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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft eine Strahlung abgebende Vorrichtung und insbesondere
eine Vorrichtung, die die Strahlung anzeigt, die in einer Strahlenbehandlungsvorrichtung
an ein Objekt abgegeben wird.
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Beschreibung des Stands
der Technik
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Strahlung
abgebende Vorrichtungen sind allgemein bekannt und werden beispielsweise
als Strahlentherapievorrichtungen für die Behandlung von Patienten
verwendet. Ein Strahlentherapiegerät umfasst normalerweise ein
Trägergerüst, das
im Zug einer therapeutischen Behandlung um eine horizontale Drehachse
geschwenkt werden kann. Im Gerüst
befindet sich ein Linearbeschleuniger, der einen hochernergetischen
Bestrahlungsstrahl (normalerweise Elektronen oder Photonen, d. h.
Röntgenstrahlen)
für die
Therapie erzeugt. Während
der Behandlung wird dieser Bestrahlungsstrahl auf einen Bereich
eines Patienten gezogen, der im Isozentrum der Gerüstdrehung
liegt.
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Zum
Steuern der Strahlung, die auf ein Objekt ausgesendet wird, ist
in der Regel eine Blendenanordnung in der Trajektorie des Bestrahlungsstrahls
zwischen der Strahlungsquelle und dem Patienten (oder einem anderen
Objekt) vorgesehen. Diese Blendenanordnung bestimmt ein Feld auf
dem Patienten, an das eine vorgeschriebene Strahlung zu liefern
ist. Eine keilförmige
Strahlungsverteilung kann man beispielsweise dadurch erzielen, dass
man ein keilförmiges
Absorptionsfilter zwischen die Strahlungsquelle und den Patienten
einfügt. Derartige
Einrichtungen sind jedoch in der Regel nicht in der Lage, die tatsächlich emittierte
Strahlung anzuzeigen, die an das Feld geliefert wird. Ein häufiger Grund
dafür ist,
dass das System den Wert des Keilfilters nicht kennt, d. h. das
Ausmaß,
in dem das Keilfilter die abgegebene Strahlung beeinflusst. Damit
kann das System die gelieferte Strahlung nicht exakt vorhersagen.
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Im
US-Patent 5,148,032 ist eine Strahlentherapievorrichtung offenbart,
in der Isodosiskurven sowohl durch eine bewegliche Platte eingestellt
werden, die während
der Bestrahlung gesteuert wird, als auch durch die Veränderung
der Dosisrate des Bestrahlungsstrahls während der Bestrahlung. Damit
erreicht man einen breiten Variationsbereich der möglichen
Isodosiskurven. Die Strahlenzuführung
bei einer derartigen Strahlentherapie wird von einem Onkologen vorgeschrieben
und genehmigt. Der tatsächliche
Betrieb des Bestrahlungsgeräts
erfolgt jedoch normalerweise durch einen Therapeuten. Führt der
Therapeut die tatsächliche
Abgabe der Strahlenbehandlung durch, wie sie der Onkologe vorgeschrieben hat,
so wird die Vorrichtung darauf programmiert, diese bestimmte Behandlung
zu liefern. Bei einer solchen Vorrichtung wäre es ebenfalls sehr nützlich,
die abgegebene Strahlung anzuzeigen, damit die Bedienperson sicher
sein kann, dass die tatsächlich abgegebene
Dosis der vorgeschriebenen Dosis entspricht.
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Hinsichtlich
der obigen Darlegungen besteht ein Bedarf für die Visualisierung der Strahlung,
die an ein Objekt abgegeben wird, damit man verifizieren kann, dass
das Strahlentherapiegerät
auch so arbeitet, wie es erwartet wird.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die
Erfindung stellt ein System nach Anspruch 1 bereit. Bei Gebrauch
bestrahlt eine Strahlungsquelle mindestens ein Feld eines Objekts,
z. B. eines Patienten, mit einem Ausgangsstrahl. Der Strahl wir
abgeschirmt, damit der Ausgangsstrahl auf das Feld beschränkt ist.
Ein Strahlungssensor, beispielsweise eine Messkammer oder eine Strahlsichtvorrichtung,
erfasst die Strahlungsabgabe, die über den abgeschirmten Ausgangsstrahl
an das Feld geliefert oder auf das Feld gerichtet wird, und erzeugt
Strahlungsausgangssignale, die der Strahlung entsprechen, die an
vorbestimmte Teile des Felds geliefert wird. Ein Prozessor summiert nun
die Strahlungsausgangssignale auf, und eine Anzeigevorrichtung stellt
die akkumulierten Dosissignale dar und aktualisiert die Anzeige
solange Strahlung abgegeben wird.
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Das
System ist so aufgebaut, dass der Benutzer ein vorbestimmtes und
vorgeschriebenes Dosisprofil in den Prozessor eingeben kann. Die
Anzeigevorrichtung stellt nun das vorgeschriebene Dosisprofil gleichzeitig
mit den akkumulierten Dosissignalen dar.
