-
HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
-
Gebiet der
Erfindung
-
Die
Erfindung betrifft eine strahlenemittierende Vorrichtung und insbesondere
ein System und ein Verfahren zum Regulieren der Strahlung, die einem Objekt
in einer Strahlenbehandlungsvorrichtung verabreicht wird.
-
Beschreibung
des Standes der Technik
-
Strahlenemittierende
Vorrichtungen sind allgemein bekannt und werden bpsw. als Bestrahlungstherapievorrichtungen
für die
Behandlung von Patienten verwendet. Eine Bestrahlungstherapievorrichtung
umfasst allgemein ein Gestell, das um eine horizontale Rotationsachse
im Verlauf der therapeutischen Behandlung geschwenkt werden kann.
Ein Linearbeschleuniger befindet sich im Gestell, um einen hochenergetischen
Strahl für
die Therapie bereitzustellen. Dieser hochenergetische Strahl kann
ein Elektronenstrahl oder ein Photonenstrahl (Röntgenstrahl) sein. Während der
Behandlung wird dieser Strahl auf eine Zone eines Patienten, der
im Isozentrum der Gestellrotation liegt, gerichtet.
-
Um
die auf ein Objekt emittierte Strahlung zu steuern, ist für gewöhnlich eine
strahlungsabschirmende Vorrichtung, bspw. eine Plattenanordnung oder
ein Kollimator, in der Trajektorie des Strahls zwischen der Strahlungsquelle
und dem Objekt vorhanden. Diese den Strahl abschirmende Vorrichtung
definiert ein Feld auf dem Objekt, dem eine vorgegebene Menge an
Strahlung zugeführt
wird.
-
Die
einem Objekt zugeführte
Strahlung kann in primäre
Komponenten und Streukomponenten zerlegt werden. Die Primärstrahlung
wird aus den ursprünglichen
oder originären
Photonen gebildet, die von der Strahlungsquelle emittiert werden,
und die Streustrahlung ist das Ergebnis der Streuung der Photonen
durch die Plattenanordnung selbst. Die Strahlungsleistung des Strahls
in den freien Raum nimmt aufgrund der erhöhten Kollimatorstreuung, die dem
Primärstrahl
hinzugefügt
wird, zu. Mit anderen Worten unterliegt ein Punkt auf dem Feld nicht
nur der direkten Bestrahlung, d. h. der Primärkomponente, sondern auch Strahlung,
die von der Plattenanordnung gestreut wurde. Das Verhältnis der
Strahlungsleistung in Luft einschließlich der Streueinrichtung
zur Strahlungsleistung ohne die Streueinrichtung für ein Bezugsfeld
(bspw. 10 × 10
cm) wird üblicherweise
als "Leistungsabgabefaktor" oder Kollimatorstreufaktor
bezeichnet. Das Konzept und die Definition des Leistungsabgabefaktors
sind im Stand der Technik wohlbekannt.
-
Somit
verändert
sich die Dosisleistung, die auf die Oberfläche des Objekts aufgebracht
wird, aufgrund dieser gestreuten Photonen in Abhängigkeit von der Größe der Öffnung in
der Plattenanordnung, d. h. von der Feldgröße. Dies bedeutet, dass sich
die auf den gleichen Fleck emittierte Strahlung, bspw. im Zentrum
des Strahls auf das Objekt, entsprechend der Größe der Öffnung in der Plattenanordnung
verändert.
Wenn die Plattenanordnung nur eine kleine Öffnung aufweist, dann ist die
gesamte Dosis auf demselben Fleck geringer als die gesamte Dosis
auf demselben Fleck, wenn die Öffnung
groß ist.
-
Die
Abgabe von Strahlung durch eine solche Bestrahlungstherapievorrichtung
wird von einem Onkologen vorgeschrieben und geprüft. Der aktuelle Betrieb der
Strahlungseinrichtung wird jedoch normalerweise von einem Therapeuten
ausgeführt. Wenn
der Therapeut die tatsächliche
Verabreichung der Strahlungsbehandlung wie vom Onkologen vorgeschrieben
ausführt,
ist die Vorrichtung dafür
programmiert, jene spezifische Behandlung zu verabreichen. Beim
Programmieren der Behandlung muss der Therapeut den Leistungsabgabefaktor
berücksichtigen
und muss die Dosisabgabe basierend auf der Öffnung der Plattenanordnung
einstellen, um die vorgeschriebene Strahlungsleistung auf der Oberfläche des
Objekts zu erhalten. Diese Einstellung kann gemäß bekannten Kalkulationen erfolgen,
wobei jedoch der Therapeut sie normalerweise manuell vornehmen muss,
was leicht zu Fehlern führen
kann. Im Kontext der Bestrahlungstherapie kann eine Fehlberechnung
entweder zu einer Dosis führen,
die zu niedrig und ineffektiv ist oder die zu hoch und gefährlich ist.
