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Hintergrund der Erfindung
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Teilchenstrahl-Therapiesysteme,
wobei sie insbesondere ein digitales Abbildungssystem zum Abbilden eines
Sollbereichs des Körpers
eines Patienten betrifft, um die Position des Patienten bezüglich eines Teilchenstrahl-Beaufschlagungssystems
zu bestimmen, um dadurch zu erlauben, dass die Position des Patienten
in eine gewünschte
Position eingestellt wird.
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Beschreibung
des Standes der Technik
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Die
Strahlungsteilchentherapie wird im Allgemeinen verwendet, um sowohl
lokalisierte Formen des Krebses als auch andere Beschwerden zu behandeln.
Typischerweise wird ein atomares Teilchen, z.B. ein Elektron, ein
Proton, ein Neutron, oder ein subatomares Teilchen, wie z.B. ein
Röntgenstrahl, aus
einem Auslass zu einem speziellen Sollbereich des Patienten emittiert,
der oft als ein Soll-Isozentrum bezeichnet wird. Das Teilchen kollidiert
dann mit den Zellen innerhalb des Sollbereichs des Patienten und schädigt dadurch
diese Zellen.
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Eine
besonders nützliche
Form der Strahlungstherapie ist die Protonenstrahltherapie, bei
der Protonen zu einem Soll-Isozentrum gelenkt werden, das sich innerhalb
des Körpers
eines Patienten befindet. Die Protonentherapie besitzt den Vorteil,
dass die Protonen ein Phänomen
zeigen, dass als Bragg-Spitze bekannt ist, bei der ein beträchtlicher Teil
der Energie des Protons freigesetzt wird, wie das Proton anhält. Folglich
können
durch das Auswählen der
Anfangsenergie des Protonenstrahls die Protonen im Strahl gelenkt
werden, so dass sie am Soll-Isozentrum
anhalten und dadurch einen signifikanten Teil ihrer Energie an die
Zellen innerhalb des Soll-Isozentrums abgeben. Die Protonentherapie
befindet sich gegenwärtig
im medizinischen Zentrum der Loma Linda University, die sich in
Loma Linda, Kalifornien, befindet, in Gebrauch, wobei das im medizinischen
Zentrum der Loma Linda University verwendete System im US-Patent
Nr. 4.870.287 ausführlicher
beschrieben ist.
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Während unter
bestimmten Umständen
die Protonentherapie signifikante klinische Vorteile gegenüber anderen
Therapien sitzt, erfordert sie außerdem, dass der Patient in
Bezug auf den Auslass des Protonenstrahls genau positioniert ist,
so dass der Protonenstrahl nur das Soll-Isozentrum bestrahlt. Andernfalls
könnte
der Protonenstrahl gesunde Zellen im Körper des Patienten schädigen. Die
ist z.B. bei Behandlungen besonders wichtig, bei denen sich das Soll-Isozentrum
im Gehirn des Patienten befindet. Während die genaue Anordnung
des Patienten in Bezug auf einen Auslass bei der Protonentherapie
sehr wichtig ist, ist sie selbstverständlich aus ähnlichen Gründen außerdem in vielen anderen Typen
der Strahlungstherapie sehr wichtig.
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Typischerweise
empfängt
der Patient, der die Protonentherapie empfängt, periodische Behandlungen,
bei denen das Soll-Isozentrum über
den Verlauf einer ausgedehnten Zeitdauer wiederholt mit dem Protonenstrahl
bestrahlt wird. Ein Patient kann z.B. tägliche Dosen der Protonenstrahlungstherapie während einer
monatelangen Periode empfangen. Ferner wird das Soll-Isozentrum
oft aus einer Vielzahl verschiedener Winkel mit einem Protonenstrahl
bestrahlt, wenn über
ein Gestellsystem mit dem Protonenstrahl beaufschlagt wird, wie
z.B. dem Gestellsystem, das im US-Patent Nr. 4.917.344 und im US-Patent
Nr. 5.039.057 beschrieben ist.
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Um
sicherzustellen, dass der Patient in Bezug auf den Auslass des Protonentherapiestrahls
genau positioniert ist, wird die Position des Soll-Isozentrums anfangs
in Bezug auf ein oder mehrere Merkmale im Körper des Patienten bestimmt.
Im Allgemeinen umfassen die Merkmale Punkte in der Skelettstruktur
des Patienten, wobei dann der Ort des Soll-Isozentrums in Bezug
auf diese Merkmale bestimmt wird. Eine Technik zum Bestimmen der
Position des Soll-Isozentrums ist die Verwendung eines digitalen
rekonstruierten Radiogramms (DRR). Spezifisch werden CT-Abtastungen
der Patienten unter Verwendung wohlbekannter Techniken aufgenommen.
Diese werden in das DRR zusammengesetzt, wobei der Ort des Soll-Isozentrums,
der die belasteten Gewebe, z.B. die Tumore und dergleichen, enthält, dann
im DRR markiert wird. Dann können
die DRR-Dateien zusammengesetzt werden, um die Bilder des Soll-Isozentrums
aus einer Vielzahl verschiedener Perspektiven zu zeigen.
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Anschließend wird
der Patient innerhalb einer Auflage, wie z.B. der Auflage, die im
US-Patent Nr. 4.905.267 beschrieben ist, positioniert, wobei die Auflage
auf einer Behandlungsplattform in der Gestellstruktur der Protonenbehandlungseinrichtung positioniert
wird, eine Röntgenquelle
dann innerhalb des Protonenstrahlwegs positioniert wird und ein Röntgenempfänger längs des
Protonenstrahlwegs auf der gegenüberliegenden
Seite des Patienten positioniert wird. Folglich erzeugen die Röntgenquelle und
der Röntgenempfänger ein
photographisches Röntgenbild
des Bereichs des Körpers
des Patienten, der im Weg des Protonenstrahls positioniert ist, der
den Auslass des Protonenstrahl-Beaufschlagungssystems verlässt. Das
Zentrum des Strahls im photographischen Röntgenbild kann dann in Bezug auf
die im Voraus gewählten
Merkmale im Körper
des Patienten bestimmt werden.
