DE102008007245B4 - Kombiniertes Strahlentherapie- und Magnetresonanzgerät - Google Patents
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft ein kombiniertes Strahlentherapie- und Magnetresonanzgerät.
- Im Rahmen der Strahlentherapie soll im Allgemeinen ein Ziel innerhalb des menschlichen Körpers bestrahlt werden, um Krankheiten, insbesondere Krebs, zu bekämpfen. Dabei wird gezielt in einem Bestrahlungszentrum (Isozentrum) einer Bestrahlungseinrichtung eine hohe Strahlungsdosis erzeugt. Bei der Bestrahlung ergibt sich häufig das Problem, dass das Ziel der Bestrahlung im Körper beweglich ist. So verschiebt sich beispielsweise ein Tumor im Bauchbereich während des Atemvorgangs. Andererseits kann ein Tumor im Zeitraum zwischen Bestrahlungsplanung und tatsächlicher Bestrahlung auch gewachsen oder bereits geschrumpft sein. Daher wurde vorgeschlagen, die Lage des Bestrahlungsziels im Körper während der Bestrahlung durch Bildgebung zu kontrollieren, um den Strahl entsprechend zu steuern oder gegebenenfalls die Bestrahlung abbrechen zu können und somit den Erfolg der Therapie zu erhöhen. Dies ist insbesondere relevant für Bestrahlungsziele im Ober- und Unterbauch sowie im Beckenbereich, beispielsweise der Prostata. Um die Strahlendosis außerhalb des Zielvolumens zu minimieren und somit gesundes Gewebe zu schonen, wird die gesamte Strahlenerzeugung um den Patienten bewegt. Dadurch konzentriert sich die Strahlendosis im Strahl im Bereich der Rotationsachse.
- Als Bildgebungsmedium zur Überwachung der Therapie wurden sowohl Röntgen- als auch Ultraschalleinrichtungen vorgeschlagen. Diese stellen jedoch nur eine eingeschränkte Lösung des Problems dar. Der Ultraschallbildgebung fehlt für viele Anwendungen die Eindringtiefe. Bei der Röntgenbildgebung können die Röntgensensoren durch die Gammastrahlung des Beschleunigers gestört oder beschädigt werden. Außerdem ist die Qualität der Aufnahmen von Gewebe oft nicht befriedigend.
- Daher werden heute hauptsächlich Positionierhilfen und Fixiereinrichtungen oder auf die Haut des Patienten aufgetragenen Markierungen verwendet, um sicherzustellen, dass der Patient in der Bestrahlungseinrichtung die gleiche Position wie bei der vorangegangenen Bestrahlungsplanung hat und somit das Bestrahlungszentrum der Bestrahlungseinrichtung mit dem Bestrahlungsziel auch tatsächlich zusammenfällt. Diese Positionierhilfen und Fixiereinrichtungen sind jedoch aufwändig und für der Patienten meist unbequem. Zusätzlich bergen sie die Gefahr von Bestrahlungsfehlern, weil in der Regel keine weitere Überprüfung der tatsächlichen Position des Bestrahlungszentrums während der Bestrahlung erfolgt.
- Die Magnetresonanztechnik ist eine bekannte Technik, die sowohl eine besonders gute Weichteildarstellung als auch eine spektroskopische Analyse des Untersuchungsgebiets erlaubt. Damit bietet sich diese Technik grundsätzlich zur Überwachung einer Strahlentherapie an.
- In
US 6,366,798 B2 wird ein Strahlentherapiegerät mit verschiedenartigen Magnetresonanzbildgebungssystemen kombiniert. Bei allen Ausführungsformen ist dort die Magnetanordnung des Magnetresonanzbildgebungssystems in zwei Teile geteilt. Zusätzlich rotieren bei einigen Ausführungsformen wesentliche Teile des Magnetresonanzbildgebungssystems zusammen mit der Strahlungsquelle des Strahlentherapiegeräts. Dabei befindet sich die Strahlungsquelle jeweils außerhalb der Magnetresonanzbildgebungssysteme und muss durch Abschirmvorrichtungen von dem Streufeld des Magnetresonanzbildgebungssystems geschützt werden. Sowohl eine Zweiteilung des Magneten, als auch ein rotierbarer Magnet und die Abschirmung der Strahlungsquelle sind technisch aufwändig und erhöhen die Kosten. - In den Schriften
GB 2 427 479 A US 6 925 319 B2 ,GB 2 247 478 A US 2005/0197564 A1 US 2006/0273795 A1 - Die
GB 2 393 373 A - Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein kombiniertes Strahlentherapie- und Magnetresonanzgerät anzugeben, das es unter geringem konstruktiven Aufwand erlaubt, eine qualitativ hochwertige Bildüberwachung durch Magnetresonanz während einer Strahlentherapie zu ermöglichen.
- Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
- Erfindungsgemäß ist ein kombiniertes Strahlentherapie- und Magnetresonanzgerät vorgesehen mit einem Magnetresonanzdiagnoseteil mit einem Innenraum, der in radialer Richtung durch einen Hauptmagneten begrenzt wird, und einem Strahlentherapieteil zur Bestrahlung eines Bestrahlungsgebiets innerhalb des Innenraums, wobei zumindest Teile des Strahlentherapieteils innerhalb des Innenraums angeordnet sind.