Ein großer
Fehler, bspw. ein falsch gesetzter Dezimalpunkt, kann tödlich sein.
-
Es
besteht der Bedarf nach einem System, das diese signifikante Fehlerquelle
eliminiert, einem System, das automatisch die Abgabe von Strahlung an
das Objekt einstellt, um zu gewährleisten,
dass die tatsächlich
abgegebene Strahlung genau gleich der gewünschten abgegebenen Strahlung
ist, unabhängig
von der Form oder Größe der Öffnung in
der Plattenanordnung in der Trajektorie des Strahls.
-
Zusammenfassung
der Erfindung
-
Erfindungsgemäß wird die
Strahlungsleistung, die von einer Quelle an ein Objekt abgegeben wird,
durch Erzeugen eines Strahles unter Verwendung einer Strahlungsquelle
mit variabler Strahlungsleistung reguliert. Ein bestrahltes Feld
des Objekts wird definiert. Der Strahl wird abgeschirmt, vorzugsweise
durch eine Anordnung mindestens einer beweglichen Platte zwischen
der Strahlungsquelle und dem Objekt. Hierbei wird der Leistungsabgabefaktor der
Strahlung gemäß dem Grad
der Abschirmung variiert, wobei der Leistungsabgabefaktor als das
Verhältnis
zwischen einer Bezugsstrahlungsleistung des Strahls im nicht abgeschirmten
Fall und der tatsächlichen
Strahlungsleistung des Strahls im abgeschirmten Fall definiert ist.
Die Strahlungsleistung wird variiert, so dass der Ausnutzungsfaktor
konstant ist, unabhängig
vom Grad der Abschirmung. Der Leistungsabgabefaktor ist vorzugsweise
gleich einem Einheitswert.
-
Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung wird ein Bezugsstrahlungsleistungswert für eine Bezugsplattenposition
erfasst. Relative Strahlungsleistungswerte werden dann ebenfalls
für eine Anzahl
an Plattenpositionen erfasst, die einen vorgegebenen Bereich an
Bewegung jeder beweglichen Platte abdecken. Dann wird eine Reihe
an Korrekturwerten als vorgegebene Vergleichsfunktion des Bezugsstrahlungsleistungswertes
und jeder der relativen Strahlungsleistungswerte erzeugt. Diese
Korrekturwerte werden in einem Speicher gespeichert. Die Strahlungsleistung
wird dann als eine vorgegebene Korrekturfunktion nominaler Dosissignale
und des Korrekturwertes für
jede jeweilige Plattenposition eines vorgeschriebenen Behandlungsprofils
variiert.
-
Das
System kann durch Erzeugen einer Reihe von Kalibrierungssignalen
und Feldgeometrieparametern entsprechend einer Anzahl an Feldsequenzen
einer vorgegebenen Behandlung voreingestellt werden. Die Signale
werden dann vor der tatsächlichen
Behandlung unter Verwendung einer Verifizierungs- und Autoeinstellschaltung
in den Speicher der Folge von Kalibrierungssignalen heruntergeladen.
-
Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
-
1 ist
eine schematische Darstellung einer Bestrahlungsbehandlungsvorrichtung
und einer Behandlungseinheit gemäß der Erfindung.
-
2 ist
ein Blockdiagramm, das Abschnitte einer Prozessoreinheit, eine Steuereinheit
und ein Strahlerzeugungssystem in der Bestrahlungsbehandlungsvorrichtung
von 1 veranschaulicht.
-
3 zeigt
die Strahlungsleistung, die von einer Strahlungsquelle auf verschiedene
Feldgrößen auf
einem Objekt gemäß dem Stand
der Technik abgegeben wird.
-
4 zeigt
die Strahlungsleistung, die von einer Strahlungsquelle auf verschiedene
Feldgrößen auf
einem Objekt gemäß der Erfindung
abgegeben wird.
-
5 zeigt
eine Darstellung der Leistungsabgabefaktoren gegenüber den
Größen eines
rechteckigen Feldes auf einem Objekt, wobei eine Dimension des Feldes
konstant gehalten wird.