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Ein
Vergleich des Versatzes des Soll-Isozentrums von den im Voraus gewählten Merkmalen
im DRR und des Versatzes des Röntgenstrahlzentrums von
denselben im Voraus gewählten
Merkmalen im photographischen Röntgenbild
schafft eine Angabe der Richtung, in die der Patient in Bezug auf
den Auslass bewegt werden muss, so dass der Auslass um das Soll-Isozentrum
zentriert ist. Im Allgemeinen wird dieser Prozess iterativ ausgeführt, bis
sich der Patient in der richtigen Ausrichtung in Bezug auf den Auslass
des Protonbeaufschlagungssystems befindet. Ferner muss dieser Prozess
typischerweise für jede
Orientierung des Auslasses in Bezug auf den Patienten wiederholt
werden, wie der Auslass um das Gestell gedreht wird.
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Es
ist klar, dass das Erhalten eines photographischen Röntgenbilds
des Bereichs des Körpers des
Patienten sehr zeitraubend ist, da jedes photographische Bild entwickelt
werden muss. Sobald das Bild entwickelt ist, muss ferner der behandelnde
Arzt Messungen am Röntgenbild
ausführen
und diese Messungen mit dem DRR-Bild vergleichen, um zu bestimmen,
wie der Patient zu bewegen ist. Folglich muss der Patient während ausgedehnten
Zeitdauern in der Auflage sitzen und warten, dass der behandelnde
Arzt den Patienten richtig ausrichtet. Folglich kann die Behandlungseinrichtung
im Ergebnis der verlängerten
Zeit, die erforderlich ist, um die notwendigen Schritte auszuführen, um
den Patienten auszurichten, weniger Patienten aufnehmen. Folglich
gibt es einen Bedarf an einem System, das die Bilder der Position
eines Patienten bezüglich
des Auslasses in einer effizienteren Weise erhält, so dass die Zeit, die erforderlich
ist, um die Position des Patienten bezüglich des Auslasses zu bestimmen
und die notwendige Bewegung des Patienten auszuführen, um den Patienten richtig
auszurichten, minimiert ist.
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In
einigen Anwendungen der Strahlungstherapie werden digitale Bilder
der Röntgenstrahlen
aufgenommen, die die Filmverarbeitungszeit verringern. US-Patent Nr. 5.039.867
offenbart z.B. ein System, das ein Röntgen-Fernsehbild des Körpers des
Patienten erhält.
Das '867-Patent
ist jedoch vorgesehen, um im Zusammenhang mit Strahlen ionisierter
Teilchen und Strahlen schwerer Teilchen verwendet zu werden, wobei
es außerdem
einen Bildverstärker verwendet,
um das Fernsehbild des Röntgenstrahls zu
verstärken.
Dieser Systemtyp kann nicht leicht an die Protonentherapiebehandlung
angepasst werden, da die Verwendung eines Bildverstärkers eine
Bildverzerrung und deshalb Fehler in der Berechnung der Position
des Patienten, die unannehmbar sein würden, einführen würde. Weil die Protonenstrahlen eine
signifikant schädlichere
Wirkung auf das Gewebe besitzen, ist es wichtig, den Patienten sehr
genau vor dem Auslass zu positionieren, wobei folglich die durch
einen Bildverstärker
eingeführten
Fehler zu zu vielen Ungenauigkeiten für die Verwendung in einem Protonentherapiesystem
führen
würden.
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WO-A-90/11721
offenbart ein genaues und wiederholbares Patientenausrichtungssystem,
das ein Simulationssystem und ein separates Strahlbeaufschlagungssystem
enthält.
Der Anwender wird anfangs in eine Schale gesetzt, wobei Radiogramme aufgenommen
und CT-Abtastungen erhalten werden. Die Markierungen auf der Schale
oder auf dem Tisch, auf dem die Schale angebracht ist, werden in den
Radiogrammen wiedergegeben, die aufgenommen werden, wobei die Positionen
der Merkmale bezüglich
dieser Markierungen berechnet werden. Diese Informationen erlauben
es, dass der Anwender die Schale verlassen kann und dann zu einem
späteren Datum
erneut in der Schale positioniert wird. Dann werden Radiogramme
in der Strahlperspektive für eine
Anzahl verschiedener Strahlrichtungen erhalten, die schließlich im
Therapieprozess verwendet werden. Während dieser Stufe des Simulationsprozesses
werden die Position des Tisches und die Orientierung der Schale
bezüglich
der Strahlrichtung bestimmt, wobei abermals auf die Bezugsmarkierungen auf
dem Tisch oder auf der Schale Bezug genommen wird. Sobald die Simulation
abgeschlossen worden ist, wird der Patient aus dem Simulationsraum
in einen Behandlungsraum verlegt, wo sich das Protonenstrahl-Therapiesystem
befindet. Sobald sich der Anwender im Behandlungsraum befindet,
werden weitere Radiogramme erhalten, wobei der Anwender wieder in
der Schale angeordnet wird, bis diese Radiogramme den während der
Simulation erhaltenen ursprünglichen
Radiogrammen entsprechen. Sobald bestätigt ist, dass sich der Patient
in der richtigen Behandlungsposition befindet, wird der Patient
mit dem Protonenstrahl behandelt.
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Folglich
gibt es einen Bedarf an einem System, das ein nichtphotographisches
Bild des Bereichs des Körpers
des Patienten vor dem Auslass eines Protonenbeaufschlagungssystems
aufnehmen kann. Dieses System sollte den Bereich des Körpers des
Patienten vor dem Auslass genau bestimmen können, ohne irgendeinen Fehler
in die Bestimmung einzuführen.
