WO2008125680A1 - Method and device for the radiation therapy treatment of tissue by means of an x-ray/ct system or a diagnostic or orthovoltage x-ray system - Google Patents

Method and device for the radiation therapy treatment of tissue by means of an x-ray/ct system or a diagnostic or orthovoltage x-ray system Download PDF

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WO2008125680A1
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ray
concentrator
tumor
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radiation
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PCT/EP2008/054577
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Vladimir Arkadiev
Daniel Fratzscher
Johannes Rabe
Reiner Wedell
Hanns-Joachim Weinmann
Rüdiger LAWACZECK
Hubertus Pietsch
Sven Golfier
Gregor Jost
Peter Wust
Lutz LÜDEMANN
Norbert Langhoff
Michael Haschke
Michael Krumrey
Martin Gerlach
Levent Cibik
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Institut Für Angewandte Photonik E.V.
Bayer Schering Pharma Ag
Charité - Universitätsmedizin Berlin
Ifg - Institute For Scientific Instruments Gmbh
Physikalisch-Technische Bundesanstalt
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Definitions

  • the invention relates to a method and a device for the radiotherapeutic treatment of tissue, that is to say tumors, by means of an X-ray CT system or of tumors or other diseases by means of a diagnostic or orthovolt X-ray system, each having at least one X-ray source, an X-ray optical module, consisting of an energy-dispersive X-ray concentrator and a diaphragm system, an imaging unit and a measuring device for determining the radiation dose.
  • a medical focus for the use of the method is seen in the treatment of malignant brain tumors, because these types of tumors are relatively well accessible due to the skull dimensions with the aforementioned X-rays and have with conventional therapies an extremely poor prognosis.
  • Radioactive implants are permanently or temporarily placed in the target volume (brachytherapy) and thus achieve a particularly high dose in the tumor.
  • brachytherapy Radioactive implants
  • pelt radioisotopes of targeting substances can also link imaging and therapy.
  • the selectivity is far from sufficient so far, so that radiation exposure, and in particular the burden of the excretory organs liver and kidney, are limiting.
  • a) Ablation Method Such techniques are based on the introduction of probes into the tumor area to be ablated. The tumor is overheated, undercooled or irradiated with high doses. Depending on the physical method, a distinction is made e.g. radio ablation, radio frequency ablation, laser ablation or cryoablation. Ethanolinjections are also applied to the tumor for local therapy. In extensive processes, embolization techniques are used to occlude the vessels supplying the tumor. All of these methods disadvantageously require intratumoral administration and are thus invasive.
  • Neutron capture therapy in which high-capture substances (e.g., boron or gadolinium compound) for thermal neutrons are delivered to the tumor and then activated in the neutron beam.
  • high-capture substances e.g., boron or gadolinium compound
  • the fission and emission products lead to local cell killing.
  • the therapy is physically very expensive. A breakthrough has not been achieved even after several clinical trials.
  • CT X-ray energy
  • X-ray energies for imaging and radiation differ by an order of magnitude.
  • X-ray systems with acceleration voltages up to 140 kV, which are excellently suited for imaging have been replaced in conventional radiotherapy because of the low penetration depth, thus high surface doses, first by Telekobalt and then by the high-voltage linear accelerators.
  • tomotherapy units ie systems that can be used equally for imaging as for radiation therapy, are currently being considered.
  • WO 2005081842 and DE 698 39 480 T2 disclose proposals according to which an X-ray system used for irradiation therapy is combined with a magnetic resonance imaging system.
  • the systems must be arranged so that the coil systems of the magnetic resonance system can not be disturbed by the treatment beam of the X-ray system.
  • Such a plant would have enormous costs.
  • the open design of the MRI system results in a lower spatial resolution compared to the closed high-field variants and CT imaging.
  • the acquisition times are within 10 minutes or more, so that no real simultaneous diagnosis and therapy is possible.
  • the invention has for its object to provide a method and a device that get along with the same principle device technology as the diagnostics to allow a targeted and gentle radiotherapy.
  • the goal is the coupling of diagnosis and therapy in the fight against cancer.
  • the object is achieved by features that are mentioned in the main claims 1 and 9.
  • Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.
  • the invention is the instrumental extension of a conventional CT device (or a simplified version of a diagnostic or Orthovolt X-ray system, as will be shown later) such that the CT device for diagnostics hardware remains unmodified, for therapy, an X-ray optical concentrator the beam path is pushed and an additional emission detector is attached. Both additional elements can be easily replaced and ultimately be electromechanically swung out of the control console or into the beam, so that the radiation risk for the operating personnel is kept as low as possible.
  • a quasi-monochromatic X-radiation is selected from the divergent and polychromatic X-radiation emitted by the conventional high-performance tube and focused specifically on the target, the tumor.
  • This physical measure of X-ray optics alone achieves a considerable increase in intensity in the target.
  • a monochromatization and a further dose increase in the target area are effected by previously introduced absorber elements.
  • This dose increase should be registered on-line (ie without time delay) via the radiated X-ray fluorescence with a second detector.
  • the monochromatization of the X-ray beam allows optimal energy adaptation of X-ray excitation and absorber element.
  • the Streuanteil can be suppressed by means of an energy-dispersive detector or by a fine optics.
  • a CT apparatus is to be used for radiotherapeutic treatment, with a plurality of radiation sources being used. are used, whose divergent rays are focused with a concentrator. In addition, an aperture system is provided in each case. The measurement of the radiation dose should be made on the diaphragm system.
  • the computational tomograph generates the representation of patient anatomy and topography for the exact determination of the tumor extent and the determination of the target volume in three-dimensional imaging, usually with the help of contrast agents.
  • the spatial resolution of such devices is now in the submillimeter range and represents anatomical conditions in high detail accuracy.
  • the basic device is extended by two additional functions.
  • the imaging software needs to be a new one
  • Enhanced or rewrote diagnostic therapy software which should also contain the therapy planning mode.
  • the additional modules will be described in more detail below.
  • the two device components can be individually introduced manually or, controlled by the control panel, in the beam path or be removed again.
  • This conversion from diagnostics to therapy (and possibly back again) can be done while the patient is placed on the couch.
  • the two additional functions can be retracted. These conversions are done in a short time so that the target coordinates have not changed practically due to motion artifacts.
  • the measurement of the dose increase with the fluorescence detection module allows an exact control of the irradiation of the target area.
  • Modern high-performance tubes allow the application of therapeutically common radiation doses in the minute range, so that normally a target coordinate changes only minimally fails. A readjustment is possible at any time by switching to the diagnostic mode of the CT device. Ultimately, switching to the diagnostic mode at the press of a button can be done so quickly that motion artifacts and the pharmacokinetics of the contrast agents can be detected and adapted to the radiation.
  • the patient is displaced in the z direction on the couch during CT scans.
  • the Lungsmodus is thought to move the patient bed additionally in the x and y directions.
  • the gantry can be tilted and the beam intensity can be modulated during the circulation, so that even larger tumors can be scanned specifically with the focused and monochromatized X-ray beam and the X-radiation introduced from the outside into the area of the dose increase
  • the X-ray tubes used in medical practice emit a divergent beam in a broad energy spectrum.
  • the possibilities for modulating X-rays in the range of 20-140 keV in X-ray optical elements are limited.
  • the use of a glare system alone does not represent a solution to the problem at hand.
  • This method has no possibility of problem-matching and thus energetically modifying the beam quality.
  • convergent and quasi-monochromatic radiation that is, defined energies
  • the diaphragm system in the Z plane, which is already present on CT, is therefore used together with an X-ray concentrator for focusing and monochromatization.
  • graphite-based X-ray concentrators may be used to form convergent quasi-monochromatic beams.
  • the beam is precisely focused on the tumor and its intensity is increased substantially precisely in the spectral range in which the activatable sensitizers (PREs below) are most effective.
  • the goal of the concentrator is to form a convergent or quasiparallel and quasi-monochromatic beam from a fan-shaped and spectrally wide beam of a CT device.
  • the concentrator is a two-layered closed surface with a beam stop.
  • the inner layer is made of an energy-dispersive material, preferably graphite crystals.
  • the outer layer is made of a highly absorbent material so that the direct jet can not penetrate the wall of the concentrator.
  • the concentrator may also contain multiple closed or non-closed surfaces.
  • the concentrator is a hollow cylinder with a HOPG layer on its inner wall.
  • the layer thickness must be adapted to the photon energies, so that an effective reflection is realized.
  • the diameter and length of the concentrator can vary between 1 to 5 cm for the diameter and 1 to 15 cm for the length. Preferred values are about 2 cm for the diameter and about 8 cm for the length.
  • the concentrator is located at a distance of about 20 to 30 cm from the focal spot of the anode and is mounted on a plate with an adjusting device which is constructed similar to the usual CT CT collimator, so a replacement is easily and quickly possible.
  • an adjusting device which is constructed similar to the usual CT CT collimator, so a replacement is easily and quickly possible.
  • the hollow cylinder with constant diameter over the length of other shapes are preferred in which the diameter over the length of elliptical or in the form of a logarithmic spiral is varied, but also any other forms are advantageously possible.
  • the reflection on the HOPG crystal is due to the Bragg relationship, whereby the closed shape with its focusing geometry helps to optimally illuminate the target area and thus to increase the intensity in the target area.
  • a beam stop is attached. Position and shape of the beam stop adapt to the shape of the X-ray optics. Only the Beamstop guarantees that only Bragg-reflected X-rays with defined energy are focused on the target area.
  • the X-ray optics are designed so that the focus coincides with the isocenter of the gantry.
  • the wall of the concentrator is also decisive. The wall material and the wall thickness must be optimized in terms of energy, so that the direct beam and its scattering are totally shaded.
  • the building block X-ray concentrator can alternatively be provided with a device for measuring the radiation intensity.
  • the determination of the radiation dose is carried out by measuring the X-ray fluorescence of the contrast agent, as described in DE 102005 026940 Al.
  • a detection system arranged in the vicinity of the tumor is provided, which is preferably attached to the patient couch.
  • a sensitive energy dissolving detector eg a CdTe detector
  • a dosimeter in combination with an optical system. This optical system is similar in construction to the concentrator described above.
  • the X-ray fluorescence is focused on the measuring probe of the dosimeter, without the Streuanteil significant importance. Instead of the dosimeter, a photon counter can also be used. Photons activatable substances
  • PRE Photoelectric Radiation Enhancer
  • EPR enhanced permeation and retention
  • gadolinium (element 64) is suitable for this purpose. In both cases, due to the photoelectric effect, increased absorption and, as a consequence, a local radiation dose increase occur.
  • Suitable for radiation dose increase are substances containing one or more, even different atoms of atomic numbers 38-42, 44-53, 56-83 elements.
  • the heavy alkaline elements are difficult to formulate specifically for parenteral administration and are thus only available for oral or topical applications.
  • iodine-containing X-ray contrast agents are also compounds MR contrast agents in question, such as Gd-DTPA or Gd-DOTA.
  • the aim is to achieve a higher concentration in the tumor than in the surrounding tissue in order to further increase the selectivity of radiotherapy in addition to the radiation guidance. This can be further increased by using tumor-affine compounds or nanoparticles.
  • chemotherapeutic agents for example cis-platinum
  • other modern metal complexes which have already found their way into tumor therapy and act intracellularly.
  • the dose increase by radiation-absorbing substances is based on the photoelectric effect. The incoming X-ray photon, upon sufficient energy and collision with an atom, strikes an electron from an inner shell.
  • the Photoelectric Radiation Enhancer (PRE) is first applied.
  • the images then generated in the imaging mode are used for anatomical localization and thus for defining the areas to be irradiated.
  • After further PRE application and the achievement of the target or necessary for the photoelectric dose increase effect concentration in the tumor is switched from the imaging mode in the therapy mode and started with the irradiation.
  • the software can calculate the coordinates for an exact positioning of the irradiation from the measuring signals and take over the control of the CT device. Within the feedback loops, it is ensured that if the concentration falls below a threshold concentration in the tumor, a message is issued and a subsequent dosing of the PRE can be carried out. Is this for the sake of acute Tolerability is no longer possible, the radiation can be stopped and a new meeting can be scheduled.
  • the irradiation planning can be carried out daily in the shortest time before each radiotherapy in accordance with the contrast agent-based CT image. This considerably increases the accuracy of radiation therapy, as deviations in patient positioning and changes in the target volume (for example, tumor regression or organ mobility) are immediately taken into account during radiotherapy without interruption.
  • Diagnostics, treatment planning and therapy can be fused in one device. This is a significant financial and logistical advantage over currently established technologies. It is not insignificant that systems operating according to the method according to the invention can be installed at any hospital (even in emerging countries) without great safeguards (radiation protection), since ortho- Protect volt photons against megavolt photons by minor constructional measures or do not incur additional costs with existing CT devices.
  • CT high technology is not critical and one can also use the X-ray concentrator with conventional C-arms and other diagnostic X-ray units combine.
  • the complete 3D imaging is not possible or only to a limited extent, it is still possible to advantageously combine diagnostics and therapy.
  • the tumor can also be irradiated in this variant from all 3D directions. The same applies to interventional applications or Orthovolt irradiation devices.
  • the x-ray concentrator is pushed into the x-ray beam prior to the beam exit of the x-ray tube for the therapy mode.
  • X-ray energy and beam focus are adjusted to the target area.
  • the irradiation can be computer-controlled from all spatial directions focused on the tumor.
  • the energy profile can be adjusted so that the main dose is deposited in the near-surface target areas.
  • PREs photon activatable substances
  • the range of described photon activatable substances (PREs) can be extended to those which are known or can be formulated directly in the form of ointments, solutions, creams, emulsions from dermatological applications. Examples are povidone-iodine (poly (1-vinyl-2-pyrrolidone) -iodo-complex) containing solutions or ointments such as Betaisodona®.
  • the advantage of the method over the photodynamic therapy results from the fact that the location of the irradiation focus can be arbitrarily variable even in the centimeter range below the skin surface. Furthermore, in contrast to the X-ray diagnosis, which has a very high spatial and temporal resolution, the diagnostics in the optical range is limited by the strong absorption and the high scattered radiation background.
  • CT system is a schematic diagram of a working according to the invention
  • 3 is a schematic diagram of the function of the X-ray concentrator
  • FIG. 6 shows the intensity distribution in focus (identical to the gantry rotation center) of the energy range concentrator of the W-KCC line.