-
Detaillierte
Beschreibung
-
Die
Erfindung wird nachstehend hauptsächlich unter Bezug auf ein
System zum Verabreichen von Röntgenstrahlung
auf ein Feld eines Patienten und zum Begrenzen des Feldes unter
Verwenden mindestens einer beweglichen Platte im Strahlungsweg von
einer Strahlungsquelle aus beschrieben. Dies ist jedoch nur beispielhaft.
Die Erfindung kann dazu verwendet werden, die Abgabe einer beliebigen Art
von Energie, bspw. Elektronen (anstelle von Röntgenstrahlung) auf eine beliebige
Art von Objekt (nicht nur einen menschlichen Patienten) abzugeben,
vorausgesetzt, dass die Menge der auf das Feld abgegebenen Energie
erfasst oder geschätzt
werden kann.
-
1 zeigt
eine Bestrahlungsbehandlungsvorrichtung 2 üblichen
Designs, gemäß der Platten 4 und
eine Steuereinheit in einem Gehäuse 9 und
eine Behandlungseinheit 100, konstruiert gemäß den Prinzipien
der Erfindung, verwendet werden. Die Bestrahlungsbehandlungsvorrichtung 2 umfasst
ein Gestell 6, das um eine horizontale Rotationsachse 8 im
Verlauf der therapeutischen Behandlung geschwenkt werden kann. Die
Platten 4 sind auf einem Vorsprung des Gestells 6 befestigt.
Um die hochenergetische Strahlung, die für die Therapie erforderlich ist,
zu erzeugen, befindet sich auf dem Gestell 6 ein Linearbeschleuniger.
Die Achse des Strahlungsbündels,
das vom Linearbeschleuniger und dem Gestell 6 emittiert
wird, wird durch 10 bezeichnet. Für die Therapie können Elektronen,
Photonen oder jede andere detektierbare Strahlung eingesetzt werden.
-
Während der
Behandlung wird der Strahl auf eine Zone 12 eines Objekts 13 gerichtet,
bspw. einen Patienten, der zu behandeln ist und der im Isozentrum
der Gestellrotation liegt. Die Rotationsachse 8 des Gestells 6,
die Rotationsachse 14 des Behandlungstisches 16 und
die Strahlenachse 10 schneiden einander vorzugsweise im
Isozentrum. Die Konstruktion einer solchen Strahlenbehandlungsvorrichtung ist
allgemein in der Broschüre "Digital Systems for Radiation
Oncology", Siemens
Medical Laboratories, Inc. A91004-M2630-B358-01-4A00, September 1991,
beschrieben.
-
Der
Bereich des Patienten, der bestrahlt wird, ist als das Feld bekannt.
Wie dies bekannt ist, sind die Platten 4 im Wesentlichen
für die
emittierte Strahlung undurchlässig.
Sie sind zwischen der Strahlungsquelle und dem Patienten angebracht,
um das Feld zu begrenzen. Bereiche des Körpers, bspw. gesundes Gewebe,
sind deswegen so wenig Strahlung wie möglich ausgesetzt, und vorzugsweise überhaupt
keinerlei Strahlung. Gemäß den bevorzugten
Ausführungsformen
der Erfindung ist mindestens eine der Platten beweglich, so dass
die Verteilung von Strahlung über
dem Feld nicht einheitlich sein muss (einer Region kann eine höhere Dosis
als einer anderen verabreicht werden). Darüber hinaus kann das Gestell
vorzugsweise so gedreht werden, dass verschiedene Strahlungswinkel
und Strahlungsverteilungen ermöglicht
werden, ohne dass der Patient bewegt werden muss. Keines dieser
Merkmale ist erfindungsgemäß notwendig:
Die Erfindung kann auch mit Festfeldvorrichtungen (ohne bewegliche Platten),
mit konstanter Strahlungsleistung und mit Festwinkelstrahlen (kein
drehbares Gestell) eingesetzt werden.
-
Die
Strahlungsbehandlungsvorrichtung 2 umfasst auch eine zentrale
Behandlungsprozessor- oder
Steuereinheit 100, die sich für gewöhnlich von der Bestrahlungsbehandlungsvorrichtung 2 beabstandet
befindet. Die Bestrahlungsbehandlungsvorrichtung 2 befindet
sich normalerweise in einem anderen Raum, um den Therapeuten gegen
Strahlung zu schützen.
