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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Gebiet der
Erfindung
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Die
Erfindung betrifft eine strahlungsemittierende Vorrichtung, und
insbesondere ein System und ein Verfahren zum Einstellen der Strahlung,
die einem Objekt in einer Bestrahlungsbehandlungsvorrichtung verabreicht
wird.
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Beschreibung
des Standes der Technik
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Strahlungsemittierende
Vorrichtungen sind allgemein bekannt und werden bspw. als Bestrahlungstherapievorrichtungen
für die
Behandlung von Patienten eingesetzt. Eine Bestrahlungstherapievorrichtung
weist allgemein ein Gestell auf, das im Verlauf einer therapeutischen
Behandlung um eine horizontale Rotationsachse geschwenkt werden
kann. Ein Linearbeschleuniger befindet sich im Gestell, um ein hochenergetisches
Strahlungsbündel
für die
Therapie zu erzeugen. Dieses hochenergetische Strahlungsbündel kann
ein Elektronenstrahl oder ein Photonenstrahl (Röntgenstrahl) sein. Während der
Behandlung wird dieses Strahlungsbündel auf eine Zone eines Patienten
gerichtet, der im Isozentrum der Gestellrotation liegt.
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Um
die gegen ein Objekt emittierte Strahlung zu steuern, ist für gewöhnlich eine
strahlabschirmende Vorrichtung, bpsw. eine Plattenanordnung oder ein
Kollimator, in der Trajektorie des Strahlungsbündels zwischen der Strahlungsquelle
und dem Objekt vorhanden. Diese strahlabschirmende Vorrichtung definiert
ein Feld auf dem Objekt, dem eine vorgegebene Menge an Strahlung
verabreicht wird.
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Die
einem Objekt verabreichte Strahlung kann in primäre Komponenten und Streukomponenten
zergliedert werden. Die Primärstrahlung
wird aus den ursprünglichen
oder originären
Photonen gebildet, die von der Strahlungsquelle emittiert werden, und
die Streustrahlung ist das Ergebnis der Photonen, die durch die
Plattenanordnung selbst gestreut wurden. Die Strahlungsleistung
des Bündels
im freien Raum nimmt aufgrund der erhöhten Kollimatorstreuung, welche
dem Primärstrahl
hinzugefügt
wird, zu. Mit anderen Worten unterliegt ein Punkt im Feld nicht
nur der direkten Bestrahlung, d. h. der Primärkomponente, sondern auch der
Strahlung, die von der Plattenanordnung gestreut wird.
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Das
Verhältnis
der Strahlungsleistung in Luft mit dem Streuelement zur Strahlungsleistung
ohne das Streuelement für
ein Bezugsfeld (bspw. 10 × 10 cm)
wird üblicherweise
der "Leistungsfaktor" oder Kollimatorstreufaktor
genannt. Das Konzept und die Definition des Leistungsfaktors sind
im Stand der Technik wohlbekannt.
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Somit ändert sich
aufgrund dieser gestreuten Photonen die Dosisleistung, die auf die
Oberfläche des
Objekts aufgebracht wird, in Abhängigkeit
von der Größe der Öffnung in
der Plattenanordnung, d. h. von der Feldgröße. Dies bedeutet, dass die
auf denselben Punkt emittierte Strahlung, bspw. im Zentrum des Strahlenbündels auf
das Objekt, gemäß der Größe der Öffnung in
der Plattenanordnung verändert wird.
Wenn die Plattenanordnung nur eine kleine Öffnung aufweist, dann ist die
akkumulierte Dosisleistung am selben Punkt weniger als die akumulierte Dosisleistung
auf demselben Punkt, wenn die Öffnung
groß ist.
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Häufig befinden
sich spezielle Filter oder Absorptionsblöcke in der Trajektorie des
Strahlungsbündels,
um seine Isodosenverteilung zu modifizieren. Ein Keilfilter stellt
die am häufigsten
verwendete Art von Filter dar. Dies ist ein keilförmiger absorbierender
Block, welcher eine progressive Abnahme der Intensität über dem
Strahl hervorruft, was zu Isodosenkurven führt, welche relativ zu ihren
Normalpositionen modifiziert sind. Solche Keilfilter sind üblicherweise
aus dichtem Material hergestellt, bspw. Blei oder Stahl, oder einem
anderen absorbierenden Material.