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Die
Anzeigevorrichtung kann einen Anzeigebereich umfassen, der mindestens
einen Teil des Darstellungsbildschirms einnimmt, z. B. ein Fenster
oder ein Icon. Sie kann auch einen Drucker umfassen.
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In
einer Ausführungsform
wird der Strahl mit Hilfe einer Anordnung abgeschirmt, die mindestens
eine bewegliche Platte umfasst, die zwischen der Strahlungsquelle
und dem Objekt angeordnet ist. Es ist ein Plattenpositionssensor
aufgenommen, der die Position jeder beweglichen Platte erfasst.
Die Anzeige stellt daraufhin die aufsummierten Dosissignale als
Funktion der Plattenposition dar.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist eine Speichereinheit mit dem Prozessor verbunden, damit die
Parameter des vorbestimmten vorgeschriebenen Dosisprofils und die
aufsummierten Dosissignale gespeichert werden.
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In
einer weiteren Ausführungsform
ist eine Fehlererkennungsvorrichtung enthalten, die Funktionsstörungen einschließlich eines
Ausfalls der Systemstromversorgung feststellt und beim Erkennen
von Funktionsstörungen
die aktuellen aufsummierten Strahlungsabgabesignale nichtflüchtig in
der Speichereinheit ablegt.
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In
noch einer weiteren Ausführungsform
ist eine Vorrichtung zur Behandlungsverifikation und Aufzeichnung
enthalten, die Profilparameter für
eine Anzahl aufeinander folgender Bestrahlungsfelder des Objekts
auf die Verarbeitungsvorrichtung herunterlädt. Der Prozessor speichert
in der Speichereinheit aufsummierte Dosissignale für die Anzahl
Bestrahlungsfelder und holt diese Signale aus der Speichereinheit
zurück.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
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Es
zeigt:
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1 eine Skizze einer gemäß der Erfindung
aufgebauten Strahlenbehandlungsvorrichtung, die eine Behandlungskonsole
enthält;
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2 ein Blockdiagramm, das
Teile einer Verarbeitungseinheit, einer Steuereinheit und eines
Strahlerzeugungssystems in der Strahlenbehandlungsvorrichtung in 1 darstellt;
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3a bis 3c Kurven einer geplanten Strahlenabgabe
und die tatsächlich
gelieferte Strahlung für
eine keilförmige
Dosisverteilung zu unterschiedlichen Zeitpunkten; und
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4a bis 4c Kurven einer geplanten Strahlenabgabe
und die tatsächlich
gelieferte Strahlung für
eine gleichförmige
Dosisverteilung zu unterschiedlichen Zeitpunkten.
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Ausführliche Beschreibung
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Die
Erfindung wird im Weiteren hauptsächlich anhand eines Systems
beschrieben, das Röntgenstrahlen
an das Feld eines Patienten liefert. Dabei wird zum Begrenzen des
Felds mindestens eine bewegliche Platte im Strahlweg von einer Strahlungsquelle
verwendet. Dies dient jedoch nur als Beispiel. Die Erfindung kann dazu
verwendet werden, die Zufuhr jeder beliebigen Energieart darzustellen,
beispielsweise Elektronen (anstelle von Röntgenstrahlen) für irgendein
beliebiges Objekt (nicht nur für
einen menschlichen Patienten), falls sich die an das Feld gelieferte
Energiemenge erfassen oder schätzen
lässt.
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Zudem
ist die Erfindung bei anderen Technologien neben der Strahlentherapie
oder zusammen mit diesen anderen Technologien zu verwenden. Beispielsweise
könnte
die Erfindung in Computertomographie-Abtasteinrichtungen (CT) oder
Bildgebereinrichtungen zusammen mit einem Ringstack verwendet werden,
um dem Benutzer anzuzeigen, wie weit die CT-Abtastung fortgeschritten
ist.
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1 zeigt eine Strahlenbehandlungsvorrichtung 2 von
gängigem
Entwurf, in der Platten 4 und eine Kontrolleinheit in einem
Gehäuse 9 und
eine Behandlungseinheit 100 verwendet werden, die gemäß den Prinzipien
der Erfindung aufgebaut sind. Die Strahlenbehandlungsvorrichtung 2 umfasst
ein Trägergerüst 6,
das im Zug einer therapeutischen Behandlung um eine horizontale
Drehachse 8 geschwenkt werden kann. An einem Fortsatz des
Gerüsts 6 sind
Platten 4 befestigt. Zum Erzeugen der für die Therapie erforderlichen
hochenergetischen Strahlung ist ein Linearbeschleuniger im Gerüst 6 angeordnet.
Die Achse des Strahlenbündels, das
der Linearbeschleuniger und das Gerüst 6 aussendet, ist
mit 10 bezeichnet. Für
die Therapie sind Elektronen, Photonen oder irgendeine andere erfassbare
Strahlung einsetzbar.
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Während der
Behandlung wird der Bestrahlungsstrahl auf einen Bereich 12 eines
Objekts 13 gezogen, beispielsweise einen Patienten, der
zu behandeln ist und der im Isozentrum der Gerüstdrehung liegt. Die Drehachse 8 des
Gerüsts 6,
die Drehachse 14 des Behandlungstisches 16 und
die Strahlachse 10 schneiden sich bevorzugt alle im Isozentrum.