Ferner sollte das System außerdem leicht
an ein Gestellsystem anpassbar sein, in dem die Bestimmung des Körpers des
Patienten in Bezug auf den Auslass ungeachtet der Winkelorientierung des
Auslasses um den Patienten ausgeführt werden kann.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
Erfindung ist in den unabhängigen
Ansprüchen
1 und 14 dargelegt. Gemäß einem
Aspekt schafft die Erfindung ein Protonenstrahl-Therapiesystem,
das umfasst: ein Strahlbeaufschlagungssystem, das einen Auslass
besitzt, der an einem Gestell angebracht ist, so dass ein Patient
unter mehreren Winkeln mit einem Protonenstrahl beaufschlagt werden
kann; Mittel, um ein Hauptvorgabebild eines Bereichs des Patienten,
der behandelt werden soll, zu empfangen; und ein Abbildungssystem
mit: einer Abbildungsstrahlquelle, die an dem Strahlbeaufschlagungssystem
angebracht ist, wobei die Abbildungsstrahlquelle zwischen einer
ersten Position, in der die Abbildungsstrahlquelle einen Abbildungsstrahl
längs eines
Behandlungsstrahlwegs zu einer ersten Seite des Patienten projizieren
kann, und einer zweiten Position, in der die Abbildungsstrahlquelle
aus dem Strahlweg entfernt ist, um dadurch dem Protonenstrahl zu
ermöglichen,
sich längs
des Behandlungswegs zu bewegen, beweglich ist; einem Abbildungsstrahlempfänger, der
an dem Gestell befestigt ist, so dass der Abbildungsstrahlempfänger um
den Strahlweg über
mehrere Orientierungswinkel des Gestells zentriert und so positioniert
ist, dass er den Abbildungsstrahl empfängt, nachdem sich dieser durch
einen in dem Strahlweg positionierten Bereich des Patienten bewegt
hat; einer Bildaufnahmevorrichtung, die so betreibbar ist, dass
sie ein Signal von dem Abbildungsstrahlempfänger empfängt, und so betreibbar ist,
dass sie ein Patientenorientierungsbild des Bereichs des Patientenkörpers, der
in dem Strahlweg positioniert ist, erzeugt; und einer Steuereinheit,
die so betreibbar ist, dass sie sowohl das Hauptvorgabebild als
auch das Patientenorientierungsbild empfängt, wobei die Steuereinheit
so konfiguriert ist, dass auf dem Hauptvorgabebild ein oder mehrere
Merkmale bezeichnet werden können,
um so die relative Position eines Isozentrums, das in dem Patientenkörper behandelt
werden soll, in Bezug auf das eine oder die mehreren Merkmale, die
in dem Hauptvorgabebild bezeichnet sind, zu definieren, und wobei die
Steuereinheit außerdem
so konfiguriert ist, dass das eine oder die mehreren Merkmale auf
dem Patientenorientierungsbild bezeichnet werden können, so
dass die Steuereinheit den relativen Ort des Zentrums des Strahlwegs
in Bezug auf das eine oder die mehreren Merkmale, die in dem Patientenorientierungsbild
bezeichnet sind, bestimmen kann und wobei die Steuereinheit so betreibbar
ist, dass sie unter Verwendung der relativen Position des Soll-Isozentrums
und des Strahlwegzentrums in Bezug auf das eine oder die mehreren
Merkmale die relative Bewegung zwischen dem Patienten und dem Gestell
bestimmen kann, die erforderlich ist, damit die Position des Zentrums
des Strahlwegs in Bezug auf das eine oder die mehreren Merkmale
der Position des Soll-Isozentrums in Bezug auf das eine oder die
mehreren Merkmale entspricht.
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In
der bevorzugten Ausführungsform
wird das Hauptvorgabebild unter Verwendung eines digital rekonstruierten
Radiogramms (DRR) erzeugt, wobei der vorgebende Arzt den Ort des
Soll-Isozentrums in Bezug auf ein oder mehrere im Voraus gewählte Merkmale
im Körper
des Patienten bestimmen kann. Das durch den Bildempfänger erzeugte
digitale Röntgenbild
zeigt vorzugsweise das Zentrum des Strahls, das der Skelettstruktur
des Patienten überlagert
ist. Die Orientierungspunkte oder Merkmale, die im Hauptvorgabebild
ausgewählt
worden sind, sind vorzugsweise die Orientierungspunkte auf der Skelettstruktur,
die außerdem
im Röntgenbild wahrnehmbar
sind.
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Das
System erlaubt vorzugsweise dem behandelnden Arzt, die Merkmale
im Röntgenbild
zu identifizieren und dann die räumliche
Beziehung zwischen dem Zentrum des Strahls und dem Merkmal zu bestimmen.
Die räumliche
Beziehung des Zentrums des Strahls bezüglich der Merkmale wird dann
mit der räumlichen
Beziehung zwischen dem Soll-Isozentrum und genau denselben Merkmalen
im Vorgabehauptbild verglichen. Dieser Vergleich liefert Versatzwerte,
die angeben, wie weit das Zentrum des Strahls vom Soll-Isozentrum
im Patienten versetzt ist. Diese Werte können dann verwendet werden,
um den Patienten zu bewegen, so dass das Soll-Isozentrum im Zentrum
des Strahls richtig orientiert ist.
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Vorzugsweise
gibt es ein Hauptvorgabebild, das für jeden der Winkel des Gestells,
in denen der Strahl auf den Patienten zu richten ist, vorbereitet
ist. Weil die Röntgenquelle
und der Röntgenempfänger am
Gestell befestigt sind, kann das Positionierungsbild erhalten werden,
wann immer das Gestell in eine neue Position bewegt wird, wobei
die Versätze
geeignet berechnet werden können.
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Folglich
erhält
das System der vorliegenden Erfindung genaue digitale Bilder des
Teils des Körpers
des Patienten, der sich vor dem Auslass befindet, wobei es eine
Berechnung erlaubt, wie weit das Zentrum des Strahls vom Soll-Isozentrum
im Körper des
Patienten versetzt ist, wobei es dadurch Messungen bereitstellt,
die erlauben, dass der Patient in Bezug auf den Strahlauslass neu
orientiert wird. Diese und andere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung
werden aus der folgenden Beschreibung, zusammengenommen mit der
beigefügten
Zeichnung, vollständiger
offensichtlich werden.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnung
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1 ist
ein Blockschaltplan des digitalen Abbildungssystems der bevorzugten
Ausführungsform;
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2 ist
eine isometrische Vorderansicht eines Gestells zum Beaufschlagen
eines Patienten mit einem Protonenstrahl, bei der das System nach 1 am
Gestell installiert ist;
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3 ist
eine Vorderansicht einer beweglichen Röntgenbaugruppe, die längs der
Strahlbeaufschlagungslinie stromaufwärts blickt;
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4 ist
eine ausführliche
Ansicht einer Bildaufnahmevorrichtung des digitalen Abbildungssystems
nach 1, die an einem Abschnitt des Gestells nach 2 angebracht
ist;
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5A bis 5E sind
ausführliche
Ansichten, die die Bildaufnahmevorrichtung nach 4 weiter
veranschaulichen;
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6 ist
ein Ablaufplan, der den Betrieb des digitalen Abbildungssystems
nach 1 veranschaulicht;
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7A ist
eine beispielhafte Zeichnung eines Bereichs des Körpers des
Patienten mit einem Soll-Isozentrum und mehreren im Voraus gewählten Merkmalen;
und
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7B ist
eine beispielhafte Ansicht eines Röntgenbildes des Teils des Körpers des
Patienten im Strahlweg des Systems nach 1.
