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Die
vorliegende Erfindung betrifft Radiotherapievorrichtungen und insbesondere
eine rotierende Ganzkörper-Radiotherapievorrichtung
mit mehreren radioaktiven Quellen.
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Eine
rotierende Ganzkörper-Radiotherapievorrichtung
mit mehreren radioaktiven Quellen arbeitet nach dem Prinzip des
Fokussierens während
des Drehens. Die mehreren in dem rotierenden Quellenkörper installierten
radioaktiven Quellen werden in einer Schar koaxialer konischer Ebenen
gedreht und auf den gemeinsamen Brennpunkt gerichtet, der mit der
gemeinsamen Spitze der konischen Ebenen zusammenfällt.
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Infolgedessen
wird das an dem gemeinsamen Brennpunkt befindliche, geschädigte Gewebe abgetötet, während das
gesunde Gewebe verschont wird, indem es nur vorübergehend harmlose Strahlung
erhält.
Der Kernphysik zufolge steht die Dosis der radioaktiven Quelle am
Brennpunkt in umgekehrtem Verhältnis
zum Quadrat der Entfernung zwischen der radioaktiven Quelle und
dem Brennpunkt. Einerseits sollte die Entfernung vom Mittelpunkt
der radioaktiven Quelle zum Brennpunkt so gering wie möglich sein,
andererseits sollte vom Ausgang des Kollimators zur Körperoberfläche des
Patienten genug Platz sein, damit eine rotierende Bestrahlung eines
an einem beliebigen Teil eines Patienten befindlichen Krankheitsortes
durchgeführt
werden kann.
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Im
Stand der Technik werden radioaktive Quellen gleichmäßig auf
dem rotierenden zylindrischen Quellenkörper verteilt, der sich in
einem vollen Winkelbereich von 360° dreht. Eine solche Anordnung
ist aus der chinesischen Patentschrift CN 2249095Y bekannt, die
eine rotierende Ganzkörper-Radiotherapievorrichtung
mit einem Quellenkörper
von hohlzylindrischer Form offenbart. Nimmt man die Ebene, die durch
den Brennpunkt und senkrecht zur Mittellinie des Hohlzylinders verläuft, als
Bezugsebene, so werden die radioaktiven Quellen in verschiedenen
Gruppen auf der Zylinderebene in Breiten von 3° bis 48° zur Bezugsebene angeordnet. Auf
der Oberflächenebene
des zylindrischen Quellenkörpers
werden die Kanalgruppen gleichmäßig am Umfang
entlang verteilt, wie er aus der axialen Richtung zu sehen ist.
Sie können
entweder abstandsgetreu parallel voneinander oder mit jeder Gruppe
um eine Zeile ansteigend beabstandet sein. Die Kollimatoren und
die Abschirmstäbe
sind in dem gleichen Muster verteilt wie die radioaktiven Quellen, und
infolgedessen werden Strahlenkanäle
gebildet. Da die radioaktiven Quellen und die Kollimatoren in einem
vollen Winkelbereich von 360° am
Umfang entlang verteilt sind, sollte der Innenradius des Hohlzylinders
nicht kleiner sein als die Entfernung vom Ausgang der Kollimatoren
zum Brennpunkt. Um Strahlung zu dem Krankheitsort an einem beliebigen Teil
des Patienten zu richten, sollte der Innenradius größer sein
als die Breite eines menschlichen Körpers, das heißt, der
Abstand vom Ausgang der Kollimatoren zum Brennpunkt sollte größer als
48 Zentimeter sein. Daher weisen die radioaktiven Quellen in der
Vorrichtung des Standes der Technik eine hohe Gesamtstrahlungsaktivität auf, sind
teuer in der Herstellung, haben eine geringe Effizienz im Gebrauch und
benötigen
eine kritische Abschirmung. Infolgedessen ist die Vorrichtung voluminös, schwer
und teuer in der Herstellung.