- Das Magnetdiagnoseteil erlaubt eine Bewegungsanalyse des Bestrahlungsziels in Echtzeit und somit eine optimale Überwachung und Steuerung einer Bestrahlungstherapie. Die Integration des Strahlentherapieteils in ein Magnetresonanzgerät und die damit verbundene Nähe des Strahlentherapieteils zum Bestrahlungsziel ermöglichen eine hohe Strahlungsluminanz sowie eine hohe Genauigkeit in der Steuerung des Strahlengangs. Die Verwendung eines konventionellen Hauptmagneten ist möglich.
- Vorteilhafterweise umfasst der Strahlentherapieteil einen Elektronenbeschleuniger. Elektronen sind leicht zu erzeugen und die beschleunigten Elektronen können auf einfache Weise einen Therapiestrahl erzeugen.
- In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltungsform verläuft eine Elektronenstrahlrichtung in dem Elektronenbeschleuniger im Wesentlichen parallel zur Hauptmagnetfeldachse. Elektronen, die sich parallel zu einem Magnetfeld bewegen, werden durch dieses nicht in ihrer Flugbahn beeinflusst. Somit ist eine Bestimmung ihrer Flugrichtung und Geschwindigkeit erleichtert gegenüber durch Magnetfelder beeinflussten, beschleunigten Elektronen.
- Vorteilhaft umfasst der Strahlentherapieteil eine Strahlablenkungsanordnung, die insbesondere einen Elektromagnetenumfasst, der den Elektronenstrahl einwärts in den Innenraum umlenkt. Auf diese Weise werden die beschleunigten Elektronen bereits in die gewünschte Therapiestrahlrichtung gebracht.
- In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Strahlablenkungsanordnung einen gepulsten Magneten. Dieser kann (kurzzeitig) ohne besonderen Aufwand ein Magnetfeld in der Größenordnung des Hauptmagnetfeldes oder größer erzeugen. Durch besonders kurze Pulse wird außerdem eine Störung des Magnetresonanzgeräts minimiert.
- Zweckmäßig umfasst der Strahlentherapieteil eine Targetanode zur Erzeugung eines Röntgenstrahls entlang eines Röntgenstrahlengangs. Röntgenstrahlung, insbesondere hochenergetische, ist für eine Strahlentherapie besonders geeignet und wird von den in einem Magnetresonanzgerät herrschenden elektromagnetischen Feldern nicht beeinflusst.
- In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist die Targetanode eine Durchstrahlanode. Eine Durchstrahlanode ist für die Erzeugung hochenergetischer Röntgenstrahlung besonders geeignet.
- In einer weiteren Ausführungsform ist ein Homogenisierungskörper im Röntgenstrahlengang nach der Targetanode angeordnet. Der Homogenisierungskörper schwächt beispielsweise den Strahlkern und homogenisiert die Röntgenstrahlverteilung im Strahlquerschnitt.
- Vorteilhaft ist ein Kollimator im Röntgenstrahlengang nach der Targetanode angeordnet. Der Kollimator erlaubt eine Regulierung der Röntgenstrahlrichtung und des Querschnitts des Röntgenstrahls.
- Der Kollimator ist in einer besonders vorteilhaften Ausführungsform zumindest teilweise zwischen zwei axial beabstandeten Teilgradientenspulen des Magnetresonanzgeräts angeordnet. Dies stellt eine besonders platzsparende Anordnung dar, bei gleichzeitig vorteilhafter Nähe zum Bestrahlungsziel.
- In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst der Kollimator Einstellmittel zur Veränderung des Querschnitts des Röntgenstrahls. So kann der Querschnitt des Röntgenstrahls auch während der Bestrahlung der Form des Bestrahlungsziels ideal angepasst werden.
- Zumindest Teilgradientenspulen des Gradientenspulensystems sind vorteilhafter Weise gegenüber dem Strahlentherapieteil geschirmt. Dies erlaubt einen unabhängigen, insbesondere auch gleichzeitigen, Betrieb des bei Betrieb rotierenden Strahlentherapieteils und des Magnetresonanzdiagnoseteils, da die wechselnden Gradientenfelder der Gradientenspulen den rotierenden Strahlentherapieteil so nicht beeinflussen.
- Ist der Strahlentherapieteil um die Hauptmagnetfeldachse rotierbar, ergibt sich als weiterer Vorteil, dass die appli zierte Strahlendosis außerhalb des Zielvolumens, d. h. außerhalb des Bestrahlungszentrums, minimiert werden kann. Somit wird gesundes Gewebe während der Strahlentherapie entlastet.
- Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Die aufgeführten Beispiele stellen keine Beschränkung der Erfindung dar. Es zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen kombinierten Strahlentherapie- und Magnetresonanzgeräts, -
2 –4 schematische Darstellungen von Ausschnitten weiterer Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen kombinierten Strahlentherapie- und Magnetresonanzgeräts und -
5 –8 beispielhafte Ausführungsformen von Strahlablenkungsanordnungen, die in einem erfindungsgemäßen kombinierten Strahlentherapie- und Magnetresonanzgerät eingesetzt werden können. -
1 zeigt eine (nicht maßstabsgetreue) schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen kombinierten Strahlentherapie- und Magnetresonanzgeräts1 mit einem Magnetresonanzdiagnoseteil3 und einem Strahlentherapieteil5 . Der Magnetresonanzdiagnoseteil3 umfasst einen Hauptmagneten10 , ein Gradientenspulensystem, das zwei hier symmetrische Teilgradientenspulen21A ,21B umfasst, Hochfrequenzspulen14 , beispielsweise zwei Teile einer Körperspule14A ,14B , und eine Liege6 . Alle diese Bestandteile des Magnetresonanzteils sind mit einer Steuereinheit31 und einer Bedien- und Anzeigekonsole32 verbunden. - Im dargestellen Beispiel sind sowohl der Hauptmagnet
10 als auch die Teilgradientenspulen21A ,21B im Wesentlichen hohlzylinderförmig und koaxial um die horizontale Achse15 angeordnet. Der Innenmantel des Hauptmagneten10 begrenzt in radia ler (senkrecht von der Achse15 weg weisender) Richtung einen zylinderförmigen Innenraum7 , in dem der Strahlentherapieteil5 , das Gradientensystem, Hochfrequenzspulen14 und die Patientenliege6 angeordnet sind. Genauer ist der Strahlentherapieteil5 in dem Innenraum7 zwischen der Außenseite des Gradientenspulensystems21A und21B und der nach innen weisenden Mantelfläche des Hautmagneten10 angeordnet. - Der Hauptmagnet
10 umfasst neben den Magnetspulen weitere Konstruktionselemente, wie Träger, Gehäuse etc., und erzeugt das für die Magnetresonanzuntersuchung nötige homogene Hauptmagnetfeld. Im gezeigten Beispiel ist die Hauptmagnetfeldrichtung parallel zur horizontalen Achse15 . Die Anregung der Kernspins des Patienten erfolgt über magnetische Hochfrequenz-Anregungspulse, die über Hochfrequenzspulen14 eingestrahlt werden. Die von den angeregten Kernspins ausgesendeten Signale werden wieder von Hochfrequenzspulen14 empfangen. - Die axial beabstandeten Teilgradientenspulen
21A ,21B umfassen je Gradientenspulen20 , die jeweils vollständig von einer Abschirmung27 umschlossen sind. Die Gradientenspule20 umfassen Trägern und Einzelgradientenspulen, die magnetische Gradientenfelder zur selektiven Schichtanregung und zur Ortskodierung der Magnetresonanzsignale in drei Raumrichtungen einstrahlen. - Der Strahlentherapieteil
5 ist an einer Gantry8 angeordnet und umfasst einen Elektronenbeschleuniger9 , der hier als Linearbeschleuniger ausgebildet ist, eine Strahlablenkungsanordnung17 , eine Targetanode19 , einen Homogenisierungskörper22 und einen Kollimator23 . Die Gantry8 kann eine Aussparung umfassen (gestrichelte Linien), wodurch ein Zugang zum Magnetresonanzdiagnoseteil auch von dieser Seite her möglich bleibt. - Der Elektronenbeschleuniger
9 des Strahlentherapieteils5 umfasst eine Elektronenquelle11 , beispielsweise eine Wolfram kathode, die einen Elektronenstrahl13 erzeugt, der durch den Elektronenbeschleuniger9 parallel zum Hauptmagnetfeld des Hauptmagneten10 vorzugsweise gepulst beschleunigt wird. Beispielsweise erzeugt der Elektronenbeschleuniger9 Elektronenstrahlpulse von einer Länge von 5 μs alle 5 ms. Erzeugt der Elektronenbeschleuniger9 gepulste Elektronenstrahlen13 , kann er komprimierter gebaut werden, z. B. mit einer Länge von etwa einem halben Meter, und trotzdem der Belastung durch die hochenergetischen Elektronenstrahlen13 standhalten. - Die Beschleunigung der Elektronen des Elektronenstrahls
13 erfolgt durch elektrische Wechselfelder in zylinderförmigen Hohlleitern des Elektronenbeschleunigers9 . Die Elektronen des Elektronenstrahls13 werden auf Energien bis in die Größenordnung von mehreren MeV beschleunigt. Der Elektronenbeschleuniger9 ist mit einer Beschleunigersteuereinheit12 zur Steuerung der Wechselfelder und der Elektronenquelle11 verbunden. - Der Elektronenstrahl