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Das
Vorhandensein eines Keilfilters verringert die Leistung der strahlungsemittierenden
Vorrichtung, und diese Abnahme muss bei Behandlungsberechnungen
berücksichtigt
werden. Dieser Effekt wird durch den sogenannten "Keilfaktor" gekennzeichnet,
der als das Verhältnis
der Dosisleistungen mit oder ohne dem Keil an einem Punkt im Objekt
entlang der zentralen Achse des Strahlungsbündels definiert ist. Der Keilfaktor
hängt vom
Material, der Größe und dem
Winkel des Keils ab. Keile, und insbesondere der Keilfaktor, sind
in Faiz M. Khan, Ph. D, "The
Physics of Radiation Therapy", Williams & Wilkins, Seite
234 bis 238, beschrieben.
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Die
Abgabe von Strahlung in einer Bestrahlungstherapievorrichtung wird
von einem Onkologen vorgeschrieben und genehmigt. Die tatsächliche
Bedienung der Bestrahlungsausrüstung
erfolgt jedoch normalerweise durch einen Therapeuten. Wenn der Therapeut die
tatsächliche
Strahlungsbehandlung durchführt,
wie vom Onkologen verschrieben, ist die Vorrichtung dafür programmiert,
jene spezifische Behandlung abzugeben. Beim Programmieren der Behandlung
muss der Therapeut den Leistungsfaktor berücksichtigen und muss die Dosisabgabe
basierend auf der Plattenanordnungsöffnung einstellen, um die vorgegebene
Strahlungsleistung auf der Oberfläche des Objekts zu erreichen.
Diese Einstellung kann gemäß bekannten
Kalkulationen erfolgen, wobei jedoch der Therapeut sie normalerweise
manuell durchführen
muss, was leicht zu Fehlern führt. Im
Kontext der Strahlungstherapie kann eine fehlerhafte Rechnung entweder
zu einer Dosis führen,
die zu niedrig und ineffektiv ist, oder die zu hoch und gefährlich ist.
Ein großer
Fehler, bspw. ein fehlerhafter Dezimalpunkt, kann tötlich sein.
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Die
US 5,148,032 offenbart eine
Bestrahlungsbehandlungsvorrichtung, gemäß der Isodosenkurven im Objekt
sowohl von einer Plattenanordnung, die mindestens eine bewegliche
Platte umfasst und während
der Bestrahlung kontrolliert wird, als auch durch Variieren der
Strahlungsleistung des Strahlungsbündels während der Bestrahlung eingestellt
werden, so dass ein breiter Bereich von Variationen in den möglichen
Isodosenkurven erhalten wird. Es wird eine keilförmige Isodosenverteilung aufgebaut,
bspw. durch Bewegen einer Platte mit konstanter Geschwindigkeit
bei gleichzeitigem Ändern der
Strahlungsleistung des Strahlungsbündels. In dieser Bestrahlungsbehandlungsvorrichtung
existiert kein physikalischer absorbierende r Block in der Trajektorie
des Strahlungsbündels,
und der Therapeut muss dies berücksichtigen.
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Es
besteht der Bedarf nach einem Verfahren und einem entsprechenden
System zum Einstellen der Verabreichung von Strahlung an ein Objekt,
um zu gewährleisten,
dass die tatsächlich
abgegebene Strahlungsleistung exakt gleich der gewünschten Strahlungsleistung
ist, und zwar unabhängig
von der Verwendung einer Keilfunktion.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
Erfindung ist in den unabhängigen
Ansprüchen
1 und 3 definiert.