Die Konstruktion einer solchen Strahlenbehandlungsvorrichtung ist
allgemein in einer Broschüre "Digital Systems for
Radiation Oncology",
Siemens Medical Laboratories, Inc. A91004-M2630-B358-01-4A00, September
1991, beschrieben.
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Der
Bereich des Patienten, der bestrahlt wird, wird als Feld bezeichnet.
Bekanntlich sind die Platten 4 im Wesentlichen für die ausgesendete
Strahlung undurchlässig.
Sie sind zwischen der Strahlungsquelle und dem Patienten montiert,
um das Feld einzugrenzen. Bereiche des Körpers, beispielsweise gesundes
Gewebe, werden daher so wenig Strahlung wie möglich ausgesetzt, und bevorzugt überhaupt
keiner Strahlung. In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist
zumindest eine der Platten beweglich, so dass die Verteilung der
Strahlung über
dem Feld nicht gleichförmig
zu sein braucht (einem Bereich kann eine höhere Dosis verabreicht werden
als einem anderen Bereich). Zudem ist das Gerüst bevorzugt drehbar, so dass
unterschiedliche Strahlwinkel und Strahlungsverteilungen möglich sind,
ohne dass man den Patienten bewegen muss. Für die Erfindung ist keines
dieser Merkmale erforderlich. Man kann die Erfindung auch mit Festfeld-Einrichtungen ver wenden
(ohne bewegliche Platten), mit konstanten Strahlungsabgaberaten
und mit Strahlen mit festem Winkel (ohne drehbares Gerüst).
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Zudem
sind Platten, obgleich sie gängig
sind, nicht die einzigen Strahlabschirmvorrichtungen, die verwendet
werden können.
Beispielsweise findet man in den meisten Strahlungsvorrichtungen
in irgendeiner Form einen Strahlkollimator, einen Keil, einen Kompensator,
eine Klaue oder eine andere Blendenvorrichtung. In diesen Fällen kann
die Blendenvorrichtung selbst als Strahlabschirmvorrichtung dienen,
und die unterschiedlichen Strahlabschirmvorrichtungen können zum
Eingrenzen des Felds kombiniert werden. Die Erfindung ist auch mit
jeder beliebigen derartigen Anordnung verwendbar.
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Die
Strahlentherapievorrichtung 2 umfasst auch eine Behandlungseinheit 100,
die in der Regel vom Gerüst 6 und
dem Behandlungstisch 16 entfernt angeordnet ist. Die Strahlentherapievorrichtung 2 ist
bevorzugt in einem anderen Zimmer untergebracht, damit der Therapeut
vor der Strahlung geschützt
ist. Die Behandlungseinheit 100 umfasst eine Ausgabevorrichtung,
beispielsweise eine sichtbare Anzeigeeinheit bzw. einen Monitor 70,
und eine Tastatur 19. Die Behandlungseinheit 100 wird
routinemäßig von
einem Therapeuten bedient, der die von einem Onkologen vorgeschriebene
Strahlenbehandlung tatsächlich
verabreicht. Die Behandlungseinheit enthält eine Zentraleinheit (CPU) 18,
deren Funktion im Weiteren beschrieben wird. Der Therapeut programmiert
die Behandlungseinheit 100 mit Hilfe der Tastatur 19 in
herkömmlicher
Weise, damit sichergestellt ist, dass dem Patienten exakt die vorgeschriebene
Strahlung verabreicht wird. Das Programm kann auch über ein
anderes Eingabegerät
eingegeben werden, beispielsweise eine Datenspeichervorrichtung, die
sich in der Zentraleinheit 18 befindet, oder durch Datenübertragung
an die CPU.
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Vor
und während
der Behandlung können
auf dem Schirm des Monitors 70 verschiedene Daten dargestellt
werden. Zusammen mit diesen Daten wird die tatsächlich gelieferte Strahlung
auf dem Bildschirm dargestellt, nämlich in einem Darstellungsbereich 71,
der den gesamten Bildschirm bedecken kann. Der Darstellungsbereich 71 kann
auch nur einen Abschnitt des Schirms bedecken und kann als Fenster
oder als Icon entworfen sein. Zusätzlich zur tatsächlich gelieferten
Strahlung kann auch die vorgeschriebene Strahlung auf dem Bildschirm
dargestellt werden. Die Darstellung der tatsächlich gelieferten Strahlung
erfolgt bevorzugt in Echtzeit. Damit kann zu jedem beliebigen Zeitpunkt
während
der Behandlung die exakte gelieferte Strahlung überprüft werden. Zusätzlich wird
am Ende der Behandlung verifiziert, dass die gelieferte Strahlung
exakt gleich der vorgeschriebenen Strahlung war. Anstelle des Monitors 70 oder
zusätzlich
zu ihm können
weitere Ausgabegeräte
bereitgestellt sein, beispielsweise ein Drucker.