  • Fig. 7 shows the energy spectrum in focus
  • Fig. 1 The operation of the device system is outlined in Fig. 1.
  • An X-ray-optical module consisting of a diaphragm system 2 and an X-ray concentrator 3, which focuses or collimates the X-rays onto a tumor 4, is attached to the output of an X-ray tube 1.
  • a CT system is used (see FIG. 2).
  • X-ray tube 1 and X-ray optical module rotate about the tumor 11 and can specifically irradiate the localized tumor 11, wherein adjacent, healthy tissue is spared maximum.
  • the tumor 11 is sensitized by the application of PREs for the X-radiation. Radiation and PREs must be coordinated.
  • the effect of the therapy is followed in order to simulate the treatment planning in a feedback step.
  • the marker function is time-dependent.
  • the marker substances in the blood circulation are removed, ie the markers do not encase themselves in the cancer cells.
  • the core of the irradiation unit is a modern CT scanner with a movable patient table 5. It can be a standard product, as it is used by any radiotherapeutic device for radiation diagnosis. The range of application of such a CT device must be extended by therapy tasks. Such an image therapy CT (IT-CT) can then be operated in diagnostic and therapy mode. This results in hardly any additional spatial requirements, which increases the acceptance and significantly reduces the financial expenses for the users.
  • IT-CT image therapy CT
  • the positioning of the tumor 11 plays the decisive role. Since the localization of the tumor 11 can be controlled by the imaging, automation of the positioning of the tumor 11 in the rotation of the X-ray tube 1, tilting the gantry and advancing the patient table 5 is possible, so that the highest possible precision in the irradiation are ensured can.
  • An advantageous effect is the detection system 6 for determining the registered tumor dose (by photoelectric effect) on the basis of the measured X-ray fluorescence 7.
  • the induced by the photoelectric effect X-ray fluorescence 7 increases sigmoid with the atomic number, so that for this example, iodine and gadolinium are suitable elements .
  • the effective radiation dose deposited in the tumor 11 or the dose-increasing effect in the tumor 11 can be determined. This provides the radiation therapist criteria for further individualized, therapeutic approach. Since photons from linear accelerators interact with matter via the Compton effect, which has a comparably low dependence on the atomic number of the elements and does not lead to the release of photons from inner electron shells, the above-described high-energy fluorine detection of the linear accelerators is not possible.
  • a controlled diaphragm system 2 is preferably provided for the device according to the invention.
  • the shutter system 2 alone would significantly reduce the irradiation intensity and have no possibility of modifying the emission spectrum. This can be achieved with the aid of the aperture system 2 and X-ray concentrator 3 existing X-ray optics.
  • the concentrator 3 is a two-layered closed surface with a Beamstop 8 ( Figure 3).
  • the inner layer 14 is made of an energy dispersive material. For physical reasons, a graphite layer (HOPG - Highly Oriented Pyrolytic Graphite) is favored.
  • the outer layer 13 is made of a highly absorbent material, so that the direct beam can not penetrate the wall of the X-ray concentrator 3.
  • the X-ray concentrator 3 may also contain a plurality of closed or non-closed surfaces. In the simplest case, the X-ray concentrator 3 is a hollow cylinder with a HOPG layer on its inner wall.
  • the X-ray concentrator 3 should be adjusted to an energy of about 60 keV (this corresponds approximately to the W KCC line of the anode material): In this case, a quasi-monochromatic X-ray having a bandwidth of about ⁇ E ⁇ 15 keV ( ⁇ E / E ⁇ 20 %) expected.
  • a Beamstop 8 is provided to block the direct beam.
  • the X-ray concentrator 3 is positioned immediately in front of the exit window of the X-ray tube 1.
  • the radiation leaving the X-ray concentrator 3 consists of a reflected radiation component 9 and a direct beam 10 (FIG. 1).
  • the X-ray concentrator 3 is equipped with a beam stop 8 for blocking the direct jet 10. In this way, only the reflected radiation portion 9 is focused on the tumor 11, whereby a high intensity quasi-monochromatic radiation in the focal spot 4 is generated.
  • FIG. 4 shows a photograph of a practical embodiment of the X-ray concentrator 3 prior to installation on the collimator plate of the CT device.
  • the X-ray concentrator 3 can be seen in the installed state.
  • the plastic cover of the CT device must be removed.
  • FIG. 7 shows the energy spectrum measured with an energy-dispersive detector. The measurement was made on the basis of the scattered radiation on a Kapton foil and recalculation of the Compton shift. It can clearly be seen that the energy is concentrated in the range around 60 keV.
  • the spectrum of the X-ray beam without X-ray concentrator 3 is shown. It can be seen clearly that the X-ray concentrator 3 leads, in addition to the monochromatization of the radiation, to a marked increase in intensity in the center.
  • the local increase in dose due to radiation-absorbing substances is an advantageous element for the therapy.
  • the desired dose distribution or the dose drop from the target volume to the environment can be generated.
  • Iodine- or lanthanide-containing PRE examples should accumulate in the tumor area in relation to the surrounding tissue or show high tumor tissue concentration quotients. They are very compatible at the same time.
  • FIG. 8 reflects the dependence of the dose increase of iodine and gadolinium as a function of the X-ray photon energy and shows that the maximum of the dose increase of iodine and gadolinium in the energy range is about 60 keV. This energy range is currently well covered by the X-ray optics (see FIG. 7). Because the Gd K edge is at about 50 keV, photons with energies of about 50-70 keV are most suitable for the excitation of Gd K lines. These optimum conditions are provided with a tungsten tube as X-ray tube 1 which emits a strong W-KCC line at 59.3 keV.
  • the use of the X-ray concentrator 3 increases the intensity of the primary radiation in the energy range 50-70 keV essential. In addition, in this case, all high-energy photons (> 80 keV) are suppressed, whereby the scattered radiation background can be reduced.
  • the determination of the absorbed dose is based on the measurement of the X-ray fluorescence signal of the registered contrast agent (for example Gd) by a detection system 6.
  • the underlying finding is that the X-radiation used for the therapy stimulates characteristic lines of the contrast agent. These fluorescence lines can be registered by means of at least one detector. With known contrast medium concentration, the measured intensity of the secondary radiation is a measure of the absorbed dose.
  • the detection system 6 is located on the patient couch 5. Because the active area of these detectors of the detection system 6 is relatively small, multiple detectors can be assembled into arrays to increase the capture angle for registration of fluorescence radiation. If necessary, it would also be possible to use a secondary concentrator for effective trapping of the emitted characteristic line of the contrast agent and the suppression of stray radiation as far as possible.
  • Suitable detectors are CdTe detectors with good efficiency and acceptable energy resolution at high energies.
  • the present method has a number of features:
  • a CT detector 12 which is present in any case in the CT system, is used for imaging purposes.
  • the concentrator 3 is swiveled out of the beam path of the x-ray tube 1 and thus rendered ineffective. In this way, high-contrast, high-resolution images can be obtained.
  • the images can be used directly to design the further therapy. They also serve to control the current concentration of the contrast agent (PRE).
  • PRE contrast agent

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Abstract

The invention proposes modifying an X-ray diagnostic device such that the diagnostic functions are preserved, but radiation therapy of tumors is possible as well. As is conventional in X-ray diagnostics, X-ray contrast media are used to improve diagnostics. Contrast media containing one or more atoms of heavy elements are also used for dose amplification in radiation therapy mode. The dosage increase is based on the photoelectric effect. The tumor is only irradiated as long as a target concentration of the contrast medium is exceeded in the tumor. Preferred diagnostic X-ray devices are computer tomography devices equipped with high-performance X-ray tubes and operated with high voltage in the range of up to 140 kV or more. Modifications for the transition from the diagnostic mode to the therapy mode relate to the additional modules, the X-ray concentrator 3 and the fluorescence detector unit 6. Using the X-ray concentrator 3, which is pushed into the beam path in a mechanical or computer-controlled manner, the X-ray beam is monochromatized with optimal energies for the dose increase of the contrast medium and focused on the target area. The fluorescence detector 6 measures the concentration of the contrast medium in the tumor 11 in an online fashion during irradiation. Alternately, the concentration must be determined from the diagnostic image by a rapid switch to the diagnostic mode.

Description

Verfahren und Einrichtung zur strahlentherapeutischen Behandlung von Gewebe mittels einer Röntgen-CT-Anlage oder einer diagnostischen oder Orthovolt-Röntgen-AnlageMethod and device for the radiotherapeutic treatment of tissue by means of an X-ray CT system or a diagnostic or Orthovolt X-ray system
Beschreibungdescription
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur strahlentherapeutischen Behandlung von Gewebe, das heißt Tumoren, mittels einer Röntgen-CT-Anlage oder von Tumoren oder anderer Erkrankungen mittels einer diagnostischen oder Orthovolt-Röntgen-Anlage mit jeweils mindestens einer Röntgenstrahlungsquelle, einem röntgenoptischen Modul, bestehend aus einem energiedispersiven Röntgenkonzentrator und einem Blendensystem, einer Bildgebungseinheit und einer Messeinrichtung zur Bestimmung der Strahlungsdosis.The invention relates to a method and a device for the radiotherapeutic treatment of tissue, that is to say tumors, by means of an X-ray CT system or of tumors or other diseases by means of a diagnostic or orthovolt X-ray system, each having at least one X-ray source, an X-ray optical module, consisting of an energy-dispersive X-ray concentrator and a diaphragm system, an imaging unit and a measuring device for determining the radiation dose.
Ein medizinischer Schwerpunkt für den Einsatz des Verfahrens wird in der Therapie maligner Hirntumore gesehen, weil diese Tumorarten aufgrund der Schädelabmessungen mit den genannten Röntgenstrahlen relativ gut erreichbar sind und mit herkömmlichen Therapien eine außerordentlich schlechte Prognose haben .A medical focus for the use of the method is seen in the treatment of malignant brain tumors, because these types of tumors are relatively well accessible due to the skull dimensions with the aforementioned X-rays and have with conventional therapies an extremely poor prognosis.
Die erfolgreiche strahlentherapeutische Behandlung von Tumo- ren setzt deren frühzeitige Diagnose und Lokalisation voraus. Der Erfolg hängt davon ab, wie gezielt die zur Tumorabtötung notwendige Energiedosis auf den Tumor konzentriert werden kann, ohne gesundes Gewebe zu schädigen. In der Strahlentherapie ist heute die Benutzung von Linearbeschleunigern oder neuerdings Teilchenbeschleunigern mit Energien im Megavolt-Bereich üblich. Die Investitionskosten für eine solche Anlage betragen, bedingt auch durch die hohen baulichen Abschirmmaßnahmen, ca. 5 Mio. €. Damit sind nur wenige Zentren in der Lage, Strahlentherapie auf dem aktuellen Stand der Technik anzubieten. Die hohen Kosten und die Problematik der Strahlung verhindern eine weite Verbreitung die- ser Technologie auch in Ländern, deren Wirtschaftskraft unterhalb der der reichen Industriestaaten liegt.The successful radiotherapeutic treatment of tumors requires their early diagnosis and localization. Success depends on how targeted the absorbed dose required to kill the tumor can be concentrated on the tumor without damaging healthy tissue. In radiation therapy today the use of linear accelerators or more recently particle accelerators with energies in the megavolt range is common. The investment costs for such a system are approximately € 5 million, due in part to the high level of structural protection measures. Thus, only a few centers are able to offer state-of-the-art radiotherapy. The high costs and the problems of radiation prevent a widespread use of this technology even in countries whose economic power is below that of the rich industrialized countries.
Die Strahlentherapie mittels Linearbeschleuniger erfordert darüber hinaus teilweise unkomfortable Immobilisationstechni- ken (Gesichtsmaske, stereotaktische Fixierung) für den Patienten während der Therapiesitzungen.In addition, radiation therapy using a linear accelerator sometimes requires uncomfortable immobilization techniques (facial mask, stereotactic fixation) for the patient during the therapy sessions.
Neben der etablierten Radiotherapie gibt es aufwändigere Techniken wie die Bestrahlung mit Neutronen, Protonen oder schweren Teilchen, die wegen des hohen investiven Aufwandes in der Mehrzahl der Fälle an Großforschungszentren lokalisiert sind und den Weg in die Routineanwendung bisher nicht gefunden haben. Einzige Ausnahme ist die Protonenbestrahlung von Augentumoren, die an wenigen Zentren erfolgreich betrie- ben wird.In addition to the established radiotherapy, there are more complex techniques such as the irradiation with neutrons, protons or heavy particles, which are located because of the high investment effort in the majority of cases at major research centers and have not found the way into the routine application. The only exception is the proton irradiation of eye tumors, which is successfully operated at a few centers.
Die Bestrahlung von außen (Teletherapie) wird unterstützt durch interstitielle Applikationsformen, bei denen radioaktive Implantate permanent oder vorübergehend im Zielvolumen platziert werden (Brachytherapie) und damit eine besonders hohe Dosis im Tumor erzielen. Auf experimenteller Basis kop- pelt man auch Radioisotope an Zielfindungssubstanzen und kann dabei auch Bildgebung und Therapie miteinander verknüpfen. Die Selektivität ist jedoch bisher bei weitem noch nicht ausreichend, sodass Strahlenbelastung, insbesondere aber die Belastungen der Ausscheidungsorgane Leber und Niere, limitierend sind.External radiation therapy (teletherapy) is supported by interstitial forms of application in which radioactive implants are permanently or temporarily placed in the target volume (brachytherapy) and thus achieve a particularly high dose in the tumor. On an experimental basis, pelt radioisotopes of targeting substances and can also link imaging and therapy. However, the selectivity is far from sufficient so far, so that radiation exposure, and in particular the burden of the excretory organs liver and kidney, are limiting.
Eine Alternative zur Röntgenstrahlen-Therapie besteht darin, anstelle der Röntgenröhre eine intensive Synchrotronstrahlung zu verwenden, die vorteilhafter weise auf das Energiemaximum der Röntgenabsorption eingestellt werden kann. Diese Synchrotronstrahlung mit medizinischer Anwendung steht jedoch weltweit nur an wenigen Forschungszentren zur Verfügung. Die Untersuchungen mit Synchrotronstrahlen müssen bisher als experimentelle Studien oder Pionierarbeiten angesehen werden.An alternative to X-ray therapy is to use an intensive synchrotron radiation instead of the X-ray tube, which can advantageously be set to the energy maximum of the X-ray absorption. However, this synchrotron radiation with medical application is only available at a few research centers worldwide. The studies with synchrotron radiation have so far been regarded as experimental studies or pioneering work.