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Erfindungsgemäß wird die
Strahlungsleistung, die einem nicht menschlichen oder nicht tierischen
Objekt von einer Strahlungsquelle aus verabreicht wird, durch Erzeugen
eines Strahlungsbündels mit
variabler Strahlungsleistung und eines im Wesentlichen verlust losen
Strahlweges von der Strahlungsquelle zum Objekt eingestellt. Der
Strahlweg wird durch Bewegen mindestens einer strahlabschirmenden
Vorrichtung, bspw. einer beweglichen Platte, begrenzt. Ein bestrahltes
Feld des Objekts wird definiert. Die Strahlungsleistung des Bündels wird
als vorgegebene Funktion der Position der strahlabschirmenden Vorrichtung
variiert, wobei ein Keilfaktor für die
Strahlungsleistung hierdurch gemäß einem
vorgegebenen Profil variiert, wobei der Keilfaktor als das Verhältnis zwischen
einer Bezugsstrahlungsleistung entlang einer Bezugsachse des Bündels mit
einem vorgegebenen physikalischen Keil im Strahlweg und der tatsächlichen
Strahlungsleistung des Bündels
in einem im Wesentlichen verlustlosen Strahlweg definiert ist. Die
Strahlungsleistung wird so variiert, dass der Keilfaktor konstant
ist, und zwar unabhängig
von der Größe des bestrahlten
Feldes, und vorzugsweise gleich eins ist.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 zeigt
eine schematische Skizze einer Bestrahlungsbehandlungsvorrichtung
einschließlich einer
Behandlungskonsole gemäß der vorliegenden Erfindung.
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2 ist
ein Blockschema, das Teile einer Prozessoreinheit, einer Steuereinheit
und eines Strahlungserzeugungssystems in der Bestrahlungsbehandlungsvorrichtung
von 1 zeigt.
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3 zeigt
Isodosenkurven für
einen herkömmlichen
Keilfilter, der aus einem Absorptionsblock im Weg eines Strahlungsbündels aufgebaut
ist.
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4 zeigt
Isodosenkurven für
eine Anordnung, gemäß der ein
Keilfilter durch die Bewegung einer Platte einer Plattenanordnung
im Weg des Strahlungsbündels
und durch Ändern
der Strahlungsleistung des Strahlungsbündels realisiert ist.
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Detaillierte
Beschreibung
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Die
Erfindung wird nachstehend mit hauptsächlichen Bezug auf ein System
zum Verabreichen von Röntgenstrahlung
auf ein Feld eines Objekts und zum Begrenzen des Feldes unter Einsatz
mindestens einer beweglichen Platte im Strahlweg von einer Strahlungsquelle
aus beschrieben. Dies erfolgt nur beispielhaft. Die Erfindung kann
dazu verwendet werden, die Verabreichung jeder Art von Energie, bspw.
Elektronen (anstelle von Röntgenstrahlung), auf
eine beliebige Art von nicht menschlichen oder nicht tierischen
Objekten eingesetzt werden, unter der Voraussetzung, dass die Energiemenge,
die auf das Feld abgegeben wird, erfasst oder geschätzt werden
kann.
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1 zeigt
eine Bestrahlungsbehandlungsvorrichtung 2 üblicher
Konstruktion, gemäß der Platten 4 und
eine Steuereinheit in einem Gehäuse 9 und eine
Behandlungseinheit 100 gemäß der Erfindung eingesetzt
sind. Die Bestrahlungsbehandlungsvorrichtung 2 weist ein
Gestell 6 auf, das um eine horizontale Rotationsachse 8 im
Verlauf der therapeutischen Behandlung geschwenkt werden kann. Die Platten 4 sind
an einem Vorsprung des Gestells 6 befestigt. Um die hochenergetische
Strahlung, die für die
Behandlung erforderlich ist, zu erzeugen, befindet sich im Gestell 6 ein
Linearbeschleuniger. Die Achse des Strahlungsbündels, das vom Linearbeschleuniger
emittiert wird, und dem Gestell 6 ist durch 10 gekennzeichnet.
Für die
Therapie können
Elektronen, Photonen oder jede andere detektierbare Strahlung eingesetzt
werden.
