DE10140099A1 - Verfahren und System zum Liefern von Strahlung an einen Behandlungsbereich - Google Patents

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Liefern von Strahlung von einer Strahlungsquelle an einen Behandlungsbereich (T) angegeben. Ein Mehrblattkollimator ist zwischen der Strahlungsquelle und dem Behandlungsbereich zum Blockieren eines Teils der Strahlung und zum Definieren eines ersten Behandlungsfeldes positioniert. Der Kollimator ist so positioniert, daß sich Blätter (200) des Kollimators logitudinal in einer ersten Richtung (X) erstrecken. Der Kollimator wird zuerst durch einen Bogen bewegt, während Strahlung durch das erste Behandlungsfeld an den Behandlungsbereich geliefert wird. Der Mehrblattkollimator wird um eine zentrale Achse, die sich im wesentlichen senkrecht zu einer Ebene erstreckt, die mindestens einen Teil der Blätter enthält, gedreht, so daß die Blätter (202) ein zweites Behandlungsfeld definieren. Der Mehrblattkollimator wird dann durch einen zweiten Bogen bewegt, während Strahlung durch das zweite Behandlungsfeld an den Behandlungsbereich geliefert wird.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und ein System zum Liefern von Strahlung an einen Behandlungsbereich, insbesondere zur Verwendung bei einer bogenkon­ formen hochdefinierten Bestrahlungstherapie mit einem Mehrblattkollimator.

Strahlungsemissionsvorrichtungen sind allgemein bekannt und werden zum Beispiel als Be­ strahlungstherapievorrichtungen für die Behandlung von Patienten verwendet. Eine Bestrah­ lungstherapievorrichtung enthält allgemein ein Gerüst oder Gestell (zum Beispiel ein Portal, Gantry), das um eine horizontale Drehachse im Verlauf einer therapeutischen Behandlung geschwenkt werden kann. Ein Linearbeschleuniger ist innerhalb des Gestells zum Erzeugen eines Hochenergie-Bestrahlungsstrahls für die Therapie befindlich. Dieser Hochenergie-Bestrahlungsstrahl kann zum Beispiel ein Elektronenstrahl oder ein Photonenstrahl (Röntgen­ strahl) sein. Während der Behandlung wird der Bestrahlungsstrahl auf eine Zone eines Patien­ ten, der in dem Isozentrum der Gestelldrehung liegt, gerichtet bzw. kanalisiert.

Um die Strahlung, die in Richtung des Patienten emittiert wird, zu steuern, ist typischerweise eine Strahlungsabschirmvorrichtung wie eine Plattenanordnung oder ein Kollimator in der Trajektorie des Strahlungsstrahls zwischen der Strahlungsquelle und dem Patienten vorgese­ hen. Ein Beispiel einer Plattenanordnung ist ein Satz von vier Platten, der zum Definieren einer Öffnung für den Strahlungsstrahl benutzt werden kann. Der Kollimator ist eine Strahl­ abschirmungsvorrichtung, die mehrere Blätter (z. B. relativ dünne Platten oder Stäbe) enthal­ ten kann, die typischerweise als gegenüberliegende Blattpaare angeordnet sind. Die Platten sind aus einem relativ dichten und strahlungsundurchlässigen Material ausgebildet und sie sind im allgemeinen unabhängig voneinander zum Begrenzen des Strahlungsstrahles positio­ nierbar.

Die Strahlabschirmungsvorrichtung definiert ein Feld auf der Zone des Patienten, für welches eine vorgeschriebene Strahlungsmenge zu liefern ist. Die gewöhnliche Behandlungsfeldge­ stalt resultiert in einem dreidimensionalen Behandlungsvolumen, das Segmente von norma­ lem Gewebe enthält, wodurch die Dosis, die dem Tumor gegeben werden kann, begrenzt wird. Die an den Tumor gelieferte Dosis kann erhöht werden, falls die Menge normalen Ge­ webes, die bestrahlt wird, vermindert wird und die an das normale Gewebe gelieferte Dosis vermindert wird. Die Vermeidung des Lieferns von Strahlung an gesunde Organe, die den Tumor umgeben und überlagern, begrenzt die Dosis, die an den Tumor geliefert werden kann.

Die Lieferung von Strahlung durch eine Bestrahlungstherapievorrichtung wird typischerweise durch einen Onkologen vorgeschrieben. Die Verschreibung ist eine Definition eines bestimm­ ten Volumens und eines bestimmten Bestrahlungspegels, von dem gestattet ist, daß er an die­ ses Volumen geliefert wird. Der tatsächliche Betrieb der Bestrahlungsausrüstung wird jedoch normalerweise durch einen Therapeuten ausgeführt. Die Bestrahlungsemissionsvorrichtung wird zum Liefern der spezifischen Behandlung, die durch den Onkologen vorgeschrieben worden ist, programmiert. Wenn die Vorrichtung zur Behandlung programmiert wird, hat der Therapeut die tatsächliche Strahlungsausgabe in Betracht zu ziehen und die Dosislieferung basierend auf der Plattenanordnungsöffnung einzustellen, um die vorgeschriebene Strah­ lungsbehandlung in der gewünschten Tiefe in dem Ziel zu erreichen.