Die Behandlungseinheit 100 umfasst Ausgabevorrichtungen,
bspw. mindestens eine visuelle Displayeinheit oder einen Monitor 70,
und eine Eingabeeinrichtung, bspw. eine Tastatur 19, obwohl die
Daten auch über
Datenträger,
bpsw. Datenspeichervorrichtungen, oder ein Verifizierungs- und Aufzeichnungssystem
oder automatisches Aufbaussystem 102, das nachstehend beschrieben
wird, eingegeben werden können.
Die Behandlungsprozessoreinheit 100 wird typischerweise
durch den Therapeuten betrieben, der die tatsächliche Verabreichung einer
Strahlungsbehandlung, wie von einem Onkologen vorgeschrieben, ausführt. Durch
Verwenden der Tastatur 19 oder einer anderen Eingabevorrichtung gibt
der Therapeut die Daten, welche die dem Patienten zu verabreichende
Strahlung definieren, bspw. gemäß der Vorschrift
des Onkologen, in eine Steuereinheit 76 der Behandlungseinheit 100 ein.
Das Programm kann auch über
eine andere Eingabevorrichtung, bspw. eine Datenspeichervorrichtung,
durch Datenübertragung
oder unter Verwendung des automatischen Konfigurierungssystems 102 eingegeben werden.
Auf dem Bildschirm eines Monitors 70 können vor und während der
Behandlung verschiedene Daten dargestellt werden.
-
2 zeigt
detaillierter Abschnitte einer beispielhaften Strahlungsbehandlungsvorrichtung 2 und Abschnitte
einer Behandlungseinheit 100. Ein Elektronenstrahl 1 wird
in einem Elektronenbeschleuniger 20 generiert. Der Beschleuniger 20 umfasst
eine Elektronenkanone 21, einen Wellenleiter 22 und
eine evakuierte Umhüllung
oder einen Führungsmagneten 23.
Ein Auslösesystem 3 erzeugt
Injektor-Auslösesignale
und führt
sie dem Injektor 5 zu. Basierend auf diesen Injektor-Auslösesignalen
erzeugt der Injektor 5 Impulse, die der Elektronenkanone 21 im
Beschleuniger 20 zugeführt
werden, um den Elektronenstrahl 1 zu erzeugen. Der Elektronenstrahl 1 wird durch
den Wellenleiter 22 beschleunigt und geführt. Zu
diesem Zweck ist eine (nicht gezeigte) Hochfrequenzquelle (HF-Quelle)
vorhanden, die Funkfrequenzsignale (RF-Signale) zur Erzeugung eines elektromagnetischen
Feldes liefert, welches an den Wellenleiter 22 angelegt
wird. Die vom Injektor 5 injizierten Elektronen, die von
der Elektronenkanone 21 emittiert werden, werden durch
dieses elektromagnetische Feld im Wellenleiter 22 beschleunigt
und treten dem der Elektronenkanone 21 gegenüberliegenden Ende
als Elektronenstrahl 1 aus. Der Elektronenstrahl 1 tritt
in einen Führungsmagneten 23 ein,
und von dort wird er durch ein Fenster 7 entlang der Achse 10 geführt. Nach
dem Durchtreten durch eine erste Streufolie 15 verläuft der
Strahl durch einen Durchgang 51 eines Abschirmungsblockes 50 und
trifft auf eine zweite Streufolie 17. Als nächstes wird
er durch eine Messkammer 60 geschickt, in der die Dosis
bestimmt wird. Wenn die Streufolien durch ein Target ersetzt werden,
ist der Strahl ein Röntgenstrahl. Schließlich ist
eine Öffnungsplattenanordnung 4 im Pfad
des Strahls 1 vorhanden, durch welche das bestrahlte Feld
des untersuchten Subjekts bestimmt wird. Die Öffnungsplattenanordnung 4 umfasst
ein Paar Platten 41 und 42. Wie vorstehend beschrieben, ist
dies nur ein Beispiel einer strahlungsabschirmenden Anordnung, die
gemäß der Erfindung
verwendet werden kann. Die Erfindung funktioniert auch mit anderen,
solange eine Öffnungsplattenanordnung
vorhanden ist, die ein Bestrahlungsfeld definiert.
