mit einem Referenzbild.
Strahlungssystem nach Anspruch 14, des Weiteren umfassend eine verstellbare objekttragende Liege (20), die ihrerseits ein Liegenverstellmittel zum Verstellen der Position der Liege (20) relativ zum dem Strahlungskopf auf der Grundlage des Steuerungssignals von dem Steuerungsmittel (44) enthält.
Strahlungssystem nach Anspruch 14, des Weiteren umfassend ein Kopfverstellmittel zum Verstellen der Position des Strahlungskopfes (8) relativ zu dem Zielvolumen (13) auf der Grundlage des Steuerungssignals von dem Steuerungsmittel (44).
Strahlungssystem nach Anspruch 1, wobei der Strahlungskopf (8) entlang wenigstens eines Kreisbogens (3) beweglich ist, dessen Mittelpunkt im Wesentlichen durch das Behandlungsvolumen (13) gebildet wird.
Strahlungssystem nach Anspruch 1, wobei der innere Portalteil (1) einen ersten Ringabschnitt (4) und einen zweiten Ringabschnitt (5) aufweist, die in Richtung der Drehachse (11) voneinander beabstandet sind, wobei die Ringabschnitte (4, 5) in einem ersten Tragabschnitt (6) bzw. einem zweiten Tragabschnitt (7) des äußeren Portalteils (2) gelagert sind.
Strahlungssystem nach Anspruch 1, wobei der innere Portalteil (1) des Weiteren einen ersten Kreisbogenabschnitt (3) umfasst, an dem der Strahlungskopf (8) beweglich ist, wodurch sich der Mittelpunkt der Krümmung des ersten Bogenabschnitts (3) in dem Behandlungsvolumen (13) befindet.
Strahlungssystem nach Anspruch 19, wobei der innere Portalteil (1) des Weiteren einen zweiten Kreisbogenabschnitt (38) umfasst, der im Vergleich zum ersten Kreisbogenabschnitt (3) auf der gegenüberliegenden Seite der Drehachse (11) angeordnet ist, und an dem die Detektoreinheit (30) beweglich ist, wodurch sich der Mittelpunkt der Krümmung des zweiten Bogenabschnitts (38) in dem Behandlungsvolumen (13) befindet.
Strahlungssystem nach Anspruch 1, wobei der innere Portalteil (1) einen Ringabschnitt (201) umfasst, der in einem ersten Tragabschnitt (204) und einem zweiten Tragabschnitt (205) des äußeren Portalteils (2) gelagert ist.