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Ausführliche
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
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Nun
wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der sich gleiche Bezugszeichen überall auf gleiche
Teile beziehen. 1 ist ein Blockschaltplan eines
digitalen Abbildungssystems 100 der bevorzugten Ausführungsform.
Das digitale Abbildungssystem 100 ist in dem in 2 gezeigten
Protonenstrahl-Beaufschlagungssystem 102 implementiert. Das
Protonenstrahl-Beaufschlagungssystem 102 enthält ein Gestell,
wobei es dem im US-Patent Nr. 4.870.287, das durch Literaturhinweis
hierin eingefügt
ist, beschriebenen Protonenstrahl-Beaufschlagungssystem entspricht.
Ferner ist die Struktur des Gestells so, wie sie in den US-Patenten Nr. 4.917.344
und 5.039.057 beschrieben ist.
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In 1 enthält das digitale
Abbildungssystem 100 eine Röntgenröhre 106, die im Strahlweg
positioniert werden kann, um ein Strahlenbündel aus Röntgenstrahlen längs des
Protonenstrahlwegs durch einen Bereich des Patienten 108 zu
projizieren, der vor einem Mundstück oder Auslass 110 (2) des
Strahlbeaufschlagungssystems 102 positioniert ist. Eine
Bildaufnahmevorrichtung 112 befindet sich längs des
Weges des Protonenstrahls auf der gegenüberliegenden Seite des Patienten 108.
Die Bildaufnahmevorrichtung 112 enthält einen Fluoreszenzschirm 114,
der so konfiguriert ist, dass er in Reaktion auf auf ihn auftreffende
Röntgenstrahlen
fluoresziert.
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Die
durch den Fluoreszenzschirm erzeugten Photonen werden längs eines
kompakten Weges, der im Folgenden unter Bezugnahme auf die 5A–5D ausführlicher
beschrieben ist, zu einer Kamera 116 gelenkt, die dann
ein digitales Bild von den Photonen erzeugt. Die Kamera 116 wird
in einer Weise, die im Folgenden ausführlicher beschrieben wird,
auf etwa –30°C gekühlt, um überschüssige Wärme zu entfernen
und dadurch das Rauschen im durch die Kamera erzeugten Bild zu beseitigen.
Die Kamera 116 wird durch die Steuerelektronik 120 und
durch die Steuer- und Synchronisationslogik 122 so gesteuert,
dass sich der Verschluss der Kamera 116 in Reaktion darauf öffnet, dass
die Röntgenröhre 106 die
Röntgenstrahlen
sendet, und dann das Bild aufnimmt, das über ein Netz 124 einem Arbeitsplatzrechner 126 für die Anzeige
der digitalen Abbildung im Behandlungsraum bereitgestellt werden
kann.
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Der
Arbeitsplatzrechner 126 für die Anzeige der digitalen
Abbildung im Behandlungsraum erzeugt eine Anzeige des digitalen
Bildes, das durch die Kamera 116 aufgenommen worden ist,
auf einem Monitor 130. Ferner empfängt der Arbeitsplatzrechner 126 für die Anzeige
der digitalen Abbildung im Behandlungsraum die Hauptvorgabebilder
des Patienten 108, die gleichzeitig auf einem Monitor 132 im
Behandlungsraum angezeigt werden.
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Wie
unter Bezugnahme auf die 6 und 7 im
Folgenden ausführlicher
beschrieben wird, erhält das
Abbildungssystem 100 der bevorzugten Ausführungsform
für eine
gegebene Position des Gestells ein digitales Bild des Bereichs des
Körpers
des Patienten, der längs
des Weges des Strahls positioniert ist, wobei es dann dieses Bild
auf dem Monitor 130 anzeigt. Das System 100 empfängt außerdem ein Vorgabehauptbild
des Körpers
des Patienten, in dem ein Soll-Isozentrum in Bezug auf verschiedene
Merkmale oder Orientierungspunkte im Körper des Patienten definiert
worden ist. Dieses Hauptvorgabebild zeigt den Teil des Körpers des
Patienten, der das Soll-Isozentrum enthält, aus der gleichen Perspektive,
d.h. dem gleichen Gestellwinkel, wie das Röntgenbild, das gleichzeitig
auf dem Monitor 130 angezeigt wird, auf dem Monitor 132 an.
Der behandelnde Arzt muss dann die Merkmale oder Orientierungspunkte
im Röntgenbild
auf dem Monitor 130 identifizieren, die den Merkmalen oder
Orientierungspunkten im Hauptvorgabebild auf dem Monitor 132 entsprechen,
wobei dann der Arbeitsplatzrechner 126 für die Anzeige
der digitalen Abbildung im Behandlungsraum die räumliche Beziehung zwischen
dem Zentrum des Strahls im Röntgenbild
auf dem Monitor 130 in Bezug auf das auf dem Monitor 132 angezeigte
Soll-Isozentrum bestimmt. Diese räumliche Beziehung kann dann
verwendet werden, um den Patienten in einer geeigneten Weise zu
bewegen, so dass der Patient vor dem Auslass positioniert ist, so
dass der Strahlweg das Soll-Isozentrum schneidet.
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2 veranschaulicht
eine bevorzugte Ausführungsform
des Strahlbeaufschlagungssystems 102, das das Abbildungssystem 100 enthält, ausführlicher.