Die Herausforderung für den Bestrahlungstherapeuten ist die Bestimmung der besten Anzahl von Feldern und Intensitätspegeln zum Optimieren der Dosis-Volumen-Histogramme, die einen kumulativen Pegel der Strahlung definieren, der an ein spezifiziertes Volumen zu lie­ fern ist. Typische Optimierungsmaschinen optimieren die Dosis-Volumen-Histogramme durch Berücksichtigung der Verschreibung des Onkologen oder einer dreidimensionalen Spe­ zifizierung der zu liefernden Dosis bzw. Dosierung. Bei solchen Optimierungsmaschinen wird das dreidimensionale Volumen in Zellen heruntergebrochen, wobei jede Zelle einen spe­ zifischen Strahlungspegel, der zu handhaben ist, definiert. Die Ausgaben der Optimierungs­ maschinen sind Intensitätskarten, die durch Variieren der Intensität in jeder Zelle in der Karte bestimmt sind. Die Intensitätskarten spezifizieren eine Anzahl von Feldern, die optimierte Intensitätspegel in jeder Zelle definieren. Die Felder können statisch oder dynamisch modu­ liert werden, so daß eine unterschiedliche akkumulierte der Dosierung bzw. Dosis an unter­ schiedlichen Punkten in dem Feld empfangen wird. Wenn die Strahlung einmal entsprechend der Intensitätskarte geliefert worden ist, sollte die akkumulierte Dosis bzw. Dosierung in jeder Zelle, oder das Dosis-Volumen-Histogramm, der Verschreibung so nahe wie möglich ent­ sprechen.

Die bogenkonforme Therapie verwendet einen Mehrblattkollimator, der an dem Gestell ange­ bracht ist, zum Liefern der Strahlung bei der Bewegung des Gestells durch einen Bogen. Bo­ genkonforme Therapie wird typischerweise mit einem Mehrblattkollimator mit breiten Blät­ tern (z. B. 1 cm) geliefert. Bei einer solchen Intensitätsmodulation werden die Grenzen zwi­ schen kritischen Strukturen und Tumorvolumen manchmal nicht gut mit einem 1 cm breiten Standardblatt, das ein Ein-Zentimetermal-ein-Zentimeter-Gitter (Zellengröße) über die In­ tensitätskarte liefert, angenähert. Jedes Blatt kann longitudinal in Richtung auf eine oder weg von einer zentralen Achse des Strahles bewegt werden, jedoch ist die Feldübereinstimmung begrenzt, da die Blätter in allen Richtungen außer in einer linearen Richtung fixiert sind. Die­ ses resultiert in kritischen Bereichen, die den Begrenzungen, die der Strahlung ausgesetzt sind, benachbart sind, und es resultiert in scharfen Übergängen entlang der Grenze. Oft wird eine höhere Auflösung, als sie typischerweise mit dem Ein-Zentimeter-Blatt geliefert wird, benötigt. Eine mögliche Lösung ist das Bereitstellen eines Kollimators mit dünneren Blättern. Jedoch ist die zusätzliche Hardware, die für zusätzliche Blätter benötigt wird, sehr teuer, fügt dem System Gewicht hinzu, kann den Freiraum zwischen dem Behandlungskopf und dem Patienten reduzieren, und kann die Zuverlässigkeit und Lebensdauer des Systems vermindern.

Ein anderes Verfahren, das mit der bogenkonformen Therapie verwendet wird, ersetzt den Mehrblattkollimator durch einen Block, der aus einem strahlungsabschirmenden Material (z. B. einer Bleilegierung) ausgebildet ist und eine Öffnung aufweist, die so geformt ist, daß sie allgemein dem Behandlungsbereich entspricht. Dieses erfordert einen getrennten Block, der für jeden Behandlungsbereich herzustellen ist, so daß die Öffnung der spezifischen Ge­ stalt des Tumors oder eines anderen zu bestrahlenden Bereiches entspricht.

Dementsprechend gibt es daher ein Bedürfnis für ein Verfahren zum Erzielen einer Bestrah­ lungstherapie mit höherer räumlicher Auflösung ohne Änderung der momentanen Blattbreiten der Mehrblattkollimatoren oder Verwendung von Bleilegierungsblöcken, die speziell für jede Bestrahlungsbehandlung entworfen sind.

Dieses Bedürfnis wird befriedigt durch ein Verfahren nach Anspruch 1 bzw. ein System nach Anspruch 12.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Blätter können auch longitudinal bewegt werden, nachdem der Mehrblattkollimator durch den Bogen bewegt worden ist, um zusätzliche Behandlungsfelder zu definieren. Bei einer bevorzugten Ausführungsform können der erste und der zweite Bogen dieselbe Geometrie und dieselben Start- und Endpositionen aufweisen.

Das Verfahren kann weiter das Unterteilen des Behandlungsbereichs in eine Mehrzahl von Zellen, die jeweils einen definierten Behandlungsintensitätspegel aufweisen, enthalten. Die Zellen werden zur Ausbildung einer Mehrzahl von Matrizen gruppiert, wobei jede der Matri­ zen wenigstens eine Dimension aufweist, die ungefähr gleich zu der Breite eines Kollimator­ blattes ist. Jede der Matrizen wird in orthogonale Matrizen zerlegt, die zum Definieren des Behandlungsfeldes verwendet werden.