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2 zeigt zur Veranschaulichung
ausführlicher
Teile einer Strahlentherapievorrichtung 2 und Teile der
Behandlungseinheit 100. In einem Elektronenbeschleuniger 20 wird
ein Elektronenstrahl 1 erzeugt. Der Beschleuniger 20 umfasst
ein Elektronenstrahl-Erzeugungssystem 21,
einen Wellenleiter 22 und einen evakuierten Hüllen- oder
Führungsmagneten 23.
Ein Triggersystem 3 erzeugt Injektionstriggersignale und
führt sie dem
Injektor 5 zu. Ausgehend von diesen Injektionstriggersignalen
erzeugt der Injektor 5 Impulse, die dem Elektronenstrahl-Erzeugungssystem 21 im
Beschleuniger 20 zugeführt
werden, damit ein Elektronenstrahl 1 erzeugt wird. Der
Elektronenstrahl 1 wird beschleunigt und in einem Wellenleiter 22 geführt. Zu
diesem Zweck ist eine Hochfrequenzquelle (HF, nicht dargestellt),
vorgesehen, die Hochfrequenzsignale (RF, RF = Radio Frequency) für die Erzeugung
eines elektromagnetischen Felds liefert, das dem Wellenleiter 22 zugeführt wird. Die
Elektronen, die der Injektor 5 injiziert und die das Elektronenstrahl-Erzeugungssystem 21 aussendet,
werden im Wellenleiter 22 von diesem elektromagnetischen
Feld beschleunigt und treten am Ende, das dem Elektronenstrahl-Erzeugungssystem 21 gegenüberliegt,
als Elektronenstrahl 1 aus. Der Elektronenstrahl 1 tritt
in den Führungsmagneten 23 ein
und wird von dort durch ein Fenster 7 auf der Achse 10 geführt. Nach
dem Durchlaufen einer ersten Streufolie 15 durchläuft der
Strahl den Durchgang 51 eines Abschirmblocks 50 und trifft
auf eine zweite Streufolie 17. Anschließend wird er durch eine Messkammer 60 geschickt,
in der die Dosis ermittelt wird. Werden die Streufolien durch ein
Target ersetzt, so ist der Bestrahlungsstrahl ein Röntgenstrahl. Schließlich ist
im Weg des Bestrahlungsstrahls 1 noch eine Blendenplattenanordnung 4 bereitgestellt.
Diese legt das bestrahlte Feld des untersuchten Subjekts fest. Die
Blendenplattenanordnung 4 enthält zwei Platten 41 und 42.
Dies ist wie beschrieben nur ein Beispiel für eine Strahlabschirmungsanordnung,
die in der Erfindung eingesetzt werden kann. Die Erfindung arbeitet
auch mit anderen Anordnungen, wenn nur eine Blendenplattenanordnung
vorhanden ist, die ein Bestrahlungsfeld definiert.
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Im
Folgenden wird die Erfindung in Verbindung mit einem Strahlentherapiegerät beschrieben,
bei dem mindestens eine Blendenplatte während der Behandlung beweglich
ist. Eine derartige Vorrichtung ist im US-Patent 5,148,032 beschrieben.
Die Erfindung kann jedoch auch mit Platten ausgeführt werden,
die während
der Behandlung stationär
sind. In einer derartigen Strahlentherapievorrichtung, siehe die
Beschreibung in diesem US-Patent, kann man leicht verschiedene keilförmige Isodosiskurven
erreichen, ohne dass ein körperlicher
Keil in der Strahltrajektorie vorhanden ist.
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Die
Platte 41 wird von einer Antriebseinheit 43 bewegt.
Die Antriebseinheit 43 umfasst einen Elektromotor, der
mit der Platte 41 verbunden ist und von einem Motorregler 40 gesteuert
wird. Mit der Platte 41 ist auch ein Positionssensor 44 verbunden,
der ihre Position erfasst.
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Der
Motorregler 40 ist mit einer Dosiskontrolleinheit verbunden,
die einen Dosimetriekontroller 61 enthält, der die Einstellwerte für die Bestrahlungsstrahlenergie
in Korrelation zur Position der Platte 41 liefert, damit
man eine gegebene Isodosiskurve erhält. Die Stärke oder der Umfang des Bestrahlungsstrahls
wird beispielsweise mit einer Messkammer 60 gemessen. Abhängig von
der Abweichung zwischen den Einstellwerten und den tatsächlichen
Werten führt
der Dosimetriekontroller 61 dem Triggersystem 3 Signale
zu, die die Impulswiederholfrequenz verändern, so dass die Abweichung
zwischen den Einstellwerten und den tatsächlichen Werten des Bestrahlungsstrahls
so klein wie möglich
wird. Die Dosiskontrolleinheit regelt also die Dosisrate des Bestrahlungsstrahls
in Korrelation mit der Bewegung der Platte 41, damit man
die gegebene Isodosiskurve erhält.
Die Fähigkeit
zum Verändern
der Dosisrate ist generell bekannt; man kann sie beispielsweise
mit einem digitalen Dosimetriesystem verändern.
