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Die
Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Strahlenbehandlung und ein
Verfahren zum Betreiben der Strahlungsbehandlungseinrichtung, und
spezieller die Festlegung des Strahlungsfeldes in der Behandlungszone.
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Es
ist eine Strahlungsbehandlungseinrichtung bekannt, die ein Gestell
aufweist, das um eine horizontale Drehachse im Verlauf einer therapeutischen
Behandlung verschwenkt werden kann, und einen Linearbeschleuniger,
der in dem Gestell vorgesehen ist, um einen Strahlungsstrahl mit
hoher Energie für
eine Therapie zu erzeugen. Der Strahlungsstrahl mit hoher Energie
kann ein Elektronenstrahl oder ein elektromagnetischer Strahl sein,
beispielsweise ein Röntgenstrahl.
Während
der Behandlung wird der Strahlungsstrahl auf einen Teil eines Patienten
gerichtet, der im Zentrum der Drehung des Gestells liegt.
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Um
die bei dem Strahl auftretende Strahlung zu steuern ist es bekannt,
eine Strahlabschirmvorrichtung, beispielsweise eine Plattenanordnung und/oder
einen Kollimator im Verlauf des Strahlungsstrahls zwischen der Strahlungsquelle
und dem Bereich anzuordnen, in welchem ein Objekt zur Behandlung
angeordnet wird. Die Strahlabschirmvorrichtung legt ein Feld auf
dem Objekt fest, das mit einer vorbestimmten Strahlungsmenge bestrahlt
werden soll. Die Größe des Feldes
ist signifikant in der Hinsicht, dass sie den Bereich eines Patienten
festlegt, der bestrahlt wird.
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Die
einem Objekt zugeführte
Strahlung kann auf primäre
und sekundäre
Komponenten aufgeteilt werden. Die primäre Strahlung besteht aus der
anfänglichen
oder ursprünglichen
elektromagnetischen Strahlung, die von der Strahlungsquelle ausgesandt wird.
Die sekundäre
Strahlung ist das Ergebnis der Photonen, die von der Plattenanordnung
gestreut werden. Die Strahlungsabgabe des Strahl im freien Raum
nimmt infolge der erhöhten
Streuung an der Platte bzw. dem Kollimator zu, die zum primären Strahl
hinzutritt. Anders ausgedrückt,
ist ein Punkt in dem Feld nicht mehr der primären, direkten Strahlung ausgesetzt,
sondern auch der sekundären
Strahlung, die von der Plattenanordnung gestreut wird. Das Verhältnis der
Strahlungsausgangsleistung in Luft mit dem Streuer zur Strahlungsausgangsleistung
ohne den Streuer für
ein Bezugsfeld (beispielsweise mit einer Größe von 10 × 10 cm) wird üblicherweise
als der
Ausgangsfaktor'' oder der
Kollimator-Streufaktor'' bezeichnet. Das Konzept und die Definition
des Ausgangsfaktors sind auf diesem Gebiet wohl bekannt.
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Infolge
der sekundären
Strahlung von den gestreuten Photonen hängt die Dosisrate, die auf
die Oberfläche
eines Objekts einwirkt, von der Größe der Öffnung in der Plattenanordnung
ab, also von der Feldgröße. Dies
bedeutet, dass der Bestrahlungspegel an einem bestimmten Punkt auf
einem Objekt, beispielsweise einem Punkt im Zentrum des Strahlungsstrahls,
sich in Abhängigkeit
von der Größe der Öffnung in
der Plattenanordnung ändert.
Im Allgemeinen ist, wenn die Plattenanordnung eine relativ kleine Öffnung aufweist,
die akkumulierte Dosis an einem bestimmten Punkt kleiner als dann,
wenn die Öffnung
relativ groß ist.
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Zur
Einstellung der Feldgröße weist
eine Strahlenbehandlungsvorrichtung einen Einstellmodus auf, in
welchem für
die Bedienungsperson sichtbares Licht von dem Behandlungskopf aus
projiziert wird, um ein sichtbares Lichtfeld auf dem Patienten auszubilden.
Das sichtbare Lichtfeld erleichtert die Einstellung von Strahlparametern
und das Positionieren des Patienten relativ zum Behandlungskopf.
Für die
Einstellung wird die Feldgröße des sichtbaren Lichtfeldes
als Anzeige der Feldgröße des Strahlungsstrahls
angesehen, die während
der nachfolgenden Behandlung vorhanden ist.
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Die
Feldgröße wird
dadurch eingestellt, dass eine Blende durch einen Kollimator in
dem Behandlungskopf geändert
wird. Die Blende wird durch Einstellungen von X-Achsen-Kollimatorspannbacken und
Y-Achsen-Kollimatorspannbacken festgelegt, wobei die Spannbacken
Blöcke
aus die Strahlung abschwächendem
Material darstellen, welche die Feldgröße durch Begrenzung der Winkelausbreitung
des Strahls bestimmen. Die Konvention ist so, dass die X-Achsen-Spannbacken
unterhalb der Y-Achsen-Spannbacken angeordnet sind.