13 verlässt den Elektronenbeschleuniger9 an dem der Elektronenquelle gegenüberliegenden Ende und wird von der Strahlablenkungsanordnung17 um 90° radial einwärts in Richtung auf die Achse15 umgelenkt. Dazu umfasst die Strahlablenkungsanordnung17 einen Magneten, der ein geeignetes Magnetfeld erzeugt. Der Magnet ist als Elektromagnet aus nichtferromagnetischen Materialien ausgebildet, um ungewünschte Wechselwirkungen mit den umgebenden magnetischen Feldern zu verhindern. Da die Strahlablenkungsanordnung17 in einem starken, äußeren Magnetfeld arbeiten muss, ist sie gegenüber herkömmlichen Strahlablenkungsanordnungen entsprechend modifiziert. - Um den gepulsten Elektronenstrahl
13 auf kleinem Raum ablenken zu können, muss die Strahlablenkungsanordnung17 starke Magnetfelder erzeugen. Zur Verringerung der Verlustleistung ist das Magnetfeld der Strahlablenkungsanordnung17 ein gepulstes Magnetfeld, das mit dem gepulsten Elektronenstrahl13 synchronisiert ist. Dazu ist die Strahlablenkungsanordnung17 mit einer Strahlablenkungssteuereinheit18 verbunden, die auch mit der Beschleunigersteuereinheit12 verbunden ist. - Der abgelenkte Elektronenstrahl
13 trifft auf die Targetanode19 und erzeugt einen in der Strahlverlängerung aus der Targetanode austretenden Röntgenstrahl entlang eines Röntgenstrahlgangs. Der Röntgenstrahl wird durch den Homogenisierungskörper22 homogenisiert. - Der Kollimator
23 ist in einem Ringschlitz zwischen den beabstandeten Teilgradientenspulen21A ,21B in dem Röntgenstrahl nach der Targetandode19 angeordnet. Die dadurch erreichte Nähe zum Bestrahlungsziel verbessert einerseits die Strahlungsluminanz und andererseits die Wirksamkeit des Kollimators23 . - Der Kollimator
23 erlaubt eine Beeinflussung der Röntgenstrahlrichtung sowie des Querschnitts des Röntgenstrahls. Dazu umfasst der Kollimator23 bewegliche Einstellmittel24 , die den Röntgenstrahl nur in einer bestimmten Richtung, z. B. nur parallel zu der radialen Achse26 oder bis maximal in einer Richtung um einen Winkel α von der Achse26 weg, und mit einem bestimmten Querschnitt passieren lassen. Es ist auch möglich, die Einstellmittel24 des Kollimators23 derart einzustellen, dass parallel zur Achse26 keine Röntgenstrahlen mehr passieren können, sondern nur „schräge” Röntgenstrahlen in einer Richtung um bestimmte Winkel von der Achse26 weg, Durchlass finden. Zur Steuerung der Einstellmittel24 ist der Kollimator23 mit einer Kollimatorsteuereinheit25 verbunden. Derartige Kollimatoren sind hinreichend bekannt. Als Beispiel sei auf sogenannte „multi-leaf” Kollimatoren verwiesen. Sie ermöglichen eine sogenannte intensitätsmodulierte Strahlentherapie (IMRT: engl. ”intensity modulated radiation therapy”), bei der die Größe, die Form und die Intesnsität des Röntgenstrahls optimal an das Bestrahlungsziel angepasst werden können. Insbesondere erlaubt die IMRT auch eine Positionierung des Bestrahlungszentrums außerhalb der Rotationsachse des Strahlentherapiegeräts. - Der Röntgenstrahl durchstrahlt das Untersuchungsobjekt, hier den Patienten P, dabei verläuft der Röntgenstrahlengang durch ein Diagnosevolumen D des Magnetresonanzdiagnoseteils
3 . Um außerhalb des Bestrahlungszielvolumens die lokale Strahlendosis zu minimieren, rotiert der Strahlentherapieteil um die Hauptmagnetfeldachse. Dadurch wird nur im Bestrahlungszentrum B die volle Dosis appliziert. Der Kollimator23 passt auch während der Rotation den Querschnitt des Röntgenstrahls ständig dem vorliegenden Umriss des Bestrahlungsziels an. Die Gantry8 ist für eine Rotation des Strahlentherapieteils ausgebildet. Eine Gantrysteuereinheit29 steuert die Bewegung des Strahlentherapieteils5 . Als Beispiel ist der Strahlentherapieteil5 als Strahlentherapieteil5' nach einer Rotation um 180° dargestellt. - Die Gantrysteuereinheit
29 , die Kollimatorsteuereinheit25 , die Strahlablenkungssteuereinheit18 , die Beschleunigersteuereinheit12 und die Steuereinheit31 sind miteinander verbunden, um die durch den Magnetresonanzdiagnoseteil gewonnenen Diagnosedaten, beispielsweise die dreidimensionale Form des Bestrahlungsziels, die Rotationsposition des Strahlentherapieteils, sowie die Kollimatoreinstellungen bezüglich Querschnitt und Richtung des Röntgenstrahls und die oben beschriebene gepulste Strahlerzeugung miteinander koordinieren zu können. - Die Liege