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Die
Erfindung ist mit jeder beliebigen Sensorform oder Anordnung betreibbar,
die die Strahlungsabgabe ermittelt, die auf das Feld gerichtet wird.
In der dargestellten Ausführungsform
der Erfindung wird die Stärke oder
der Umfang des Bestrahlungsstrahls beispielsweise mit einer herkömmlichen
Mess- oder Dosiskammer 60 gemessen. Dies ist jedoch nicht
nötig.
Statt dessen kann beispielsweise eine Portal-Imaging-Vorrichtung oder
Strahlsichtvorrichtung aufgenommen werden, die die Strahlung erfasst,
nachdem sie den Patienten durchlaufen hat. In diesem Fall wendet
man herkömmliche
Kalibrierverfahren an, um erfasste Ausgangsabweichungen zu kompensieren,
die durch die Absorption oder Streuung des Patienten verursacht
werden. Ferner ist es gemäß der Erfindung
nicht erforderlich, den Absolutwert der Dosis zu messen. Man kann
statt dessen Erfassungsvorrichtungen einsetzen, die die Dosisrate
messen. Diese wird dann entweder von Hardware oder Software integriert
und liefert einen Wert der tatsächlichen
Dosis, die anschließend
in der im Folgenden beschriebenen Weise angezeigt wird.
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2 zeigt auch verschiedene
Teile der Behandlungseinheit 100. Der Monitor 70 und
die Tastatur 19 sind mit der Zentraleinheit 18 verbunden.
Zum Aufzeichnen des Behandlungsprotokolls kann auch ein Drucker 80 vorgesehen
sein. Die Zentraleinheit 18 ist so programmiert, dass sie
die Strahlentherapievorrichtung 2 steuert. Der Therapeut
programmiert die Zentraleinheit 18 gemäß den Anweisungen des Onkologen
in irgendeiner beliebigen bekannten Weise, so dass diese den vorgeschriebenen
Zyklus (oder eine Folge von Zyklen) der Strahlenbehandlung ausführt. Im
Fenster 71 auf dem Bildschirm des Monitors 70 bezeichnet
die Kurve 72 den vorgeschriebenen Umfang der Strahlenbehandlung.
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Die
horizontale Achse des Anzeigebereichs 71 stellt die Bewegung
der beweglichen Platte 41 während der Behandlung aus ihrer
Ausgangsposition in ihre Endlage dar. Die horizontale Achse kann
in jeder geeigneten Weise skaliert werden, z. B. bezüglich der
Mitte der Öffnung,
die durch die Bewegung erzeugt wird. Die Ausgangsposition kann mit –0,5 oder –50% der Öffnungsgröße bezeichnet
werden, und die Endposition mit +0,5 oder +50% der Öffnungsgröße. Die
vertikale Achse stellt beispielsweise mit Hilfe einer Linie, durch Schattierung
oder durch Farbe die vorgeschriebene aufsummierte Dosis während der
Behandlung dar, und zwar ausgehend von einem voreingestellten Wert,
der beispielsweise in MU (Monitor Units) gemessen wird, und auch
eine Anzeige der momentanen aufsummierten Dosis während der
Behandlung. Die Einheit MU ist eine Einheit der Strahlung, aus der
die absorbierte Dosis berechnet werden kann. Eine MU wird normalerweise auf
1 cGy kalibriert. Die Kurve 72 zeigt die vorgeschriebene
akkumulierte Strahlendosis in Abhängigkeit von der Position der
beweglichen Platte 41. Das Diagramm 73 überwacht
die gesamte tatsächlich
gelieferte akkumulierte Dosis.
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Der
Monitor erzeugt die vorgeschriebene Dosiskurve 72 in irgendeiner
herkömmlichen
Weise, so dass sie dem Dosisprofil entspricht, das der Benutzer über die
Eingabevorrichtung (Tastatur, heruntergeladene Daten usw.) eingegeben
hat. Man beachte, dass das Fenster 71 eine diskretisierte
Darstellung der Position und Bestrahlung des Felds enthält. Die
Plattenposition (die die "Kante" eines Bereichs des
Felds bestimmt) ist mit kleinen Positionsintervallen dargestellt
(x-Achse), und die gelieferte Dosis ist in kleinen Dosisintervallen
dargestellt (y-Achse). (In dieser Abbildung wird nur eine Platte
bewegt. Wie im Weiteren erklärt
wird, sind jedoch mehrdimensionale Darstellungen ebenfalls möglich, beispielsweise
wenn mehr als eine Platte bewegt wird.) Wie oben erläutert wird
die Stärke
oder Rate der Dosis erfasst und mit irgendeiner bekannten Vorrichtung
gemessen, beispielsweise der Mess- oder Dosiskammer 60,
oder mit einer Strahlsichtvorrichtung unter dem Patienten. Der Dosis
entsprechende Signale werden an den Dosimetriekontroller 61 geleitet.
Dieser legt die Dosimetriesignale an die CPU 18 an. Die
CPU 18 erzeugt nun in bekannter Weise zugehörige Signale
für herkömmliche
Anzeigetreiberschaltungen im Monitor 70.