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Die
Einstellprozedur beruht daher auf der Annahme, dass die Feldgröße und der
Ort des Strahlungsstrahls mit jenen des sichtbaren Lichts übereinstimmen.
Allerdings ist tatsächlich
keine exakte Übereinstimmung
zwischen den jeweiligen Feldern vorhanden, da die Ausbreitung und
andere Eigenschaften der Behandlungsstrahlung und des sichtbaren
Lichts, beispielsweise Intensität,
Punktgröße und Punktposition,
signifikant verschieden sind. Weiterhin weist im Falle von Röntgenstrahlen
bei unterschiedlichen Röntgenstrahlenergien
der Strahl der Behandlungsstrahlung unterschiedliche Streukomponenten
auf. Der Halbschatten der beiden Feldränder ist verschieden. Dies
führt dazu,
dass dann, wenn die Kollimatorspannbacken während einer Einstellprozedur
unter Verwendung sichtbaren Lichts eingestellt werden, die Feldgröße für die Röntgenstrahlung,
die zur Behandlung eingesetzt wird, signifikant anders sein kann.
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Um
die Differenz zwischen den Größen des üblicherweise
größeren Lichtfeldes
und des Strahlungsfeldes zu verringern, können sogenannte Trimmer an
den Rändern
der Spannbacken angebracht sein. Trimmer bestehen aus einem Material
wie beispielsweise Aluminium, das durchlässig für Röntgenstrahlung ist, jedoch
undurchlässig
für sichtbares Licht.
Trimmer dienen daher dazu, zumindest die Größendifferenz zwischen dem sichtbaren
Lichtfeld und dem Röntgenstrahl-Strahlungsfeld
zu verringern. Die Trimmer können
für Röntgenstrahlung
durchlässige
Lamellen sein, die etwas (beispielsweise 4,3 mm) über die
Oberflächen
der Kollimatorspannbacken vorstehen, um das Lichtfeld abzustimmen.
Allerdings hängen
jene Effekte, welche die Nichtübereinstimmung
hervorrufen, teilweise von der Energie der Strahlung ab. Daher sind
Trimmer mit Abmessungen, die zur Bereitstellung einer Übereinstimmung auf
einem relativ niedrigen Energiepegel (beispielsweise 6 MV) geeignet
sind, weniger wirksam zum Erreichen einer Übereinstimmung, wenn die Einrichtung
so eingestellt wird, dass sie auf einem höheren Energiepegel (beispielsweise
23 MV) arbeitet. Ein Kompromiss kann so ausgewählt werden, dass Trimmer eingesetzt
werden, die eine Breite aufweisen, die dazu geeignet ist, eine Übereinstimmung
in der Mitte des verfügbaren
Energiebereiches zu erzielen. Die Feldgrößenübereinstimmung verschlechtert
sich jedoch zum hohen und niedrigen Ende des Energiebereiches der
Einrichtung hin. Wenn daher nicht Trimmer bei annähernd jeder Änderung
der gewünschten Behandlungsstrahlparameter
ausgetauscht werden, kann daher ein hohes Ausmaß an Feldgrößenübereinstimmung nicht erreicht
werden.
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Das
Patentdokument
EP 0314231 (Philips Electronic
et al.) beschreibt eine Kollimatoranordnung zum Einsatz bei einer
Strahlentherapieeinrichtung, die eine Gruppe von Strahlungsabschwächungsteilen
aufweist. Jedes Teil ist mit einem Retroreflektor zum Reflektieren
der Beleuchtung von einer Lampe in eine Kamera versehen. Daher stellt
die Kamera die Position jedes Teils fest.
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Gemäß einem
Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben einer Strahlenbehandlungseinrichtung
zur Verfügung
gestellt, die eine Feldabgrenzungsanordnung aufweist, wobei eine Einstellung
der Feldabgrenzungsanordnung eine Abmessung eines Lichtfeldes festlegt,
das in einem Einstellmodus des Systems ausgebildet wird, und eine entsprechende
Abmessung eines Strahlungsfeldes festlegt, das in einem Betriebsmodus
der Einrichtung ausgebildet wird, wobei das Verfahren umfasst, automatisch
die Einstellung der Feldabgrenzungsanordnung anzupassen, wenn zwischen
dem Einstellmodus und dem Betriebsmodus umgeschaltet wird, und die
Anpassung so ausgebildet ist, dass die Differenz der Abmessungen
zwischen dem Lichtfeld und dem Strahlungsfeld kompensiert wird,
die anderenfalls bei der Modusumschaltung aufträte, wenn die Einstellung der
Feldabgrenzungsanordnung unverändert bliebe.