Das Obige ist eine kurze Beschreibung von einigen Nachteilen des Standes der Technik und den Vorteilen der vorliegenden Erfindung. Andere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren. Von den Figuren zeigen:

Fig. 1 eine Darstellung einer Bestrahlungsbehandlungsvorrichtung und einer Behand­ lungskonsole entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und einen Patienten, der zur Behandlung innerhalb der Bestrahlungsvorrichtung positioniert ist;

Fig. 2 eine Blockdarstellung, die Teile der Bestrahlungsbehandlungsvorrichtung aus Fig. 1 illustriert;

Fig. 3 ein Schema, das Blätter des Mehrblattkollimators, die zur Behandlung in der Strahlungsbehandlungsvorrichtung aus Fig. 1 positioniert sind, illustriert;

Fig. 4 eine Vorderansicht einer Strahlungsbehandlungsvorrichtung aus Fig. 1, die den Weg eines Gestells durch einen Bogen illustriert;

Fig. 5 eine Teildraufsicht, die Blattpositionen für zwei getrennte Behandlungsfelder zeigt;

Fig. 6 eine Draufsicht des Mehrblattkollimators, der in einer Null-Grad-Offset-Position positioniert ist;

Fig. 7 eine Draufsicht des Mehrblattkollimators aus Fig. 6, der in einer Neunzig-Grad-Offset-Position positioniert ist;

Fig. 8 ein Schema, das Zellen, die in einer Intensitätskarte befindlich sind, illustriert;

Fig. 9 eine Darstellung einer Matrix, die in eine Null-Grad-Matrix-Komponente und eine Neunzig-Grad-Matrix-Komponente heruntergebrochen ist;

Fig. 10 eine Draufsicht auf ein gegenüberliegendes Blattpaar, das zum Anlegen einer Dosierung konfiguriert ist, die durch die Null-Grad-Matrix aus Fig. 9 spezifiziert ist;

Fig. 11 eine Draufsicht auf ein gegenüberliegendes Blattpaar, das zum Anlegen einer Dosierung konfiguriert ist, die durch die Neunzig-Grad-Matrix aus Fig. 9 spezifiziert ist; und

Fig. 12 eine Ablaufdarstellung, die einen Prozeß zum Liefern einer bogenkonformen Strahlungstherapie mit einem Mehrblattkollimator illustriert.

Entsprechende Bezugszeichen in den Figuren bezeichnen entsprechende Teile durch die un­ terschiedlichen Ansichten in den Figuren.

Die folgende Beschreibung wird gegeben, um den Durchschnittsfachmann in die Lage zu versetzen, die Erfindung auszuführen. Die Beschreibung von spezifischen Ausführungsfor­ men und Anwendungen sind nur als Beispiele gegeben und verschiedene Modifikationen werden den Durchschnittsfachleuten leicht einfallen. Die allgemeinen Prinzipien, die hier beschrieben werden, können auf andere Ausführungsformen und Anwendungen übertragen werden. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsformen begrenzt. Zum Zwecke der Klarheit sind Details, die sich auf technische Materialien oder Kenntnisse beziehen, die den Durchschnittsfachleuten in den technischen Gebieten, die sich auf die Er­ findung beziehen, bekannt sind, nicht im Detail beschrieben.

Unter Bezugnahme auf die Figuren, und zuerst unter Bezugnahme auf Fig. 1, eine Strah­ lungsbehandlungsvorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 1 gezeigt und allgemein mit dem Bezugszeichen 20 bezeichnet. Die Strahlungsbehand­ lungsvorrichtung 20 weist eine Strahlabschirmungsvorrichtung (nicht gezeigt) innerhalb eines Behandlungskopfes 24, eine Steuereinheit innerhalb eines Gehäuses 26, das mit einer Be­ handlungsverarbeitungseinheit, die allgemein mit 30 bezeichnet ist, verbunden ist, auf. Die Strahlungsbehandlungsvorrichtung weist weiter ein Gestell (Gerüst, Portal, Gantry) 36, das zur Drehung um die Achse A im Laufe einer therapeutischen Behandlung geschwenkt bzw. gedreht werden kann, auf. Der Behandlungskopf 24 ist an dem Gestell 36 zur Bewegung mit diesem befestigt. Ein Linearbeschleuniger ist innerhalb des Gestells zur Erzeugung einer Hochleistungsstrahlung, die zur Therapie verwendet wird, befindlich. Die Strahlung, die von dem Linearbeschleuniger emittiert wird, verläuft allgemein entlang der Achse R. Elektronen, Photonen, oder irgendeine andere detektierbare Strahlung kann für die Therapie verwendet werden. Während der Behandlung wird der Strahlungsstrahl auf eine Zone Z eines Objektes P (z. B. ein Patient, der zu behandeln ist) fokussiert. Die zu behandelnde Zone ist in einem Iso­ zentrum befindlich, das durch den Schnitt der Drehachse A des Gestells 36, der Drehachse T des Behandlungstisches 38, und der Strahlungsstrahlachse R definiert wird. Das drehbare Ge­ stell 36 erlaubt unterschiedliche Strahlwinkel und Bestrahlungsverteilungen, ohne daß der Patient bewegt werden muß.

Die Behandlungsverarbeitungseinheit 30 wird zum Eingeben von Information, wie der Be­ strahlungsintensität und dem Ort der Behandlung, in die Strahlungsbehandlungsvorrichtung 20 und zum Ausgeben von Daten zum Überwachen der Behandlung verwendet. Die Verarbei­ tungseinheit 30 enthält eine Ausgabevorrichtung, wie einen visuellen Anzeigemonitor 40 und eine Eingabevorrichtung wie eine Tastatur 42. Die Behandlungsverarbeitungseinheit 30 wird typischerweise durch einen Therapeuten betätigt, der die tatsächliche Lieferung der Bestrah­ lungsbehandlung, wie sie durch einen Onkologen vorgeschrieben worden ist, verwaltet bzw. überwacht. Der Therapeut verwendet die Tastatur 42 zum Eingeben von Daten, die die Be­ strahlungsdosis, die an den Patienten zu liefern ist, definieren, in die Verarbeitungseinheit 30. Die Daten können auch über andere Eingabevorrichtungen wie zum Beispiel eine Datenspei­ chervorrichtung eingegeben werden. Verschiedene Datentypen können vor und während der Behandlung auf dem Schirm des Anzeigemonitors 40 angezeigt werden.