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Während der
Behandlung wird in diesem Beispiel, das nicht eine Ausführungsform
der Erfindung darstellt, das Strahlungsbündel auf eine Zone 12 eines
Objekts 13 auf einen zu behandelnden Patienten gelenkt,
welcher im Isozentrum der Gestellrotation liegt. Die Rotationsachse 8 des
Gestells 6, die Rotationsachse 14 des Behandlungstisches 16 und die
Strahlachse 10 schneiden sich vorzugsweise alle im Isozentrum.
Die Konstruktion einer solchen Bestrahlungsbehandlungsvorrichtung
ist allgemein in der 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 Objektes, welches bestrahlt wird, ist als Feld bekannt.
Wie dies wohlbekannt ist, sind die Platten 4 im Wesentlichen
für die
emittierte Strahlung undurchlässig.
Sie sind zwischen der Strahlungsquelle und dem Objekt angebracht,
um das Feld zu begrenzen. Bereiche des Objekts sind deshalb so wenig
Strahlung wie möglich
ausgesetzt, vorzugsweise gar keiner Strahlung. In der bevorzugten
Ausführungsform
der Erfindung ist mindestens eine der Platten beweglich, so dass
die Verteilung der Strahlung über
dem Feld nicht einheitlich zu sein braucht (ein Bereich kann eine
höhere
Dosis erhalten als ein anderer). Darüber hinaus kann das Gestell vorzugsweise
so gedreht werden, dass verschiedene Strahlenwinkel und Strahlungsverteilungen
ermöglicht
werden, ohne dass das Objekt herumbewegt werden muss. Keines dieser
Merkmale ist erfindungsgemäß notwendig:
Die Erfindung kann auch mit Festfeldvorrichtungen (keine beweglichen
Platten), mit konstanten Strahlungsabgaberaten und mit Festwinkelbündeln (kein
drehbares Gestell) eingesetzt werden.
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Die
Bestrahlungsbehandlungsvorrichtung 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 Zimmer, um den Therapeuten vor
Strahlung zu schützen.
Die Behandlungseinheit 100 umfasst Ausgabevorrichtungen,
bpsw. mindestens eine visuelle Anzeigeeinheit oder einen Monitor 70,
und eine Eingabevorrichtung, bspw. eine Tastatur 19, obwohl
die Daten auch durch Datenträger,
bspw. Datenspeichervorrichtungen, oder ein Verifizierungs- und Aufzeichnungs-
oder automatisches Konfigurationssystem 102, das nachstehend
beschrieben wird, eingegeben werden können. Die Behandlungsprozessoreinheit 100 wird
typischerweise vom Therapeuten, der die tatsächliche Verabreichung der Strahlungsbehandlung
wie verschrieben durchführt,
betätigt.
Durch Verwenden der Tastatur 19 oder einer anderen Eingabevorrichtung
gibt der Therapeut die Daten, welche die gemäß der Verschreibung des Onkologen
dem Objekt zu verabreichende Strahlung definieren, in eine Steuereinheit 76 der
Behandlungseinheit 100 ein. Das Programm kann auch über eine
andere Eingabevorrichtung, bpsw. eine Datenspeichervorrichtung, durch
Datenübertragung
oder unter Verwendung des automatischen Konfigurationssystems 102 eingegeben
werden. Auf dem Bildschirm eines Monitors 70 können verschiedene
Daten vor und während
der Behandlung dargestellt werden.
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2 zeigt
Abschnitte einer beispielhaften Bestrahlungsbehandlungsvorrichtung 2 und
Abschnitte der Behandlungseinheit 100 in detaillierterer Darstellung.
Ein Elektronenstrahl 1 wird in einem Elektronenbeschleuniger 20 erzeugt.
Der Beschleuniger 20 umfasst eine Elektronenkanone 21,
einen Wellenleiter 22 und eine evakuierte Hülle oder
einen Führungsmagneten 23.