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Die
EP-A-0,747,094 offenbart eine medizinische radiotherapeutische Vorrichtung,
die einen rotierenden Kollimatorträger aufweist, wobei der Kollimator
die gleiche Verteilung besitzt wie mehrere radioaktive Quellen.
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Die
US 5,815,547 offenbart ein
Radiotherapiesystem, das eine Strahlungsquellenstrahlbaugruppe aufweist,
die eine Kollimiervorrichtung enthält und Quellenstrahlen in einer
Behandlungszone fokussiert. Die Kollimiervorrichtung kann durch
Drehen zu den Strahlungsquellen ausgerichtet werden.
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Die
Offenbarung dieses Dokuments entspricht im Allgemeinen dem Oberbegriff
von Anspruch 1.
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Die
vorliegende Erfindung soll eine rotierende Ganzkörper-Radiotherapievorrichtung mit mehreren
radioaktiven Quellen bereitstellen, die so konfiguriert sind, dass
die Entfernung (als Quelle-Brennpunkt-Entfernung bezeichnet) von
den radioaktiven Quellen zum Brennpunkt verringert und dadurch die Effizienz
im Gebrauch der radioaktiven Quellen verbessert sowie die Größe und das
Gewicht der Vorrichtung reduziert wird.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird eine Ganzkörper-Radiotherapievorrichtung
mit mehreren radioaktiven Quellen bereitgestellt, die folgendes
umfasst:
einen Rahmen, einen Quellenkörper und einen Kollimatorkörper, wobei
der Quellenkörper
und der Kollimatorkörper
eine Umdrehungsachse besitzen, die parallel zur Längsachse
einer Behandlungsliege verläuft,
wobei
sich in dem Quellenkörper
mehrere radioaktive Quellen und deren Strahlenkanäle befinden
und sich die Strahlen aus den radioaktiven Quellen durch die Strahlenkanäle an einem
gemeinsamen Brennpunkt vereinigen, der auf der Umdrehungsachse liegt,
wobei
sich in dem Kollimatorkörper
Kollimatoren befinden und die Kollimatoren das gleiche Verteilungsmuster
aufweisen wie die radioaktiven Quellen,
wobei der Quellenkörper und
der Kollimatorkörper
an dem Rahmen angebracht sind und um die Umdrehungsachse rotieren
können
und
wobei sich die radioaktiven Quellen und deren Strahlenkanäle in den
radialen Schnittebenen in einem fächerförmigen Bereich befinden, dessen
eingeschlossener Winkel weniger als 90° beträgt,
dadurch gekennzeichnet,
dass die radioaktiven Quellen in zwei nebeneinander liegenden Ebenen
durch die Umdrehungsachse verteilt sind, die voneinander um 4°–5° beabstandet
sind, sowie mit einer versetzten Verteilung in verschiedenen radialen
Schnittebenen, so dass die Strahlen der radioaktiven Quellen während des
Drehens mit anderen sich nicht überlappende
konische Ebenen bilden, und dass
der Drehinnenradius des Kollimatorkörpers kleiner
ist als die Gesamtbreite, aber größer als die halbe Breite des
menschlichen Körpers,
wobei die Gesamtbreite des menschlichen Körpers etwa 56 cm beträgt.
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Nimmt
man die Ebene, die durch den gemeinsamen Brennpunkt und senkrecht
zur Umdrehungsachse verläuft,
als Bezugsebene, so wird die Bezugsebene um die Zeile gedreht, die
durch den gemeinsamen Brennpunkt und senkrecht zur Umdrehungsachse
verläuft.
Dadurch wird eine Schar von Ebenen gebildet, die als radiale Schnittebenen
definiert werden.
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In
diesen radialen Schnittebenen befinden sich die radioaktiven Quellen
und deren Strahlenkanäle
in einem fächerförmigen Bereich,
dessen eingeschlossener Winkel weniger als 90° beträgt.