Spezifisch enthält
das Strahlbeaufschlagungssystem 102 ein oben beschriebenes
Gestell, das sich um einen Mittelpunkt 140 dreht. Das Strahlbeaufschlagungssys tem 102 enthält ein Mundstück 110, wo
der Protonenstrahl emittiert wird. Vorzugsweise ist das Mundstück an einem
(nicht gezeigten) Ring des Gestells angebracht, so dass sich das
Mundstück
um den Mittelpunkt 140 dreht. Die Röntgenquelle 106 ist
am Strahlbeaufschlagungssystem 102 angebracht, damit sie
um den Mittelpunkt 140 drehbar ist. Ähnlich ist die Bildaufnahmevorrichtung 112 außerdem an
dem Ring in einer der Röntgenquelle 106 (3)
gegenüberliegenden
Position angebracht, damit sie um den Strahlweg 146 in
allen Winkelorientierungen des Strahlbeaufschlagungssystem zentriert
ist. In 2 ist das Gestell 104 so
positioniert, dass das Mundstück
einen Strahl längs
eines Strahlweges 146 emittieren würde, der einer x-Achse 151 entspricht.
Es ist jedoch klar, dass das Mundstück 110 so bewegt werden
kann, dass sich der Strahlweg 146 in einer anderen Richtung
erstreckt, aber immer noch den Mittelpunkt 140 schneidet.
Das Strahlbeaufschlagungssystem 102 enthält außerdem einen
Behandlungstisch 150, der längs einer z-Achse 152 beweglich
ist, und die Röntgenquelle 106.
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Der
Patient 180 wird in einer Schale 149, wie z.B.
der Schale, die im US-Patent Nr. 4.905.267 offenbart ist, positioniert,
wobei dann die Schale 149 und der Patient 108 auf
einem Behandlungstisch 150 positioniert werden. Die Schale 149 ist
in Bezug auf den Behandlungstisch 150 längs der x-Achse 151 und
längs einer
y-Achse, die sich
aus der Seite der Zeichnung in 2 erstreckt,
und außerdem
längs der
z-Achse beweglich, wobei sie außerdem
durch Drehung ausgerichtet werden kann. Die Bewegung der Schale
auf dem Behandlungstisch kann in irgendeiner von einer Anzahl wohlbekannter
Weisen ausgeführt
werden, wie z.B. die Positionierung der Schale innerhalb eines Schutzgestells,
das am Behandlungstisch befestigt ist, worin das Schutzgestell Aktivierungseinrichtungen
besitzt, die die Schale bewegen. Ein mögliches System zum Bewegen
der Schale, nachdem der Versatz bestimmt worden ist, ist das System,
das sich gegenwärtig
im medizinischen Zentrum der Loma Linda University in Loma Linda,
Kalifornien, in Gebrauch befindet.
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Typischerweise
ist die Schale 149 so konfiguriert, dass, wenn der Patient 108 in
der Schale 149 positioniert ist, sich der Patient 108 in
einer im Wesentlichen festen Orientierung in Bezug auf die Schale 149 befindet.
Folglich verbleibt jedes Mal, wenn der Patient 108 in der
Schale 149 positioniert wird, die Orientierung des Patienten
zur Schale 149 im Wesentlichen die gleiche. Dies erfordert
dann, dass die Schale 149 so auf dem Tisch 150 positioniert wird,
dass die Schale und der Patient vor dem Mundstück 110 positioniert
sind, damit sich das Soll-Isozentrum im Patienten im Zentrum des
vom Mundstück 110 ausgehenden
Strahls befindet.
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3 ist
eine Vorderansicht der Röntgenquelle 106 des
digitalen Abbildungssystems 100. Wie gezeigt ist, ist die
Röntgenquelle 106 am
Strahlbeaufschlagungssystem 102 so angebracht, dass sie
innerhalb des Strahlweges 146 positioniert werden und dann
aus dem Strahlweg 146 entfernt werden kann. Folglich kann
die Röntgenquelle 106 Röntgenstrahlen
längs des
Strahlweges 146 projizieren, die sich dann durch den Patienten 108,
der in der Schale 149 auf dem Tisch 150 positioniert
ist, zur Bildaufnahmevorrichtung 112 bewegen. Die Röntgenquelle 106 ist an
einem beweglichen Schlitten 134 angebracht, der längs zweier
Schienen 135a und 135b beweglich ist. Eine Schneckenmotor-Baugruppe 136 wird
durch ein (nicht gezeigtes) Behandlungsraum-Steuersystem in Reaktion
auf den behandelnden Arzt, der die Röntgen-Abbildungssequenz in
der Weise beginnt, die im Folgenden ausführlicher beschrieben ist, betätigt. Die
Schneckenmotor-Baugruppe 136 ist
so konfiguriert, dass sie den Schlitten 134 und folglich
die Röntgenquelle 106 im
Strahlweg 146 positioniert, so dass sich, wenn die Röntgenquelle 106 Röntgenstrahlen erzeugt,
die Röntgenstrahlen
längs des
Strahlweges 146 ausbreiten. In der bevorzugten Ausführungsform umfasst
die Röntgenquelle 106 eine 30–150-kVA-Röntgenröhre, hergestellt
von Varian Inc. of Palo Alto, CA, Modell 8150, die eine Röhre des Modells
A192 beherbergt. Der Röntgengenerator und
die Steuerschaltungsanordnung umfassen einen universellen Röntgengenerator
von Electromed International, Modell Nr. EDEC 30. Der Generator
und die Steuereinheit 131 können die Schneckenmotor-Baugruppe 136 veranlassen,
den Schlitten 134 und die Röntgenquelle 106 in
den Strahlweg 146 zu bewegen, und dann die Röntgenquelle 106 veranlassen, einen
Röntgenabbildungsstrahl
zu erzeugen. Sobald der Abbildungsprozess abgeschlossen ist, werden der
Schlitten 134 und die Röntgenquelle 106 aus dem
Strahlweg 146 entfernt, um zu erlauben, dass der Behandlungsstrahl
zum Soll-Isozentrum transportiert wird.