Fig. 2 ist eine Blockdarstellung der Bestrahlungsbehandlungsvorrichtung, die Abschnitte der Behandlungsverarbeitungseinheit 30 in weiterem Detail zeigt. Ein Elektronenstrahl 50 wird in einem Elektronenbeschleuniger, der allgemein mit 52 bezeichnet ist, erzeugt. Der Elektro­ nenbeschleuniger 52 enthält eine Elektronenkanone 54, einen Wellenleiter 56 und eine evaku­ ierte Umhüllung oder einen evakuierten Führungsmagneten 58. Ein Triggersystem 60 erzeugt Injektortriggersignale und liefert sie an einen Injektor 62. Basierend auf diesen Injektortrig­ gersignalen erzeugt der Injektor 62 Injektorpulse, die an die Elektronenkanone 54 in den Be­ schleuniger 52 zum Erzeugen des Elektronenstrahls 50 geliefert werden. Der Elektronenstrahl 50 wird durch den Wellenleiter 56 beschleunigt und geführt. Zu diesem Zweck ist eine Hoch­ frequenzquelle (nicht gezeigt) vorgesehen, die Hochfrequenzsignale für die Erzeugung eines elektromagnetischen Feldes liefert, das an den Wellenleiter 56 geliefert wird. Die Elektronen, die durch den Injektor 62 injiziert und durch die Elektronenkanone 54 emittiert werden, wer­ den durch das elektromagnetische Feld in dem Wellenleiter 56 beschleunigt und treten an dem Ende, das der Elektronenkanone 54 entgegengesetzt ist, zur Bildung des Elektronen­ strahls 50 aus. Der Elektronenstrahl 50 tritt dann in den Führungsmagneten 58 ein und wird von dort durch ein Fenster 64 entlang der Achse R geführt. Nach dem Durchgang durch eine Streufolie 66 für den Elektronenmodus (oder ein Target für den Photonenmodus) tritt der Strahl 50 durch einen Durchgang 68 eines Abschirmungsblockes 70 und trifft auf eine Sekun­ därstreufolie 72 für den Elektronenmodus (oder ein Glättungsfilter für den Photonenmodus). Der Strahl tritt als nächstes durch eine Meßkammer 74, in der die Dosis festgestellt wird.

Eine Strahlabschirmungsvorrichtung, allgemein mit 80 bezeichnet, ist in dem Weg des Strahls 50 vorgesehen, um ein Behandlungsfeld 81 (Fig. 2 und 3) zu definieren. Die Strahlabschir­ mungsvorrichtung 80 enthält eine Mehrzahl von gegenüberliegenden Platten oder Blättern 82a-i und 84a-i, von denen in Fig. 2 zur Vereinfachung nur zwei gezeigt sind. Fig. 3 illustriert die Blätter 82a-i und 84a-i (die Blattpaare 82a und 84a, 82b und 84b, . . ., 82i und 84i bilden) eines Mehrblattkollimators, der zwischen der Strahlungsquelle und einem Patienten montiert und zum Definieren eines Behandlungsfeldes durch Begrenzen des Elektronenstrahls 50 posi­ tioniert ist. Die Blätter 82a-i, 84a-i haben typischerweise eine Breite von einem Zentimeter und sind im wesentlichen undurchlässig für die emittierte Strahlung, so daß sie gesundes Ge­ webe gegenüber der Strahlung abblocken bzw. abschirmen.

Die Blätter 82a-i, 84a-i sind in einer Richtung, die allgemein bzw. im wesentlichen senkrecht zu der Achse R ist, durch eine Antriebseinheit 86 (die in Fig. 2 nur in bezug auf die Platte 82a gezeigt ist) zum Ändern der Größe des bestrahlten Feldes bewegbar, so daß die Strahlungs­ verteilung über das Feld nicht gleichförmig sein muß (d. h., ein Bereich kann einer höheren Dosis als ein anderer Bereich ausgesetzt werden). Die Antriebseinheit 86 enthält einen elek­ trischen Motor, der mit der Platte 82a gekoppelt ist und durch eine Motorsteuerung 90 ge­ steuert wird. Positionssensoren 92, 94 sind ebenfalls mit den Platten 82a bzw. 84a zum Erfas­ sen ihrer Positionen gekoppelt. Die Antriebseinheit 86 treibt die Platte 82a zur Bewegung in das und aus dem Behandlungsfeld an, wodurch die gewünschten Feldgestalten erzeugt wer­ den.