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Da
sich die radioaktiven Quellen und ihre Strahlenkanäle in einem
fächerförmigen Bereich
befinden, dessen eingeschlossener Winkel weniger als 90° beträgt, können sie,
statt in einem vollen Winkelbereich von 360° in den radialen Schnittebenen
verteilt zu sein, auf den Bereich einer sehr schmalen Fächerform
begrenzt sein. Gestaltet man den Drehradius des Kollimatorkörpers größer als
die Hälfte
der Breite des menschlichen Körpers,
so kann die rotierende Radiotherapie an einer beliebigen Stelle
des menschlichen Körpers
durchgeführt
werden, indem man den Krankheitsort am Brennpunkt positioniert und
den Einfallswinkel sowie den Drehbereich des Strahls entsprechend
wählt,
statt im vollen Winkelbereich von 360° zu drehen. Deshalb lassen sich
die widersprüchlichen
Forderungen nach einem großen Behandlungsraum
und einer geringen Quelle-Brennpunkt-Entfernung
erfolgreich lösen.
Mit der garantierten Beibehaltung von ausreichend Behandlungsraum für den gesamten
Körper
wird die Quelle-Brennpunkt-Entfernung bedeutend verringert.
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Infolgedessen
werden die Gesamtstrahlungsaktivität und die Herstellungskosten
der Quellen bedeutend verringert, die Effizienz im Gebrauch der radioaktiven
Quellen wird verbessert, die Größe, das Gewicht
und die Herstellungskosten der Vorrichtung werden reduziert. Dadurch
wird eine bedeutende wirtschaftliche und soziale Wirkung erzielt.
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Es
werden jetzt lediglich beispielhaft unter Bezugnahme auf die anhängenden
Zeichnungen bevorzugte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung beschrieben, wobei:
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1 eine
radiale (B-B) schematische Schnittdarstellung ist, die eine bevorzugte
Ausführungsform
einer Ganzkörper-Radiotherapievorrichtung
mit mehreren radioaktiven Quellen gemäß der vorliegenden Erfindung
zeigt,
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2 eine
axiale (A-A) schematische Schnittdarstellung der Ganzkörper-Radiotherapievorrichtung
aus 1 ist,
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3 eine
axiale (A-A) schematische Schnittdarstellung ist, die eine weitere
bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt,
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4 eine
schematische Darstellung ist, die die Verteilung der radioaktiven
Quellen in dem Quellenkörper
einer Ganzkörper-Radiotherapievorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt,
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5 eine
schematische Darstellung ist, die die Verteilung der Kollimatoren
und der Abschirmstäbe
in dem Kollimatorkörper
einer Ganzkörper-Radiotherapievorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt, und
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6(a)–(f) schematische Darstellungen sind, die
Beispiele für
Strahlung mit unterschiedlichen Einfallswinkeln und unterschiedlichem
Drehbereich entsprechend verschiedenen Positionen des Krankheitsorts
zeigen.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung in 1 weist
die Ganzkörper-Radiotherapievorrichtung
mit mehreren radioaktiven Quellen folgendes auf: einen Quellenkörper 101,
einen rotierenden Quellenkörperbefestigungsring 102,
der am Quellenkörper 101 befestigt
ist, einen Kollimatorkörper 201,
einen rotierenden Kollimatorkörperbefestigungsring 202,
der am Kollimatorkörper 201 befestigt
ist, einen Stützrahmen 801 und
einen rotierenden Haltering 802, der an dem Stützrahmen 801 befestigt
ist. Mehrere Wälzlager
sind zwischen dem rotierenden Quellenkörperbefestigungsring 102 und
dem rotierenden Haltering 802 installiert. Infolgedessen
ist der rotierende Quellenkörperbefestigungsring 102 achsfest
mit dem rotierenden Haltering 802 verbunden, kann sich
aber relativ dazu drehen. Auf ähnliche
Weise sind mehrere Wälzlager zwischen
dem rotierenden Kollimatorkörperbefestigungsring 202 und
dem rotierenden Quellenkörperbefestigungsring 102 installiert.