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Gemäß einem
anderen Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Bestimmung von
Abmessungsdaten für
eine Strahlenbehandlungseinrichtung zur Verfügung gestellt, die eine Feldabgrenzungsanordnung
aufweist, wobei eine Einstellung der Feldabgrenzungsanordnung eine
Abmessung eines Lichtfeldes festlegt, das in einem Einstellmodus
der Einrichtung ausgebildet wird, und eine entsprechende Abmessung
eines Strahlungsfeldes festlegt, das in einem Betriebsmodus der
Einrichtung ausgebildet wird, wobei das Verfahren die Schritte umfasst,
für mehrere
Einstellungen der Feldabgrenzungsanordnung Daten zu bestimmen, welche
die Differenz zwischen jeweiligen Abmessungen des Lichtfeldes und des
Strahlungsfeldes anzeigen, die bei dieser Einstellung ausgebildet
werden; und diese Daten als die Abmessungsdaten zu speichern.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Strahlenbehandlungseinrichtung
zur Verfügung
gestellt, bei welcher vorgesehen sind: eine Strahlungsquelle (26)
zur Erzeugung eines Strahlungsstrahls; eine Vorrichtung (30, 34)
zur Betätigung
des Strahlungsstrahls zur Festlegung eines Strahlungsfeldes in einer
Behandlungszone (22); eine Lichtquelle (52) zur
Erzeugung eines Lichtstrahls; eine Vorrichtung zur Betätigung des
Lichtstrahls zur Festlegung eines Lichtfeldes in der Behandlungszone
(22); eine Feldabgrenzungsanordnung (36), die
gemeinsam von der Strahlungs- und der Lichtstrahl-Betätigungsvorrichtung
genutzt wird, und in dem Weg des Lichtstrahls und des Strahlungsstrahls
angeordnet ist, wobei eine Einstellung der Feldabgrenzungsanordnung
(36) eine Abmessung des Lichtfeldes und eine entsprechende
Abmessung des Strahlungsfeldes festlegt; und eine Vorrichtung zur
Umschaltung der Strahlungseinrichtung zwischen einem Einstellmodus,
in welchem ein Lichtfeld in der Behandlungszone ausgebildet wird,
und einem Betriebsmodus, in welchem ein Strahlungsfeld in der Behandlungszone
ausgebildet wird; gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (28, 60; 92)
zur automatischen Anpassung der Einstellung der Feldabgrenzungsanordnung
(36), wenn die Umschaltung zwischen dem Einstellmodus und
dem Betriebsmodus erfolgt, wobei die Anpassung so ausgebildet ist,
dass sie die Differenz der Abmessungen zwischen dem Lichtfeld und
dem Strahlungsfeld kompensiert, die anderenfalls bei der Modusumschaltung
aufträte, wenn
die Einstellung der Feldabgrenzungsanordnung unverändert bliebe.
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Weitere
Aspekte der Erfindung sind in den beigefügten Patentansprüchen angegeben.
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Zum
besseren Verständnis
der Erfindung, und um zu zeigen, wie diese in die Praxis umgesetzt werden
kann, wird nunmehr beispielhaft auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen,
in welchen:
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1 eine
Perspektivansicht einer Strahlungseinrichtung zur Bereitstellung
einer automatischen Feldgrößenübereinstimmung
ist;
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2 ein
Blockschaltbild der Strahlungseinrichtung von 1 ist;
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3 eine
schematische Darstellung einer Feldabgrenzungsanordnung für den Kollimator
von 2 ist;
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4 eine
Ausführungsform
eines Prozessflusses zur Implementierung einer automatischen Feldgrößenübereinstimmung
erläutert;
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5 eine
Tabelle von Feldgrößen ist,
die während
der Implementierung des Prozesses von 4 berechnet
und gespeichert werden; und
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6 einen
parabelförmigen
Spiegel bei einer alternativen Ausführungsform zeigt.
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1 ist
eine Perspektivansicht einer Strahlungseinrichtung 10 für medizinische
Anwendungen, die ein Gestell 12 aufweist, das um eine horizontale Drehachse 14 im
Verlauf einer therapeutischen Behandlung verschwenkt werden kann.
Ein Behandlungskopf 16 des Gestells 12 richtet
einen Strahlungsstrahl entlang einer Achse 18 auf einen
Patienten 20. Der Strahlungsstrahl wird durch einen Linearbeschleuniger
erzeugt, der in dem Gestell vorgesehen ist. Der Strahlungsstrahl
kann Elektronenstrahlung oder elektromagnetische Strahlung sein,
beispielsweise Röntgenstrahlung.
Der Strahlungsstrahl wird auf eine Behandlungszone 22 des
Patienten gerichtet.