Konkurrierende Therapieformen sind:Competing therapies are:
a) Ablationsverfahren Derartige Techniken beruhen auf dem Einbringen von Sonden in das zu abladierende Tumorareal. Der Tumor wird überhitzt, unterkühlt oder hochdosiert bestrahlt. Je nach physikalischer Methode unterscheidet man z.B. die Radioablation, die Radio- frequenzablation, die Laserablation oder die Kryoablation . Auch Ethanolinj ektionen werden in den Tumor zur lokalen Therapie appliziert. Bei ausgedehnten Prozessen werden Embolisa- tionstechniken zum Verschluss der den Tumor versorgenden Gefäße eingesetzt. All diese Verfahren setzen nachteiliger weise eine intratumorale Applikation voraus und sind damit invasiv.a) Ablation Method Such techniques are based on the introduction of probes into the tumor area to be ablated. The tumor is overheated, undercooled or irradiated with high doses. Depending on the physical method, a distinction is made e.g. radio ablation, radio frequency ablation, laser ablation or cryoablation. Ethanolinjections are also applied to the tumor for local therapy. In extensive processes, embolization techniques are used to occlude the vessels supplying the tumor. All of these methods disadvantageously require intratumoral administration and are thus invasive.
b) Chemotherapie/Radiosensitizer Einzelne Zytostatika werden bereits standardmäßig zur lokalen Wirkungsverstärkung der Radiotherapie eingesetzt. In den mit dem vorliegenden Verfahren anvisierten Anwendungen (maligne Hirntumore) besteht jedoch weiterhin Handlungsbedarf. Die klassischen Radiosensitizer, die durch ihre große Elektronenaffinität die Rekombination der Radiolyseprodukte verhindern sollen, haben bisher keine klinische Bedeutung erlangt .b) Chemotherapy / Radiosensitizer Individual cytostatics are already used by default for local enhancement of radiotherapy. However, there remains a need for action in the applications (malignant brain tumors) targeted by the present method. The classical radiosensitizers, which are intended to prevent the recombination of Radiolyseprodukte by their high electron affinity, have not yet achieved clinical importance.
c) weitere experimentelle Technikenc) other experimental techniques
Von den bi-modalen Techniken sind hier zu nennen: i. Die Neutroneneinfangtherapie, bei der Substanzen mit hohem Einfangquerschnitt (z.B. Bor- oder Gadoliniumverbindung) für thermische Neutronen in den Tumor verbracht und anschließend im Neutronenstrahl aktiviert werden. Die Spalt- und Emissionsprodukte führen zur lokalen Zellabtötung. Die Therapie ist physikalisch sehr aufwendig. Ein Durchbruch wurde auch nach mehreren klinischen Studien bisher nicht erreicht.Among the bi-modal techniques are: i. Neutron capture therapy in which high-capture substances (e.g., boron or gadolinium compound) for thermal neutrons are delivered to the tumor and then activated in the neutron beam. The fission and emission products lead to local cell killing. The therapy is physically very expensive. A breakthrough has not been achieved even after several clinical trials.
ii. Die Magnetfeld-Hyperthermie . Hierbei werden magnetische Nanopartikel in den Tumor appliziert, die anschließend durch ein äußeres Magnetfeld aufgeheizt werden und damit zu einer Übererwärmung des Tumors führen können. Erste klinische Studien zu dieser Therapieform sind viel versprechend, wenn auch diese Therapieform bisher eine intratumorale Applikation der Nanoteilchen voraussetzt. Eine Magnetresonanz-Bildgebung ist nach Applikation von Nanoteilchen nicht mehr möglich.ii. The magnetic field hyperthermia. In this case, magnetic nanoparticles are applied to the tumor, which are then heated by an external magnetic field and thus can lead to overheating of the tumor. Initial clinical studies on this form of therapy are promising, although this form of therapy has so far required intratumoral application of the nanoparticles. Magnetic resonance imaging is no longer possible after application of nanoparticles.
Aus physikalischen Gründen verwendet man zur CT Bildgebung und zur Strahlentherapie unterschiedliche Röntgenenergien . Für CT bleibt man im Bereich bis maximal 140 keV, wohingegen die unteren Energien in der Therapie erst bei 1 MeV beginnen, das heißt die Röntgenenergien für Bildgebung und Bestrahlung unterscheiden sich um eine Größenordnung. Das hat zur Folge, dass gerade die modernen Bestrahlungseinheiten für eine hochaufgelöste Bildgebung nicht geeignet sind. Umgekehrt sind Röntgenanlagen mit Beschleunigungsspannungen bis 140 kV, die hervorragend für die Bildgebung geeignet sind, in der konventionellen Strahlentherapie wegen der geringen Eindringtiefe, damit hohen Oberflächendosen, erst durch Telekobalt und dann durch die Hochvolt-Linearbeschleuniger abgelöst worden.For physical reasons, different X-ray energies are used for CT imaging and radiotherapy. CT remains in the range up to a maximum of 140 keV, whereas the lower energies in therapy only begin at 1 MeV, that is, the X-ray energies for imaging and radiation differ by an order of magnitude. As a result, it is precisely the modern irradiation units that are not suitable for high-resolution imaging. Conversely, X-ray systems with acceleration voltages up to 140 kV, which are excellently suited for imaging, have been replaced in conventional radiotherapy because of the low penetration depth, thus high surface doses, first by Telekobalt and then by the high-voltage linear accelerators.
So genannte Tomotherapieeinheiten, also Systeme, die gleichermaßen zur Bildgebung wie zur Strahlungstherapie benutzt werden können, werden derzeit angedacht. So sind mit WO 2005081842 und DE 698 39 480 T2 Vorschläge bekannt, nach denen eine zur Bestrahlungstherapie dienende Röntgenstrahlan- läge mit einem Magnetresonanzabbildungssystem kombiniert werden. Die Systeme müssen so angeordnet sein, dass die Spulensysteme des Magnetresonanzsystems nicht von dem Behandlungsstrahl des Röntgenstrahlsystems gestört werden können. Eine solche Anlage hätte enorme Kosten. Die zudem offene Bauweise des MRT-Systems hat dabei gegenüber den geschlossenen Hochfeldvarianten und der CT-Bildgebung eine geringere Ortsauflösung zur Folge, weiterhin liegen die Akquisitionszeiten im 10 min Bereich oder darüber, so dass keine wirkliche simultane Diagnostik und Therapie möglich ist.So-called tomotherapy units, ie systems that can be used equally for imaging as for radiation therapy, are currently being considered. For example, WO 2005081842 and DE 698 39 480 T2 disclose proposals according to which an X-ray system used for irradiation therapy is combined with a magnetic resonance imaging system. The systems must be arranged so that the coil systems of the magnetic resonance system can not be disturbed by the treatment beam of the X-ray system. Such a plant would have enormous costs. In addition, the open design of the MRI system results in a lower spatial resolution compared to the closed high-field variants and CT imaging. Furthermore, the acquisition times are within 10 minutes or more, so that no real simultaneous diagnosis and therapy is possible.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Einrichtung anzugeben, die mit der prinzipiell gleichen Gerätetechnik wie die Diagnostik auskommen, um eine gezielte und schonende Strahlentherapie zu ermöglichen. Ziel ist die Kopplung von Diagnose und Therapie in der Krebsbekämpfung. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch Merkmale, die in den Hauptansprüchen 1 und 9 genannt sind. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.The invention has for its object to provide a method and a device that get along with the same principle device technology as the diagnostics to allow a targeted and gentle radiotherapy. The goal is the coupling of diagnosis and therapy in the fight against cancer. According to the invention the object is achieved by features that are mentioned in the main claims 1 and 9. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.
Gegenstand der Erfindung ist die instrumenteile Erweiterung eines herkömmlichen CT Gerätes (oder nach einer vereinfachten Version einer diagnostischen oder Orthovolt-Röntgen-Anlage, wie später noch gezeigt wird) derart, dass das CT Gerät zur Diagnostik hardwaremäßig unmodifiziert bleibt, zur Therapie ein Röntgenoptischer Konzentrator in den Strahlengang geschoben wird und ein zusätzlicher Emissionsdetektor angebracht wird. Beide Zusatzelemente können leicht ausgewechselt werden und letztlich von der Bedienkonsole elektromechanisch aus oder in den Strahl geschwenkt werden, so dass für das Be- dienpersonal das Strahlenrisiko so gering wie nur möglich gehalten wird. Mit dem Röntgenkonzentrator wird aus der von der herkömmlichen Hochleistungsröhre emittierten divergenten und polychromatischen Röntgenstrahlung eine quasimonochromatische Röntgenstrahlung selektiert und gezielt auf das Ziel, den Tumor, fokussiert. Allein durch diese physikalische Maßnahme der Röntgenoptik wird eine beträchtliche Intensitätssteigerung im Ziel erreicht. Zusätzlich zu dieser Rönt- genoptischen Fokussierung erfolgt eine Monochromatisierung und eine weitere Dosiserhöhung im Zielgebiet durch zuvor eingetragene Absorberelemente. Der Dosiserhöhung liegt der Photoelektrische Effekt zu Grunde, der ca. mit der dritten Potenz der Ordnungszahl (Z) der Elemente zunimmt, so dass beispielsweise die Elemente Iod (Z = 53) und Gadolinium (Z = 64), die in Röntgen- oder MR- Kontrastmitteln enthalten sind, zu einer bemerkenswerten Dosiserhöhung führen. Diese Dosiserhöhung soll über die abgestrahlte Röntgen-Fluoreszenz on-line (d.h. ohne Zeitverzögerung) mit einem zweiten Detektor registriert werden. Die Monochromatisierung des Röntgenstrahls erlaubt eine optimale Energieanpassung von Röntgenanregung und Absorberelement. Durch die Detektion der Röntgenfluoereszenz kann der Streuanteil mit Hilfe eines energiedispersiven Detektors oder durch eine Feinoptik unterdrückt werden.The invention is the instrumental extension of a conventional CT device (or a simplified version of a diagnostic or Orthovolt X-ray system, as will be shown later) such that the CT device for diagnostics hardware remains unmodified, for therapy, an X-ray optical concentrator the beam path is pushed and an additional emission detector is attached. Both additional elements can be easily replaced and ultimately be electromechanically swung out of the control console or into the beam, so that the radiation risk for the operating personnel is kept as low as possible. With the X-ray concentrator, a quasi-monochromatic X-radiation is selected from the divergent and polychromatic X-radiation emitted by the conventional high-performance tube and focused specifically on the target, the tumor. This physical measure of X-ray optics alone achieves a considerable increase in intensity in the target. In addition to this X-ray optical focusing, a monochromatization and a further dose increase in the target area are effected by previously introduced absorber elements. The dose increase is based on the photoelectric effect, which increases approximately with the third power of the atomic number (Z) of the elements, so that, for example, the elements iodine (Z = 53) and gadolinium (Z = 64), which in X-ray or MR - Contain contrast agents, leading to a remarkable dose increase. This dose increase should be registered on-line (ie without time delay) via the radiated X-ray fluorescence with a second detector. The monochromatization of the X-ray beam allows optimal energy adaptation of X-ray excitation and absorber element. By detecting the X-ray fluorescence, the Streuanteil can be suppressed by means of an energy-dispersive detector or by a fine optics.
Auf der Basis der erhobenen Daten (Tumorgeometrie und Rönt- genabsorption aus den Koordinaten und Hounsfieldeinheiten des CT-Bildes, Registrierung der Röntgenfluoreszenz zur on-line Messung der Dosiserhöhung) ist eine optimale Steuerung der Tumorbestrahlung möglich bis hin zur Nachdosierung des Kontrastmittels oder Abbrechen der Sitzung bei Unterschreitung vorbestimmter Bestrahlparameter.On the basis of the collected data (tumor geometry and X-ray absorption from the coordinates and image units of the CT image, registration of the X-ray fluorescence for on-line measurement of the dose increase) an optimal control of the tumor irradiation is possible up to the additional dose of the contrast medium or the termination of the session when falling below predetermined irradiation parameters.
Ähnliche Ansätze sind zwar in der wissenschaftlichen Literatur und in Patenten bereits beschrieben, allerdings bisher nicht in dieser Konsequenz. So hat sich die Arbeitsgruppe um A. Norman (University of California in Los Angeles) über längere Zeit mit der Dosiserhöhung durch Iod- und Gadoliniumhaltige Kontrastmittel beschäftigt.Although similar approaches have already been described in the scientific literature and in patents, they have not been so far as yet. For example, the working group headed by A. Norman (University of California, Los Angeles) has spent a long time studying the dose increase of iodine and gadolinium-containing contrast agents.
Literatur zu Arbeiten von A. Norman et al . :Literature on papers by A. Norman et al. :
Solberg TD, Iwamoto KS, Norman A.Solberg TD, Iwamoto KS, Norman A.
Calculation of radiation dose enhancement factors for dose enhancement therapy of brain tumours . Phys Med Biol. 1992 Feb; 37 (2) : 439-43.Calculation of radiation enhancement factors for dose enhancement therapy of brain tumors. Phys Med Biol. 1992 Feb; 37 (2): 439-43.
Norman A, Ingram M, Skillen RG, Freshwater DB, Iwamoto KS, Solberg T. X-ray phototherapy for canine brain masses. Radiat Oncol Investig. 1997 ; 5 (1) : 8-14.Norman A, Ingram M, Skillen RG, Freshwater DB, Iwamoto KS, Solberg T. X-ray phototherapy for canine brain masses. Radiat Oncol Investig. 1997; 5 (1): 8-14.
Mesa AV, Norman A, Solberg TD, Demarco JJ, Smathers JB. Dose distributions using kilovoltage x-rays and dose enhancement from iodine contrast agents. Phys Med Biol. 1999 Aug; 44 (8) : 1955-68.Mesa AV, Norman A, Solberg TD, Demarco JJ, Smathers JB. Can distributions using kilovoltage x-rays and can enhancement from iodine contrast agents. Phys Med Biol. 1999 Aug; 44 (8): 1955-68.