Der rotierende Kollimatorkörperbefestigungsring
ist achsfest mit dem rotierenden Quellenkörperbefestigungsring verbunden, kann
sich aber relativ dazu drehen. Der rotierende Quellenkörperbefestigungsring 102 und
der rotierende Kollimatorkörperbefestigungsring 202 werden
jeweils durch zwei Servomotoren zum Drehen angetrieben, und der
vom Quellenkörperbefestigungsring 102 getragene
Quellenkörper 101 und
der vom Kollimatorkörperbefestigungsring 202 getragene
Kollimatorkörper 201 werden
infolgedessen zum Drehen angetrieben. Somit kann die relative Position
zwischen dem Quellenkörper 101 und
dem Kollimatorkörper 201 eingestellt
werden, und der Quellenkörper 101 kann
in jeder beliebigen Position bleiben, so dass der Anfangs- und der
Endeinfallswinkel des Quellenkörpers 101 in
Bezug auf den gemeinsamen Brennpunkt 6 eingestellt werden
kann. Aus dem in 6(a) gezeigten Beispiel, ist
ein Anfangseinfallswinkel ∠DOF, ein Endeinfallswinkel ∠DOE
und der Drehwinkelbereich C zu sehen.
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Im
Quellenkörper 101 werden
mehrere radioaktive Quellen 103 und deren Strahlenkanäle verteilt.
Strahlen aus den radioaktiven Quellen 103 durchlaufen die
Strahlenkanäle
und vereinigen sich an dem gemeinsamen Brennpunkt 6, der
auf der Umdrehungsachse 7 liegt. In den radialen Schnittebenen befinden
sich in einem fächerförmigen Bereich,
dessen eingeschlossener Winkel weniger als 90° beträgt, radioaktive Quellen und
deren Strahlenkanäle. Der
eingeschlossene Winkel ist weiterhin vorzugsweise kleiner als 30°. Bei dieser
Ausführungsform sind
die zwei Zeilen radioaktiver Quellen um 4°–5° voneinander beabstandet.
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In
den durch die Umdrehungsachse verlaufenden Ebenen befinden sich
in einem fächerförmigen Bereich,
dessen eingeschlossener Winkel weniger als 60° beträgt, radioaktive Quellen und
deren Strahlenkanäle.
Bei dieser Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung sind in 2 die radioaktiven Quellen
und deren Strahlenkanäle
in den durch die Umdrehungsachse verlaufenden Ebenen in einem fächerförmigen Muster
mit gleicher Quelle-Brennpunkt-Entfernung
verteilt.
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Sie
sind in zwei Bereichen verteilt, deren eingeschlossene Winkel –25° bis –5° bzw. 5° bis 25° betragen.
Die Strahlungsstärke
jeder radioaktiven Quelle 103 ist am gemeinsamen Brennpunkt 6 gleich.
Bei diesem Verteilungsmuster kann die Form des Strahlungsfeldes
am Brennpunkt mehr an eine Kreisform angenähert sein, und gleichzeitig
kann der Halbschatten des Strahlungsfeldes am Brennpunkt in der Radialebene
reduziert sein. Die Umdrehungsachse 7 verläuft durch
den gemeinsamen Brennpunkt 6 und parallel zur Längsachse
der Behandlungsliege. Um beim Drehen das Gleichgewicht beizubehalten,
ist in dem rotierenden Quellenkörperbefestigungsring 102 ein
Quellenkörpergegengewicht 104 und
in dem rotierenden Kollimatorkörperbefestigungsring 202 ein Kollimatorkörpergegengewicht 206 installiert.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung in 3 sind die
radioaktiven Quellen und ihre Strahlenkanäle in den durch die Umdrehungsachse
verlaufenden Ebenen in einem dreieckigen Muster mit ungleicher Quelle-Brennpunkt-Entfernung
verteilt. Bei diesem Verteilungsmuster kann es sein, dass die Strahlungsstärke der
radioaktiven Quellen 103 am gemeinsamen Brennpunkt 6 unterschiedlich
ist.