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Die
Behandlungsparameter einer bestimmten therapeutischen Sitzung werden
festgelegt, wenn sich die Strahlungseinrichtung 10 in einem
Einstellmodus befindet. Die Behandlungszone 22 wird in
Bezug auf das Gestell 12 dadurch positioniert, dass das Gestell
um die horizontale Achse 14 gedreht wird, und ein Behandlungstisch 24 bewegt
wird, auf welchem der Patient 20 liegt. Nachdem die Behandlungszone
positioniert wurde, werden Strahlparameter eingestellt. Vorzugsweise
ermöglicht
die Strahlungseinrichtung 10 die Auswahl eines von mehreren Energiepegeln,
beispielsweise Röntgenstrahl-Energiepegel
von 6 MV, 15 MV und 23 MV. Die Abmessungen des Strahlungsfeldes
sollten an die Abmessungen der Behandlungszone 22 angepasst
sein, so dass nur jener Bereich des Patienten, der behandelt werden
soll, der Strahlung ausgesetzt wird. Wie nachstehend genauer erläutert wird,
werden die Abmessungen des Strahlungsfeldes durch die Feldabgrenzungsanordnung
in dem Behandlungskopf 16 bestimmt. Während der Einstellstufe ist
der Strahl, der entlang der Achse 18 projiziert wird, ein
Strahl aus sichtbarem Licht, der es einem Benutzer ermöglicht,
nicht-intrusiv die Ausrichtung und die Abmessungen des Strahls einzustellen,
der entlang der Achse 18 projiziert wird. Eine Projektorlampe
kann während
des Einstellmodus der Einrichtung aktiviert werden, um das gewünschte Lichtfeld
in der Behandlungszone 22 zur Verfügung zu stellen. Wenn die Einrichtung
auf den Betriebsmodus umgeschaltet wird, wird das sichtbare Licht
durch den Strahlungsstrahl für
die Behandlung ersetzt.
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Ein
herkömmlicher
Linearbeschleuniger (
Linac'')
26 kann dazu eingesetzt werden,
einen Elektronenstrahl als den Strahlungsstrahl zu erzeugen, der von
der Strahlungseinrichtung
10 von
1 ausgesandt
wird. Der Energiepegel des Elektronenstrahls wird durch eine Steuerung
28 bestimmt,
welche eine Elektronenkanone des Linacs
26 aktiviert. Die
Elektronen von der Elektronenkanone werden entlang einem Wellenleiter
unter Verwendung bekannter Energieübertragungsverfahren beschleunigt.
Die Steuerung
28 steht weiterhin in Kommunikationsverbindung
mit einem Datenspeicher
60, dessen Rolle nachstehend genauer
erläutert
wird.
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Der
Elektronenstrahl von dem Wellenleiter des Linacs 26 gelangt
in einen herkömmlichen
Führungsmagneten 30,
der den Elektronenstrahl um etwa 270° ablenkt. Der Elektronenstrahl
tritt dann durch ein Fenster aus, das für den Strahl durchlässig ist,
jedoch es ermöglicht,
dass ein Vakuum in dem Linac 26 aufrechterhalten bleibt.
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Entlang
einer Achse 32 des von dem Führungsmagneten 30 ausgesandten
Elektronenstrahls ist eine Streufolie oder ein Target 34 angeordnet. Wenn
das Element 34 eine Streufolie ist, werden die Elektronen
so aufgeweitet, dass ein kegelförmiger Elektronenstrahl
entsteht. Wenn das Element 34 ein Target ist, wird der
Strahlungsstrahl in Röntgenstrahlung
umgewandelt.
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Ein
Kollimator 36 ist entlang dem Weg des Strahlungsstrahls
angeordnet, und begrenzt die Winkelaufweitung des Strahlungsstrahls.
So können
beispielsweise Blöcke
aus einem die Strahlung abschwächendem
Material dazu verwendet werden, ein Strahlungsfeld festzulegen,
das durch den Kollimator zu einem Empfänger 38 gelangt. Der
Empfänger kann
der Patient sein, oder eine Anordnung, die zum Kalibrieren der Strahlungseinrichtung
während
eines Kalibriervorgangs verwendet wird. Ein Monitor oder eine Anzeige 66 ist
in Kommunikationsverbindung mit der Linac-Steuerung 28 und
dem Empfänger 38 angeordnet.
Der Einsatz des Monitors 66 wird nachstehend genauer erläutert.
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3 zeigt
weitere Einzelheiten des Targets 34 und des Kollimators 36.
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Der
Kollimator
36 weist Y-Achsen-Spannbacken und X-Achse-Spannbacken auf.
In
3 werden die Y-Achse-Spannbacken durch erste und
zweite Blöcke
40 bzw.
42 aus
einem die Strahlung abschwächendem
Material repräsentiert.
Unterhalb der Y-Achse-Spannbacken sind dritte und vierte Blöcke
44 bzw.
46 angeordnet,
welche die X-Achse-Spannbacken bilden. Der Abstand zwischen den
ersten und zweiten Blöcken
legt eine Abmessung der Targetzone
48 auf einem Körper
50 fest,
während
der Abstand zwischen den dritten und vierten Blöcken eine weitere Abmessung
im Wesentlichen in rechtem Winkel zur erstgenannten Abmessung festlegt.
Die Blöcke
40,
42,
44 und
46 legen
daher das Feld und die Abmessungen der Targetzone
48 fest,
und werden als
Feldabgrenzungsanordnung'' bezeichnet.