Rose JH, Norman A, Ingram M, Aoki C, Solberg T, Mesa A. First radiotherapy of human metastatic brain tumors delivered by a computerized tomography Scanner (CTRx) . Int J Radiat Oncol Biol Phys. 1999 Dec 1 ; 45 (5) : 1127-32.Rose JH, Norman A, Ingram M, Aoki C, Solberg T, Mesa A. First radiotherapy of human metastatic brain tumors delivered by a computerized tomography scanner (CTRx). Int J Radiat Oncol Biol Phys. 1999 Dec 1; 45 (5): 1127-32.
Die Untersuchungen von Norman et al . , deren wesentliche Resultate in der oben angeführten Literatur zitiert sind, spannen einen breiten Bogen von ersten Berechnungen der Dosiserhöhung bis hin zu initialen klinischen Untersuchungen an einem CT-Gerät, bei dem der normale Fächerstrahl durch Blenden auf einen „Pencilbeam" eingeengt wurde. Der Gruppe standen weder eine energiedispersive Röntgenoptik noch eine on-line Dosisregistrierung zur Verfügung, sodass die Dosiserhöhung verifiziert wurde, aber weiterreichende Studien versagt waren.The investigations of Norman et al. whose essential results are cited in the literature cited above span a wide range from initial dose-escalation calculations to initial clinical trials on a CT scanner, in which the normal fan beam was narrowed by blending on a pencil beam Neither energy-dispersive X-ray optics nor on-line dose registration were available, so the dose increase was verified but more extensive studies failed.
Die Patente US 6 782 073 B2, US 6 853 704 B2, US 2004/0006254 Al haben die Arbeiten von A. Norman oder ähnliche als Ausgangspunkt und verbessern diese durch die Art der Kontrastmittelapplikation und durch Verbesserung der Bestrahlgeometrie .The patents US 6,782,073 B2, US 6,853,704 B2, US 2004/0006254 Al have the work of A. Norman or the like as a starting point and improve them by the type of contrast agent application and by improving the Strahlrahlgeometrie.
Nach US 6 853 704 B2 soll zur strahlentherapeutischen Behandlung ein CT-Gerät benutzt werden, wobei mehrere Strahlungser- zeuger zum Einsatz kommen, deren divergente Strahlen mit einem Konzentrator fokussiert werden. Zusätzlich ist jeweils ein Blendensystem vorgesehen. Die Messung der Strahlungsdosis soll am Blendensystem erfolgen.According to US Pat. No. 6,853,704 B2, a CT apparatus is to be used for radiotherapeutic treatment, with a plurality of radiation sources being used. are used, whose divergent rays are focused with a concentrator. In addition, an aperture system is provided in each case. The measurement of the radiation dose should be made on the diaphragm system.
Das ohnehin im CT-Gerät vorhandene Bildgebungssystem wird zwar angesprochen, dieses wird während der Behandlung offensichtlich aus den oben beschriebenen Gründen aber nicht benutzt. Vielmehr ist, wie US 6 782 073 B2 zeigt, vor der strahlentherapeutischen Behandlung eine CT-Aufnahme mit einem zweiten, ausschließlich zur Bildgebung dienenden Gerät für eine Behandlungsplanung vorgesehen. Als Kontrastmittel werden Photoelectric Radiation Enhancer (PRE) verwendet, die zum Beispiel aus US 2004/0006254 Al bereits bekannt sind.Although the present in the CT device imaging system is addressed, this is obviously not used during the treatment for the reasons described above. On the contrary, as shown by US Pat. No. 6,782,073 B2, prior to radiotherapy treatment, a CT scan is provided with a second device exclusively for imaging for treatment planning. As contrast agents Photoelectric Radiation Enhancer (PRE) are used, which are already known for example from US 2004/0006254 Al.
Alle Modifikationen und instrumenteilen Erweiterungen werden nach dem vorliegenden Verfahren an für die CT-Diagnostik gebräuchlichen Geräten durchgeführt. Vorteilhaft ist die Verwendung von Hochleistungsröntgenröhren.All modifications and instrumental extensions are carried out according to the present method on common for CT diagnostics devices. The use of high-performance x-ray tubes is advantageous.
Die Darstellung der Patientenanatomie und -topographie zur exakten Ermittlung der Tumorausdehnung und Erfassung des Zielvolumens generiert der Computertomograph in dreidimensionaler Abbildung meist mit Hilfe von Kontrastmitteln. Die Ortsauflösung solcher Geräte liegt heute im Submillimeterbe- reich und stellt anatomische Verhältnisse in hoher Detailgenauigkeit dar.The computational tomograph generates the representation of patient anatomy and topography for the exact determination of the tumor extent and the determination of the target volume in three-dimensional imaging, usually with the help of contrast agents. The spatial resolution of such devices is now in the submillimeter range and represents anatomical conditions in high detail accuracy.
Das Grundgerät wird um zwei Zusatzfunktionen gerätetechnisch erweitert. Die Bildgebungs-Software muss zu einer neuenThe basic device is extended by two additional functions. The imaging software needs to be a new one
Diagnostik-Therapie-Software erweitert oder umgeschrieben werden, die auch den Therapieplanungsmodus enthalten soll. Die Zusatzbausteine werden im Folgenden genauer beschrieben.Enhanced or rewrote diagnostic therapy software which should also contain the therapy planning mode. The additional modules will be described in more detail below.
Die beiden gerätetechnischen Bausteine (energiedispersiver Röntgenkonzentrator und Fluoreszenzdetektionseinheit) können einzeln manuell oder, über die Bedienkonsole gesteuert, in den Strahlengang eingeführt oder wieder entfernt werden werden. Diese Umrüstung von der Diagnostik zur Therapie (und gegebenenfalls wieder zurück) kann geschehen, während der Pati- ent auf der Couch platziert ist. Vorteilshafterweise wird man erst eine Kontrastmittel unterstützte CT-Aufnahme durchführen, die Zielkoordinaten und Röntgenschwächungen speichern und dann die Patientenliege so verfahren, dass anschließend das Zielgebiet (Tumor) im Isozentrum der Gantry liegt. Zeit- gleich können die beiden Zusatzfunktionen eingefahren werden. Diese Umrüstungen sind in kurzer Zeit durchgeführt, sodass sich die Zielkoordinaten durch Bewegungsartefakte praktisch nicht geändert haben. Die Messung der Dosiserhöhung mit dem Fluoreszenzdetektionsmodul erlaubt dabei eine genaue Kon- trolle der Bestrahlung des Zielgebietes.The two device components (energy-dispersive X-ray concentrator and fluorescence detection unit) can be individually introduced manually or, controlled by the control panel, in the beam path or be removed again. This conversion from diagnostics to therapy (and possibly back again) can be done while the patient is placed on the couch. Advantageously, you will first perform a contrast-enhanced CT scan, save the target coordinates and X-ray attenuations and then move the patient bed so that then the target area (tumor) is located in the isocenter of the gantry. At the same time, the two additional functions can be retracted. These conversions are done in a short time so that the target coordinates have not changed practically due to motion artifacts. The measurement of the dose increase with the fluorescence detection module allows an exact control of the irradiation of the target area.
Moderne Hochleistungsröhren erlauben die Applikation von therapeutisch gängigen Strahlendosen im Minutenbereich, sodass im Normalfall eine Zielkoordinatenveränderungen nur minimal ausfällt. Eine Nachjustage ist aber jederzeit durch Umschalten auf den Diagnostikmodus des CT-Gerätes möglich. Letztlich kann diese Umschaltung in den Diagnostikmodus per Knopfdruck so schnell erfolgen, dass auch Bewegungsartefakte und die Pharmakokinetik der Kontrastmittel erfasst und der Bestrahlung angepasst werden können.Modern high-performance tubes allow the application of therapeutically common radiation doses in the minute range, so that normally a target coordinate changes only minimally fails. A readjustment is possible at any time by switching to the diagnostic mode of the CT device. Ultimately, switching to the diagnostic mode at the press of a button can be done so quickly that motion artifacts and the pharmacokinetics of the contrast agents can be detected and adapted to the radiation.
Konventionell wird der Patient in z-Richtung auf der Liege während der CT Aufnahmen verschoben. Während des Bestrah- lungsmodus ist daran gedacht, die Patientenliege zusätzlich in den x- und y-Richtungen zu verschieben. Weiterhin kann die Gantry gekippt und die Strahlintensität während des Umlaufs moduliert werden, sodass auch größere Tumore gezielt mit dem fokussierten und monochromatisierten Röntgenstrahl abgerastert werden können und die von außen eingebrachte Röntgenstrahlung auf das Gebiet der DosiserhöhungConventionally, the patient is displaced in the z direction on the couch during CT scans. During the Lungsmodus is thought to move the patient bed additionally in the x and y directions. Furthermore, the gantry can be tilted and the beam intensity can be modulated during the circulation, so that even larger tumors can be scanned specifically with the focused and monochromatized X-ray beam and the X-radiation introduced from the outside into the area of the dose increase
Beschreibung der instrumenteilen ZusatzeinbautenDescription of instrumental accessories
1. Röntgenkonzentrator1. X-ray concentrator
Die in der medizinischen Praxis eingesetzten Röntgenröhren emittieren einen divergenten Strahl in einem breiten Energie- spektrum. Die Möglichkeiten zur Modulation von Röntgenstrahlen im Bereich von 20-140 keV in röntgenoptischen Elementen sind begrenzt. Die Verwendung eines Blendensystems stellt allein noch keine Lösung des vorliegenden Problems dar. Diese Methode verfügt über keine Möglichkeit, die Strahlqualität problemangepasst und damit energetisch zu modifizieren. Für eine effektive Behandlung mit minimalen Nebenwirkungen sind dagegen konvergente und quasimonochromatische Strahlen (das heißt mit definierten Energien) erforderlich. Das ohnehin im CT vorhandene Blendensystem (in Z-Ebene) wird deshalb gemein- sam mit einem Röntgenkonzentrator zur Fokussierung und Mono- chromatisierung eingesetzt. Zur Formierung von konvergenten, quasimonochromatischen Strahlen können zum Beispiel graphitbasierte Röntgenkonzentratoren verwendet werden. In diesem Fall wird der Strahl auch bei rotierender Röntgenröhre exakt auf den Tumor fokussiert und seine Intensität genau in dem Spektralbereich wesentlich vergrößert, in dem die aktivierbaren Sensibilisatoren (PRE s. unten) am effektivsten wirken. Das Ziel des Konzentrators ist es, einen konvergenten bzw. quasiparallelen und quasi-monochromatischen Strahl aus einem fächerförmigen und spektralbreiten Strahl eines CT-Gerätes zu formieren. Der Konzentrator stellt eine zweischichtige ge- schlossene Oberfläche mit einem Beamstop dar. Die innere Schicht wird aus einem energiedispersiven Material hergestellt, bevorzugt werden Graphitkristalle. Die äußere Schicht wird aus einem stark-absorbierenden Material gefertigt, damit der Direktstrahl die Wand des Konzentrators nicht durchdrin- gen kann. Der Konzentrator kann auch mehrere geschlossene oder nicht geschlossene Oberflächen enthalten. Im einfachsten Fall ist der Konzentrator ein Hohlzylinder mit einer HOPG Schicht auf seiner Innenwand. Die Schichtdicke muss den Photonenenergien angepasst werden, damit eine effektive Refle- xion realisiert wird. Durchmesser und Länge des Konzentrators können variieren zwischen 1 bis 5 cm für den Durchmesser und 1 bis 15 cm für die Länge. Bevorzugte Werte sind für den Durchmesser etwa 2 cm und für die Länge etwa 8 cm. Der Konzentrator befindet sich in einer Entfernung von etwa 20 bis 30 cm vom Brennfleck der Anode und ist auf einer Platte mit einer Justiereinrichtung montiert, die ähnlich konstruiert ist wie die im CT üblichen Kollimatoreinrichtungen, sodass ein Austausch problemlos und schnell möglich ist. Neben dem Hohlzylinder mit über die Länge konstantem Durchmesser werden andere Formen bevorzugt, bei denen der Durchmesser über die Länge elliptisch oder in Form einer logarithmischen Spirale variiert wird, aber auch beliebig andere Formen sind vorteilhaft möglich.The X-ray tubes used in medical practice emit a divergent beam in a broad energy spectrum. The possibilities for modulating X-rays in the range of 20-140 keV in X-ray optical elements are limited. The use of a glare system alone does not represent a solution to the problem at hand. This method has no possibility of problem-matching and thus energetically modifying the beam quality. However, convergent and quasi-monochromatic radiation (that is, defined energies) are required for effective treatment with minimal side effects. The diaphragm system (in the Z plane), which is already present on CT, is therefore used together with an X-ray concentrator for focusing and monochromatization. For example, graphite-based X-ray concentrators may be used to form convergent quasi-monochromatic beams. In this case, even when the X-ray tube is rotating, the beam is precisely focused on the tumor and its intensity is increased substantially precisely in the spectral range in which the activatable sensitizers (PREs below) are most effective. The goal of the concentrator is to form a convergent or quasiparallel and quasi-monochromatic beam from a fan-shaped and spectrally wide beam of a CT device. The concentrator is a two-layered closed surface with a beam stop. The inner layer is made of an energy-dispersive material, preferably graphite crystals. The outer layer is made of a highly absorbent material so that the direct jet can not penetrate the wall of the concentrator. The concentrator may also contain multiple closed or non-closed surfaces. In the simplest case, the concentrator is a hollow cylinder with a HOPG layer on its inner wall. The layer thickness must be adapted to the photon energies, so that an effective reflection is realized. The diameter and length of the concentrator can vary between 1 to 5 cm for the diameter and 1 to 15 cm for the length. Preferred values are about 2 cm for the diameter and about 8 cm for the length. The concentrator is located at a distance of about 20 to 30 cm from the focal spot of the anode and is mounted on a plate with an adjusting device which is constructed similar to the usual CT CT collimator, so a replacement is easily and quickly possible. In addition to the hollow cylinder with constant diameter over the length of other shapes are preferred in which the diameter over the length of elliptical or in the form of a logarithmic spiral is varied, but also any other forms are advantageously possible.
