Beschreibung
Strahlentherapiegerät sowie Verfahren zum Erzeugen einer Auf¬ lösungserhöhung bei eingestrahlten Bestrahlungsfeldern
Die Erfindung betrifft ein Strahlentherapiegerät sowie ein Verfahren zum Erzeugen einer erhöhten Auflösung bei eingestrahlten Bestrahlungsfeldern und - damit verbunden - der eingestrahlten Dosisverteilung.
Strahlentherapiegeräte werden in bekannter Weise zur Behand¬ lung von Erkrankungen wie beispielsweise Tumoren eingesetzt. Hierbei werden üblicherweise hochenergetische Röntgenstrahlen auf ein zu bestrahlendes Zielvolumen wie zum Beispiel einem menschlichen Körper oder einem Phantom zu Forschungs- oder
Wartungszwecken eingestrahlt. Die Dosisverteilung wird an das zu bestrahlende Zielvolumen angepasst.
Dies wird üblicherweise durch hochauflösende Kollimatoren er- reicht, die den Strahl seitlich begrenzen. Je hochauflösender ein Kollimator ist, d.h. je feiner ein durch den Kollimator erzeugtes Bestrahlungsfeld abgestuft werden kann, desto ge¬ nauer kann eine gewünschte Dosisverteilung appliziert werden. Hochauflösende Kollimatoren erfordern jedoch eine aufwändige Konstruktion und sind vergleichsweise teuer.
Es ist die Aufgabe der Erfindung ein Strahlentherapiegerät anzugeben, das eine hohe Auflösung der eingestrahlten Dosis- Verteilung auch bei einer einfacheren Konstruktion eines Kollimators erlaubt. Weiterhin ist es die Aufgabe der Erfindung, ein entsprechendes Verfahren zum Erzeugen einer Auflösungser- höhung bei eingestrahlten Bestrahlungsfeldern bereitzustellen .
Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen der Er-
findung finden sich in den Merkmalen der abhängigen Ansprüche .
Das erfindungsgemäße Strahlentherapiegerät weist auf:
- eine Strahlenquelle, beispielsweise eine Röntgenstrahlen- quelle, von der aus ein Strahl zur Bestrahlung auf ein Zielvolumen aus zumindest zwei einander entgegengesetzten Richtungen richtbar ist,
- einen Kollimator mit einer Vielzahl von Kollimatorelementen zum Eingrenzen des Behandlungsstrahls zum Erzeugen eines
Bestrahlungsfeldes, wobei durch die Ausdehnung der Kollima¬ torelemente eine Auflösung des Bestrahlungsfeldes vorgege¬ ben ist, und
- eine Versatzvorrichtung, welche bewirkt, dass die Einstrah- lung entgegengesetzter Bestrahlungsfelder unter einem Versatz erfolgt, sodass die beiden entgegengesetzten Bestrahlungsfelder gegeneinander um einen Bruchteil der Auflösung zueinander versetzt sind. Erfindungsgemäß wird die Dosisverteilung im Bestrahlungsvolu¬ men durch sequentielle Anwendung zweier
Strahlenbündel aus entgegengesetzten Raumrichtungen zusammengesetzt, wobei die Achsen der Strahlenbündel um einen Bruch¬ teil, z.B. um die Hälfte oder um ein Viertel, der Auflösung des Kollimators versetzt sind. Die Auflösung der im Bestrah¬ lungsvolumen erreichbaren Dosisverteilung wird dadurch effektiv verdoppelt. Die Erfindung erlaubt es folglich, eine ver¬ besserte lokale Dosisverteilung bei Strahlentherapiegeräten wie Röntgenstrahlentherapiegeräten zu erreichen.
Der Vorteil bei einem derartigen Strahlentherapiegerät ist eine Halbierung bzw. Viertelung der zur Erreichung einer bestimmten Auflösung der Dosisverteilung erforderlichen Kollimatorelemente, z.B. Lamellen oder Nadeln, je nach Bauweise des Kollimators. Es lässt sich damit eine wesentliche Verein¬ fachung erreichen und die Komplexität des Strahlformungsme¬ chanismus reduzieren.