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In
dem Einstellmodus der Strahlungseinrichtung ist der Linac 26 ausgeschaltet,
und die Lichtquelle 52 eingeschaltet. Die Lichtquelle schickt
sichtbares Licht an ein optisches Element 54, beispielsweise
einen Strahlteiler, um das Licht in dem Kollimator 36 umzulenken.
Die Lichtquelle kann beispielsweise eine Quarz-Halogenlampe von
150 W sein. Das optische Element 54 ist durchlässig für Strahlung von
dem Linac 26. Wenn das Licht durch den Kollimator hindurchgegangen
ist, kann der Strahl dazu eingesetzt werden, die Spannbacken des
Kollimators zu positionieren. Wenn beispielsweise die Targetzone 48 auf
dem Körper 50 von 3 ein
tätowierter Bereich
auf einen Patienten ist, können
die Blöcke 40 bis 46 eingestellt
werden, bis das von dem Kollimator ausgesandte Lichtfeld mit der
Fläche
der Targetzone übereinstimmt.
Die Strahlungseinrichtung kann dann auf einen Betriebsmodus umgeschaltet
werden, in welchem der Strahlungsstrahl die Rolle des Lichtstrahls übernimmt.
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Ein
Paar dynamischer Einsteller 56 und 58 ist zum
Steuern der X-Achsen- bzw. Y-Achsen-Spannbacken vorgesehen, und
dient zur Ermöglichung
einer automatischen Anpassung der Einstellungen der jeweiligen Spannbacken,
um inhärente Unterschiede
zwischen Feldgrößen des
sichtbaren Lichtstrahls und des Behandlungs-Strahlungsstrahls zu
kompensieren. Die Einrichtung kann eine Anpassung der X-Achsen-
und der Y-Achsen-Spannbacken ermöglichen,
wenn das Licht eingeschaltet ist.
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Die
dynamischen Einsteller
56 und
58 sind so angeordnet,
dass sie Steuersignale von der Steuerung
28 empfangen.
Bei einem bevorzugten Beispiel werden die stufenweisen Änderungen
der Spannbackenanpassung in Abhängigkeit
von dem Inhalt einer oder mehrerer Nachschlagetabellen festgelegt,
die in dem Speicher
60 gespeichert sind, und auf die durch
Steuersoftware zur Einstellung des
Trimmens'' des Lichtfeldes zugegriffen wird. Für einen
vorgegebenen Energiepegel der Röntgenstrahlung,
etwa 15 MV, und eine gewünschte
Feldabmessung, etwa 10 cm, geben in der Nachschlagetabelle gespeicherte
Daten an, das zum Erhalten einer Röntgenstrahl-Feldabmessung von
10 cm die geeignete Spannbacken-Abmessung auf 10,2 cm während des Einstellmodus
unter Verwendung eines sichtbaren Lichtstrahls eingestellt werden
sollte. Die dynamischen Einsteller
56 und
58 können dann
durch die Steuerung
28 dazu aktiviert werden, automatisch
die Positionierung der Blöcke
40 bis
46 zu
variieren, um die Differenz von 0,2 cm zwischen den inhärenten Feldgrößen der
optischen Strahlung und der Röntgenstrahlung
zu kompensieren.
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Die
dynamischen Einsteller 56 und 58 können als
jede geeignete, elektronisch steuerbare Vorrichtung ausgebildet
sein, welche die Blöcke 40 bis 46 verstellen
kann.
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4 erläutert eine
Ausführungsform
eines Vorgangs zur Erzielung einer Übereinstimmung zwischen Feldgrößen eines
Lichtfeldes und eines Strahlungsfeldes für die Einrichtung 10 von 1.
Im Schritt 62 wird die Kollimator-Feldgröße für die Strahlungsausgangsleistung
kalibriert. Die Kalibrierung einer Strahlungseinrichtung für Röntgenstrahlung
ist auf diesem Gebiet wohl bekannt, und es kann jedes der bekannten
Verfahren bei der Ausführung
des Schrittes 62 eingesetzt werden. So kann beispielsweise
ein Wassertank dazu verwendet werden, einen menschlichen Körper oder
ein anderes Objekt zu simulieren, und kann eine Sonde dazu eingesetzt
werden, die Strahlung durch das Wasser zu messen. Befindet sich
die Wasseroberfläche
in einer Entfernung (TSD) zwischen Target und Oberfläche von
900 mm, und die Sonde im Zentrum, so kann die Feldgröße für eine bestimmte
Einstellung der Spannbacken gemessen werden. Herkömmlich wird
die Feldgröße in Bezug
auf 50 Prozent des maximalen Dosiswerts der Strahlung gemessen.
Diese Messung wird im Element 60 von 2 gespeichert.