Die Motorsteuerung 90 ist mit einer Dosissteuereinheit 96 gekoppelt, die eine Dosimetrie­ steuerung enthält, die mit der zentralen Prozessoreinheit 28 zum Liefern von Einstellwerten für den Strahlungsstrahl zum Erzielen gegebener Isodosiskurven gekoppelt ist (Fig. 2). Die Ausgabe des Strahlungsstrahls (d. h. dessen Energie/Leistung) wird durch die Meßkammer 74 gemessen. Als Reaktion auf eine Abweichung zwischen dem eingestellten Wert und den tat­ sächlichen Werten liefert die Dosissteuereinheit 96 Signale an das Triggersystem 60, das in einer bekannten Weise die Pulswiederholfrequenz so ändert, daß die Abweichung zwischen den eingestellten Werten und den tatsächlichen Werten der Strahlungsstrahlausgabe (Ener­ gie/Leistung) minimiert wird. Die durch den Patienten absorbierte Dosis ist abhängig von der Bewegung der Kollimatorplatten 82a, 84a. Die zentrale Prozessoreinheit 28 steuert das Aus­ führen des Programms und das Öffnen und Schließen der Kollimatorplatten 82a, 84a zum Liefern einer Strahlung entsprechend eines gewünschten Intensitätsprofils. Die zentrale Pro­ zessoreinheit 28 kann andere Merkmale enthalten, wie sie zum Beispiel in der U.S. 5 724 403 beschrieben sind, die hier zu diesem Zweck in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme aufge­ nommen wird.

Es ist zu verstehen, daß die Strahlungsbehandlungsvorrichtung unterschiedlich von derjenigen sein kann, die hier beschrieben und gezeigt wurde. Die oben beschriebene Behandlungsvor­ richtung 20 ist ein Beispiel einer Vorrichtung zur Verwendung beim Liefern einer Behand­ lung, die durch den Optimierungsprozess, der unten beschrieben wird, geliefert wird.

Bei einer Bogenstrahlungstherapie wird eine Kontur eines Behandlungsbereiches durch den Mehrblattkollimator bei der Bewegung des Kollimators durch einen Bogen geformt (Fig. 1 und 4). Die Blätter des Kollimators bleiben bevorzugterweise in einer fixierten Position, wäh­ rend das Gestell 36 um die Achse A gedreht wird. Der Mehrblattkollimator ist außerdem zu einer Drehung um die Achse R des Strahlungsstrahls konfiguriert, die mit einer zentralen Achse übereinstimmt, die sich senkrecht zu einer Ebene erstreckt, die mindestens einen Teil der Blätter enthält (Fig. 1). Um eine verbesserte Auflösung und Übereinstimmung mit der Kontur des Behandlungsbereiches zu erreichen, wird die Bestrahlung in mindestens zwei ge­ trennten Behandlungsfeldern geliefert, wobei bei einem der Kollimator so orientiert ist, daß die Blätter sich longitudinal entlang einer X-Achse erstrecken (Fig. 5 und 6), und wobei bei dem anderen der Kollimator um ungefähr neunzig Grad gedreht ist, so daß sich die Blätter entlang der Y-Achse erstrecken (Fig. 5 und 7). Fig. 5 illustriert eine Teildraufsicht auf einen Behandlungsbereich T und einen Teil der Blätter des Mehrblattkollimators, die in zwei unter­ schiedlichen Kollimatororientierungen positioniert sind, um eine Grenze eines Behandlungs­ bereichs zu definieren. Die Blätter 200 erstrecken sich longitudinal entlang der X-Achse, wo­ bei der Kollimator in einer Null-Grad-Offset-Orientierung angeordnet ist. Die Blätter 202 (in Fig. 5 gestrichelt gezeigt) erstrecken sich longitudinal entlang der Y-Achse, wenn der Kolli­ mator in einer Neunzig-Grad-Offset-Position positioniert ist. Fig. 5 illustriert, daß die Auflö­ sung an der Grenze des Behandlungsbereiches durch Bestrahlen mit zwei unterschiedlichen Kollimatororientierungen erhöht werden kann. Die Blätter 200, 202 können ebenfalls longitu­ dinal bewegt werden, während der Kollimator in derselben Orientierung bleibt, um die Auflö­ sung weiter zu erhöhen. Die Anzahl der Blattpositionen und der Kollimatororientierungen, die bei der Strahlungsbehandlung verwendet werden, hängt davon ab, wie fein die Auflösung oder wie "sanft" die Kontur gewünscht wird. Jedwede Anzahl von Intensitätsfeldern kann zum Liefern der Strahlung mit unterschiedlichen Kollimatororientierungen und verschiedenen longitudinalen Blattpositionen verwendet werden, um die gewünschte Kontur entlang eines Umfangsrands des Behandlungsbereichs zu liefern.

Falls die Strahlung durch mehr als zwei Behandlungsfelder zu liefern ist, werden die Blätter repositioniert, während der Kollimator in der Null-Grad-Offset-Position, der Neunzig-Grad-Offset-Position oder beiden Positionen ist. Zum Beispiel können die Blätter zum Definieren eines ersten Behandlungsfeldes positioniert werden, wobei der Kollimator in seiner Null- Grad-Offset-Position ist, und das Gestell 36 wird durch einen Bogen von einer ersten Position A zu einer zweiten Position B bewegt (Fig. 4). Während das Gestell 36 in der Position B ist, werden die Blätter longitudinal bewegt, um den Bereich, durch welchen die Strahlung gelie­ fert wird, leicht zu erhöhen, um ein zweites Behandlungsfeld zu definieren (d. h., gegenüber­ liegende Blattpaare werden voneinander wegbewegt). Die Position der Blätter relativ zu dem Behandlungsfeld können zum Beispiel definiert werden, wie es in der U.S. Patentanmeldung mit der Seriennummer 09/642,553 von A. Siochi beschrieben ist, die hier diesbezüglich durch Bezugnahme aufgenommen wird. Das Gestell 36 wird dann von der Position B zu der Positi­ on A zurück durch denselben Bogen bewegt, während Strahlung in das zweite Behandlungs­ feld geliefert wird. Nachdem das Gestell die Position A erreicht hat, wird der Kollimator um die Achse R (Fig. 1) zu seiner Neunzig-Grad-Offset-Position gedreht. Die Blätter werden dann zum Definieren eines dritten Behandlungsfeldes eingestellt. Das Gestell 36 bewegt sich dann zurück durch den Bogen von der Position A zu der Position B, während Strahlung durch das bzw. in das dritte Behandlungsfeld geliefert wird. Die Blätter können zum Definieren eines vierten Behandlungsfeldes repositioniert werden (d. h. longitudinal bewegt werden), und das Gestell 36 bewegt sich noch einmal durch den Bogen, während die Strahlung durch das vierte Behandlungsfeld geliefert wird. Das Gestell 36 bewegt sich bevorzugterweise hin und zurück zwischen den Positionen A und B durch denselben Bogen. Jedoch kann sich das Ge­ stell auch durch einen unterschiedlichen Bogen und/oder zu einer unterschiedlichen Position bewegen.