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4 ist
eine perspektivische Ansicht der Bildaufnahmevorrichtung 112,
wie sie an einer oder mehreren Abschirmplatten 144 angebracht
ist, die am Gestell des Strahlbeaufschlagungssystems 102 angebracht
sind. Spezifischer ist die Bildaufnahmevorrichtung 112 in
einem rechteckigen Gehäuse 160 untergebracht,
das dann über
die Montagebolzen 162a und 162b an den inneren
Abschirmplatten 144 des Gestells angebracht ist. Wie in 2 gezeigt
ist, ist die Bildaufnahmevorrich tung so am Gestell befestigt, dass
sie ungeachtet der Drehposition des Gestells im Strahlweg 146 zu
positionieren ist. Wenn die Röntgenquelle 106 im
Strahlweg positioniert ist und Röntgenstrahlen
erzeugt, empfängt
folglich die Bildaufnahmevorrichtung 112 die Röntgenstrahlen,
wie sie sich längs
des Strahlweges 146 ausbreiten und nachdem sie sich durch
den Patienten 118 bewegt haben.
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Folglich
können
die Röntgenquelle 106 und die
Bildaufnahmevorrichtung 112 ein Bild des Teils des Patienten 108,
der vor dem Auslass des Strahlbeaufschlagungssystems 102 positioniert
ist, in jeder Orientierung des Gestells 104 erzeugen. Es
ist klar, dass die Bildaufnahmevorrichtung 112 an dem Ring 144 des
Gestells an einer Weise angebracht sein muss, in der die Bildaufnahmevorrichtung 112 überall im
ganzen Bereich der Bewegung des Gestells 104 im Strahlweg 146 verbleibt.
Folglich sind sowohl die Stützen 162a und 162b als
auch das Gehäuse 160 aus
einem ausreichend starren Werkstoff hergestellt, so dass sich die
Bildaufnahmevorrichtung 112 überall im ganzen Bereich der
Bewegung des Gestells nicht in Bezug auf das Mundstück 110 bewegt.
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Die 5A–5E veranschaulichen
die Bildaufnahmevorrichtung 112 ausführlicher. Spezifisch zeigt 5A das
Gehäuse 160 der
Bildaufnahmevorrichtung 112, wobei die Außenwände 170 des Gehäuses teilweise
abgetrennt sind, um die darin positionierten Komponenten zu zeigen.
In der bevorzugten Ausführungsform
umfasst das Gehäuse
einen Rahmen 172 mit mehreren Platten 174, die
in einer derartigen Weise an den Rahmen 172 geschraubt
sind, dass das Innere des Gehäuses 160 dunkel
ist. Es wird aus der folgenden Erörterung selbstverständlich,
dass die Bildaufnahmevorrichtung 112 ein genaues, unverzerrtes
digitales Bild des Teils des Körpers
des Patienten 108, der vor dem Mundstück 110, d.h. längs des
Strahlweges 146 positioniert ist, aus den durch die Röntgenquelle 106 erzeugten
Röntgenstrahlen
erzeugen muss. Folglich muss das Gehäuse 160 so konstruiert
sein, dass außer
dem Licht, das im Ergebnis der Röntgenstrahlen, die
auf die Bildaufnahmevorrichtung 112 auftreffen, in der
im Folgenden beschriebenen Weise auftritt, kein zusätzliches
Licht in das Gehäuse
eingeleitet wird.
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Die 5B und 5C veranschaulichen eine
Seitenansicht bzw. eine Vorderseite 176 des Bildaufnahmegehäuses 160.
Die Vorderseite 176 ist die Seite, die der Röntgenquelle 106 gegenüberliegt, wobei
sie zum Strahlweg 146 (2) senkrecht
ist, wenn die Bildaufnahmevorrichtung 112 in der in 2 gezeigten
Weise am Gestell 104 angebracht ist. Eine quadratische Öffnung oder
ein quadratisches Eintrittstor 182 (5C) ist
auf der linken Seite der Vorderseite 176 des Gehäuses 160 ausgebildet. In
der bevorzugten Ausführungsform
gibt es eine Schutzabdeckung 184, einen Schlitz 186 für ein radiographisches
Gitter und einen Schlitz 190 für Röntgenkassetten, die vor dem
Eintrittstor 182 positioniert sind. Ferner gibt es eine
Fluoreszenzschirmbaugruppe 192 (5A), die
unmittelbar hinter dem Schlitz 190 für Röntgenkassetten positioniert
ist, um unmittelbar angrenzend an das Eintrittstor 182 des
Gehäuses 160 positioniert
zu sein.
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Wie
in 5C gezeigt ist, können in der Schutzabdeckung
Fadenkreuze 200a–200c ausgebildet
sein, so dass sie sich in einem Punkt schneiden, der sich im Zentrum
des Eintrittstors 182 befindet. Wie im Folgenden beschrieben
wird, stellen die Fadenkreuze 200a–200c einem behandelnden
Arzt eine visuelle Anzeige bereit, was die Position des Zentrums
der Röntgenstrahlen,
die sich entlang des Strahlweges 146 ausbreiten, bezüglich der
Merkmale im Körper
des Patienten 108 betrifft. Folglich befindet sich der
Schnittpunkt der Fadenkreuze 200a–200c vorzugsweise
im exakten Zentrum des Strahlweges 146. Dies erfordert,
dass das Gehäuse 160 der
Bildaufnahmevorrichtung 112 in Bezug auf das Mundstück 110 exakt
angeordnet ist.
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In
der bevorzugten Ausführungsform
können der
Schlitz 186 für
ein radiographisches Gitter und der Schlitz 190 für Röntgenkassetten
beide ein radiographisches Gitter 187 und eine Röntgenkassette 191 aufnehmen
(5A). Folglich kann die Ausrichtung des Patienten
außerdem
unter Verwendung der Technik des Standes der Technik, bei der photographische
Röntgenbilder
der Position des Patienten erhalten werden, ausgeführt werden.
Folglich erlaubt das Patientenausrichtungssystem der bevorzugten Ausführungsform
sowohl die Ausrichtung unter Verwendung digitaler Bilder als auch
die Ausrichtung unter Verwendung photographischer Bilder.