Die Reflexion an dem HOPG Kristall erfolgt auf Grund der Bragg-Beziehung, wobei die geschlossene Form mit ihrer fokus- sierenden Geometrie dazu verhilft, das Zielgebiet optimal auszuleuchten und damit die Intensität im Zielgebiet zu erhöhen. Damit der Primärstrahl die Röntgenoptik nicht ungehin- dert passieren kann, wird ein Beamstop angebracht. Lage und Form des Beamstops passen sich der Form der Röntgenoptik an. Erst der Beamstop garantiert, dass nur Bragg-reflektierte Röntgenstrahlen mit definierter Energie auf das Zielgebiet fokussiert werden. Die Röntgenoptik ist beispielsweise so ausgelegt, dass der Fokus mit dem Isozentrum der Gantry zusammenfällt. Für die totale Blockierung des Direktstrahls ist auch die Wand des Konzentrators ausschlaggebend. Das Wandmaterial und die Wandstärke müssen energieangepasst optimiert werden, damit der Direktstrahl und seine Streuung total abgeschattet sind.The reflection on the HOPG crystal is due to the Bragg relationship, whereby the closed shape with its focusing geometry helps to optimally illuminate the target area and thus to increase the intensity in the target area. So that the primary beam does not interfere with the X-ray optics. can happen, a beam stop is attached. Position and shape of the beam stop adapt to the shape of the X-ray optics. Only the Beamstop guarantees that only Bragg-reflected X-rays with defined energy are focused on the target area. For example, the X-ray optics are designed so that the focus coincides with the isocenter of the gantry. For the total blockage of the direct jet, the wall of the concentrator is also decisive. The wall material and the wall thickness must be optimized in terms of energy, so that the direct beam and its scattering are totally shaded.
Der Baustein Röntgenkonzentrator kann alternativ noch mit einer Vorrichtung zur Messung der Strahlenintensität versehen werden.The building block X-ray concentrator can alternatively be provided with a device for measuring the radiation intensity.
2. Röntgenfluoreszenzdetektion2. X-ray fluorescence detection
Die Bestimmung der Strahlungsdosis erfolgt durch Messung der Röntgenfluoreszenz des Kontrastmittels, wie in DE 102005 026940 Al beschrieben. Dazu ist ein in der Nähe des Tumors angeordnetes Detektionssystem vorgesehen, das in bevorzugter Weise an der Patientenliege angebracht ist. Für die Messung der Röntgenfluoreszenz wird entweder ein empfindlicher ener- gieauflösender Detektor, z.B. ein CdTe-Detektor, eingesetzt oder ein Dosimeter in Kombination mit einem optischen System. Dieses optische System ist ähnlich aufgebaut wie der oben beschriebene Konzentrator . Dabei wird die Röntgenfluoreszenz auf die Messsonde des Dosimeters fokussiert, ohne dass der Streuanteil wesentlich ins Gewicht fällt. Anstelle des Dosimeters kann auch ein Photonenzähler eingesetzt werden. Photonen aktivierbare SubstanzenThe determination of the radiation dose is carried out by measuring the X-ray fluorescence of the contrast agent, as described in DE 102005 026940 Al. For this purpose, a detection system arranged in the vicinity of the tumor is provided, which is preferably attached to the patient couch. For the measurement of the X-ray fluorescence either a sensitive energy dissolving detector, eg a CdTe detector, is used or a dosimeter in combination with an optical system. This optical system is similar in construction to the concentrator described above. The X-ray fluorescence is focused on the measuring probe of the dosimeter, without the Streuanteil significant importance. Instead of the dosimeter, a photon counter can also be used. Photons activatable substances
Durch die Verwendung spezieller aktivierbarer Substanzen (Photoelectric Radiation Enhancer (PRE)) als Kontrastmittel wird gleichzeitig der Effekt am zuvor lokalisierten Tumor verstärkt und eine Verlaufskontrolle über die bildgebende Diagnostik ermöglicht. Das heißt, die PREs sorgen einerseits für eine verbesserte Darstellung der Anatomie bzw. der pathologischen Veränderungen des Patienten, andererseits für einen Verstärkungseffekt während der strahlentherapeutischen Behandlung.The use of special activatable substances (Photoelectric Radiation Enhancer (PRE)) as a contrast agent simultaneously enhances the effect on the previously localized tumor and allows follow-up monitoring via diagnostic imaging. That is, the PREs provide on the one hand for an improved representation of the anatomy or the pathological changes of the patient, on the other hand for a reinforcing effect during the radiotherapy treatment.
In der klinischen Röntgendiagnostik werden ausschließlich Substanzen verwendet, die das Zielgebiet (Tumor) auf passive Weise darstellen. Die Lokalisation im Zielgebiet kommt zustande, weil die Tumorphysiologie sich vom Normalgewebe unterscheidet und so die Verweilzeiten der Diagnostika im Tumor und im Normalgewebe unterschiedlich sind. Dieses Phänomen wird im Angelsächsischen als „enhanced permeation and reten- tion (EPR)" bezeichnet. Besonders auffällig ist dies bei bösartigen Hirntumoren, bei denen in der Mehrzahl der Fälle die Blut-Hirn-Schranke geöffnet ist. Die Diagnostika gelangen über die „poröse" Blut-Hirn-Schranke in den Tumor, können aber bei intakter Blut-Hirn-Schranke die Blutbahn nicht ver- lassen und so nicht in das umliegende gesunde Gehirngewebe passieren. Dadurch hebt sich der Tumor deutlich vom Normalgewebe ab .In clinical X-ray diagnostics only substances are used which represent the target area (tumor) in a passive manner. The localization in the target area comes about because the tumor physiology differs from the normal tissue and so the residence times of the diagnostic agents in the tumor and normal tissue are different. In Anglo-Saxon, this phenomenon is referred to as "enhanced permeation and retention (EPR)." This is especially noticeable in malignant brain tumors, where in most cases the blood-brain barrier is open "Blood-brain barrier into the tumor, but can not leave the bloodstream with an intact blood-brain barrier and so does not pass into the surrounding healthy brain tissue. As a result, the tumor stands out clearly from the normal tissue.
Damit Substanzen Röntgenstrahlen über den Photoeffekt absor- bieren, müssen sie Atome mit hoher Ordnungszahl enthaltenIn order for substances to absorb X-rays through the photoelectric effect, they must contain atoms of high atomic number
(Absorptionsverhalten ~ Z3) . Das ist bei Iod (Element 53) der(Absorption behavior ~ Z 3 ). This is iodine (element 53) of
Fall, aber auch das in Magnetresonanz-Kontrastmitteln enthal- tene Gadolinium (Element 64) ist dafür geeignet. In beiden Fällen kommt es aufgrund des photoelektrischen Effektes zur verstärkten Absorption und in Folge zu einer lokalen Strah- lendosiserhöhung.Case, but also in magnetic resonance contrast media. gadolinium (element 64) is suitable for this purpose. In both cases, due to the photoelectric effect, increased absorption and, as a consequence, a local radiation dose increase occur.
Geeignet zur Strahlendosiserhöhung sind Substanzen, die ein oder mehrere, auch unterschiedliche Atome der Ordnungszahlen 38-42, 44-53, 56-83 Elemente. Technetium (Tc, Z = 43) ist radioaktiv und kann nur als Beimischung verwendet werden. Die schweren Alkali-Elemente lassen sich für eine parenterale Applikation nur schwer gezielt formulieren und stehen damit nur für orale oder topische Anwendungen zur Verfügung. Leichtere Elemente ab ca. Mangan (Mn, Z = 25) können für die Sekundärabsorption der emittierten Röntgenfluoreszenz schwerer EIe- mente in Kombination mit diesen vorteilhaft ausgenutzt werden .Suitable for radiation dose increase are substances containing one or more, even different atoms of atomic numbers 38-42, 44-53, 56-83 elements. Technetium (Tc, Z = 43) is radioactive and can only be used as an admixture. The heavy alkaline elements are difficult to formulate specifically for parenteral administration and are thus only available for oral or topical applications. Lighter elements from about manganese (Mn, Z = 25) can be advantageously used for the secondary absorption of the emitted X-ray fluorescence of heavy elements in combination with these.
Neben den klinisch eingesetzten iodhaltigen Röntgenkontrastmitteln kommen als Verbindungen auch MR Kontrastmittel in Frage, wie zum Beispiel Gd-DTPA oder Gd-DOTA. Ziel ist es, eine im Tumor höhere Konzentration als im umliegenden Gewebe zu erreichen, um die Selektivität der Strahlentherapie neben der Strahlungsführung weiter zu erhöhen. Dies kann durch den Einsatz Tumor-affiner Verbindungen oder von Nanopartikeln noch gesteigert werden. Als interessant erweisen sich ebenfalls Kombinationen mit Chemotherapeutika (zum Beispiel cis- Platin) oder andere moderne Metallkomplexe, die bereits Eingang in die Tumortherapie gefunden haben und intrazellulär wirken . Die Dosiserhöhung durch strahlenabsorbierende Substanzen beruht auf dem photoelektrischen Effekt. Das ankommende Rönt- genphoton schlägt bei hinreichender Energie und Kollision mit einem Atom ein Elektron aus einer inneren Schale. Große Wir- kungsquerschnitte haben Atome hoher Ordnungszahlen mit ihren K-Elektronen. Bei Iod liegt die K-Kante bei 33,2 keV, bei Gadolinium bei 50,2 keV. Die energetische Lücke wird durch Ausstrahlung von Röntgenfluoreszenz und/oder eine Kaskade von Auger-Elektronen geschlossen, wobei die Röntgenfluoreszenz mit der Ordnungszahl zu- und die Auger-Kaskade mit der Ordnungszahl entsprechend abnehmen. Die Photoelektronen und Auger-Elektronen haben kurze Reichweiten, sodass die Energie in der Nähe des Absorptionsortes deponiert wird. Man beobachtet eine lokale Dosiserhöhung, die von der Konzentration des Absorbermoleküls abhängt.In addition to the clinically used iodine-containing X-ray contrast agents are also compounds MR contrast agents in question, such as Gd-DTPA or Gd-DOTA. The aim is to achieve a higher concentration in the tumor than in the surrounding tissue in order to further increase the selectivity of radiotherapy in addition to the radiation guidance. This can be further increased by using tumor-affine compounds or nanoparticles. Also interesting are combinations with chemotherapeutic agents (for example cis-platinum) or other modern metal complexes which have already found their way into tumor therapy and act intracellularly. The dose increase by radiation-absorbing substances is based on the photoelectric effect. The incoming X-ray photon, upon sufficient energy and collision with an atom, strikes an electron from an inner shell. Large cross-sections have atoms of high atomic numbers with their K electrons. For iodine, the K-edge is 33.2 keV, for gadolinium it is 50.2 keV. The energetic gap is closed by the emission of X-ray fluorescence and / or a cascade of Auger electrons, the X-ray fluorescence increasing with the atomic number and the Auger cascade decreasing with the ordinal number. The photoelectrons and Auger electrons have short ranges, so that the energy is deposited near the absorption site. A local dose increase is observed, which depends on the concentration of the absorber molecule.
Software und SteuerungSoftware and control
Der Photoelectric Radiation Enhancer (PRE) wird zunächst ap- pliziert. Die dann im Bildgebungsmodus generierten Bilder dienen zur anatomischen Lokalisation und damit zur Festlegung der zu bestrahlenden Areale. Nach weiterer PRE-Applikation und dem Erreichen der angestrebten bzw. für den photoelektrischen Dosiserhöhungseffekt notwendigen Konzentration im Tu- mor wird vom Bildgebungsmodus in den Therapiemodus umgeschaltet und mit der Bestrahlung begonnen. Die Software kann dabei aus den Messsignalen die Koordinaten für eine exakte Positionierung der Bestrahlung errechnen und die Steuerung des CT- Gerätes übernehmen. Innerhalb der Rückkopplungsschleifen ist dafür gesorgt, dass bei Unterschreiten einer Grenzkonzentration im Tumor eine Meldung erfolgt und eine Nachdosierung des PRE vorgenommen werden kann. Ist dies aus Gründen der akuten Verträglichkeit nicht mehr möglich, kann die Bestrahlung abgebrochen und eine neue Sitzung anberaumt werden.The Photoelectric Radiation Enhancer (PRE) is first applied. The images then generated in the imaging mode are used for anatomical localization and thus for defining the areas to be irradiated. After further PRE application and the achievement of the target or necessary for the photoelectric dose increase effect concentration in the tumor is switched from the imaging mode in the therapy mode and started with the irradiation. The software can calculate the coordinates for an exact positioning of the irradiation from the measuring signals and take over the control of the CT device. Within the feedback loops, it is ensured that if the concentration falls below a threshold concentration in the tumor, a message is issued and a subsequent dosing of the PRE can be carried out. Is this for the sake of acute Tolerability is no longer possible, the radiation can be stopped and a new meeting can be scheduled.
Der zeitliche Verlauf der Konzentration und des Abbaus des Röntgenmarkers im Gewebe zwingt zu gerate- und steuerungstechnischen Lösungen, die praktisch in Realzeit erfolgen müssen. Damit im Zusammenhang stehen die Messung der tatsächlichen Dosisaufnahme, die Nutzung dieser Ergebnisse zur Steuerung und ständigen Neuberechnung der noch einzubringenden Strahlung, die Anpassung der CT-Steuerung zur Realisierung dieser Forderungen und die richtige Schalt- und Intervallfolge zum Wechsel zwischen Diagnose und Therapie.The temporal course of the concentration and the degradation of the X-ray marker in the tissue forces to device and control technical solutions, which must be done practically in real time. This relates to the measurement of the actual dose recording, the use of these results to control and continuous recalculation of the radiation still to be introduced, the adaptation of the CT control to the realization of these requirements and the correct switching and interval sequence for switching between diagnosis and therapy.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die Bestrahlungs- planung täglich in kürzester Zeit vor jeder Radiatio entsprechend dem Kontrastmittel-gestützten CT-BiId erfolgen. Das erhöht die Genauigkeit einer Strahlentherapie erheblich, da Abweichungen bei der Patientenlagerung und Veränderungen im Zielvolumen (zum Beispiel Tumorregression oder Organbeweg- lichkeit) sofort während der Strahlentherapie ohne Unterbrechung, berücksichtigt werden.With the method according to the invention, the irradiation planning can be carried out daily in the shortest time before each radiotherapy in accordance with the contrast agent-based CT image. This considerably increases the accuracy of radiation therapy, as deviations in patient positioning and changes in the target volume (for example, tumor regression or organ mobility) are immediately taken into account during radiotherapy without interruption.