Der Vorgang wird für eine
Anzahl an Einstellung der Spannbacken wiederholt, und jede Messung
wird aufgezeichnet. Vorzugsweise sind der Energiepegel der Strahlung
und die TSD über
die gesamte Kalibrierung konstant, da diese beiden Faktoren die
Streuung und die Beugung des Strahls beeinflussen. Wie nachstehend
genauer erläutert
wird, werden jedoch die Prozessschritte vorzugsweise in Bezug auf
mehr als einen Energiepegel und/oder in Bezug auf mehr als eine
TSD durchgeführt.
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Im
Schritt 64 werden die Messungen der Feldgrößen, die
während
des Schrittes 62 akquiriert werden, mit Werten auf der
Anzeige 66 (siehe 2) koordiniert,
die von einem Benutzer der Strahlungseinrichtung verwendet wird.
Die Anzeige enthält Festlegungen
von Abmessungen. Bei der beispielhaften Ausführungsform von 4 sind
die Anzeigen betätigbar,
so dass die Anzeigewerte mit den gemessenen Feldgrößen bei
jeder der verschiedenen Einstellungen der Spannbacken koordiniert
werden können.
Im Schritt 68 werden die Daten von den Schritten 62 und 64 aufgezeichnet.
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Das
Licht 52 von 2 wird dann eingeschaltet, wie
im Schritt 70 von 4 gezeigt.
Für die gleichen
Spannbackeneinstellungen, die bei der Kalibrierung der Strahlungsausgangsleistung
im Schritt 62 verwendet wurden, werden die Lichtfeldgrößen im Schritt 72 gemessen.
Dies kann unter Einsatz herkömmlicher
Vorgehensweisen erfolgen. So kann beispielsweise der Wassertank,
der im Schritt 62 verwendet wurde, durch Registrierpapier
oder ein Filmpack ersetzt werden. Der Anteil des Registrierpapiers oder
des Films, der von dem Lichtstrahl beleuchtet wird, wird für jede Einstellung
gemessen. Dann wird der Abmessungsunterschied zwischen dem Lichtfeld und
dem Strahlungsfeld für
jede Spannbackeneinstellung bestimmt. Die Deltawerte werden im Schritt 74 aufgezeichnet.
Bei einer Ausführungsform
ist der Deltawert einfach eine Differenz zwischen der gemessenen
Lichtfeldgröße aus dem
Schritt 72 und dem Anzeigemonitorwert für die spezielle Einstellung der
Spannbacken. Da die Effekte der Streuung und Beugung unterschiedliche
Auswirkungen auf den Röntgenstrahl
und den Lichtstrahl haben, sind die Deltawerte zumindest teilweise
Anzeigen der unterschiedlichen Auswirkungen. Nach dem Schritt 74 kann
eine Tabelle aus den im Bauteil 60 von 2 gespeicherten
Daten gebildet werden. Eine derartige Tabelle 76 ist in 5 gezeigt.
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Im
Schritt 70 gibt die erste Reihe die verschiedenen Einstellungen
der Spannbacken an, welche die betreffende Feldgröße beeinflussen.
Daher ist die erste Reihe eine Anzeige der Einstellung 78 der
Feldabgrenzungsanordnung, die dynamisch angepasst werden kann. Die
zweite Reihe 80 zeigt die gemessenen Feldgrößen für das Röntgenstrahlfeld bei
einem Energiepegel von 6 MV. Die Werte 78 und 80 sind
identisch, da die Strahlungsausgangsleistung im Schritt 62 kalibriert
wurde.
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In
der dritten Reihe 82 wurden die Anzeigewerte der Anzeige 66 aufgezeichnet.
Da die Röntgenstrahl-Feldgrößen und
die Anzeigewerte im Schritt 64 von 4 koordiniert
wurden, sind die Werte 82 identisch zu den Werten der Reihe 80.
Bei abgeschaltetem Röntgenstrahl
und eingeschaltetem Licht 52 wurden die Lichtfeldgrößen im Schritt 72 gemessen,
und in der vierten Reihe 84 der Tabelle 76 aufgezeichnet.
Die letzte Reihe 86 zeichnet die Deltawerte auf, welche
die Abmessungsdifferenzen zwischen der Röntgenstrahl-Feldgröße 80 und
der Lichtfeldgröße 84 sind.
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Im
Schritt 88 von 4 können die zur Erzeugung der
Tabelle 76 vorgenommenen Schritte für alternative Energiepegel
der Strahlungseinrichtung wiederholt werden.
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Da
die Strahlungsfeldgrößen variieren
können,
in Abhängigkeit
von dem Energiepegel des Strahlungsstrahls, gibt es möglicherweise
unterschiedliche Deltawerte für
die verschiedenen Energien. Durch Erzeugung getrennter Tabellen,
die auf Grundlage der Einstellung der Energiepegel implementiert
werden, ist der dynamische Kompensationsprozess kein Prozess, der
signifikante Kompromisse erfordert, wie dies der Fall dann wäre, wenn
Mikrotrimmer aus Aluminium dazu eingesetzt würden, eine Feldgrößenübereinstimmung
zu erzielen.