6 ist vorzugsweise in drei Raumrichtungen beweglich, um das Zielgebiet der Bestrahlung genau in das Bestrahlungszentrum B positionieren zu können. Dazu ist die Steuereinheit31 zweckmäßig dazu ausgebildet, eine Bewegung der Liege6 zu steuern. - Die
2 bis4 zeigen Ausschnitte weiterer Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen kombinierten Strahlentherapie- und Magnetresonanzgeräts. In den gezeigten Ausführungsbeispielen variiert gegenüber dem Ausführungsbeispiel aus1 insbesondere die Anordnung eines jeweiligen Strahlen therapieteils5 ,105 ,205 ,305 . Der Übersichtlichkeit halber ist daher jeweils nur der obere Abschnitt von einem Hauptmagneten110 ,210 ,310 des kombinierten Strahlentherapie- und Magnetresonanzgeräts bis etwa zu einer Hochfrequenzspule114 ,214 ,314 des kombinierten Strahlentherapie- und Magnetresonanzgeräts gezeigt. Der restliche Aufbau und die Funktionsweise sind, soweit nicht anders beschrieben, im Wesentlichen analog zu dem in1 gezeigten Beispiel, auf das hiermit verwiesen wird. -
2 zeigt einen Hauptmagneten110 des kombinierten Strahlentherapie- und Magnetresonanzgeräts auf dessen, einem Innenraum107 des kombinierten Strahlentherapie- und Magnetresonanzgeräts zugewandter Seite ein Gradientenspulensystem120 angeordnet ist. Das Gradientenspulensystem120 umfasst insbesondere Primärspulen121 und Sekundärspulen122 . Zwischen Primärspulen121 und Sekundärspulen122 befindet sich ein Freiraum, in dem der Strahlentherapieteil105 des kombinierten Strahlentherapie- und Magnetresonanzgeräts angeordnet ist. Eine derartige beabstandete Anordnung der Primär- und Sekundärspulen121 und122 erhöht die Effizienz des Gradientenspulensystems120 . Weiter sind auf der dem Innenraum107 zugewandten Seite des Gradientenspulensystems Hochfrequenzspulen114 angeordnet. - Dabei kann das Gradientenspulensystem
120 oder zumindest die Primärspulen121 wie im Beispiel der1 in zwei Teilgradientenspulen121A ,121B geteilt und derart angeordnet sein, dass sich zumindest Teile des Strahlentherapieteils105 bei einer Rotation des Strahlentherapieteils105 um die Hauptmagnetfeldachse in einem ringförmigen Zwischenraum zwischen den Teilen bewegen können. Auch die Hochfrequenzspulen114 sind dann vorteilhafterweise in entsprechender Weise in zwei Teilhochfrequenzspulen114A und114B geteilt. - Alternativ ist es denkbar, das Gradientenspulensystem
120 derart auszuführen, dass es zusammen mit dem Strahlentherapieteil105 um die Hauptmagnetfeldachse rotierbar ist. In diesem Fall ist eine Teilung des Gradientenspulensystems120 oder der Primärspulen nicht unbedingt sinnvoll. Es genügt bereits die Primärspule121 derart auszubilden, dass sie den Strahlentherapieteil105 an einer Stelle in den Innenraum107 dringen lassen, um Therapiestrahlen auf ein Bestrahlungszentrum B abgeben zu können. Gleiches gilt für die Hochfrequenzspulen114 . Gegebenenfalls muss hier die mechanische Drehung des Gradientenspulensystems120 durch geeignete Ansteuerung der Gradientenströme kompensiert werden. Ein solches elektrisches Rotieren von Gradientenfeldern ist jedoch eine übliche Fähigkeit von gängigen Magnetresonanzsystemen. Allerdings sollten hohe Anforderungen an die Genauigkeit und Reproduzierbarkeit der Rotation gestellt werden. - Dieses Ausführungsbeispiel gewährt durch seine besonders kompakte Bauweise einem Patienten in dem Innenraum
107 ausnehmend viel Raum. Vorteilhaft ist ein Kollimator des Strahlentherapieteils105 in dem Ausführungsbeispielen der2 besonders flach ausgeführt, um einem Patienten in dem Innenraum107 des kombinierten Strahlentherapie- und Magnetresonanzgeräts noch mehr Raum zu lassen. - In
3 ist ein Ausschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels eines kombinierten Strahlentherapie- und Magnetresonanzgeräts skizziert. In diesem Ausführungsbeispiel ist ein Gradientenspulensystem220 wie in einem üblichen Magnetresonanzgerät auf der einem Innenraum207 des kombinierten Strahlentherapie- und Magnetresonanzgeräts zugewandten Seite eines Hauptmagneten210 angeordnet. Dabei können übliche Bauteile für den Hauptmagneten210 und des Gradientensystem220 verwendet werden, was unter anderem Kosten spart. - Wiederum auf der dem Innenraum
207 zugewandten Seite des Gradientensystems220 sind Hochfrequenzspulen214 angeordnet. Dabei ist jedoch zwischen dem Gradientensystem220 und den Hochfrequenzspulen214 ausreichen Raum gelassen, um einen Strahlentherapieteil205 des kombinierten Strahlentherapie- und Magnetresonanzgeräts zwischen dem Gradientensystem220 und den Hochfrequenzspulen214 anzuordnen. - Der Strahlentherapieteil