Logistiklogistics
Diagnostik, Therapieplanung und Therapie können in einem Gerät fusioniert werden. Darin liegt ein erheblicher finanzieller und logistischer Vorteil gegenüber den derzeit etablierten Technologien. Nicht unerheblich ist, dass nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitende Anlagen ohne große Siche- rungsmaßnahmen (Strahlenschutz) an jedem Krankenhaus (auch in Schwellenländern) installiert werden können, da sich Ortho- voltphotonen gegenüber Megavoltphotonen durch geringe bauliche Maßnahmen abschirmen lassen bzw. bei vorhandenen CT- Geräten nicht zusätzlich anfallen.Diagnostics, treatment planning and therapy can be fused in one device. This is a significant financial and logistical advantage over currently established technologies. It is not insignificant that systems operating according to the method according to the invention can be installed at any hospital (even in emerging countries) without great safeguards (radiation protection), since ortho- Protect volt photons against megavolt photons by minor constructional measures or do not incur additional costs with existing CT devices.
Variante in vereinfachter AusführungVariant in a simplified version
In einer vereinfachten Ausführung, insbesondere bei der Behandlung oberflächennaher maligner Tumoren oder bei der Behandlung benigner Tumoren und Arthrose-ähnlicher Erkrankungen, ist die CT-Hochtechnologie nicht entscheidend und man kann den Röntgenkonzentrator auch mit herkömmlichen C-Bogen und anderen diagnostischen Durchlicht-Röntgen- Einheiten kombinieren. Auch wenn in dieser vereinfachten Variante die komplette 3D-Bildgebung nicht oder nur begrenzt möglich ist, so kann man immer noch Diagnostik und Therapie miteinander vorteilhaft kombinieren. Im Prinzip kann der Tumor auch in dieser Variante aus allen 3D-Richtungen bestrahlt werden. Ähnliches gilt für interventionelle Applikationen oder Orthovolt-Bestrahleinrichtungen .In a simplified embodiment, especially in the treatment of near-surface malignant tumors or in the treatment of benign tumors and arthritis-like diseases, CT high technology is not critical and one can also use the X-ray concentrator with conventional C-arms and other diagnostic X-ray units combine. Although in this simplified version, the complete 3D imaging is not possible or only to a limited extent, it is still possible to advantageously combine diagnostics and therapy. In principle, the tumor can also be irradiated in this variant from all 3D directions. The same applies to interventional applications or Orthovolt irradiation devices.
Wie in der oben beschriebenen CT Ausführung wird vor den Strahlaustritt der Röntgenröhre zum Therapiemodus der Röntgenkonzentrator in den Röntgenstrahl geschoben. Röntgenener- gie und Strahlfokus werden dem Zielgebiet angepasst. Auch in diesem Fall kann die Bestrahlung computerkontrolliert aus allen Raumrichtungen auf den Tumor konzentriert werden. Das Energieprofil kann so abgestimmt werden, dass die Hauptdosis in den oberflächennahen Zielarealen deponiert wird. Zur oben erwähnten Dosisverstärkung kann die Palette der beschriebenen Photonen aktivierbaren Substanzen (PREs) um solche erweitert werden, die direkt in Form von Salben, Lösungen, Cremes, Emulsionen aus dermatologischen Anwendungen bekannt sind oder entsprechend formuliert werden können. Beispiele sind Povidon-Iod (PoIy (l-vinyl-2-pyrrolidon) -Iod-Kom- plex) enthaltende Lösungen oder Salben wie z.B. Betaisodona®.As in the CT embodiment described above, the x-ray concentrator is pushed into the x-ray beam prior to the beam exit of the x-ray tube for the therapy mode. X-ray energy and beam focus are adjusted to the target area. Also in this case, the irradiation can be computer-controlled from all spatial directions focused on the tumor. The energy profile can be adjusted so that the main dose is deposited in the near-surface target areas. For the above-mentioned dose enhancement, the range of described photon activatable substances (PREs) can be extended to those which are known or can be formulated directly in the form of ointments, solutions, creams, emulsions from dermatological applications. Examples are povidone-iodine (poly (1-vinyl-2-pyrrolidone) -iodo-complex) containing solutions or ointments such as Betaisodona®.
Der Vorteil des Verfahrens gegenüber der photodynamischen Therapie ergibt sich aus der Tatsache, dass der Ort des Bestrahlfokus beliebig variabel auch im Zentimeterbereich unter der Hautoberfläche liegen kann. Weiterhin ist im Gegensatz zur Röntgendiagnostik, die eine sehr hohe Orts- und Zeitauflösung aufweist, die Diagnostik im optischen Bereich durch die starke Absorption und den hohen Streustrahluntergrund eingeschränkt .The advantage of the method over the photodynamic therapy results from the fact that the location of the irradiation focus can be arbitrarily variable even in the centimeter range below the skin surface. Furthermore, in contrast to the X-ray diagnosis, which has a very high spatial and temporal resolution, the diagnostics in the optical range is limited by the strong absorption and the high scattered radiation background.
Die Erfindung soll nachstehend anhand von Ausführungsbeispie- len näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigenThe invention will be explained in more detail below with reference to exemplary embodiments. In the accompanying drawings show
Fig. 1 eine Prinzipdarstellung der erfindungsgemäßen Einrichtung in zwei Ansichten,1 is a schematic representation of the device according to the invention in two views,
Fig. 2 eine Prinzipdarstellung einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitenden CT-Anlage, Fig. 3 eine Prinzipdarstellung zur Funktion des Röntgenkonzentrators,2 is a schematic diagram of a working according to the invention CT system, 3 is a schematic diagram of the function of the X-ray concentrator,
Fig. 4 ein Photo des Röntgenkonzentrators montiert auf eine Grundplatte eines CT Kollimators,4 shows a photograph of the X-ray concentrator mounted on a base plate of a CT collimator,
Fig. 5 ein Photo des Röntgenkonzentrators nach Einbau in eine CT Anlage,5 shows a photograph of the X-ray concentrator after installation in a CT system,
Fig. 6 die Intensitätsverteilung im Fokus (identisch mit dem Rotationszentrum der Gantry) des Konzentrators für den Energiebereich der W-KCC-Linie,FIG. 6 shows the intensity distribution in focus (identical to the gantry rotation center) of the energy range concentrator of the W-KCC line. FIG.
Fig. 7 das Energiespektrum im Fokus undFig. 7 shows the energy spectrum in focus and
Fig. 8 die Anregungsbedingungen für Iod und Gadolinium, die berechnete Dosiserhöhung als Funktion der Photonenenergie .8 shows the excitation conditions for iodine and gadolinium, the calculated dose increase as a function of the photon energy.
Die Arbeitsweise des Gerätesystems ist in Fig. 1 skizziert. An den Ausgang einer Röntgenröhre 1 werden ein röntgenopti- sches Modul, bestehend aus einem Blendensystem 2 und einem Röntgenkonzentrator 3, angebracht, das die Röntgenstrahlen auf einen Tumor 4 fokussiert bzw. kollimiert. Verwendet wird dazu eine CT-Anlage (siehe Fig. 2) . Röntgenröhre 1 und rönt- genoptisches Modul rotieren um den Tumor 11 und können gezielt den lokalisierten Tumor 11 bestrahlen, wobei benachbartes, gesundes Gewebe maximal geschont wird. Vor der Strahlentherapie wird der Tumor 11 durch die Applikation von PREs für die Röntgenstrahlung sensibilisiert. Strahlung und PREs müssen aufeinander abgestimmt werden. Mit modernen diagnostischen Methoden wird die Wirkung der Therapie verfolgt, um in einem Rückkoppelschritt die Therapieplanung nachzustellen. Zu beachten ist dabei, dass die Markerfunktion zeitabhängig ist. Die im Blutkreislauf befindlichen Markersubstanzen werden abtransportiert, das heißt die Marker lagern sich nicht in die Krebszellen ein.The operation of the device system is outlined in Fig. 1. An X-ray-optical module consisting of a diaphragm system 2 and an X-ray concentrator 3, which focuses or collimates the X-rays onto a tumor 4, is attached to the output of an X-ray tube 1. For this purpose, a CT system is used (see FIG. 2). X-ray tube 1 and X-ray optical module rotate about the tumor 11 and can specifically irradiate the localized tumor 11, wherein adjacent, healthy tissue is spared maximum. Before radiotherapy, the tumor 11 is sensitized by the application of PREs for the X-radiation. Radiation and PREs must be coordinated. Using modern diagnostic methods, the effect of the therapy is followed in order to simulate the treatment planning in a feedback step. It should be noted that the marker function is time-dependent. The marker substances in the blood circulation are removed, ie the markers do not encase themselves in the cancer cells.
Kern der Bestrahleinheit ist ein moderner CT-Scanner mit einem verfahrbaren Patiententisch 5. Es kann sich dabei um ein Standardprodukt handeln, so wie es jede strahlentherapeuti- sehe Einrichtung zur Strahlendiagnose benutzt. Das Einsatzspektrum eines solchen CT-Gerätes muss um Therapieaufgaben erweitert werden. Ein solches Image-Therapie-CT (IT-CT) kann dann im Diagnostik- und Therapiemodus betrieben werden. Damit ergeben sich kaum zusätzliche räumliche Anforderungen, was die Akzeptanz erhöht und die finanziellen Aufwendungen für die Anwender erheblich mindert.The core of the irradiation unit is a modern CT scanner with a movable patient table 5. It can be a standard product, as it is used by any radiotherapeutic device for radiation diagnosis. The range of application of such a CT device must be extended by therapy tasks. Such an image therapy CT (IT-CT) can then be operated in diagnostic and therapy mode. This results in hardly any additional spatial requirements, which increases the acceptance and significantly reduces the financial expenses for the users.
Neben der Strahlformung spielt die Positionierung des Tumors 11 die entscheidende Rolle. Da die Lokalisation des Tumors 11 durch die Bildgebung kontrolliert werden kann, ist eine Automatisierung der Positionierung des Tumors 11 bei der Rotation der Röntgenröhre 1, dem Kippen der Gantry und dem Vorschieben des Patiententischs 5 möglich, so dass die höchstmögliche Präzisierung bei der Bestrahlung gewährleistet werden kann. Einen vorteilhaften Effekt stellt das Detektionssystem 6 zur Ermittlung der eingetragenen Tumordosis (durch Photoeffekt) auf Grund der gemessenen Röntgenfluoreszenz 7 dar. Die durch den Photoelektrischen Effekt induzierte Röntgenfluoreszenz 7 nimmt mit der Ordnungszahl sigmoid zu, so dass auch hierfür beispielsweise Iod und Gadolinium geeignete Elemente sind. Aus diesen Messdaten kann die im Tumor 11 deponierte effektive Strahlendosis bzw. der Dosiserhöhungseffekt im Tumor 11 ermittelt werden. Dies liefert dem Strahlentherapeuten Kriterien zum weiteren individualisierten, therapeutischen Vorgehen. Da Photonen aus Linearbeschleunigern über den Compton-Effekt, der eine vergleichbar geringe Abhängigkeit von der Ordnungszahl der Elemente zeigt und auch nicht zur Freisetzung von Photonen aus inneren Elektronschalen führt, mit Materie wechselwirken, ist die oben beschriebene Fluoeszendetektion im Hochenergiebereich der Linearbeschleuniger nicht möglich.In addition to the beam shaping, the positioning of the tumor 11 plays the decisive role. Since the localization of the tumor 11 can be controlled by the imaging, automation of the positioning of the tumor 11 in the rotation of the X-ray tube 1, tilting the gantry and advancing the patient table 5 is possible, so that the highest possible precision in the irradiation are ensured can. An advantageous effect is the detection system 6 for determining the registered tumor dose (by photoelectric effect) on the basis of the measured X-ray fluorescence 7. The induced by the photoelectric effect X-ray fluorescence 7 increases sigmoid with the atomic number, so that for this example, iodine and gadolinium are suitable elements , From these measurement data, the effective radiation dose deposited in the tumor 11 or the dose-increasing effect in the tumor 11 can be determined. This provides the radiation therapist criteria for further individualized, therapeutic approach. Since photons from linear accelerators interact with matter via the Compton effect, which has a comparably low dependence on the atomic number of the elements and does not lead to the release of photons from inner electron shells, the above-described high-energy fluorine detection of the linear accelerators is not possible.
Durch die Änderung der Dimensionen und der Form des Kollima- tors 2 in Kombination mit dem Konzentrator 3 während der Bestrahlung können Tumore 11 komplizierter Form effektiv bestrahlt und gleichzeitig das umliegende gesunde Gewebe wei- testgehend geschont werden. Daher ist für die erfindungsgemäße Einrichtung vorzugsweise ein gesteuertes Blendensystem 2 vorzusehen.By changing the dimensions and the shape of the collimator 2 in combination with the concentrator 3 during the irradiation, tumors 11 of complicated shape can be effectively irradiated and, at the same time, the surrounding healthy tissue preserved as far as possible. Therefore, a controlled diaphragm system 2 is preferably provided for the device according to the invention.
Das Blendensystem 2 allein würde die BeStrahlungsintensität erheblich reduzieren und über keine Möglichkeit zur Modifizierung des Emissionsspektrums verfügen. Dies kann mit Hilfe der aus Blendensystem 2 und Röntgenkonzentrator 3 bestehenden Röntgenoptik erreicht werden. Der Konzentrator 3 stellt eine zweischichtige geschlossene Oberfläche mit einem Beamstop 8 dar (Fig.3) . Die innere Schicht 14 wird aus einem energiedispersiven Material hergestellt. Aus physikalischen Gründen wird eine Graphitschicht (HOPG - Highly Oriented Pyrolytic Graphite) favorisiert. Die äußere Schicht 13 wird aus einem stark absorbierenden Material gefertigt, damit der Direktstrahl die Wand des Röntgenkonzentrators 3 nicht durchdringen kann. Der Röntgenkonzentrator 3 kann auch mehrere geschlossene oder nicht geschlossene Oberflächen enthalten. Im einfachsten Fall ist der Röntgenkonzentrator 3 ein Hohlzylinder mit einer HOPG Schicht auf seiner Innenwand.The shutter system 2 alone would significantly reduce the irradiation intensity and have no possibility of modifying the emission spectrum. This can be achieved with the aid of the aperture system 2 and X-ray concentrator 3 existing X-ray optics. The concentrator 3 is a two-layered closed surface with a Beamstop 8 (Figure 3). The inner layer 14 is made of an energy dispersive material. For physical reasons, a graphite layer (HOPG - Highly Oriented Pyrolytic Graphite) is favored. The outer layer 13 is made of a highly absorbent material, so that the direct beam can not penetrate the wall of the X-ray concentrator 3. The X-ray concentrator 3 may also contain a plurality of closed or non-closed surfaces. In the simplest case, the X-ray concentrator 3 is a hollow cylinder with a HOPG layer on its inner wall.