Ein Triggersystem 3 erzeugt Injektortriggersignale und
liefert sie an den Injektor 5. Basierend auf diesen Injektortriggersignalen
erzeugt der Injektor 5 Injektorpulse, die der Elektronenkanone 21 im
Beschleuniger 20 zugeführt
werden, um einen Elektronenstrahl 1 zu erzeugen. Der Elektronenstrahl 1 wird
beschleunigt und von dem Wellenleiter 22 geführt. Zu
diesem Zweck ist eine (nicht gezeigte) Hochfrequenzquelle (HF-Quelle)
vorhanden, welche Funkfrequenzsignale (RF-Signale) zum Erzeugen
eines elektromagnetischen Feldes, das dem Wellenleiter 22 zugeführt wird,
bereitstellt. Die vom Injektor 5 injizierten Elektronen,
die von der Elektronenkanone 21 emittiert werden, werden
durch dieses elektromagnetische Feld im Wellenleiter 22 beschleunigt
und treten an dem der Elektronenkanone 21 gegenüberliegenden
Ende als Elektronenstrahl 1 aus. Der Elektronenstrahl 1 tritt
dann in einen Führungsmagneten 23 ein,
und von dort wird er durch ein Fenster 7 entlang der Achse 10 geführt. Nach
dem Durchtritt durch eine erste Streufolie 15 geht der
Strahl durch einen Durchlass 51 eines Abschirmungsblockes 50 und trifft
auf eine zweite Streufolie 17. Als nächstes wird er durch eine Messkammer 60 geschickt,
in der die Dosis festgestellt wird. Wenn die Streufolien durch ein
Target ersetzt werden, ist das Strahlungsbündel ein Röntgenstrahl. Schließlich ist
die Öffnungsplattenanordnung 4 im
Pfad des Strahlungsbündels 1 vorhanden,
durch welche das bestrahlte Feld des zu untersuchenden Subjekts
bestimmt wird. Die Öffnungsplattenanordnung 4 umfasst
ein Paar Platten 41 und 42. Wie vorstehend beschrieben,
ist dies nur ein Beispiel einer strahlabschirmenden Anordnung, die
erfindungsgemäß verwendet
werden kann. Die Erfindung funktioniert auch bei anderen, so lange eine Öffnungsplattenanordnung
existiert, die ein bestrahltes Feld definiert.
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Die
Plattenanordnung 4 umfasst ein Paar Öffnungsplatten 41 und 42 und
ein zusätzliches
Paar an Öffnungsplatten
(nicht gezeigt), welche senkrecht zu den Platten 41 und 42 angeordnet
sind. Um die Größe des bestrahlten
Feldes 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 42 umfasst einen Elektromotor,
der an die Platten 41 und 42 gekoppelt ist und
der durch eine Motorsteuerung 40 gesteuert 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,
so lange eine strahlabschirmende Anordnung existiert, die ein bestrahltes
Feld definiert, und solange Sensoren vorhanden sind, um die Feldgröße anzuzeigen.
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Die
Motorsteuerung 40 ist mit einer Dosiskontrolleinheit 61 gekoppelt,
die eine Dosimetriesteuerung umfasst und die mit einer zentralen
Prozessoreinheit 18 zum Liefern von Einstellwerten für das Strahlungsbündel zum
Erreichen gegebener Isodosenkurven gekoppelt ist. Die Leistung des
Strahlungsbündels
wird durch eine Messkammer 60 gemessen. Als Antwort auf
die Abweichung zwischen den Einstellwerten und den tatsächlichen
Werten liefert die Dosiskontrolleinheit 61 Signale an das
Triggersytem 3, das auf bekannte Art die Pulswiederholungsfrequenz
verändert,
so dass die Abweichung zwischen den Einstellwerten und den tatsächlichen Werten
der Leistung des Strahlungsbündels
minimiert wird.
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Bei
einer solchen Bestrahlungsbehandlungsvorrichtung hängt die
vom Objekt 13 absorbierte Dosis von der Art des Filters
ab, der für
das Formen des Strahlungsbündels
eingesetzt wird. Wenn ein Keilfilter, der aus absorbierendem Material
aufgebaut ist, in die Trajektorie des Strahlungsbündels eingeführt wird,
dann muss die vorgegebene Dosis gemäß dem Keilfaktor erhöht werden,
um die gewünschte
Dosis an das Objekt 13 abzugeben.