-
Die
Plattenanordnung 4 umfasst ein Paar Öffnungsplatten 41 und 42 und
ein zusätzliches
Paar Öffnungsplatten
(nicht gezeigt), die senkrecht zu den Platten 41 und 42 angeordnet
sind. Um die Größe des Bestrahlungsfeldes
zu verändern,
kann die Öffnungsplatte
in Bezug auf die Achse 10 durch eine Antriebseinheit 43 bewegt
werden, die in 2 nur in Bezug auf die Platte 41 angedeutet
ist. Die Antriebseinheit 43 umfasst einen Elektromotor,
der mit den Platten 41 und 42 gekoppelt ist und
der durch eine Motorsteuerung 40 angesteuert wird. Positionssensoren 44 und 45 sind
ebenfalls mit den Platten 41 bzw. 42 gekoppelt,
um ihre Positionen zu erfassen. Dies ist nur ein Beispiel eines
solchen Systems. Die Erfindung funktioniert auch mit anderen Systemen, solange
eine den Strahl abschirmende Anordnung vorhanden ist, die ein Bestrahlungsfeld
definiert, und solange Sensoren vorhanden sind, um die Feldgröße anzuzeigen.
-
Die
Motorsteuerung 40 ist mit einer Dosissteuereinheit 61 gekoppelt,
welche eine Dosimetriesteuerung umfasst und mit einer zentralen
Prozessoreinheit 18 zum Bereitstellen von Einstellwerten
für den
Strahl gekoppelt ist, um gegebene Isodosiskurven zu erreichen. Der
Ausstoß des
Strahls wird in einer Messkammer 60 gemessen. Als Reaktion
auf die Abweichung zwischen den eingestellten Werten und den tatsächlichen
Werten gibt die Dosissteuereinheit 61 Signale an das Auslösesystem 3 ab,
welches auf bekannte Weise die Pulswiederholungsfrequenz verändert, so dass die Abweichung zwischen den eingestellten
Werten und den tatsächlichen
Werten der Strahlenleistung minimiert wird.
-
Bei
einer solchen Bestrahlungsbehandlungsvorrichtung hängt der
ausgestoßene
Strahl, der auf die Oberfläche
eines Objekts auftrifft, von der Größe der Öffnung in der Plattenanordnung 4 ab
und somit von der Größe des bestrahlten
Feldes auf dem Objekt 13.
-
Im
folgenden wird die Erfindung lediglich aus Gründen der Deutlichkeit und Einfachheit
im Zusammenhang mit einem zusätzlichen
Plattenpaar (nicht gezeigt) beschrieben, welches stationär ist. Die
Erfindung kann jedoch in Systemen mit zusätzlichen beweglichen Platten
eingesetzt werden, solange geeignete Motorsteuerungen und Positionssensoren
vorhanden sind. Wenn sich die Platten 41 und 42 voneinander
weg bewegen und somit den Spalt zwischen sich verbreitern, nimmt
die tatsächlich
abgegebene Strahlungsleistung auf einem gegebenen Fleck auf dem
Objekt 13, bspw. in der Achse 10 des Strahls,
aufgrund der erhöhten
Streuung, die zum primären
Strahl hinzutritt, zu.
-
Um
zu gewährleisten,
dass während
der Behandlung die Strahlungsleistung auf demselben Fleck auf der
Oberseite des Objekts 13 stets gleich der gewünschten
Strahlungsleistung ist, und zwar unabhängig von der Größe der Öffnung,
muss die Strahlungsleistung gemäß der Größe der Öffnung eingestellt
werden.
-
Die
zentrale Prozessoreinheit 18 ist einerseits mit der Eingabevorrichtung,
bpsw. der Tastatur 19, zum Eingeben der vorgeschriebenen
Stärke
der Strahlenbehandlung und andererseits mit einer Dosissteuereinheit 61 verbunden,
welche die gewünschten
Werte der Strahlung zum Ansteuern des Auslösesystems 3 erzeugt.
Das Auslösesystem 3 passt
dann die Pulswiederholungsfrequenz oder andere Parameter auf entsprechende
herkömmliche Weise
an. Die Möglichkeit,
die Strahlungsleistung zu verändern,
ist allgemein bekannt, und es ist insbesondere vorteilhaft, ein
digitales Dosimetriesystem zu verwenden, da dieses leicht durch
den digitalen Ausgang der zentralen Prozessoreinheit 18 angesteuert
werden kann.
-
3 zeigt,
wie der Leistungsabgabefaktor R gemäß dem Stand der Technik von
der Größe der Öffnung zwischen
den Platten 41 und 42 abhängt und somit von den Feldgrößen F1 bis
Fn auf dem Objekt 13. Die Platten 41 und 42 sind
durch die Antriebseinheit 43 zum Erweitern oder Verengen
der Öffnung beweglich,
wobei in diesem Beispiel das andere Plattenpaar als stationär angenommen
wird. Wie vorstehend beschrieben, nimmt, wenn die Strahlungsleistung
aus der Strahlungsquelle 17 konstant ist, der Leistungsabgabefaktor
R zu, wenn die Feldgröße von F1
bis Fn zunimmt.