Der Röntgenkonzentrator 3 sollte auf eine Energie von ca. 60 keV (dies entspricht ca. der W KCC-Linie des Anodenmaterials) eingestellt werden: In diesem Fall ist eine quasimonochromatische Röntgenstrahlung mit einer Bandbreite von etwa ΔE ~ 15 keV (ΔE/E ~ 20%) zu erwarten. Zur Blockierung des Direkt- Strahls ist ein Beamstop 8 vorgesehen.The X-ray concentrator 3 should be adjusted to an energy of about 60 keV (this corresponds approximately to the W KCC line of the anode material): In this case, a quasi-monochromatic X-ray having a bandwidth of about ΔE ~ 15 keV (ΔE / E ~ 20 %) expected. To block the direct beam a Beamstop 8 is provided.
Die Anwendung des Röntgenkonzentrators 3 ermöglicht:The application of the X-ray concentrator 3 allows:
• die Unterdrückung aller niederenergetischen Photonen mit• the suppression of all low-energy photons with
E < 40 keV;E <40 keV;
• die Unterdrückung aller hochenergetischen Photonen mit E > 80 keV;• the suppression of all high-energy photons with E> 80 keV;
• die wesentliche Erhöhung der Strahlintensität im Bereich der höchsten Absorption des Kontrastmittels (60±10 keV für Gd) ; • die lokale Bestrahlung von kleinen Tumoren und Metastasen;The substantial increase in the beam intensity in the region of the highest absorption of the contrast agent (60 ± 10 keV for Gd); • the local irradiation of small tumors and metastases;
• bei ausgedehnten Tumoren (Brennfleck < Tumor) wird der• in case of extensive tumors (focal spot <tumor) the
Brennfleck 4 gezielt über den Tumor 11 geführt.Focal spot 4 guided over the tumor 11 targeted.
Der Röntgenkonzentrator 3 wird unmittelbar vor dem Austrittsfenster der Röntgenröhre 1 positioniert. Die Strahlung, die den Röntgenkonzentrator 3 verlässt, besteht aus einem reflektierten Strahlungsanteil 9 und einem Direktstrahl 10 (Fig. 1) . Der Röntgenkonzentrator 3 ist mit einem Beamstop 8 zum Abblocken des Direktstrahls 10 ausgestattet. Auf diese Weise wird nur der reflektierte Strahlungsanteil 9 auf den Tumor 11 fokussiert, wodurch eine hohe Intensität quasimonochromatischer Strahlung im Brennfleck 4 erzeugt wird.The X-ray concentrator 3 is positioned immediately in front of the exit window of the X-ray tube 1. The radiation leaving the X-ray concentrator 3 consists of a reflected radiation component 9 and a direct beam 10 (FIG. 1). The X-ray concentrator 3 is equipped with a beam stop 8 for blocking the direct jet 10. In this way, only the reflected radiation portion 9 is focused on the tumor 11, whereby a high intensity quasi-monochromatic radiation in the focal spot 4 is generated.
Fig. 4 zeigt ein Photo einer praktischen Ausführung des Rönt- genkonzentrators 3 vor dem Einbau auf die Kollimatorplatte der CT Einrichtung. In Fig. 5 ist der Röntgenkonzentrator 3 im eingebauten Zustand zu sehen. Zum Einbau muss die Plastikabdeckung der CT Einrichtung entfernt werden.4 shows a photograph of a practical embodiment of the X-ray concentrator 3 prior to installation on the collimator plate of the CT device. In Fig. 5, the X-ray concentrator 3 can be seen in the installed state. For installation, the plastic cover of the CT device must be removed.
Fig. 6 vermittelt einen Eindruck der Intensitätsverteilung im Fokus. Dazu wurde ein Röntgendetektor in horizontaler Richtung (x-Richtung) millimeterweise verschoben und die Intensität gemessen. Man sieht eine prägnante Intensitätserhö- hung im Fokus.6 gives an impression of the intensity distribution in the focus. For this purpose, an x-ray detector was displaced millimeter by millimeter in the horizontal direction (x-direction) and the intensity was measured. One sees a concise increase in intensity in focus.
Fig. 7 gibt das Energiespektrum, gemessen mit einem Energie- dispersiven Detektor, wieder. Die Messung erfolgte an Hand der Streustrahlung an einer Kaptonfolie und Rückrechnung der Comptonverschiebung . Es ist deutlich zu sehen, dass die Energie auf den Bereich um 60 keV eingeengt ist. Zusätzlich ist das Spektrum des Röntgenstrahls ohne Röntgenkonzentrator 3 gezeigt. Man sieht deutlich, dass der Röntgenkonzentrator 3 neben der Monochromatisierung der Strahlung zu einer markanten Intensitätssteigerung im Zentrum führt.FIG. 7 shows the energy spectrum measured with an energy-dispersive detector. The measurement was made on the basis of the scattered radiation on a Kapton foil and recalculation of the Compton shift. It can clearly be seen that the energy is concentrated in the range around 60 keV. In addition, the spectrum of the X-ray beam without X-ray concentrator 3 is shown. It can be seen clearly that the X-ray concentrator 3 leads, in addition to the monochromatization of the radiation, to a marked increase in intensity in the center.
Wegen der höheren Oberflächendosen bei Röntgenstrahlen im Bereich bis einigen 10 keV, ist für die Therapie die lokale Do- siserhöhung durch strahlenabsorbierende Substanzen ein vorteilhaftes Element. Damit kann die gewünschte Dosisverteilung bzw. der Dosisabfall vom Zielvolumen zur Umgebung erzeugt werden .Because of the higher surface doses in the case of X-rays in the range up to a few 10 keV, the local increase in dose due to radiation-absorbing substances is an advantageous element for the therapy. Thus, the desired dose distribution or the dose drop from the target volume to the environment can be generated.
Iod- oder Lanthanid-haltige als PRE Beispiele sollen sich im Tumorareal gegenüber dem umgebenden Gewebe anreichern bzw. hohe Tumor-Gewebe-Konzentrationsquotienten aufzeigen. Sie sind gleichzeitig sehr verträglich.Iodine- or lanthanide-containing PRE examples should accumulate in the tumor area in relation to the surrounding tissue or show high tumor tissue concentration quotients. They are very compatible at the same time.
Fig.8 spiegelt die Abhängigkeit der Dosiserhöhung von Iod und Gadolinium als Funktion der Röntgenphotonenenergie wider und zeigt, dass das Maximum der Dosiserhöhung von Iod und Gadolinium im Energiebereich von ca. 60 keV liegt. Dieser Energiebereich wird gerade durch die Röntgenoptik gut ab- gedeckt (siehe Fig. 7) . Weil die Gd K-Kante bei ca. 50 keV liegt, sind für die Anregung von Gd K-Linien Photonen mit Energien von etwa 50-70 keV am besten geeignet. Diese optimalen Bedingungen werden mit einer Wolfram-Röhre als Röntgenröhre 1 geschaffen, die eine starke W-KCC-Linie bei 59,3 keV emittiert. Die Verwendung des Röntgenkonzentrators 3 erhöht die Intensität der Primärstrahlung im Energiebereich 50-70 keV wesentlich. Außerdem werden in diesem Fall alle hochenergetischen Photonen (>80 keV) unterdrückt, wodurch der Streustrahlungshintergrund reduziert werden kann.FIG. 8 reflects the dependence of the dose increase of iodine and gadolinium as a function of the X-ray photon energy and shows that the maximum of the dose increase of iodine and gadolinium in the energy range is about 60 keV. This energy range is currently well covered by the X-ray optics (see FIG. 7). Because the Gd K edge is at about 50 keV, photons with energies of about 50-70 keV are most suitable for the excitation of Gd K lines. These optimum conditions are provided with a tungsten tube as X-ray tube 1 which emits a strong W-KCC line at 59.3 keV. The use of the X-ray concentrator 3 increases the intensity of the primary radiation in the energy range 50-70 keV essential. In addition, in this case, all high-energy photons (> 80 keV) are suppressed, whereby the scattered radiation background can be reduced.
Die Bestimmung der absorbierten Dosis, die on-line während der Bestrahlung registriert wird, basiert erfindungsgemäß auf der Messung des Röntgenfluoreszenzsignals des eingetragenen Kontrastmittels (zum Beispiel Gd) durch ein Detektionssystem 6. Die dahinter stehende Erkenntnis besteht darin, dass die für die Therapie verwendete Röntgenstrahlung charakteristische Linien des Kontrastmittels anregt. Diese Fluoreszenzlinien können mit Hilfe mindestens eines Detektors registriert werden. Bei bekannter Kontrastmittel-Konzentration ist die gemessene Intensität der Sekundärstrahlung ein Maß für die absorbierte Dosis. Das Detektionssystem 6 befindet sich auf der Patientenliege 5. Weil die aktive Fläche dieser Detektoren des Detektionssystems 6 relativ gering ist, können mehrere Detektoren zu Arrays zusammengefügt werden, um den Einfangswinkel für die Registrierung der Fluoreszenzstrahlung zu vergrößern. Möglich wäre gegebenenfalls auch ein Sekundär- konzentrator für ein effektives Einfangen der emittierten charakteristischen Linie des Kontrastmittels und die weitestgehende Unterdrückung der Streustrahlung.The determination of the absorbed dose, which is registered on-line during the irradiation, is based on the measurement of the X-ray fluorescence signal of the registered contrast agent (for example Gd) by a detection system 6. The underlying finding is that the X-radiation used for the therapy stimulates characteristic lines of the contrast agent. These fluorescence lines can be registered by means of at least one detector. With known contrast medium concentration, the measured intensity of the secondary radiation is a measure of the absorbed dose. The detection system 6 is located on the patient couch 5. Because the active area of these detectors of the detection system 6 is relatively small, multiple detectors can be assembled into arrays to increase the capture angle for registration of fluorescence radiation. If necessary, it would also be possible to use a secondary concentrator for effective trapping of the emitted characteristic line of the contrast agent and the suppression of stray radiation as far as possible.
Als Detektoren kommen CdTe-Detektoren mit guter Effizienz und akzeptabler Energieauflösung bei hohen Energien in Frage.Suitable detectors are CdTe detectors with good efficiency and acceptable energy resolution at high energies.
In einer praktischen Ausführung verendet wurde eine Röntgenröhre 1 mit folgenden Betriebsdaten: U = 140 kV, I = 0,2 A. Die Gd-Konzentration betrug 10 mg/g. Für einen Detektionswinkel Ω = 0,01 sr und ein angeregtes Volumen von etwa 1 cm3 findet man dann etwa 70 000 ph/s.In a practical embodiment, an X-ray tube 1 with the following operating data was used: U = 140 kV, I = 0.2 A. The Gd concentration was 10 mg / g. For a detection angle Ω = 0.01 sr and an excited volume of about 1 cm 3 , one then finds about 70 000 ph / s.
Im Gegensatz zur konventionellen Röntgenfluoreszenzanalyse (RFA) , die charakteristische L-Linien zum Nachweis schwerer Elemente verwendet, hat das vorliegende Verfahren eine Reihe von Besonderheiten:In contrast to conventional X-ray fluorescence analysis (RFA), which uses characteristic L-lines to detect heavy elements, the present method has a number of features:
• hohe Energien der Fluoreszenzphotonen (K-Linien der schweren Elemente) ;High energies of fluorescence photons (heavy element K-lines);
• großes Anregungsvolumen;• large excitation volume;
• große Eintrittstiefe der Primärstrahlung;• large entrance depth of the primary radiation;
• große Austrittstiefe und damit verbundene Absorption der Fluoreszenzphotonen;Large exit depth and associated absorption of fluorescence photons;
• ein hoher Streustrahlungshintergrund.• a high scattered radiation background.