205 rotiert während einer Bestrahlung eines Bestrahlungszentrums B um die Hauptmagnetfeldachse des kombinierten Strahlentherapie- und Magnetresonanzgeräts. Ähnlich wie in dem Ausführungsbeispiel der2 können auch hier die Hochfrequenzspulen214 entweder derart in zwei Teilhochfrequenzspulen214A und214B geteilt werden, dass sich zumindest Teile des Strahlentherapieteils205 in einem ringförmigen Spalt zwischen den Teilhochfrequenzspulen214A und214B bewegen können. Oder die Hochfrequenzspulen214 können mit dem Strahlentherapieteil205 mitrotiert werden. -
4 zeigt schematisch einen Ausschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels eines kombinierten Strahlentherapie- und Magnetresonanzgeräts. Hierbei sind wie in herkömmlicher Bauweise eines Magnetresonanzgeräts Hochfrequenzspulen314 innerhalb eines Gradientensystems320 angeordnet, das selbst innerhalb eines Hauptmagneten310 angeordnet ist. Erst auf der einem Innenraum307 des kombinierten Strahlentherapie- und Magnetresonanzgeräts zugewandten Seite ist ein Strahlentherapieteil305 angeordnet. Wie in den oben angegebenen Ausführungsbeispielen rotiert der Strahlentherapieteil305 während einer Bestrahlung um die Hauptmagnetfeldachse des kombinierten Strahlentherapie- und Magnetresonanzgeräts. In diesem Ausführungsbeispiel sind keine besonderen baulichen Maßnahmen bezüglich des Gradientensystems320 und der Hochfrequenzspulen314 notwendig, um diese Rotationsbewegung des Strahlentherapieteils zu ermöglichen. - Vorteilhafterweise ist der Innenradius der Hochfrequenzspulen
314 möglichst groß gewählt und der Strahlentherapieteil möglichst flach ausgeführt, um einem Patienten im Innenraum307 nicht zu beengen. - Der Strahlentherapieteil
105 ,205 ,305 der Ausführungsbeispiele der2 bis4 ist jeweils im Wesentlichen analog zu dem Strahlentherapieteil5 aus dem Ausführungsbeispiel von1 aufgebaut. Die einzelnen Beuteile sind der Übersichtlichkeit halber nicht nochmals dargestellt. Die Rotationsbewegung der Strahlentherapieteile105 ,205 ,305 und/oder des Gradien tenspulensystems120 ,220 ,320 und/oder der Hochfrequenzspulen114 ,214 ist jeweils durch einen gestrichelten Pfeil angedeutet. - Gegebenenfalls wird in den Ausführungsbeispielen der
2 ,3 und4 der Strahlentherapieteil105 ,205 ,305 und der Magnetresonanzteil, insbesondere das Gradientensystem120 ,220 ,320 und/oder die Hochfrequenzspulen114 ,214 ,314 , nicht gleichzeitig, sondern in wechselndem Betrieb betrieben, um eventuelle störende Wechselwirkungen, insbesondere zwischen bewegten Teilen des Strahlentherapieteils105 ,205 ,305 und elektromagnetischen Wechselfeldern des Magnetresonanzteils, auszuschließen. - Die
5 bis8 zeigen drei Beispiele möglicher Ausführungsformen von Strahlablenkungsanordnungen17 , die in einem Strahlentherapieteil5 ,105 ,205 ,305 eingesetzt werden können. - In
5 ist eine Strahlablenkungsanordnung17' dargestellt, die aus zwei ringförmigen Ablenkungsspulen17A' und17B' besteht. Die Ablenkungsspulen17A' ,17B' sind in einem kombinierten Strahlentherapie- und Magnetresonanzgerät im Wesentlichen senkrecht zu dem Hauptmagnetfeld des Hauptmagneten des kombinierten Strahlentherapie- und Magnetresonanzgeräts angeordnet. Die Feldrichtung der Ablenkungsspulen17A' ,17B' verläuft im Wesentlichen parallel zu einer radialen Achse26 des kombinierten Strahlentherapie- und Magnetresonanzgeräts, also in der für einen Therapiestrahl gewünschten Austrittsrichtung. Durch die Kombination des Hauptmagnetfeldes und des Magnetfeldes der Ablenkungsspulen17A' ,17B' wird ein Elektronenstrahl13' in die gewünschte Richtung abgelenkt. - Die Stromdichte in den Ablenkungsspulen
17A' ,17B' ist unter anderem je nach Hauptmagnetfeldstärke des kombinierten Strah lentherapie- und Magnetresonanzgeräts und Energie des Elektronenstrahls zu bestimmen. Beispielsweise bei einem Elektronenstrahl von 6 MeV und einem Hauptmagnetfeld von 1,5 T können die Ablenkungsspulen17A' ,17B' den Strahl in die gewünschte Richtung ablenken, wenn die Stromdichte in den Ablenkungsspulen17A' ,17B' ca. 500 MA/m2 beträgt. - Die