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Das
Diagramm 73 ist beispielsweise ein balkenartiges Diagramm,
das einem "wachsenden
Balkendiagramm" gleicht,
das die akkumulierte Dosierung in Spalten mit Zuwächsen von
beispielsweise 5% oder weniger der gesamten aufsummierten Dosierung
anzeigt. Nimmt die akkumulierte Dosis für eine gegebene Plattenposition
(die auch bestimmt, welche Teile des Felds bestrahlt werden) zu,
so werden die zugehörigen "Balken" erhöht. Ist
die Fläche
unter der Kurve 72 in einer ersten Farbe markiert, die
sich von der Hintergrundfarbe unterscheidet, und hat das balkenartige
Diagramm 73 eine zweite Farbe, so kann die Bedienperson
leicht sehen, wie die Behandlung fortschreitet und wie die akkumulierte
MU in dem Feld verteilt ist, das der Strahl bestrahlt. Der Anzeigebereich 71 verändert also
mit fortschreitender Behandlung seinen Inhalt, und man kann verifizieren,
dass die an das Objekt 13 gelieferte Dosis die vorgeschriebene
Dosis nicht überschreitet.
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Es
ist auch möglich,
einen Alarm einzustellen oder die Strahlentherapievorrichtung 2 abzuschalten, falls
das Diagramm 73 die Kurve 72 um einen gewissen
Grenzwert überschreitet.
In diesem Fall vergleicht die CPU die aufsummierte Dosis für jede Plattenposition
mit der vorgeschriebenen Dosis. Überschreitet
die akkumulierte Dosis (oder eine gewisse Funktion der Dosis) die
vorgeschriebene Dosis um einen Grenzwert, so kann die CPU den Monitor
anweisen, dass ein Alarmton ausgegeben wird, dass ein gewisser Anteil
der Anzeige blinkt oder die Farbe ändert und beispielsweise rot
wird, oder dass eine vergleichbare Warnung ausgegeben wird, und
sie kann auch den Dosimetriekontroller 61 anweisen, die
Bestrahlung anzuhalten.
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Für die Berechnung
der akkumulierten Dosierung im Anzeigebereich
71 kann ein
Prozessor, der in der Zentraleinheit
18 enthalten ist,
die folgenden Daten verwenden:
| MUprev
= | MU
der letzten Aktualisierung |
| MUcurrent
= | letzte
gemeldete MU aus dem Dosimetriekontroller 61 |
| Pplate
= | letzte
gemeldete Position der Platte 41 |
| MUcol[i]
= | Anordnung
der kumulierten Dosis in der Mitte einer jeden balkenartigen Spalte. |
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Während der
Initialisierung werden MUprev und MUcol[i] auf 0 gesetzt. Für den Aktualisierungsvorgang
werden in jeder Spalte entsprechend einem Zuwachs auf der x-Achse
die folgenden Schritte ausgeführt:
erfasse
die Position der Platte 41;
befindet sich die Position
der Platte 41 hinter dem Mittelpunkt der Spalte, so:
addiere
(MUcurrent – MUprev)
zu MUcol[i];
stelle die Spalte MUcol[i] dar.
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Die
Zentraleinheit 18 ist mit dem Dosimetriekontroller 61 verbunden,
damit die gewünschten
Strahlungswerte übertragen
werden, und zwar abhängig
von der Position der bewegten Platte 41, wenn die gewünschten
Werte im Anzeigebereich 71 dargestellt werden. Der Dosimetriekontroller 61 liefert
dann Signale an das Triggersystem 3, das die Impulswiederholfrequenz
in entsprechender Weise verändert.
Der Motorregler 40 steuert die Antriebseinheit 43 an,
damit die gewünschte
Bewegung der Platte 41 erfolgt. Die Ausgangssignale des
Positionssensors 44 werden an die Zentraleinheit 18 übertragen,
damit die Momentanwerte auf der horizontalen Achse berechnet werden.
Die Ausgangssignale der Messkammer 17 werden an die Zentraleinheit 18 übertragen,
damit die aufsummierte Dosis für
die Darstellung im Diagramm 72 in der vertikalen Achse
des Anzeigebereichs 71 berechnet wird.
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Die
akkumulierten Dosiswerte und bevorzugt auch die Werte und weiteren
Parameter der vorgeschriebenen Dosis und der Feldgeometrie werden
bevorzugt in einer Speichereinheit 90 abgelegt. Die Speichereinheit 90 ist
mit der CPU 18 verbunden oder in dieser enthalten.
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Wird
von einem zweiten Paar Platten 4 mindestens eine weitere
Platte bewegt, oder wird das Gerüst 6 während der
Behandlung bewegt, so wird die Strahlung entsprechend dargestellt,
beispielsweise durch den Einsatz einer dritten Achse für eine dreidimensionale
Darstellung oder durch den Gebrauch von Polarkoordinaten.