Die Einstrahlung aus entgegengesetzten Richtungen kann se- quenziell erfolgen.
Bei einem Kollimator kann beispielsweise durch die Ausdehnung der Kollimatorelemente - zum Beispiel die Breite einer Lamel¬ le - eine minimale Auflösung in einer Richtung eines zweidi¬ mensionalen Bestrahlungsfeldes vorgegeben sein oder je nach Bauweise des Kollimators auch in den zwei Richtungen des zweidimensionalen Bestrahlungsfeldes. Diese Auflösung kann erhöht werden, wenn bei dem zweiten, aus entgegengesetzter Richtung eingestrahlten Bestrahlungsfeld einen Versatz des Strahlenbündels in genau diese Richtung um einen Bruchteil der Auflösung des Kollimators erfolgt. Das Strahlentherapiegerät kann eine Zylindergeometrie aufwei¬ sen, d.h. dass die Strahlenquelle und der Kollimator um eine Rotationsachse um ein Isozentrum drehbar gelagert sind. Der Kollimator kann derart angeordnet sein, dass die Ausdehnung der Kollimatorelemente eine minimale Auflösung des Bestrah- lungsfeldes in Richtung der Rotationsachse vorgibt. Die
Versatzvorrichtung kann dann ausgebildet sein, einen Versatz entlang der Rotationsachse zu bewirken. Die Desachsierung erfolgt hier durch Versatz in Drehrichtung, z.B. um ein Viertel oder um die Hälfte der Auflösung.
Dies kann beispielsweise bewerkstelligt werden, indem die Ro¬ tation der Strahlenquelle und des Kollimators helixartig um die Rotationsachse erfolgt. Bei einer halben Umdrehung kann ein Versatz des Bestrahlungsfeldes von z.B. einer Hälfte oder einem Viertel der Auflösung des Bestrahlungsfeldes erfolgen. Dies kann z.B. erreicht werden, in dem der Kollimator und die Strahlquelle bei Rotation gleichzeitig eine Linearbewegung entlang der Drehachse ausführen. Die Bewegung wird damit helixartig .
Die Strahlenquelle und der Kollimator können aber auch um eine Rotationsachse um ein Isozentrum drehbar gelagert sein, und der Kollimator kann dabei derart angeordnet sein, dass
die Ausdehnung der Kollimatorelemente eine minimale Auflösung des Bestrahlungsfeldes in einer Richtung senkrecht zur Rota¬ tionsachse vorgibt. Die Versatzvorrichtung ist dann ausgebil¬ det, einen Versatz senkrecht zur Rotationsachse zu bewirken.
Dies kann beispielsweise bewerkstelligt werden, indem die Versatzvorrichtung bewirkt, dass das durch den Kollimator applizierte Feld derart zu einem isozentrisch ausgerichteten Radius angeordnet ist, dass das Feld um ein Viertel der Auf- lösung des Bestrahlungsfeldes zum Radius versetzt ist. Indem das Feld um ein Viertel versetzt ist, ergibt sich bei Ein¬ strahlung aus entgegengesetzten Richtungen ein Versatz um insgesamt die Hälfte der Auflösung des Bestrahlungsfeldes. Diese Ausführung hat den Vorteil, dass rein durch die geomet- rische Anordnung des Kollimators bereits der Versatz bei ent¬ gegengesetzt eingestrahlten Feldern bewirkt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Erzeugung einer Auflösungserhöhung bei eingestrahlten Bestrahlungsfeldern bei ei- nem Strahlentherapiegerät, weist folgende Schritte auf:
- Erzeugen eines ersten Bestrahlungsfeldes mit Hilfe eines Kollimators, der einen von einer ersten Raumrichtung ausgesendeten, zu applizierenden Strahl begrenzt und der eine Vielzahl von Kollimatorelementen umfasst, die eine Auflö- sung des Bestrahlungsfeldes vorgeben,
- Erzeugen eines zweiten Bestrahlungsfeldes mit Hilfe des Kollimators, der einen weiteren, von einer zweiten Raumrichtung ausgesendeten Strahl begrenzt,
wobei das zweite Bestrahlungsfeld zu dem ersten Bestrahlungs- feld um einen Bruchteil der Auflösung zueinander versetzt ist .