-
4 zeigt
dieselben Konfigurationen der Platten 41 und 42,
wobei jedoch die Strahlungsleistung erfindungsgemäß so reguliert
wird, dass der Leistungsabgabefaktor trotz der veränderten
Feldgröße konstant
bleibt, d. h. trotz der Veränderungen der
Größe der Öffnungen
in der Plattenanordnung 4. Zu diesem Zweck werden die Ausgangssignale
der Positionssensoren 44 und 45 oder jegliche
andere Signale, die die Größe und/oder
Form der Öffnung
anzeigen, an die zentrale Prozessoreinheit 18 angelegt, um
eingestellte Dosissignale bereitzustellen, welche die Größe und/oder
Form der Öffnungen
berücksichtigen
und somit einen konstanten Leistungsabgabefaktor R liefern. Die
Strahlungsleistung wird vorzugsweise so reguliert, dass der Leistungsabgabefaktor über dem
gesamten Bewegungsbereich der Platten während der Behandlung bei R
= 1 gehalten wird. Dies impliziert, dass die tatsächlich abgegebene Strahlung
exakt gleich der vorgegebenen Strahlung ist, und zwar trotz der
Veränderung
der Feldgröße.
-
Es
ist anzumerken, dass, obwohl der Leistungsabgabefaktor konstant
gehalten wird, wenn die Feldgröße zunimmt,
dies nicht bedeutet, dass die akkumulierte Dosis über dem
Feld konstant sein muss. Tatsächlich
besteht der Grund für
die Veränderung der
Feldgröße während der
Behandlung normalerweise darin, ein nicht-einheitliches Muster der
Strahlungsabgabe über
dem Feld zu erzeugen. Bspw. kann ein keilförmiges Profil der akkumulierten
Dosis vorgeschrieben sein, um mehr Strahlung an einen Tumorbereich
abzugeben, wohingegen das benachbarte heile Gewebe zu meiden ist.
In 4 ist bspw. die akkumulierte Dosis im Feld F1
größer als
die akkumulierte Dosis im Bereich zwischen Feld F2 und F3. Was die
Erfindung angeht, so schafft sie einen Weg, um zu gewährleisten,
dass die Strahlungsleistung präzise
reguliert wird, um die Unsicherheit zu eliminieren, die durch Streuung
eingebracht wird, d. h. aufgrund des Leistungsabgabefaktors. Selbst
kompliziertere Profile können
erreicht werden, indem das Gestell gedreht wird und die Feldgröße verändert wird.
-
Die
zentrale Prozessoreinheit 18 umfasst eine Steuereinheit 76,
die die Ausführung
des Programmes steuert und die Positionssignale P zum Steuern der Öffnung der
Plattenanordnung 4 und der nominalen Dosissignale D (entsprechend
der Plattenposition, die unter Einsatz von Verfahren des Standes
der Technik notwenig wäre,
d. h. ohne Berücksichtigung
der Kompensierung des Leistungsabgabefaktors) zu steuern, um die
Strahlungsleistung am Ausgang der Strahlungsquelle 17 einzustellen. Es
ist auch ein Speicher 77 in der zentralen Prozessoreinheit 18 vorhanden
oder mit dieser verbunden, um Korrektursignale C bereitzustellen,
welche die Prozessoreinheit dazu verwendet, die Strahlungsleistung
in Abhängigkeit
von den Positionssignalen P einzustellen, welche von den Positionssensoren 44 und 45 geliefert
werden, um den vorgegebenen konstanten Leistungsabgabefaktor zu
erreichen.
-
Die
Speichereinheit ist vorzugsweise so eingerichtet, dass sie für jede Plattenposition
(Feldgröße) ein
entsprechendes Dosiskorrektursignal C gespeichert hat. Somit ist
im Speicher eine Tabelle von Korrekturfaktoren gespeichert. Wenn
mehr als ein Satz beweglicher Platten im System vorhanden ist, dann
ist die Tabelle entsprechend mehrdimensional und unter Verwendung
einer bekannten Datenstruktur aufgebaut, so dass für jegliche
Kombination von Plattenpositionen ein Korrekturfaktor verfügbar ist.
-
Die
Steuereinheit 76 und der Speicher 77 legen die
Dosis- und Korrektursignale D bzw. C an eine Kombinationsschaltung 78 an,
welche die Werte kombiniert, um Einstellsignale S zu erzeugen. Die Einstellsignale
S werden wiederum an die Dosissteuereinheit 61 angelegt,
welche die Strahlungsleistung einstellt.