6 bis8 zeigen Strahlablenkungsanordnungen17'' und17''' , deren Ausgestaltung mittels Simulationsprogrammen, beispielsweise auf Basis einer Finite Elemente Methode oder einer Finiten Differenzen Methode, errechnet wurden. Dabei war das zugrunde liegende Problem jeweils die Frage, wie ein Elektronenstrahl, der parallel in ein Hauptmagnetfeld eintritt, in eine Richtung abgelenkt werden kann, die senkrecht auf das Hauptmagnetfeld steht, um auf ein Ziel zu treffen. Dazu wurde berechnet, welches Feld für eine derartige Ablenkung nötig ist, und wie es erzeugt werden kann. -
6 zeigt ein aktives Spulenpaar17'' als Strahlablenkungsanordnung, das derart geformt ist, dass es das gestellte Problem löst. Ein parallel zu einer horizontalen Achse15 , und damit in Richtung eines Hauptmagnetfeldes eines kombinierten Strahlentherapie- und Magnetresonanzgeräts eintreffender Elektronenstrahl13'' tritt zwischen das Spulenpaar17'' an der Position ”I” ein und wird derart geführt, dass er das Spulenpaar17'' parallel zu einer radialen Achse26 des kombinierten Strahlentherapie- und Magnetresonanzgeräts an der Position ”O” verlässt. Dabei kann die Stärke der Feldstärke des Spulenpaares17'' je nach Energie des Elektronenstrahls variiert werden. - Ein beispielhaftes Spulenpaar
17'' erzeugt ein Querfeld von ca. 0,3 T. Damit kann z. B. ein Elektronenstrahl von 6 MeV in einem kombinierten Strahlentherapie- und Magnetresonanzgerät von 1,5 T Feldstärke in der gewünschten Art und Weise abgelenkt werden. - In den
7 und8 ist eine weitere mögliche Lösung des oben genannten Problems, diesmal durch eine passive Strahlablenkungsanordnung, dargestellt. - Wie in
7 gezeigt, umfasst die Strahlablenkungsanordnung17''' , die ein zur Lösung des Problems nötiges Querfeld erzeugt, vier Ablenkungseinheiten117A , B, C, D. Die Anordnung der Ablenkungseinheiten117A , B, C, D wurde durch Iteration so bestimmt, dass ein Elektronenstrahl13''' , der parallel zu einem Hauptmagnetfeld in der Darstellung von7 von rechts in die Ablenkungseinheit117A eintritt, derart von Ablenkungseinheit117A zu Ablenkungseinheit117B gelenkt wird, dass der Elektronenstrahl13''' durch die Ablenkungseinheit117B hindurch nach oben abgelenkt wird. Von der Ablenkungseinheit117B wird der Elektronenstrahl13''' durch die Ablenkungseinheit117C gelenkt, wobei der Elektronenstrahl13'' die Ablenkungseinheit117C derart verlässt, dass er nach unten zu Ablenkungseinheit117D gelenkt wird, sodass er die Ablenkungseinheit117D senkrecht zu dem Hauptmagnetfeld verlässt. Angaben wie „oben”, „unten”, „rechts” und „links” beziehen sich jeweils auf die beispielhafte Darstellung aus7 . -
8 zeigt genauer eine Ablenkungseinheit117 . Die Ablenkungseinheit117 umfasst mehrere Permanentmagnete118A , B, C, D, E, F, G, H, die vorzugsweise aus seltenen Erden, z. B. NdFeB oder SmCo, gefertigt sind. - Beispielsweise, um einen 6 MeV Elektronenstrahl in einem Hauptmagnetfeld von 1,4 T auf die gewünschte Art und Weise abzulenken, werden sechs Permanentmagnete
118A , B, C, D, E, F mit Abmessungen von ca. 10 × 4 × 4 mm und zwei Permanentmagnete118G , H mit Abmessungen von 10 × 8 × 4 mm in der dargestellten Weise angeordnet. Dabei werden je drei der Permanentmagnete der kleineren Abmessung118A , B, C, D, E, F mit wechselnder Ausrichtung der jeweiligen Magnetfelder der Permanentmagnete118A , B, C, D, E, F aufeinander gestapelt. Zwischen diese Stapel werden die beiden größer bemessenen Permanentmagnete118G , H angeordnet. Die Pfeile verdeutlichen die jeweiligen Magnetfeldrichtungen in den Permanentmagneten118A , B, C, D, E, F, G, H. - Diese Ausführungsform ist besonders einfach herzustellen und bildet zudem eine besonders kompakte Lösung. Darüber hinaus wirken hier nur geringe statische Kräfte, sodass keine besonderen Befestigungsmaßnahmen erforderlich sind. Erste Ergebnisse zeigen zudem, dass die Strahlablenkungsanordnung
17''' nur ein sehr geringes Streufeld erzeugt. Allerdings sind Permanentmagnete empfindlich gegen Änderungen in der Umgebungstemperatur oder dem umgebenden Hauptmagnetfeld.
Claims (24)
- Kombiniertes Strahlentherapie- und Magnetresonanzgerät mit einem Magnetresonanzdiagnoseteil mit einem Innenraum, der in radialer Richtung durch einen Hauptmagneten begrenzt wird und einem Strahlentherapieteil zur Bestrahlung eines Bestrahlungsgebiets innerhalb des Innenraums, wobei zumindest Teile des Strahlentherapieteils, die eine Strahlablenkungsanordnung umfassen, innerhalb des Innenraums angeordnet sind.