Das zweite Bestrahlungsfeld kann sequentiell zu dem ersten Bestrahlungsfeld eingestrahlt werden und um ein Viertel oder eine Hälfte der Auflösung versetzt sein. Die Strahlenquelle und der Kollimator können um eine Rotationsachse um ein Isozentrum drehbar gelagert sein, und die Bestrahlungsfelder können zueinander entlang der Rotationsachse versetzt sein.
Die Rotation der Strahlenquelle und des Kollimators kann he- lixartig um die Rotationsachse erfolgen.
Die Strahlenquelle und der Kollimator können um eine Rotati¬ onsachse drehbar gelagert sind, wobei durch die Ausdehnung der Kollimatorelemente eine Auflösung des Bestrahlungsfeldes in einer Richtung senkrecht zur Rotationsachse vorgegeben wird, und der Versatz senkrecht zur Rotationsachse stattfin¬ det. Z.B. kann das durch den Kollimator applizierte Feld derart zu einem isozentrisch ausgerichteten Radius angeordnet sein, dass das Feld um ein Viertel der Auflösung des Bestrahlungsfeldes zum Radius versetzt ist.
Die vorangehende und die folgende Beschreibung der einzelnen Merkmale, deren Vorteile und deren Wirkungen bezieht sich so¬ wohl auf die Vorrichtungskategorie als auch auf die Verfah¬ renskategorie, ohne dass dies im Einzelnen in jedem Fall ex¬ plizit erwähnt ist; die dabei offenbarten Einzelmerkmale kön¬ nen auch in anderen als den gezeigten Kombinationen erfindungswesentlich sein.
Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der folgenden Zeichnung näher erläutert, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein. Es zeigen:
Fig. 1 eine Darstellung zur Erläuterung des Prinzips, wie eine Auflösungserhöhung erreicht werden kann,
Fig. 2 eine Darstellung, wie die Auflösungserhöhung bei einem
Strahlentherapiegerät erreicht werden kann.
Fig. 3 eine Darstellung, wie die Auflösungserhöhung bei einem
Strahlentherapiegerät gemäß einer anderen Ausführungs¬ form erreicht werden kann.
Fig. 4 zeigt den Versatz des Bestrahlungsfeldes bei der in
Fig. 3 dargestellten Ausführungsform bezüglich eines zentralen, isozentrischen Radius.
Fig. 1 zeigt ein erstes Bestrahlungsfeld 11 und ein überla¬ gertes zweites Bestrahlungsfeld 13. Das erste Bestrahlungs¬ feld 11 ist durch eine durchgezogene Linie dargestellt, das zweite Bestrahlungsfeld 13 durch eine gestrichelte Linie.
Ebenso eingezeichnet sind die Projektionen der Kollimatorele¬ mente 15, die jeweils das Bestrahlungsfeld erzeugen. Das erste Bestrahlungsfeld 11 wird in dem Bestrahlungsvolumen appliziert, indem ein Strahl aus einer ersten Richtung appliziert und durch einen Kollimator begrenzt wird. Durch die Breite der Kollimatorelemente - z.B. Lamellen - ist die Auf¬ lösung des ersten Bestrahlungsfeldes 11 in einer Richtung be- grenzt.