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Wahlweise
kann das Feld in zwei Dimensionen auf dem Anzeigebildschirm dargestellt
werden, so dass es mit der tatsächlichen
Feldgeometrie erscheint. Beispielsweise könnte ein keilförmiges Feld
oder ein Feld mit einem gebogenen Sektor in herkömmlicher Weise als Muster von
Bildelementen ("Pixel") mit vorbestimmter
Auflösung
dargestellt werden. Anstelle eines "wachsenden Balkendiagramms" könnte sich
die Farbe eines jeden Pixels beispielsweise ausgehend von schwarz
oder blau ändern.
Seine Farbe könnte
mit zunehmender Dosis an jedem entsprechenden Punkt von grün über gelb
nach rot anwachsend dargestellt werden. Gelb könnte beispielsweise bedeuten,
dass die vorgeschriebene Dosis erreicht ist. Rot könnte dazu
verwendet werden, eine Dosis über
der vorgeschriebenen Dosis darzustellen. Die akkumulierte Dosis
könnte
auch in einem "topographischen" Format angezeigt
werden, wobei Dosishöhenlinien
dargestellt werden, die Pixel mit wenigstens ungefähr der gleichen
akkumulierten Dosis verbinden. Die Höhenlinien würden sich natürlich während der
Behandlung verändern.
Die Darstellung kann wie im vorherigen Beispiel auch farbcodiert
sein.
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Gemäß der Erfindung
ist es auch möglich,
akkumulierte Dosierungsdaten in "Echtzeit" zu erfassen und darzustellen
(d. h. während
der tatsächlichen
Verabreichung der Strahlenbehandlung kontinuierlich veränderbar),
die zu einem oder mehreren dreidimensio nalen Feldern gehören, die
beispielsweise den Rauminhalt eines Tumors darstellen können. Die
Tiefeninformation kann dann in irgendeiner herkömmlichen Weise aus der Geometrie
der Strahlung abgebenden Vorrichtung abgeleitet werden, etwa der
Gerüstposition.
Das System speichert dann die akkumulierten Dosisdaten in einer
dreidimensionalen Tabelle im Speicher 90. Verwendet man
herkömmliche
Darstellungsverfahren, so stellt der Monitor 70 ausgewählte Querschnittsansichten
der akkumulierten Dosis dar. Herkömmliche Vorgehensweisen können auch
dazu verwendet werden, dass der Benutzer über die Eingabevorrichtung
auswählen
kann, welcher Querschnitt darzustellen und zu jeder beliebigen Zeit
zu verfolgen ist. Wahlweise können
zu jeder beliebigen Zeit mehr als ein Darstellungsfenster 71 auf
dem Anzeigebildschirm des Monitors angezeigt werden, wobei jedes
Fenster der Fortschritt der Dosisakkumulation in unterschiedlichen
Querschnittsflächen
des dreidimensionalen Felds darstellt. Man beachte, dass diese Vorgehensweise
besonders für
den Gebrauch in Verbindung mit anderen Technologien geeignet ist,
beispielsweise CT, bei der Bilder als ebene Ansichten in verschiedenen
Tiefen dargestellt werden.
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Zum
Verbessern der Genauigkeit und Lageerfassung (beispielsweise beim
Zusammenstellen akkumulierter dreidimensionaler Dosierungsdaten
für die
Darstellung) kann die CPU 18 auch mit herkömmlichen Schaltkreisen
verbunden werden, die die Position und Orientierung des Tisches
oder einer anderen Fläche
angeben, auf der der Patient während
der Behandlung liegt. Dies Daten können anstelle der oder in Verbindung mit
den Gerüstpositionsdaten
dazu verwendet werden, Information über die Position irgendeines
beliebigen Feldabschnitts zu liefern.
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3a bis 3c zeigen ein Beispiel der Veranschaulichung
der akkumulierten Dosis im Anzeigebereich 71 in drei verschiedenen
Stadien während
der Behandlung. In 3a hat
die Behandlung gerade begonnen, und die Platte 41 hat sich
nur geringfügig
bewegt. In 3b ist ungefähr die Hälfte der
akkumulierten Dosierung zugeführt
worden. In 3c ist die
Behandlung beendet.
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4a bis 4c zeigen eine Anwendung der Erfindung
in einer Strahlentherapievorrichtung, in der die Platten 41 und 42 stationär sind.
Der Monitor 70 zeigt dann beispielsweise ein Diagramm,
bei dem mit fortschreitender Behandlung die im Anzeigebereich 71 vorgesehene
Fläche
von unten nach oben mit Balken gefüllt wird, die sich über die
gesamte Breite des Anzeigebereichs 71 erstrecken.
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Der
Anzeigebereich 71 kann den ganzen Bildschirm bedecken oder
nur einen Teil davon. In diesem Fall kann er als Fenster oder Icon
dargestellt werden. Wie erwähnt
braucht das Feld keine rechteckige Fläche zu sein. Statt dessen kann
es auch ringförmige
oder sektorförmige
Dosisbereiche in beliebiger Geometrie aufweisen, so lange die Dosis
als Funktion des bestrahlten Felds erfasst wird. Ferner kann die
Dosis mit Hilfe dreidimensionaler Diagramme dargestellt werden,
die in üblicher
Weise mit einer dritten Achse erzeugt werden. Solche dreidimensionalen
Darstellungen sind besonders vorteilhaft, wenn mehr als eine Platte
und/oder das Gerüst 6 während der
Bestrahlung bewegt wird.