Das Gestell 36 wird durch einen Bogen mindestens einmal für jedes Behandlungsfeld bewegt (Fig. 4). Falls eine gerade Anzahl von Behandlungsfeldern zu verwenden ist (z. B., zwei Durchgänge des Gestells durch den Bogen), dann wird die Hälfte der vorgeschriebenen Strah­ lungsdosis geliefert, während sich die Blätter entlang der X-Achse erstrecken, und die andere Hälfte der vorgeschriebenen Dosis wird geliefert, während sich die Blätter entlang der Y- Achse erstrecken. Falls eine ungerade Anzahl von Intensitätsfeldern zu beliefern ist, dann wird die Strahlung in ein zusätzliches Behandlungsfeld geliefert, während der Kollimator entweder in seiner Null-Grad-Offset-Position oder seiner Neunzig-Grad-Offset-Position ist. Die Strahlungsmenge, die geliefert wird, ist bevorzugterweise gleichmäßig über alle Behand­ lungsfelder verteilt.

Die Behandlungsfelder können durch Entwickeln einer Intensitätskarte für den Behandlungs­ bereich und Umwandeln der Intensitätskarte in zwei (oder mehr) orthogonale Behandlungs­ felder, eins für die Lieferung mit dem Kollimator in seiner Null-Grad-Position und eins für die Lieferung mit dem Kollimator in seiner Neunzig-Grad-Position, definiert werden. Fig. 8 illustriert eine Intensitätskarte, die eine Mehrzahl von 1 cm × 1 cm Makrozellen 100 (durch fette durchgezogene Linien angezeigt), die in vier 5 mm × 5 mm Mikrozellen 102 (durch ge­ strichelte Linien angezeigt) unterteilt sind, aufweist. Die 5 mm × 5 mm Mikrozellen 102 wer­ den zum Umwandeln einer Makrozelle 100 in zwei orthogonale Intensitätskarten, eine mit einer Auflösung von 5 mm × 10 mm und die andere mit einer Auflösung von 10 mm × 5 mm, verwendet. Ein Beispiel eines Prozesses zum Unterteilen der Intensitätskarte in Gruppen von vier 5 mm × 5 mm Mikrozellen 102 ist in der U.S. Patentanmeldung mit der Seriennummer 09/234,364 von Siochi, die am 20. Januar 1999 eingereicht wurde, die hier durch Bezugnah­ me in dieser Hinsicht aufgenommen wird, beschrieben. Dieses Gruppieren von 5 mm × 5 mm Mikrozellen 102 erlaubt die Behandlung eines Feldes mit einer 5 mm × 5 mm Auflösung un­ ter Verwendung eines Mehrblattkollimators, der Blätter mit 1 cm Breite aufweist, wie es in Fig. 3 gezeigt ist.

Fig. 9 illustriert ein Beispiel einer Matrix 104, die aus einer Intensitätskarte ausgebildet ist, die aus 5 mm × 5 mm Mikrozellen 106, 108, 110, 112 zusammengesetzt ist. Jede Mikrozelle 106, 108, 110, 112 identifiziert einen Abschnitt in einem mit Strahlung zu behandelnden Feld. Die Zahlen (0, 1, 1, 2) innerhalb jeder Mikrozelle 106, 108, 110 bzw. 112 repräsentieren den Strahlungsintensitätspegel für Orte innerhalb des Feldes und sind in Überwachungseinheiten (Monitor Units = mu) oder in relativen Überwachungseinheitsintensitäten (z. B. 1 × 10² mu) angegeben. Um eine 5 mm × 5 mm Auflösung für die Intensitätskarte zu liefern, wird die Ma­ trix 104 in zwei orthogonale Matrizen 116, 118 heruntergebrochen, die eine 1 cm × 5 mm Auflösung bzw. eine 5 mm × 1 cm Auflösung aufweisen. Ein Mehrblattkollimator mit einem Zentimeter breiten Blättern kann dann zum Liefern der Intensitätskarte mit einer 5 mm × 5 mm Auflösung verwendet werden. Zum Beispiel kann ein Paar von Blättern 97, 98, das wie in Fig. 10 gezeigt positioniert wird, zum Liefern der Intensitätskarte verwendet werden, die in der Matrix 116 aus Fig. 9 gezeigt ist. Eine Strahlungsdosis (z. B. 1 mu) wird an Felder ange­ legt, die den Mikrozellen 108 und 112 der Matrix 104 entsprechen. Der Kollimator wird dann um ungefähr neunzig Grad gedreht, um die Intensitätskarte, die in der Matrix 118 gezeigt ist, mit den Blattpositionen, die in Fig. 11 gezeigt sind, zu liefern. Mit dem um neunzig Grad ge­ drehten Kollimator wird eine Strahlungsdosis (z. B. 1 mu) an die Felder angelegt, die den Mi­ krozellen 110 und 112 aus der Matrix 104 entsprechen. Die zwei Strahlungsanwendungen resultieren in einer Dosis von 2 mu in dem Feld, das der Mikrozelle 112 entspricht, in einer Dosis von 1 mu in den Feldern, die den Mikrozellen 108 und 110 entsprechen, und darin, daß keine Strahlung an das Feld angelegt wird, das der Mikrozelle 106 entspricht. Die Zerlegung der Matrix 104 in orthogonale Matrizen 116 und 118 liefert derart eine Behandlung mit einer 5 mm × 5 mm Auflösung unter Verwendung von Kollimatorblättern, die eine Breite von ei­ nem Zentimeter aufweisen.