Die Einstrahlung des zweiten Bestrahlungsfeldes 13 erfolgt aus entgegengesetzter Raumrichtung und zwar derart, dass das zweite Bestrahlungsfeld 13 in der Richtung, in der die Auflö- sungsbegrenzung durch die Kollimatorbauweise vorgegeben ist, versetzt ist. Hier dargestellt ist ein Versatz um die Hälfte der Auflösung, es sind auch andere Bruchteile als Versatz möglich . Die Dosisverteilung, die sich aus beiden Bestrahlungsfeldern 11, 13 zusammensetzt, weist dadurch eine Auflösung auf, die doppelt so groß ist wie die durch den Kollimator vorgegebene Auflösung . Fig. 2 zeigt ein Strahlentherapiegerät 21, bei dem eine
Strahlenquelle 23 und ein Kollimator 25 um eine Drehachse 27 rotiert werden können. Weitere Komponenten des Strahlenthera¬ piegeräts 21 sind der Übersichtlichkeit halber nicht gezeigt. Die Rotation der Strahlenquelle 23 und des Kollimators 25 um das zu bestrahlende Zielvolumen (nicht dargestellt) erfolgt entlang einer helixartigen Bahn 29. Die Bahn 29 ist derart gewählt, dass bei Einstrahlung der Bestrahlungsfelder 11, 13
aus unterschiedlichen Richtungen ein Versatz der Bestrahlungsfelder 11, 13 genau um die Hälfte durch den Kollimator 25 vorgegebenen Auflösung erfolgt. In diesem Fall entspricht die Versatzvorrichtung, die für den Versatz der Bestrahlungs- felder sorgt, dem Mechanismus, der die helixartige Bahnbewe¬ gung der Strahlenquelle 23 und des Kollimators 25 ermöglicht.
Fig. 3 zeigt ein Strahlentherapiegerät 21, bei dem eine
Strahlenquelle 23 und ein Kollimator 25 um eine Drehachse 27 rotiert werden können. Weitere Komponenten des Strahlenthera¬ piegeräts 21 sind der Übersichtlichkeit halber nicht gezeigt.
Die Rotation der Strahlenquelle 23 und des Kollimators 25 um das zu bestrahlende Zielvolumen (nicht dargestellt) erfolgt entlang einer kreisförmigen Bahn 29'. Die Einstrahlung der Bestrahlungsfelder 11, 13 ist derart gewählt, dass bei Ein¬ strahlung der Bestrahlungsfelder 11, 13 aus unterschiedlichen Richtungen ein Versatz der Bestrahlungsfelder 11, 13 genau um die Hälfte durch den Kollimator 25 vorgegebenen Auflösung er- folgt. Der Versatz erfolgt entlang einer Richtung, die senkrecht zur Rotationsachse 27 steht.
In diesem Fall entspricht die Versatzvorrichtung, die für den Versatz der Bestrahlungsfelder sorgt, dem Mechanismus, der die Einstrahlung eines Feldes um ein Viertel der Auflösung versetzt zu einem isozentrischen, gedachten Radius 31 ermöglicht .
Dies ist anhand von Fig. 4 nochmals erläutert. Dadurch, dass ein Bestrahlungsfeld um ein Viertel versetzt zu einem iso¬ zentrischen Radius eingestrahlt wird, wird bei entgegenge¬ setzter Einstrahlung ein Versatz von insgesamt einer Hälfte der Auslösung des Bestrahlungsfeldes erreicht. Die Ausführungsformen gemäß Fig. 3 und Fig. 4 können miteinander kombiniert werden, beispielsweise bei einem Kollimator, der derart beschaffen ist, dass in beiden Richtungen seines Bestrahlungsfeldes eine Auflösungsbegrenzung vorgegeben wird.
Bezugs zeichenliste
11 erstes Bestrahlungsfeld
13 zweites Bestrahlungsfeld
15 Projektionen der Kollimatorelemente
21 Strahlentherapiegerät
23 Strahlenquelle
25 Kollimator
27 Rotationsachse
29 helixartige Bahn
29 ' kreisförmige Bahn
31 isozentrischer Radius