Zur Bildgebung während einer Therapiesitzung dient ein in der CT-Anlage ohnehin vorhandener CT-Detektor 12. Für die Bilderstellung wird der Konzentrator 3 aus dem Strahlengang der Röntgenröhre 1 herausgeschwenkt und damit unwirksam. Auf diese Weise können kontrastreiche, hoch aufgelöste Bilder gewonnen werden. Die Bilder können unmittelbar zur Gestaltung der weiteren Therapie herangezogen werden. Sie dienen außerdem zur Kontrolle der aktuellen Konzentration des Kontrastmittels (PRE) . Liste der BezugszeichenFor imaging during a therapy session, a CT detector 12, which is present in any case in the CT system, is used for imaging purposes. The concentrator 3 is swiveled out of the beam path of the x-ray tube 1 and thus rendered ineffective. In this way, high-contrast, high-resolution images can be obtained. The images can be used directly to design the further therapy. They also serve to control the current concentration of the contrast agent (PRE). List of reference numbers
I Röntgenröhre 2 BlendensystemI X-ray tube 2 aperture system
3 Röntgenkonzentrator3 X-ray concentrator
4 Brennfleck4 focal spot
5 Patiententisch5 patient table
6 Detektionssystem 7 Röntgenfluoreszenz6 Detection System 7 X-ray fluorescence
8 Beamstop8 beam stop
9 reflektierter Strahlungsanteil9 reflected radiation component
10 Direktstrahl10 direct beam
II Tumor 12 CT-DetektorII tumor 12 CT detector
13 Äußere Schicht13 Outer layer
14 Innere Schicht 14 inner layer

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur strahlentherapeutischen Behandlung von Gewebe mittels einer Röntgen-CT-Anlage oder mittels einer diagnostischen oder Orthovolt-Röntgen-Anlage mit jeweils mindestens einer Röntgenstrahlungsquelle, einem röntgenoptischen Modul, bestehend aus einem energiedispersiven Röntgenkonzentrator und einem Blendensystem, einer Bildgebungseinheit und einer1. A method for the radiotherapeutic treatment of tissue by means of an X-ray CT system or by means of a diagnostic or Orthovolt X-ray system with at least one X-ray source, an X-ray optical module consisting of an energy dispersive X-ray concentrator and a diaphragm system, an imaging unit and a
Messeinrichtung zur Bestimmung der Strahlungsdosis,Measuring device for determining the radiation dose,
dadurch gekennzeichnet, dasscharacterized in that
a. der Röntgenkonzentrator zur Bildgebung aus dem Strahlengang entfernt und zur strahlentherapeutischen Behandlung in den Strahlengang der Röntgenstrahlungsquelle eingeführt wird,a. the X-ray concentrator is removed from the beam path for imaging and introduced into the beam path of the X-ray source for radiotherapeutic treatment,
b. der Röntgenkonzentrator auf der Basis der Bragg Reflexion an einem HOPG Kristall in Verbindung mit einem Beamstop für den nicht-reflektierten Strahl geometrisch so ausgelegt ist, dass ein quasimonoenergetischer Röntgenstrahl auf den Tumor fokussiert wird,b. the X-ray concentrator based on the Bragg reflection on a HOPG crystal in combination with a beam stop for the non-reflected beam is geometrically designed to focus a quasi-mono-energetic X-ray beam on the tumor,
c. in oder auf das Gewebe ein photoelektrisch aktivierbares Kontrastmittel ein- oder aufgetragen wird,c. in or on the tissue a photoelectrically activatable contrast agent is applied or applied,
d. die Bestimmung der Strahlendosis/Dosiserhöhung durch Messung der Röntgenfluoreszenz erfolgt.d. the determination of the radiation dose / dose increase by measurement of the X-ray fluorescence takes place.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die durch den Röntgenkonzentrator selektiv durchgelassene Energie zwischen 20 und 140 keV liegt, vorzugsweise zwischen 30 und 100 keV und weiter vorzugsweise zwischen 40 und 80 keV.2. The method according to claim 1, characterized in that the selectively transmitted through the X-ray concentrator energy is between 20 and 140 keV, preferably between 30 and 100 keV and more preferably between 40 and 80 keV.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Röntgenkonzentrator auf die Energie der Emissionslinie der Röntgenanode angepasst wird, bevorzugt bei Wolframanoden auf die Energie der Wolfram-KCC-Linie mit 59,3 keV.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the X-ray concentrator is adapted to the energy of the emission line of the X-ray anode, preferably at Wolframanoden on the energy of the tungsten KCC line with 59.3 keV.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that
die Energiebandbreite im Bereich von +/- 15 % gehalten wird.the energy bandwidth is kept in the range of +/- 15%.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that
als Kontrastmittel Substanzen verwendet werden, die mindestens ein Atom aus den Elementen der Ordnungszahlen 25-35, 38- 42, 44-53, 56-83 enthalten.as contrast agent substances are used which contain at least one atom from the elements of atomic numbers 25-35, 38-42, 44-53, 56-83.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass6. The method according to claim 5, characterized in that
als Kontrastmittel Iod-haltige Photoelectric Radiation Enhan- cer (PRE) verwendet werden.iodine-containing photoelectric radiation enhancers (PRE) can be used as the contrast agent.
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass7. The method according to claim 5, characterized in that
als Kontrastmittel Lanthanid-haltige Photoelectric Radiation Enhancer (PRE) verwendet werden. as a contrast agent lanthanide-containing Photoelectric Radiation Enhancer (PRE) can be used.
8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass8. The method according to claim 5, characterized in that
als Kontrastmittel Gadolinium-haltige Photoelectric Radiation Enhancer (PRE) verwendet werden.as contrast agent gadolinium-containing photoelectric radiation enhancer (PRE) can be used.
9. Einrichtung zur strahlentherapeutischen Behandlung von mit einem photoelektrisch aktivierbaren Kontrastmittel versehenem Gewebe mittels einer Röntgen-CT-Anlage oder mittels einer diagnostischen oder Orthovolt-Röntgen-Anlage mit jeweils mindestens einer Röntgenstrahlungsquelle (1), einem röntgenoptischen Modul, bestehend aus einem Blendensystem (2) und Röntgenkonzentrator (3), einer Bildgebungseinheit (12) und einer Messeinrichtung zur Bestimmung der Strahlungsdosis,9. Device for the radiotherapeutic treatment of provided with a photoelectrically activatable contrast agent tissue by means of an X-ray CT system or by means of a diagnostic or Orthovolt X-ray system with at least one X-ray source (1), an X-ray optical module consisting of a diaphragm system (2 ) and X-ray concentrator (3), an imaging unit (12) and a measuring device for determining the radiation dose,
dadurch gekennzeichnet, dasscharacterized in that
a. der Röntgenkonzentrator (3) ein energiedispersives Element in Kombination mit einem Beamstop (8) zur Unterdrückung des nicht-reflektierten Primärstrahls enthält,a. the X-ray concentrator (3) contains an energy-dispersive element in combination with a beam stop (8) for suppressing the non-reflected primary beam,
b. der Röntgenkonzentrator (3) aus dem Strahlengang der Röntgenstrahlungsquelle (1) entfernbar istb. the X-ray concentrator (3) can be removed from the beam path of the X-ray source (1)
c. zur Bestimmung der Strahlungsdosis ein in der Nähe des Tumors (4) angeordnetes Detektionssystem (6) zur Messung der Röntgenfluoreszenz des Kontrastmittels vorgesehen ist.c. a detection system (6) arranged in the vicinity of the tumor (4) for measuring the X-ray fluorescence of the contrast agent is provided for determining the radiation dose.
10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass10. Device according to claim 9, characterized in that
das Detektionssystem (6) aus mehreren, zu einem Array zusammengefügten Detektoren besteht. the detection system (6) consists of a plurality of detectors joined in an array.
11. Einrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass11. Device according to claim 9 or 10, characterized in that
der oder die Detektoren CdTe-Detektoren sind.the detector (s) are CdTe detectors.
12. Einrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass12. Device according to claim 9 or 10, characterized in that
der Detektor ein optisches Modul zur Energieselektion in Kombination mit einem energieunabhängigen Photonenzähler enthält.the detector includes an optical module for energy selection in combination with an energy independent photon counter.
13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass13. Device according to one of claims 9 to 10, characterized in that
der oder die Detektoren am Patiententisch (5) der Röntgen- Anlage angeordnet sind.the detector or detectors on the patient table (5) of the X-ray system are arranged.
14. Einrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass14. Device according to one of claims 9 to 13, characterized in that
die Röntgenstrahlungsquelle (1) eine Wolfram-Röntgenröhre ist .the X-ray source (1) is a tungsten X-ray tube.
15. Einrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass15. Device according to one of claims 9 to 14, characterized in that
der Röntgenkonzentrator (2) ein graphitbasierter Röntgenspie- gel (HOPG) ist. the X-ray concentrator (2) is a graphite-based X-ray mirror (HOPG).
16. Einrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass16. Device according to one of claims 9 to 15, characterized in that
das Detektionssystem (6) auf die Emission des Photon Radiation Enhancer (PRE) Elements zurückgekoppelt ist.the detection system (6) is fed back to the emission of the photon radiation enhancer (PRE) element.
17. Einrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass17. Device according to one of claims 9 to 16, characterized in that
der Röntgenkonzentrator (3) ein graphitbasierter Röntgenspie- gel (HOPG) ist, der einen Beamstop enthält und der materialmäßig so ausgelegt ist, so dass der Primärstrahl absorbiert und nur der monoenergetische Teil durchgelassen wird.the X-ray concentrator (3) is a graphite-based X-ray mirror (HOPG), which contains a beam stop and which is designed so that the primary beam is absorbed and only the monoenergetic part is transmitted.
18. Einrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass18. Device according to one of claims 9 to 17, characterized in that
die durch den Röntgenkonzentrator (3) transmittierte Energie auf das Anregungsoptimum der Photoelektrischen Strahlenverstärker eingestellt ist.the energy transmitted through the X-ray concentrator (3) is set to the excitation optimum of the photoelectric beam amplifiers.
19. Einrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass19. Device according to one of claims 9 to 18, characterized in that
für Tumordiagnostik und Tumortherapie ein und dasselbe Grundgerät dient, das wahlweise von einem in den anderen Modus in kurzer Zeitfolge umschaltbar ist. for tumor diagnostics and tumor therapy one and the same basic unit is used, which can be switched over from one mode to the other in a short time sequence.
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010006722A1 (en) * 2008-07-16 2010-01-21 Bayer Schering Pharma Aktiengesellschaft Contrast agent-reinforced radiotherapy having high-output tubes
FR2996347A1 (en) * 2012-10-03 2014-04-04 Norbert Beyrard X-RAY REFLECTOR COMPRISING URANIUM OR LEAD ORE PARTICLES FOR ABSORPTION OF PARTIALLY REFLECTED RAYS
EP2814573A4 (en) * 2012-02-13 2015-12-23 Convergent R N R Ltd Imaging-guided delivery of x-ray radiation
RU2697228C2 (en) * 2017-03-24 2019-08-13 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Северный государственный медицинский университет" Министерства здравоохранения Российской Федерации Knee joint fixation for orthovoltage x-ray therapy
WO2021048764A1 (en) * 2019-09-09 2021-03-18 Universidad De La Frontera Integral system of orthovoltage sources that induce ionising radiation
CN113950354A (en) * 2019-04-08 2022-01-18 会聚R.N.R有限公司 System and method for optimizing radiation therapy
US11898971B2 (en) 2019-06-24 2024-02-13 Sms Group Gmbh Controlling process parameters by means of radiographic online determination of material properties when producing metallic strips and sheets

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4201328A1 (en) * 2021-12-21 2023-06-28 Universität Hamburg X-ray irradiation apparatus, including a spectrally shaping x-ray optic and a spectral filter aperture device, for x-ray imaging

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1990014861A1 (en) * 1989-05-31 1990-12-13 The Regents Of The University Of California Therapy x-ray scanner
WO1992000656A1 (en) * 1990-07-02 1992-01-09 Varian Associates, Inc. Electronically enhanced x-ray detector apparatus
WO2000012006A1 (en) * 1997-08-27 2000-03-09 Sirius Medicine, Llc Pharmaceutically enhanced low-energy radiosurgery
US6359963B1 (en) * 1997-03-18 2002-03-19 Sirius Medicine, Llc Medical uses of focused and imaged x-rays
US20040264644A1 (en) * 2003-06-30 2004-12-30 Herbert Goebel System to generate therapeutic radiation
EP1541196A1 (en) * 2003-12-12 2005-06-15 Siemens Medical Solutions USA, Inc. Safe combination of radiation treatment and delivery of a treatment agent
US20050259787A1 (en) * 2004-05-19 2005-11-24 Carroll Frank E System and method for monochromatic x-ray beam therapy

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5682415A (en) * 1995-10-13 1997-10-28 O'hara; David B. Collimator for x-ray spectroscopy
JP2001133421A (en) * 1999-11-01 2001-05-18 Ours Tex Kk X-ray spectrometer and x-ray diffractometer
DE10056508C2 (en) * 2000-09-14 2003-02-27 Schneider Elektrotechnik Gmbh Device for generating a directional x-ray beam with high intensity
US7070327B2 (en) * 2002-05-01 2006-07-04 Siemens Medical Solutions Usa, Inc. Focused radiation visualization
US6782073B2 (en) 2002-05-01 2004-08-24 Siemens Medical Solutions Usa, Inc. Planning system for convergent radiation treatment
DE10221634B4 (en) * 2002-05-15 2005-08-18 Siemens Ag Device for local modulation of a two-dimensional X-ray field and X-ray image system with such a device, and their use
US6853704B2 (en) 2002-09-23 2005-02-08 Siemens Medical Solutions Usa, Inc. System providing multiple focused radiation beams
CA2556934C (en) 2004-02-20 2018-05-22 James F. Dempsey System for delivering conformal radiation therapy while simultaneously imaging soft tissue
DE102005026940A1 (en) 2005-06-06 2006-12-14 Schering Ag X-ray arrangement for image presentation of an examination subject and use of the X-ray arrangement

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1990014861A1 (en) * 1989-05-31 1990-12-13 The Regents Of The University Of California Therapy x-ray scanner
WO1992000656A1 (en) * 1990-07-02 1992-01-09 Varian Associates, Inc. Electronically enhanced x-ray detector apparatus
US6359963B1 (en) * 1997-03-18 2002-03-19 Sirius Medicine, Llc Medical uses of focused and imaged x-rays
WO2000012006A1 (en) * 1997-08-27 2000-03-09 Sirius Medicine, Llc Pharmaceutically enhanced low-energy radiosurgery
US20040264644A1 (en) * 2003-06-30 2004-12-30 Herbert Goebel System to generate therapeutic radiation
EP1541196A1 (en) * 2003-12-12 2005-06-15 Siemens Medical Solutions USA, Inc. Safe combination of radiation treatment and delivery of a treatment agent
US20050259787A1 (en) * 2004-05-19 2005-11-24 Carroll Frank E System and method for monochromatic x-ray beam therapy

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010006722A1 (en) * 2008-07-16 2010-01-21 Bayer Schering Pharma Aktiengesellschaft Contrast agent-reinforced radiotherapy having high-output tubes
EP2814573A4 (en) * 2012-02-13 2015-12-23 Convergent R N R Ltd Imaging-guided delivery of x-ray radiation
FR2996347A1 (en) * 2012-10-03 2014-04-04 Norbert Beyrard X-RAY REFLECTOR COMPRISING URANIUM OR LEAD ORE PARTICLES FOR ABSORPTION OF PARTIALLY REFLECTED RAYS
EP2717271A1 (en) * 2012-10-03 2014-04-09 Norbert Beyrard X-ray reflector including particles of uranium ore or lead ore for absorbing X-rays that are not totally reflected
RU2697228C2 (en) * 2017-03-24 2019-08-13 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Северный государственный медицинский университет" Министерства здравоохранения Российской Федерации Knee joint fixation for orthovoltage x-ray therapy
CN113950354A (en) * 2019-04-08 2022-01-18 会聚R.N.R有限公司 System and method for optimizing radiation therapy
CN113950354B (en) * 2019-04-08 2024-05-28 会聚R.N.R有限公司 System for optimizing radiation therapy
US11898971B2 (en) 2019-06-24 2024-02-13 Sms Group Gmbh Controlling process parameters by means of radiographic online determination of material properties when producing metallic strips and sheets
WO2021048764A1 (en) * 2019-09-09 2021-03-18 Universidad De La Frontera Integral system of orthovoltage sources that induce ionising radiation

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