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Die
dynamischen Einsteller 56 und 58 werden im Schritt 90 des
Prozesses von 4 freigeschaltet. Dann wählt in Betrieb
der Strahlungseinrichtung 10 der 1 bis 3 ein
Benutzer eine Einstellung der Feldabgrenzungsanordnung (also der Blöcke 40 bis 46)
auf herkömmliche
Art und Weise aus, durch Ausbildung eines sichtbaren Lichtfeldes auf
einer Targetzone auf den Patienten 20, die beispielsweise
durch eine Tätowierung
abgegrenzt werden kann. Das Lichtfeld wird durch Aktivieren einer Lichtquelle 52 bereitgestellt,
um Licht durch den Kollimator 36 zu schicken. Die Anpassung
der Feldabgrenzungsanordnung wird während des Einstellmodus der
Strahlungseinrichtung bewerkstelligt.
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Sobald
die Blöcke 40 bis 46 in
Bezug auf die Abmessungen des Lichtfelds eingestellt wurden, kann
die Einrichtung auf den Betriebsmodus umgeschaltet werden. Die Steuerung 28 kann
für die
Umschaltfähigkeit
sorgen. Als Teil der Modusumschaltung werden die dynamischen Einsteller 56 und 58 durch
eine schrittweise Änderung
angepasst, die durch den geeigneten Deltawert in Reihe 86 von 5 festgelegt
wird. Wenn zum Beispiel das Lichtfeld, das während des Einstellmodus vorhanden
war, eine Feldgröße aufwies,
bei welcher der erste Block 40 in einer Entfernung von
4,5 cm weg von dem zweiten Block 42 angeordnet wurde, besteht
die dynamische Anpassung darin, eine schrittweise Erhöhung von
0,5 cm zu implementieren, um die Blöcke voneinander wegzubewegen,
damit ein Abstand von 5 cm entsteht. Die schrittweise Anpassung
wird automatisch ausgeführt,
typischerweise mit Steuersoftware, so dass der Benutzer nicht weitere
Anpassungen vornehmen muss. Auf Grundlage der Daten der Tabelle 76 kann
die Steuerung 28 die Information interpolieren und/oder
extrapolieren, um die geeignete Kompensation für eine Einstellung zur Verfügung zu
stellen, die nicht im Speicher gespeichert ist.
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Während die
bevorzugte Ausführungsform von 4 die
Röntgenstrahlausgangsleistung
zum Kalibrieren der Einrichtung in den Schritten 62 und 64 verwendet,
kann es einige Anwendungen geben, bei welchen das Lichtfeld bei
dem Kalibrierprozess eingesetzt wird. Weiterhin können auch
nicht-medizinische Anwendungen durchgeführt werden. Als eine Alternative
für die
voranstehend geschilderten Steuereinrichtung auf Computergrundlage
kann die Feldgrößenübereinstimmung
unter Verwendung zusätzlicher
optischer Bauteile erreicht werden.
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Eine
derartige optische Ausführungsform weist
einen gekrümmten
Spiegel
92 auf, um den Abmessungsfehler zwischen der Lichtfeldgröße und der Strahlungsfeldgröße zu kompensieren.
Es wurde festgestellt, dass ein asymmetrisch geformter Spiegel zu
bevorzugen ist, insbesondere ein parabelförmiger Spiegel. Die Gleichung
für das
Profil eines parabelförmigen
Spiegels und die Positionierung des Spiegels relativ zu einer Targetfläche weist
folgende Form auf:
f(x) = Ax2 +
Bx + Cwobei der Koeffizient
A'' die Krümmung des Spiegels angibt,
B'' ein Kippterm ist, und
C'' ein Offsetterm ist, der auf Grund von
Konvention eine vertikale Position bestimmt. Wenn der Term
A'' gleich 0 ist, ist der Spiegel eben,
wogegen ein negativer Wert eine konvexe Oberfläche angibt.
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Der
Spiegel ist vorzugsweise asymmetrisch, da der Schnittpunkt des Lichts
mit dem Spiegel für eine
vorgegebene Feldgröße nicht
gleichmäßig von der
Kollimatorachse beabstandet ist, wenn gegenüberliegende Spannbacken verglichen
werden. Daher weist eine Seite des Spiegels in vorteilhafter Weise eine
größere Krümmung auf.
Ein parabelförmiger Spiegel 92 ist
in 6 gezeigt, wobei die Krümmung zum Zwecke der Erläuterung übertrieben
dargestellt ist. Die tatsächliche
Krümmung
ist sanfter, beispielsweise etwa 0,002 bis 0,003 cm pro cm.
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Diese
Spiegelkonstruktion arbeitet gut bei positiven Feldgrößen, erhöht jedoch
den Fehler, wenn eine der Kollimatorspannbacken eine negative Feldgröße festlegt,
also wenn beide Blöcke
der Spannbacke auf der selben Seite einer Mittellinie liegen. Darüber hinaus
dreht sich der Spiegel nicht zusammen mit dem Kollimator, so dass
diese Vorgehensweise zur Korrektur des Lichthalbschattens nur mit
dem Kollimator auf Null Grad wirksam ist. Befindet sich der Kollimator
auf 90 Grad, gibt es keine Korrektur. Ein dreidimensionales Profil
könnte
bereitgestellt werden, um diese Einschränkung zu überwinden.