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3 zeigt
Isodosenkurven für
einen herkömmlichen
Keilfilter 46 im Weg des Strahlungsbündels, das von der Strahlungsquelle 17 zum
Objekt 13 emittiert wird. Das Strahlungsbündel wird
einerseits vom Keilfilter geformt und andererseits von den Öffnungsplatten 41 und 42.
Aufgrund des absorbierenden Materials des Keilfilters 46 weist
die Isodosenkurve im Zentrum 10 des Bündels auf dem Objekt 13 einen
Maximalwert von Dmax auf, welches der maximale Wert an einem Punkt
im Zentrum 10 des Bündels
auf der Oberfläche
des Objekts 13 ohne Keilfilter 46 ist. Im veranschaulichten
Beispiel beträgt
Dmax ungefähr
72%. Der Keilfaktor, der als das Verhältnis der Dosen mit und ohne
Keilfilter 46 definiert ist, beträgt somit in diesem Fall 0,72.
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4 zeigt
Isodosenkurven in einer erfindungsgemäßen Bestrahlungsbehandlungsvorrichtung.
Anstelle des Einfügens
eines keilförmigen
Absorbers im Weg des Strahlungsbündels
wird die Filterfunktion durch Ändern
der Strahlungsleistung des Strahlungsbündels und durch gleichzeitiges
Bewegen mindestens einer Platte
41 und Halten der anderen
Platten der Anordnung
4 stationär ausgeführt. Eine Bestrahlungsbehandlungsvorrichtung
mit einer solchen Filteranordnung ist in der
US 5,148,032 offenbart. Obwohl dieses
US-Patent die Möglichkeit des
Bewegens einer beliebigen Platte beschreibt, wird die Erfindung
im Folgenden nur in Verbindung mit einer beweglichen Platte beschrieben,
wobei die anderen Platten stationär gehalten werden. Dies dient
lediglich den Gründen
der Einfachheit. Die Erfindung kann auch für mehrere bewegliche Platten eingesetzt
werden.
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Wenn
sich in 4 die Platte 41 in
Richtung des Pfeiles A gegen die Platte 42 bewegt und gleichzeitig
die Strahlungsleistung gemäß einem
gewünschten
Keilwinkel verändert
wird, indem die Geschwindigkeit der Platte 41 entsprechend
verändert wird,
ist der Wert der Isodosenkurve durch das Zentrum des Bündels auf
der Oberfläche
des Objekts 13 gleich Dmax = 100%. Somit kann durch Verwendung einer
Keilfunktion anstelle eines keilförmigen Absorbers ein Effizienzfaktor
von "1" oder 100% erreicht werden.
Mit anderen Worten ist die Dosis, die an jenem Punkt abgegeben wird,
100% der vorgeschriebenen Dosis, obwohl dieselben relativen Isodosenprofile
beibehalten werden. Dies bedeutet, dass der Therapeut keinen Keilfaktor
berücksichtigen
muss, wenn er die Behandlung definiert, obwohl keilförmige Isodosenkurven
erstellt sind.
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2 zeigt
jene Abschnitte der Behandlungseinheit 100, die für die Ausführung der
Erfindung notwendig sind. Die Behandlungseinheit 100 umfasst
eine zentrale Prozessoreinheit 18, die vom Therapeuten
gemäß den Anweisungen
des Onkologen programmiert wird, so dass die Bestrahlungsbehandlungsvorrichtung
die verschriebene Bestrahlungsbehandlung ausführt. Durch die Tastatur 19 wird
die vorgeschriebene Verabreichung der Strahlungsbehandlung eingegeben.
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Die
zentrale Prozessoreinheit 18 ist einerseits mit der Eingabevorrichtung,
bspw. der Tastatur 19, zum Eingeben der vorgeschriebenen
Verabreichung der Strahlungsbehandlung und andererseits mit einer
Dosiskontrolleinheit 61 verbunden, welche die gewünschten
Werte der Strahlung für
das steuernde Triggersystem 3 erzeugt. Das Triggersystem 3 passt
dann die Pulswiederholungsfrequenz oder andere Parameter auf entsprechende
herkömmliche
Art an. Die Fähigkeit
zum Verändern
der Strahlungsleistung ist allgemein bekannt und es ist insbesondere vorteilhaft,
ein digitales Dosimetriesystem zu verwenden, da dieses dann leicht
durch den digitalen Ausgang der zentralen Prozessoreinheit 18 angesteuert werden
kann.