-
Die
Kombinationsschaltung 78 hängt von der Form ab, in der
die Korrektursignale erzeugt und gespeichert werden. Es sei angenommen,
dass die Korrektursignale C als additiver Offset gespeichert sind. In
diesem Fall wird die Kombinationsschaltung eine Additionseinrichtung
sein, welche die Korrektursignale C den Dosissignalen D hinzufügt. Dies
ist die bevorzugte Ausführungsform,
da sie die einfachste ist. Wenn jedoch die Korrekturfaktoren Vervielfacher
sind (bspw. würde
eine Zunahme der Strahlungsleistung um den Faktor 102/100 ein multiplikatives
Korrektursignal von 100/102 erfordern. Anstelle des Speicherns tatsächlicher
Werte der Korrektursignale C ist es auch möglich, die Parameter einer
Korrekturfunktion für die
verschiedenen Feldgrößen zu speichern. Die
Prozessoreinheit würde
dann die Funktion für jede
gegenwärtige
Feldgröße unter
Verwendung der im Speicher gespeicherten Parameter evaluieren und
dann die Korrektursignale selbst (additiv oder muliplikativ) erzeugen.
-
Die
Korrektursignale werden vor der tatsächlichen Behandlung eines Patienten
in einem oder mehreren Kalibrierungsläufen bestimmt. Um die relativen
Korrekturwerte zu bestimmen, wird eine Bezugsoberfläche (oder
Linie) mit einer bekannten Bezugsplattenposition bestrahlt, und
die Strahlungsleistung über
der Oberfläche
wird durch eine herkömmliche
Sensorvorrichtung 104 erfasst (siehe 2), welche
Strahlungsleistungssignale erzeugt, die an die Prozessoreinheit 18 angelegt
werden. Die Bezugsoberfläche
muss nicht in der Patientenebene liegen, obwohl die Kalibrierung
typischerweise leicher und genauer sein wird, wenn dies der Fall
ist. Es ist anzumerken, dass die Strahlungsleistung für mehrere
unterschiedliche Punkte der Oberfläche erfasst und gespeichert
werden kann, da die Leistung gegebenenfalls nicht konstant ist.
-
Die
Platten werden dann zu einer neuen Öffnungsposition bewegt, die
Strahlungsleistung wird erfasst und gespeichert usw., bis die Strahlungsleistungswerte
für die
Bezugsoberfläche über dem
gesamten Bereich der Bewegung der Platten gespeichert sind. Wenn
mehr als ein Satz beweglicher Platten vorhanden ist, dann werden
die Kalibrierungsausgangswerte für
jede Kombination von Plattenpositionen erfasst und gespeichert.
Die Anzahl an Kombination hängt
von der gewünschten
oder erforderlichen Auflösung
ab.
-
Sobald
ein vollständiger
Satz von Kalibrierungsausgangswerten gespeichert ist, wird jeder Wert
mit dem Wert für
die Bezugsplattenposition (dem Bezugsausgangswert) verglichen. Wenn
additive Offsets als Korrekturfaktoren verwendet werden, dann wird
die Differenz zwischen den erfassten Leistungswerten und dem Bezugsleistungswert
gespeichert. Wenn multiplikative Korrekturfaktoren ausgewählt werden,
dann werden Verhältnisse
gespeichert. Alternativ dazu kann jegliche bekannte Funktionsapproximationsmethode
dazu verwendet werden, die Parameter einer Approximierungsfunktion
der erforderlichen additiven oder multiplikativen Korrekturfaktoren
zu erzeugen.
-
Es
ist anzumerken, dass die in den gerade beschreibenen Kalibrierungsschritten
erhaltenen Korrekturfaktoren zu einem konstanten Leistungsabgabefaktor
führen,
jedoch nicht zwingendermaßen
zu einem Leistungsabgabefaktor R = 1. Dies liegt daran, dass die
Bezugsplattenposition selbst eine Streuung verursachen kann, so
dass der Bezugswert der Strahlungsleistunges nicht gleich einem
bekannten absoluten Wert für
den Strahlungsleistung ist. Um dies zu korrigieren, sollte vorzugsweise
eine Sensorvorrichtung 104 eine Vorrichtung ausgewählt werden, die
die tatsächliche
absolute Strahlungsleistung messen kann, oder es sollte eine andere
herkömmliche Vorrichtung
verwendet werden, um einen absoluten Leistungswert für mindestens
eine Plattenposition zu erhalten, welche dann als Bezugsplattenposition
verwendet wird. Um die Genauigkeit über der Zeit zu gewährleisten,
können
Neukalibrierungsläufe
ausgeführt
werden, und neue Korrekturfaktoren gemäß einem vorgegebenen Kalibrierungsplan
errechnet und gespeichert werden.