- Kombiniertes Strahlentherapie- und Magnetresonanzgerät nach Anspruch 1, wobei der Strahlentherapieteil einen Elektronenbeschleuniger umfasst.
- Kombiniertes Strahlentherapie- und Magnetresonanzgerät nach Anspruch 2, wobei eine Elektronenstrahlrichtung in dem Elektronenbeschleuniger im Wesentlichen parallel zur Hauptmagnetfeldachse verläuft.
- Kombiniertes Strahlentherapie- und Magnetresonanzgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Strahlentherapieteil in einem Freiraum angeordnet ist, dessen radiale Ausdehnung von der zum Innenraum weisenden Mantelfläche des Hauptmagneten und der Außenseite eines zum Hauptmagneten koaxialen Gradientenspulensystems begrenzt wird.
- Kombiniertes Strahlentherapie- und Magnetresonanzgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Strahlentherapieteil in einem Freiraum zwischen einer Primärspule und einer Sekundärspule eines Gradientenspulensystems angeordnet ist.
- Kombiniertes Strahlentherapie- und Magnetresonanzgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Strahlentherapieteil zwischen einem Gradientenspulensystem und Hochfrequenzspulen des Magnetresonanzdiagnoseteils angeordnet ist.
- Kombiniertes Strahlentherapie- und Magnetresonanzgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Strahlentherapie teil an einer einem Diagnosevolumen des kombinierten Strahlentherapie- und Magnetresonanzgeräts zugewandten Seite von Hochfrequenzspulen des Magnetresonanzdiagnoseteils angeordnet ist.
- Kombiniertes Strahlentherapie und Magnetresonanzgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Elektronenbeschleuniger mit einer Beschleunigersteuereinheit verbunden ist.
- Kombiniertes Strahlentherapie- und Magnetresonanzgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Strahlablenkungsanordnung einen Elektronenstrahl einwärts in den Innenraum umlenkt.
- Kombiniertes Strahlentherapie- und Magnetresonanzgerät nach Anspruch 9, wobei die Strahlablenkungsanordnung dazu ausgebildet ist, den Elektronenstrahl um 90° radial einwärts umzulenken.
- Kombiniertes Strahlentherapie- und Magnetresonanzgerät nach einem der Ansprüche 9 oder 10, wobei die Strahlablenkungsanordnung mindestens einen Elektromagneten umfasst.
- Kombiniertes Strahlentherapie- und Magnetresonanzgerät nach einem der Ansprüche 9 oder 10, wobei die Strahlablenkungsanordnung mindestens einen Permanentmagneten umfasst
- Kombiniertes Strahlentherapie- und Magnetresonanzgerät nach einem der Ansprüche 9, 10 oder 11, wobei die Strahlablenkungsanordnung mindestens einen gepulsten Magneten umfasst.
- Kombiniertes Strahlentherapie- und Magnetresonanzgerät nach einem der Ansprüche 9, 10, 11 oder 13, wobei die Strahlablenkungsanordnung mit einer Strahlablenkungssteuereinheit verbunden ist.
- Kombiniertes Strahlentherapie- und Magnetresonanzgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Strahlentherapieteil eine Targetanode zur Erzeugung eines Röntgenstrahls entlang eines Röntgenstrahlengangs umfasst.
- Kombiniertes Strahlentherapie- und Magnetresonanzgerät nach Anspruch 15 wobei die Targetanode eine Durchstrahlanode ist.
- Kombiniertes Strahlentherapie- und Magnetresonanzgerät nach einem der Ansprüche 15 oder 16, wobei ein Homogenisierungskörper im Röntgenstrahlengang nach der Targetanode angeordnet ist.
- Kombiniertes Strahlentherapie- und Magnetresonanzgerät nach einem der Ansprüche 15, 16 oder 17, wobei ein Kollimator im Röntgenstrahlengang nach der Targetanode angeordnet ist.
- Kombiniertes Strahlentherapie- und Magnetresonanzgerät nach Anspruch 18, wobei der Kollimator zumindest teilweise zwischen zwei axial beabstandeten Teilgradientenspulen des Magnetresonanzgeräts angeordnet ist.
- Kombiniertes Strahlentherapie- und Magnetresonanzgerät nach einem der Ansprüche 18 oder 19, wobei der Kollimator Einstellmittel zur Veränderung des Querschnitts des Röntgenstrahls umfasst.
- Kombiniertes Strahlentherapie- und Magnetresonanzgerät nach einem der Ansprüche 18 bis 20, wobei der Kollimator mit einer Kollimatorsteuereinheit verbunden ist.
- Kombiniertes Strahlentherapie- und Magnetresonanzgerät nach einem der Ansprüche 4 bis 21, wobei zumindest Teilgradientenspulen des Gradientenspulensystems gegenüber dem Strahlentherapieteil geschirmt sind.
- Kombiniertes Strahlentherapie- und Magnetresonanzgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Strahlentherapieteil um die Hauptmagnetfeldachse rotierbar ist.
- Kombiniertes Strahlentherapie- und Magnetresonanzgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Röntgenstrahlgang durch ein Diagnosevolumen des Magnetresonanzdiagnoseteils verläuft.
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