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In 4 sind
die radioaktiven Quellen 103 in zwei nebeneinander liegenden
axialen Schnittebenen mit einer in verschiedenen radialen Schnittebenen
unterschiedlichen versetzten Verteilung verteilt, so dass die Strahlen
der radioaktiven Quelle beim Drehen mit anderen sich nicht überlappende
konische Ebenen bilden.
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In 5 sind
in dem Kollimatorkörper 201 zwei
Sätze 203, 205 Kollimatoren
mit unterschiedlichem Durchmesser und ein Satz Abschirmstäbe installiert.
Jeder Satz weist das gleiche Verteilungsmuster wie die radioaktiven
Quellen 103 auf. Durch Einstellen der Längenposition (±9°) des Kollimatorkörpers 201 in
Bezug zum Quellenkörper 101 können die
in dem Quellenkörper 101 befindlichen
radioaktiven Quellen 103 mit einem Satz Kollimatoren oder den
Abschirmstäben
in Deckungsgleichheit gebracht werden. Dann werden der Quellenkörper 101 und
der Kollimatorkörper 201 synchron
gedreht. Infolgedessen kann man Kollimatoren mit verschiedenen Durchmessern
wählen
oder den Strahl nach Bedarf innerhalb des Drehwinkelbereichs automatisch
abschalten, um empfindliche Organe des Patienten abzuschirmen.
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Wie
in den 6(a) bis 6(f) zu
sehen, befindet sich die Schädigung
links, rechts, links oben, rechts oben, links unten bzw. rechts
unten am Patienten. In der Ebene, die durch den Brennpunkt 6 und senkrecht
zur Umdrehungsachse 7 verläuft, ist der Drehinnenradius
des Kollimatorkörpers
kleiner als die Gesamtbreite, aber größer als die halbe Breite des
menschlichen Körpers,
z.B. 28 cm. Der Drehwinkelbereich C des Quellenkörpers und des Kollimatorkörpers beträgt nicht
nur 360°,
sondern wird auf der Grundlage der speziellen Position der Schädigung berechnet,
um eine Beeinträchtigung
des menschlichen Körpers
und der Behandlungsliege zu vermeiden. Alternativ dazu kann der
Arzt entsprechend der Einfallstiefe des Strahls eine Entscheidung über den Drehwinkelbereich
C treffen. Bei der Behandlung wird der Krankheitsort durch Bewegen
der Behandlungsliege 4 am Brennpunkt 6 positioniert.
Dann wird die Bestrahlung in dem Drehwinkelbereich durchgeführt, der
dem Behandlungsplan entsprechend ausgewählt wurde. Wenn sich ein Satz
Kollimatoren mit den radioaktiven Quellen in Deckungsgleichheit
befindet, erreicht der Strahl aus den radioaktiven Quellen den gemeinsamen
Brennpunkt durch die Kollimatoren. Befindet sich ein Satz Abschirmstäbe mit den radioaktiven
Quellen in Deckungsgleichheit, dann wird der Strahl blockiert. Das
Wechseln zwischen den Kollimatoren und den Abschirmstäben wird durch
zwei Servomotoren durchgeführt,
die jeweils den mit dem Quellenkörper
getragenen rotierenden Quellenkörperbefestigungsring
und den mit den Kollimatoren getragenen rotierenden Kollimatorkörperbefestigungsring
antreiben, und dann werden der Quellenkörper und der Kollimatorkörper synchron
gedreht. Infolgedessen kann man den Strahl in dem Drehwinkelbereich
nach Bedarf automatisch öffnen oder
abschalten, um empfindliche Gewebe des Patienten zu schützen.