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Eine
andere mögliche
Lösung
bestände
darin, eine kompaktere Lichtquelle und einen zweiten Spiegel zur
Verfügung
zu stellen, wobei der zweite Spiegel im Kopfbereich der Strahlungseinrichtung angeordnet
ist. Durch Hinzufügung
eines elliptischen Reflektors zwischen einer herkömmlichen
Lichtquelle, die etwa 20 lux im Zentrum erzeugt, kann die Luminanz
auf 100 lux ansteigen. Diese Erhöhung
der Leuchtdichte verringert den wahrgenommenen Lichtfeld-Halbschatten ohne
eine Erhöhung
der Kosten der Lichtquelle. Allerdings wird die Gleichmäßigkeit an
den Rändern
des Lichtfeldes mit der Erzeugung eines dunklen Punktes auf der
Strahlachse erkauft, da die Lampe einen Teil des von dem elliptischen
Reflektor reflektierten Lichts sperrt. Milchglas oder eine andere
Diffusorvorrichtung kann dazu eingesetzt werden, diese Einschränkung zu überwinden,
aber das diffuse Licht neigt dazu, den Wirkungsgrad zu verringern.
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Alternative
Lichtquellen stellen einige Vorteile zur Verfügung. So kann beispielsweise
eine Bogenlampe anstelle der herkömmlichen Quarzlampe mit Halogenfüllung und Wolframheizfaden
eingesetzt werden. Die Bogenlampe sorgt für eine signifikant höhere Lichtintensität. Beim
Fokussieren auf eine kleine Öffnung
war keine Feldgrößenkompensation erforderlich.
Infolge der Größe, und
auch aus Sicherheitsgründen,
befindet sich der beste Ort für
eine Bogenlampe und ihrer Stromversorgung in dem ortsfesten Aufbau
der Maschine. Eine Lichtführung
wie beispielsweise ein Lichtleitfaserbündel kann dann dazu verwendet
werden, das Licht dem Kopf zuzuführen.
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Eine
andere alternative Lichtquelle ist ein Laser. Ein Laser hat den
Vorteil, einen kleinen und gut kollimierten Strahl zu erzeugen,
der durch eine Sammellinse durch eine sehr kleine Öffnung fokussiert werden
kann, so dass kein oder nur ein geringer Halbschatten entsteht.
Um ein Feld mit 40 lux und 50 cm Durchmesser zu erreichen, ist ein
Lichtstrom von 8 Lumen erforderlich. Bei der Wellenlänge eines
typischen HeNe-Lasers entspricht ein Watt Leistung annähernd 250
Lumen, so dass ein Laser mit einer Leistung von 32 mW benötigt würde.
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Wie
voranstehend erwähnt,
können
Lichtleitfasern eingesetzt werden. Da ein begrenzter Raum in dem
Kopfbereich der Strahlungsvorrichtung vorhanden ist, ist der Einsatz
von Lichtleitfasern attraktiv. Wenn Lichtleitfasern verwendet werden,
besteht das Ziel der Konstruktion darin, den Wirkungsgrad ausreichend
hoch zu halten, um zumindest gleiche Beleuchtung wie bei einer vergleichbaren
Einrichtung zur Verfügung
zu stellen, die keine derartigen Lichtleitfaserbauteile einsetzt.
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Eine
andere Vorgehensweise besteht darin, eine Lichtquelle auf dem Targetschlitten
der Strahlungsvorrichtung vorzusehen. Der Vorteil dieser Vorgehensweise
besteht darin, dass der Spiegel nicht benötigt wird, und der Ausrichtungsvorgang
vereinfacht wird. Jener Raum, den der Spiegel in einer herkömmlichen
Strahlungsvorrichtung einnimmt, kann dann für Abschirmmaterial, automatische
Keile oder dergleichen verwendet werden. Zum Implementieren dieser
Vorgehensweise nimmt die Lichtquelle eine neue Position auf dem
Targetschlitten ein, und kann der Targetschlitten zwischen einer
Einstellmodusposition und einer Betriebsmodusposition zur Behandlung
eines Patienten bewegt werden. Da die Dicke eines herkömmlichen
Targetschlittens eine direkte Anordnung der Lichtquelle auf dem
Schlitten verhindern kann, kann ein Targetschlitten Standsicherheit
vorgesehen werden, oder kann eine entfernte Lichtquelle vorgesehen
werden, die optisch über
ein Lichtleitfaserbündel
angeschlossen ist.
Kollimator-Streufaktor'' bezeichnet. Das Konzept und die Definition des Ausgangsfaktors sind auf diesem Gebiet wohl bekannt.