-
Die
Leistungserfassungsvorrichtung muss nicht direkt die absolute Leistung
messen. Sie kann hingegen Dosisleistungen für unterschiedliche Plattenpositionen
messen, welche Leistungswerte unter Verwendung bekannter Integrations-
und Offsettechniken liefern.
-
5 zeigt
ein Diagramm, bei dem in durchgezogener Linie ein konstanter Leistungsabgabefaktor
R = 1 angezeigt wird, welcher erfindungsgemäß erreicht wird, und in unterbrochenen
Linien wird ein Leistungsabgabefaktor gemäß dem Stand der Technik angezeigt.
Die horizontale Achse zeigt einen Parameter der Feldgröße F, der
durch die Plattenanordnung 4 definiert ist, und die vertikale
Achse zeigt den Leistungsabgabefaktor R. Die Differenzen zwischen den
Linien zeigen die Werte der Korrektursignale C1 bis Cn für unterschiedliche
Feldgrößen F1 bis
Fn an.
-
Die
Erfindung ermöglicht
es, den Leistungsabgabefaktor R einzustellen, vorzugsweise auf R
= 1, was bedeutet, dass, wenn ein Onkologe einen Therapeuten anweist,
eine bestimmte Strahlungsleistung zu verabreichen, der Therapeut
den jeweiligen Leistungsabgabefaktor R nicht berücksichtigen muss. Dann stellt
die Strahlungsbehandlungsvorrichtung automatisch die Strahlungsleistung
gemäß den Abmessungen
des Feldes ein. Dies verringert die Fehler, welche induziert werden,
wenn der Therapeut Variationen des Leistungsabgabefaktors berechnen und
kompensieren muss, oder eliminiert diese vollständig.
-
Die
Erfindung kann auch in einer Bestrahlungstherapievorrichtung ausgeführt werden,
bei der mindestens eine Öffnungsplatte
der Plattenanordnung
4 während der Behandlung beweglich
ist. Eine solche Vorrichtung ist in der
US 5 148 032 beschrieben. Wie in diesem
US-Patent beschrieben ist, können
bei einer solchen Strahlungsbehandlungsvorrichtung verschiedene
Isodosiskurven leicht erreicht werden, ohne dass ein physikalischer
Keil in der Trajektorie des Strahls vorhanden ist. In diesem Fall
werden auch die Korrekturwerte den Strahlungsleistungswerten hinzugefügt, um einen
gegebenen Leistungsabgabefaktor zu erhalten. Ähnliche Korrekturen können in
Vorrichtungen verwendet werden, die einen physikalischen Keil benutzen.
In jedem Fall können
entsprechende Korrekturwerte C an die Dosissignale D angelegt werden,
um die korrekte Abgabe von Strahlung an das Objekt zu erreichen.
-
Ein "Verlauf" der Strahlungsbehandlung kann
mehr als ein Feld aufweisen, was auch häufig der Fall ist, und kann
sich über
mehrere verschiedene Sitzungen erstrecken. In einigen Fällen werden während eines
Verlaufs hunderte unterschiedliche (und in einigen Fällen feste)
sequentielle Felder benutzt, bspw. um die geeignete Bestrahlung
eines Feldes zu ermöglichen,
das eine komplizierte Geometrie aufweist, oder ein vorgeschriebenes
Dosisprofil, um das Unbehagen des Patienten zu verringern, oder um
das Feld einzustellen, wenn ein Tumor während der Behandlung schrumpft.
Die Erfindung umfasst deshalb auch ein optionales Verifizierungs-
und Aufzeichnungs- oder "Autoeinstell"-System 102 (siehe 2),
welches die Parameter, bspw. der Geometrie, verschiedener Felder
im Verlauf der Behandlung und/oder die Tabellen der Korrekturfaktoren,
welche während
früherer
Kalibrationsläufe
für die
verschiedenen Felder abgeleitet wurden, auf das Bestrahlungssystem
(über die
CPU 18 oder direkt in den Speicher) herunterlädt und speichert.
-
Die
Erfindung ist nur durch den beigefügten Anspruchssatz definiert.