In der folgenden Beschreibung wird die ursprünglich eingegebene Intensitätskarte als eine Makromatrix definiert und die Gruppen von vier Mikrozellen innerhalb der Makromatrix werden als Mikromatrizen (oder Matrizen) definiert. Damit die Intensitätskarte in orthogonale Karten zerlegt wird, müssen die senkrechten Gradienten jeder Spalte der Mikromatrix (Ma­ trix) 100 einander gleich sein und die horizontalen Gradienten jeder Zeile der Mikromatrix müssen ebenfalls einander gleich sein (Fig. 8). Dieses liefert einen 1 cm × 1 cm Bereich unter dem Schnittpunkt eines Blattpaares für eine Kollimatoreinstellung und eines anderen Blatt­ paares für die orthogonale Kollimatoreinstellung. Falls zum Beispiel die horizontalen Gra­ dienten für die Mikromatrix, die die Zellen 102 aufweist (in Fig. 8 gezeigt), gleich sind, muß die folgende Gleichung gelten:

b-a = d-c

wobei a, b c, d die Intensitätswerte sind, die den Orten in der Mikromatrix 102 aus Fig. 8 ent­ sprechen.

In ähnlicher Weise muß, falls die vertikalen Gradienten gleich sind, die folgende Gleichung gelten:

c-a = d-b.

Ein Verfahren zum Umwandeln einer Intensitätskarte, die die oben Randbedingungen nicht erfüllt (d. h., die horizontalen Gradienten für jede Zeile sind nicht gleich und/oder die vertika­ len Gradienten für jede Spalte sind nicht gleich), in eine Intensitätskarte, die gleiche horizon­ tale und vertikale Gradienten aufweist, ist in der U.S. Patentanmeldung mit der Seriennum­ mer 09/457,601, die am 8. Dezember 1999 eingereicht wurde, die hier diesbezüglich durch Bezugnahme aufgenommen wird, beschrieben. Verschiedene Zerlegungen einer Intensitäts­ karte sind zum Erzeugen von zwei orthogonalen Karten möglich. Ein Optimierungsverfahren, wie es in der U.S. Patentanmeldung mit der Seriennummer 09/457,602, die am 8. Dezember 1999 eingereicht wurde, beschrieben ist, die hier diesbezüglich durch Bezugnahme aufge­ nommen wird, kann zum Finden der Zerlegungen verwendet werden, die die kürzeste Be­ handlungszeit ergeben, um die Gesamtbehandlungszeit zu minimieren und die Lebensdauer der Strahlungsbehandlungsvorrichtung zu erhöhen.

Die Intensitätskarte kann in Mikrozellen heruntergebrochen werden, die eine andere Abmes­ sung als 5 mm × 5 mm aufweisen, falls eine unterschiedliche Auflösung gefordert wird. Zum Beispiel kann jede Makrozelle in neun Mikrozellen unterteilt werden, in welchem Fall die Intensitätskarte als zwei orthogonale Intensitätskarten lieferbar ist, die eine Auflösung von 1 cm × 1/3 cm bzw. 1/3 cm × 1 cm aufweisen (siehe zum Beispiel die U.S. Patentanmeldung mit der Seriennummer 09/234,364, auf die bereits oben Bezug genommen wurde). Außerdem kann ein Mehrblattkollimator mit Blättern, die eine andere Breite als 1 cm aufweisen, ver­ wendet werden, und die Größe der entsprechenden Mikrozellen wird 1/n-mal die Blattbreite sein (wobei n eine positive ganze Zahl ist (z. B. 2 oder 3)).

Fig. 12 ist eine Ablaufdarstellung, die einen Prozess zum Liefern einer bogenkonformen Be­ strahlungstherapie mit einem Mehrblattkollimator illustriert. In Schritt 300 wird die Intensi­ tätskarte zuerst für den Behandlungsbereich T definiert. Die Zellen werden dann zur Bildung von Matrizen gruppiert (Schritt 302). In Schritt 303 werden die Matrizen gefiltert, wie es in der U.S. Patentanmeldung mit der Seriennummer 09/457,601 beschrieben ist. Jede Matrix wird in orthogonale Matrizen zerlegt (Schritt 304). Der Kollimator wird zuerst in seiner Null- Grad-Offset-Orientierung positioniert (Schritt 306). Die Blätter werden zum Definieren des ersten Behandlungsfeldes positioniert (Schritt 308) und die Strahlung wird durch das erste Behandlungsfeld geliefert, während sich der Kollimator durch einen Bogen über den Behand­ lungsbereich bewegt (Schritt 310). Nachdem die Strahlung für das erste Behandlungsfeld ge­ liefert worden ist, wird der Kollimator ungefähr neunzig Grad um die Strahlachse R gedreht (Schritt 312). Die Blätter werden longitudinal zum Definieren eines zweiten Behandlungsfel­ des bewegt (Schritt 314) und der Kollimator wird durch den Bogen zurückbewegt, während die Strahlung durch das zweite Behandlungsfeld geliefert wird (Schritt 316). Die Blätter kön­ nen ebenfalls vor dem Ändern der Orientierung des Kollimators zum Definieren von zusätzli­ chen Behandlungsfeldern repositioniert werden. Die Abfolge der Belieferung der Behand­ lungsfelder kann ebenfalls zum Reduzieren des Stellweges der Blätter modifiziert werden.