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Die
zentrale Prozessoreinheit 18 umfasst eine Steuereinheit 76,
welche die Ausführung
des Programms steuert und Positionssignale P zum Steuern der Öffnung der
Plattenanordnung 4 und nominale Dosissignale D (entsprechend
der Plattenposition, die bei Einsatz von Verfahren des Standes der Technik
erforderlich wären,
d. h. ohne Berücksichtigung
der Leistungsfaktorkompensation) zum Einstellen der Strahlungsleistung
am Ausgang der Strahlungsquelle 17 liefert. Ein Speicher 77 ist
ebenfalls in der zentralen Prozessoreinheit 18 vorhanden
oder mit dieser verbunden, um Korrektursignale C zu liefern, welche
die Prozessoreinheit dazu verwendet, die Strahlungsleistung in Abhängigkeit
von den Positionssignalen P, die von den Positionssensoren 44 und 45 geliefert
werden, um einen vorgegebenen konstanten Leistungsfaktor zu erhalten,
einzustellen.
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Die
bevorzugte Anordnung der Speichereinheit ist so, dass für jede Plattenposition
(Feldgröße) ein
entsprechendes Keilkorrektursignal C gespeichert ist. Der Speicher
speichert somit eine Tabelle von Keilkorrekturfaktoren. Wenn mehr
als ein Satz beweglicher Platten im System enthalten ist, ist die Tabelle
entsprechend mehrdimensional und unter Einsatz einer beliebigen
bekannten Datenstruktur angeordnet, so dass ein Keilkorrekturfaktor
für jede Kombination
von Plattenpositionen erhältlich
ist.
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Die
Steuereinheit 76 und der Speicher 77 geben die
nominalen Dosis- und Keilkorrektursignale C bzw. D an eine Kombinationsschaltung 78 ab,
welche die Werte kombiniert, um Einstellsignale S zu erzeugen. Die
Einstellsignale S werden wiederum an die Dosiskontrolleinheit 61 angelegt,
welche den Strahlungsausgang einstellt.
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Die
Kombinationsschaltung 78 hängt von der Form ab, in der
die Keilkorrektursignale erzeugt und gespeichert werden. Es wird
angenommen, dass die Keilkorrekursignale C als additive Offsets
bezüglich der
eingestellten Strahlungsleistung gespeichert sind. In diesem Fall
ist die Kombinationsschaltung eine Additionseinheit, welche die
Keilkorrektursignale C den nominalen Dosissignalen D hinzufügt. Dies ist
die bevorzugte Ausführungsform,
da sie die einfachste ist. Wenn jedoch die Keilkorrekturfaktoren bspw.
Multiplizieren sind, würde
eine Zunahme der Strahlungsleistung in Bezug auf einen erfassten
Wert von 72% ein multiplikatives Korrektursignal von etwa 139% erfordern.
Anstelle des Speicherns aktueller Werte der Keilkorrektursignaie
C ist es auch möglich, die
Parameter einer Keilkorrekturfunktion für die verschiedenen Feldgrößen zu speichern.
Die Prozessoreinheit evaluiert in diesem Fall die Keilkorrekturfunktion
für jede
gegenwärtige
Feldgröße unter
Einsatz der im Speicher gespeicherten Parameter und erzeugt dann
die Keilkorrektursignale (additiv oder multiplikativ) selbst.