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In
dem Fall, in dem das digitale Bild des Patienten gewünscht wird,
wird die Röntgenkassette 191 (5A)
aus ihrem Halter entfernt, so dass die von der Röntgenquelle 106 ausgehenden
Röntgenstrahlen
auf die Fluoreszenzschirmbaugruppe 192 auftreffen. Dies
führt dazu,
dass die Fluoreszenzschirmbaugruppe 192 an den Orten, an
denen die Röntgenstrahlen
auf die Fluoreszenzschirmbaugruppe 192 aufgetroffen sind,
Photonen erzeugt. Diese Photonen bewegen sich im Allgemeinen in
der Richtung des Pfeils 202 (5A) durch
eine oder mehrere Ablenkplatten 204 nach innen in das Gehäuse 160 und
zu einem sekundären Spiegel 206 aus.
In der bevorzugten Ausführungsform
umfasst die Fluoreszenzschirmbaugruppe 192 einen Kodak
Lanax Fast Intensifier Screen, Produkt Nr. 1476175. Er besteht aus
einem 14'' × 14''-Quadrat
aus Gadolinium-Schwefeldioxid
(Gd2O2S:Tb), das
in Reaktion auf die Röntgenstrahlen,
die auf die Oberfläche
des Fluoreszenzschirms 192 auftreffen, das Photon erzeugt.
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Die
auf den sekundären
Spiegel 206 auftreffenden Photonen werden dann in der Richtung
des Pfeils 210 zum primären
Spiegel 212 reflektiert. Anschließend werden dann die Photonen
vom primären Spiegel 212 in
der Richtung des Pfeils 214 zu einer Linse 216 der
Kamera 116 reflektiert. Wie in 5A dargestellt
ist, bewegen sich die durch die Röntgenstrahlen, die auf die
Fluoreszenzschirmbaugruppe 192 auftreffen, erzeugten Photonen
in einem im allgemeinen Z-förmigen
Weg 203 zur Kamera 116. Der Z-förmige Weg 203 erlaubt,
dass das Gehäuse 160 in Abmessungen
gebaut wird, die ausreichend kompakt sind, um die Installation am
Gestell 104 zu erlauben. In der bevorzugten Ausführungsform
beträgt
die Größe des Gehäuses 160 etwa
32 Zoll mal 32 Zoll mal 14 Zoll Tiefe.
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Die
Fluoreszenzschirmbaugruppe 192 erzeugt Photonen, die die
Röntgenstrahlen
repräsentieren,
die auf die Vorderseite des Schirmes 192 auftreffen, wobei
die Photonen dann zur Linse 216 weitergeleitet werden.
Vorzugsweise umfasst der sekundäre
Spiegel einen Lambda-Viertel-Planspiegel mit einer geschützten Aluminiumoberfläche, der
in einem Winkel von 25,5490° zum
Weg der Photonen im Gehäuse 160 angebracht
ist. In der bevorzugten Ausführungsform
ist der sekundäre
Spiegel 206 innerhalb einer festen Halterung positioniert,
die den Spiegel in diesem Winkel zum Strahlweg 146 überall im ganzen
Bereich der Bewegung des Gestells 104 halten kann. Der
primäre
Spiegel 212 umfasst einen Spiegel mit runder Vorderseite,
der an einem zweiachsigen kardanischen Rahmen angebracht ist, der eine
Einstellung von ±4° in jeder
Achse erlaubt. Der primäre
Spiegel 212 ist so orientiert, dass das vom sekundären Spiegel 206 reflektierte
Licht im Wesentlichen völlig
in die Linse 216 der Kamera 116 reflektiert wird.
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Es
ist klar, dass, weil im Ergebnis der Röntgenstrahlen, die auf die
Vorderseite des Fluoreszenzschirms 192 auftreffen, sehr
niedrige Lichtpegel durch die Fluoreszenzschirmbaugruppe 192 erzeugt werden,
die Steuerung des reflektierten Lichts im Gehäuse 160 ein wichtiges
Konstruktionsproblem ist. Es ist außerdem klar, dass das durch
die Fluoreszenzschirmbaugruppe 192 erzeugte Streulicht typischerweise
in alle Richtungen gestreut wird. Dieses Licht wird in der bevorzugten
Ausführungsform
durch zwei Mechanismen gesteuert.
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Der
erste Mechanismus besteht darin, dass die inneren Oberflächen des
Gehäuses 160 so
konfiguriert sind, dass sie minimal reflektierend sind. Spezifisch
sind in der bevorzugten Ausführungsform
das Innere des Gehäuses 160 und
die meisten Komponenten darin kugelgestrahlt, um eine matte Oberfläche zu schaffen,
und dann schwarz eloxiert worden. Ferner fangen die Ablenkplatten 204 außerdem das Streulicht,
indem sie veranlassen, dass das Streulicht mehrmals reflektiert
wird, bevor es die Kameralinse erreicht, und dadurch seine Intensität verliert. Während in
der bevorzugten Ausführungsform
zwei Ablenkplatten 204 gezeigt sind, ist klar, dass innerhalb
des Gehäuses 160 mehrere
Ablenkplatten positioniert sein können, um die verschlechternden
Wirkungen des Streulichts auf jedes spätere Bild, das durch die Bildaufnahmevorrichtung 112 erzeugt
wird, weiter zu begrenzen. Die Ablenkplatten 204 sind so positioniert,
dass sich im Wesentlichen alles Licht, das auf die Linse 216 der
Kamera 116 auftrifft, in einer Linie bewegt, die zum bevorzugten
Weg 203 des Lichts im Gehäuse 160 parallel ist.
Folglich wird das Licht, das von der Fluoreszenzschirmbaugruppe 192 in
einem Winkel zum Weg 203 ausgeht, vorzugsweise absorbiert
oder mehrmals reflektiert, so dass es die Linse 216 nicht
erreicht. In dieser Weise wird das Rauschen in jedem resultierenden
digitalen Bild verringert.
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Vorzugsweise
ist die Kamera 116 im Inneren des Gehäuses 160 der Bildaufnahmevorrichtung
in einer Halterung angebracht, die die Einstellung um eine horizontale,
vertikale und longitudinale Achse erlaubt. Ferner sollte die Halterung
außerdem
die Winkeleinstellung um eine optische Achse 214 erlauben,
die als der Weg der Photonen vom Spiegel zur Linse definiert ist.