Claims (12)

1. Verfahren zum Liefern von Strahlung von einer Strahlungsquelle an einen Behand­ lungsbereich (T), mit den Schritten
Positionieren eines Mehrblattkollimators (80) zwischen der Strahlungsquelle und dem Behandlungsbereich zum Blockieren eines Teils der Strahlung und zum Definieren ei­ nes ersten Behandlungsfeldes, wobei der Kollimator so positioniert ist, daß sich Blätter (200) des Kollimators longitudinal in einer ersten Richtung (X) erstrecken,
Bewegen des Mehrblattkollimators durch einen ersten Bogen über den Behandlungsbe­ reich, während Strahlung durch das erste Behandlungsfeld an den Behandlungsbereich geliefert wird,
Drehen des Mehrblattkollimators um eine zentrale Achse (R), die sich im wesentlichen senkrecht zu einer Ebene erstreckt, die mindestens einen Teil der Blätter enthält, derart, daß die Blätter (202) ein zweites Behandlungsfeld definieren, und
Bewegen des Mehrblattkollimators durch einen zweiten Bogen über den Behandlungs­ bereich, während Strahlung durch das zweite Behandlungsfeld an den Behandlungs­ bereich geliefert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem
der Schritt des Bewegens des Mehrblattkollimators (80) durch den ersten Bogen das Bewegen des Kollimators von einer ersten Position (A, B) zu einer zweiten Position (B, A) aufweist, und
das Bewegen des Mehrblattkollimators durch den zweiten Bogen das Bewegen des Kol­ limators von der zweiten Position zu der ersten Position aufweist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der erste Bogen dieselbe Geometrie wie der zweite Bogen aufweist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der erste Bogen dieselben Start- und Endpunkte aufweist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, das weiter
ein longitudinales Bewegen der Blätter nach dem Bewegen des Mehrblattkollimators durch den ersten Bogen zum Definieren des zweiten Behandlungsfeldes, und
Bewegen des Mehrblattkollimators durch den zweiten Bogen, während Strahlung durch das zweite Behandlungsfeld geliefert wird,
aufweist.

6. Verfahren nach Anspruch 5. bei dem das longitudinale Bewegen der Blätter ein Bewegen der gegenüberliegenden Paare von Blättern aufeinander zu und/oder voneinander weg aufweist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, das weiter ein Unterteilen des Behandlungsbereichs (T) in eine Mehrzahl von Zellen (102), die jeweils einen definierten Behandlungsintensitätspegel (a, b, c, d) aufweisen,
ein Gruppieren der Zellen (102) zur Bildung einer Mehrzahl von Matrizen (104), wobei jede der Matrizen mindestens eine Abmessung aufweist, die ungefähr gleich der Breite eines Kollimatorblattes ist, und
ein Zerlegen von jeder der Matrizen in orthogonale Matrizen (116, 118), aufweist.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die Strahlung mit einer Auflösung geliefert wird, die die Hälfte der Breite eines Blattes beträgt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, bei dem die Kollimatorblätter eine Breite von 1 cm aufweisen und die Zellen ungefähr 1 cm × 5 mm sind.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem das Drehen des Mehrblattkollimators (80) ein Drehen des Kollimators, bis die Blätter sich longitudinal in einer zweiten Richtung (Y), die im wesentlichen senkrecht zu der ersten Richtung (X) ist, erstrecken, aufweist.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem
das Liefern der Strahlung durch das erste Behandlungsfeld das Liefern einer Hälfte ei­ ner vorgeschriebenen Strahlungsdosis aufweist, und
das Liefern der Strahlung durch das zweite Behandlungsfeld das Liefern der verblei­ benden Hälfte der vorgeschriebenen Strahlungsdosis aufweist.

12. System zum Liefern von Strahlung von einer Strahlungsquelle an einen Behandlungsbe­ reich (T), mit
einem Kollimator (80), der mehrere Blätter (200, 202) zum Blockieren von Strahlung von der Strahlungsquelle und zum Definieren einer Öffnung zwischen der Strahlungs­ quelle und dem Behandlungsbereich aufweist, wobei der Kollimator zur Bewegung durch einen Bogen über den Behandlungsbereich und zum Drehen um eine zentrale Achse (R) eines Strahlungsstrahls, der von der Strahlungsquelle emittiert wird, ansteu­ erbar ist, und
einer Steuerung (30), die zum Positionieren der Blätter zum Definieren eines ersten Behandlungsfeldes, zum Bewegen des Kollimators durch einen ersten Bogen, während Strahlung durch das erste Behandlungsfeld geliefert wird, zum Drehen des Kollimators um die zentrale Achse, zum Positionieren der Blätter zum Definieren eines zweiten Be­ handlungsfeldes, und zum Bewegen des Kollimators durch einen zweiten Bogen, wäh­ rend Strahlung durch das zweite Behandlungsfeld an den Behandlungsbereich geliefert wird, konfiguriert ist.