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Die
Keilkorrektursignale werden vor der tatsächlichen Behandlung eines Objekts
in einem oder mehreren Kalibrierungsläufen bestimmt. Um relative Keilkorrekturfaktoren
zu bestimmen, wird eine Bezugsoberfläche mit einer bekannten Bezugsplattenposition
bestrahlt, und die Strahlungsleistung über der Oberfläche wird
von einer herkömmlichen
Sensorvorrichtung (nicht gezeigt) erfasst, welche die Strahlungsleistungssignale
erzeugt, die dann an die Prozessoreinheit 18 angelegt werden.
Insbesondere wird die Strahlungsleistung an einem Bezugspunkt (bspw.
am Zentrum des Bündels)
erfasst. Die Bezugsoberfläche
muss nicht in der Objektebene liegen, obwohl die Kallibrierung typischerweise
leichter und genauer ist, wenn dies der Fall ist.
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Die
Platten werden dann an eine neue Öffnungsposition bewegt, die
Strahlungsleistung wird erfasst und die benötigte Menge an Einstellungen wird
bestimmt, um das geeignete Isodosenprofil für jene Position zu erzeugen.
Dieser Prozess wird fortgesetzt, bis die Korrekturwerte für die Bezugsoberfläche über dem
gesamten Bereich von Plattenbewegungen gespeichert sind. Wenn mehr
als ein Satz beweglicher Platten enthalten ist, werden Korrekturwerte
für jede
Kombination von Plattenpositionen erfasst und gespeichert. Die Anzahl
an Kombinationen hängt von
der gewünschten
oder erforderlichen Auflösung ab.
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Die
Korrekturwerte zeigen an, wie stark die Strahlungsleistung (bspw.
die Dosisrate) verändert werden
muss (über
die Keilkorrektursignale), so dass die abgegebene Dosisverteilung
gleich der gewünschten
Dosisverteilung ist, d. h., die Isodosenprofile werden so erzeugt,
wie sie wären,
wenn die Strahlungsleistung konstant gehalten würde und ein physikalischer
Keil im Strahlweg enthalten wäre. Während der
tatsächlichen
Behandlung stellt die Prozessoreinheit für jede Plattenposition die
Strahlungsleistung so ein, dass sie dem entspricht, was nötig ist, um
das korrekte Isodosenprofil zu erzeugen. Da jedoch kein tatsächlicher
physikalischer Keil enthalten ist und das System für eine 100%ige
Leistung am Bezugspunkt kalibriert ist, braucht der Therapeut keinerlei
Berechnung durchzuführen,
um eine Anpassung an einen Keilfaktor auszuführen. Wenn additive Offsets
für die
Keilkorrekturfaktoren gewählt
werden, dann wird die Differenz zwischen den erfassten Leistungswerten
und den gewünschten
Leistungswerten gespeichert. Wenn multiplikative Korrekturfaktoren gewählt werden,
werden Verhältnisse
gespeichert. Alternativ dazu kann jedes bekannte Funktionsapproximationsverfahren
dazu verwendet werden, die Parameter einer Approximationsfunktion
der erforderlichen additiven oder multiplikativen Keilkorrekturfaktoren
zu erzeugen.
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Ein "Verlauf' einer Bestrahlungsbehandlu
ng kann mehr als ein Feld aufweisen, was häufig der Fall ist, und kann
sich über
mehrere unterschiedliche Sitzungen erstrecken. In einigen Fällen werden
während
eines Verlaufs bspw. hunderte verschiedener (und in einigen Fällen feststehender)
sequenzieller Felder mit verschiedenen Keilen eingesetzt, um die geeignete
Bestrahlung eines Feldes zu gewährleisten,
das ein komplizierte Geometrie oder ein kompliziertes vorgeschriebenes
Dosisprofil aufweist. Die Erfindung umfasst deshalb auch ein optionales
Verifizierungs- und Aufzeichnungssystem oder "Selbsteinstellsystem" 102 (siehe 2),
welches die Parameter, bspw. der Geometrie, der verschiedenen Felder
des Verlaufs der Behandlung und/oder der Tabellen der Keilkorrekturfaktoren,
die während
früherer Kalibrierungsläufe für die verschiedenen
Felder hergeleitet wurden, speichert und auf das Bestrahlungssystem
herunterlädt
(über die
CPU 18 oder direkt in den Speicher).