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Die
Speichereinheit 90 ist bevorzugt ein nicht flüchtiger
Speicher. Zudem enthält
die CPU 18 bevorzugt eine herkömmliche Schaltung zur Fehler-
bzw. Ausfallerkennung und Überwachung
der Stromversorgung, die jegliche Fehlfunktion des Systems und jeden
Abfall der Systembetriebsspannung unter den vollen korrekten Wert
anzeigt, oder sie ist mit einer derartigen Schaltung verbunden.
Die Betriebsspannung braucht nicht vollständig auszufallen; es kann auch
ein Spannungseinbruch ("Brown-out") auftreten. Wird
ein solcher Zustand erkannt, so stellt die CPU sicher, dass die
neuesten akkumulierten Dosierungsdaten, die Parameter, die die Feldgeometrie
bestimmen und bevorzugt auch die Datums- und Zeitinformation in
der Speichereinheit abgelegt werden. Man beachte, dass dies "automatisch" geschieht, weil
die CPU kontinuierlich die akkumulierten Dosiswerte aktualisiert,
die in der Speichereinheit abgelegt sind, und der Speicher nicht
flüchtig
ist. Ist die Stromversorgung wieder hergestellt, so kann die Behandlung
rasch an dem Punkt fortgesetzt werden, an dem sie angehalten worden
ist, ohne dass eine Ungewissheit über die akkumulierte Dosis
besteht.
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Ein
weiterer Vorteil des nicht flüchtigen
Speichers besteht dann, dass man den Verlauf einer Behandlung über mehr
als eine Sitzung leicht und genau verwalten kann. In diesem Fall
werden die Daten für
jedes Feld eines jeden Patienten in einer herkömmlichen Datenbank gespeichert
(und sie können
aus Gründen
der Redundanz und Sicherheit auf ein zweites Datensicherungs-Speichermedium
geladen werden, beispielsweise ein Plattenlaufwerk), und sie können zu
Beginn einer jeden Teilphase eines vollständigen Behandlungszyklus abgerufen
werden.
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Bisher
wurde beispielhaft vorausgesetzt, dass die Bedienperson das für jedes
Feld zu befolgende Dosisprofil eingibt. Dies ist nicht erforderlich.
Man nehme beispielsweise an, dass nach einer Behandlungssitzung das
tatsächlich
gelieferte akkumulierte Dosisprofil (das dem Benutzer angezeigt
wird) besonders vorteilhaft oder erfolgreich ist, und möglicherweise
sogar besser als das ursprünglich
vorgeschriebene Profil. Die letzten Werte der vorher akkumulierten
Dosiskurve (oder im mehrdimensionalen Fall, der Fläche) sind
in der Speichereinheit abgelegt worden. Man kann diese letzten Werte
statt dessen verwenden und sie als "vorgeschriebenes" Dosisprofil für die folgende Behandlung anzeigen.
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Durch
den Anschluss einer externen Vorrichtung (beispielsweise eines weiteren,
auch entfernt liegenden Prozessors oder des Arbeitsplatzrechners
eines Arztes) an die Speichereinheit, der bevorzugt über die CPU 18 erfolgt,
können
Behandlungsparameter (Feldgeometrie, Dosierungsprofil, Patientenidentifizierungsdaten
usw.) direkt in die Speichereinheit 90 heruntergeladen
werden. Die CPU kann anschließend
auf diese Daten zugreifen. Sie kann den Verlauf der Behandlung anweisen
und die akkumulierte Dosis wie beschrieben anzeigen.
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Der "Zyklus" der Strahlenbehandlung
kann, wie dies oft der Fall ist, mehr als ein Feld aufweisen und sich über mehrere
unterschiedliche Sitzungen erstrecken. In machen Fällen werden
Hunderte verschiedener (und in bestimmten Fällen festliegender) aufeinander
folgender Felder während
eines Zyklus verwendet, beispielsweise um die passende Bestrahlung
eines Felds zu erreichen, dessen Geometrie oder vorgeschriebenes Dosisprofil
kompliziert ist, um dem Patienten weniger Unbequemlichkeiten zu
bereiten, oder um das Feld einzustellen, wenn ein Tumor während der
Behandlung schrumpft. Die Erfindung umfasst daher auch ein optionales
Verifizierungs- und Aufzeichnungssystem 102 (siehe 2), das die Parameter für die unterschiedlichen Felder
im Verlauf der Behandlung speichert und auf das Bestrahlungssystem
herunterlädt
(über die
CPU 18 oder direkt in den Speicher 90). Man beachte,
dass darin die akkumulierten Dosiswerte für jedes Feld enthalten sein
können,
die in früheren
Behandlungssitzungen gewonnen wurden. Zum Bereitstellen einer dauerhaften Aufzeichnung
des Behandlungsverlaufs können
die akkumulierten Dosiswerte für
unterschiedliche Felder und auch zu verschiedenen Zeitpunkten auf
dem Drucker 80 gedruckt werden.