Dies erlaubt, dass die Kamera in einer optimalen Position zum Empfangen
des durch die Röntgenstrahlen,
die auf die Fluoreszenzschirmbaugruppe 192 auftreffen,
erzeugten Bildes orientiert ist. Ferner ist die Kamera 116 so
konfiguriert, dass sie ein Bild erzeugt, das auf den niedrigen Pegeln
des Lichts basiert, die durch die auf die Fluoreszenzschirmbaugruppe 192 auftreffenden
Röntgenstrahlen erzeugt
werden.
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In
der bevorzugten Ausführungsform
ist die Kamera eine CCD-Kamera, die 512×512 aktive Pixel mit einem
Füllfaktor
von 100 % besitzt, und beträgt die
Größe des Objektfeldes
der Kamera 355,6 mm × 355,6
mm, worin die Pixel 0,69 mm im Quadrat messen. Vorzugsweise ist
die Kamera eine thermoelektrisch gekühlte (TEC) CCD-Kamera mit einer
Flüssigkeitsrückführung, die
die TEC-erzeugte
Wärme beseitigt.
In der bevorzugten Ausführungsform
ist die Kamera eine CCD-Kamera der wissenschaftlichen Klasse des
Modells 1000S, die von Spectral Source, Inc. of Westlake Village,
CA, verfügbar
ist. Die Linse 216 besteht vorzugsweise aus einer F.95-Linse
mit einer Brennweite von 50 mm.
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Wie
in den 5D und 5E gezeigt
ist, ist die Kamera 116 durch ein Paar Kühlschläuche 230 wassergekühlt, die
Wasser zur Kamera 116 liefern und das erwärmte Wasser
von der Kamera 116 entfernen. Die Kühlschläuche 230 in der bevorzugten Ausführungsform
sind mit einer (nicht gezeigten) Wasserversorgung verbunden, die
eine Komponente der Gestellbaugruppe 104 ist. Das Wasserkühlungssystem
kühlt die
CCD-Kamera, so dass die CCD-Kamera auf einer Temperatur von –30°C gehalten
wird. Diese Kühlung
der Kamera 116 stellt sicher, dass die Kamera 116 ein
visuelles digitales Bild erzeugen kann, das einem Röntgenbild
des Teils des Patienten 108 entspricht, der vor dem Mundstück 110 des Strahlbeaufschlagungssystems 102 positioniert
ist.
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6 ist
ein Ablaufplan, der den Betrieb des Systems 100 veranschaulicht,
um die Position des Patienten 108 bezüglich des Mundstücks 110 des Strahlbeaufschlagungssystems 102 zu
bestimmen. Spezifisch wird von einem Anfangszustand 400 dann im
Zustand 402 unter Verwendung wohlbekannter Techniken eine
Vorgabe für
den Patienten erzeugt. Typischerweise basiert die Vorgabe auf dem
Arzt, der den Ort, die Eigenschaften und die Größe des Teils des Körpers des
Patienten, der zu behandeln ist, bestimmt. Falls z.B. die Behandlung
aus dem Anwenden einer Strahlungsbehandlung auf einen Tumor besteht,
basiert die Vorgabe auf der Größe, den
Eigenschaften und dem Ort des Tumors. Die Vorgabe enthält derartige
Informationen wie die Strahlungsdosis, mit der der Tumor zu beaufschlagen
ist, die Häufigkeit
der Strahlungsdosis und die Winkel, aus denen der Patient vom Gestell
mit der Strahlungsdosis beaufschlagt wird. Die Vorgabe wird typischerweise unter
Verwendung wohlbekannter Dosimetrietechniken erzeugt.
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Ferner
wird im Zustand 404 unter Verwendung wohlbekannter Techniken
außerdem
ein digital rekonstruiertes Radiogramm (DRR) für den Patienten entwickelt.
In der bevorzugten Ausführungsform werden
spezifisch die DRR-Dateien unter Verwendung einer DRR-Anwendung
unter Verwendung von Techniken erzeugt, die in einem Aufsatz mit
dem Titel "Computation
of Digitally Reconstructed Radiographs for Use in Radiotherapy Treatment
Designs", von George
Sherouse u.a., veröffentlicht
im International Journal of Radiation Oncology Biology Physics, Bd.
18, S. 651–658,
1989, beschrieben ist und durch die University of North Carolina
auf einem Arbeitsplatzrechner Sun Spark 5® entwickelt
worden ist. Das DRR wird erhalten, indem mehrere CT-Abtastungen des
Patienten im Bereich des belasteten Gewebes aufgenommen werden,
wobei die CT-Abtastungen in eine DRR-Datei entwickelt werden können, die
den Teil des Körpers
des Patienten aus jeder gegebenen Winkelperspektive anzeigt. Die
Entwicklung der DRR-Dateien, die das belastete Gewebe, wie z.B.
einen Tumor, anzeigen, das sich in einem Soll-Isozentrum im Körper des
Patienten befindet, ist ein wohlbekannter Prozess für die Planung
der Strahlungsbehandlung. Folglich kann in einem Zustand 406 ein Hauptvorgabebild 500 (7A)
von einem Bereich 502 des Körpers des Patienten, der das
Soll-Isozentrum 504 umgibt, aus der Perspektive eines gegebenen
Gestellwinkels erzeugt werden. Ein beispielhaftes Hauptvorgabebild 500 ist
in 7A gezeigt. Das Bild 500 in 7A ist
für die
Zwecke der Erläuterung signifikant
vereinfacht worden.
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7A veranschaulicht,
dass das Bild 500 eine Darstellung des Soll-Isozentrums 504 im
Bereich 502 des Patienten 108 besitzt. Ferner
gibt es zwei starre Strukturen oder Merkmale 506 und 508 in einer
angrenzenden Skelettstruktur 510, die durch den vorgebenden
Arzt ausgewählt
worden sind. Wie in 7A gezeigt ist, wird ein Paar
synthetischer Fadenkreuze 520a und 520b so erzeugt,
dass sie über dem
Soll-Isozentrum 504 zentriert sind. Die Entfernung von
den Merkmalen 506 und 508 bezüglich der synthetisch erzeugten
Fadenkreuze 520a und 520b bildet eine Referenz
für die
künftige
Ausrichtung des Patienten 108 in der Weise, die im Folgenden
beschrieben wird. Ein Fachmann auf diesem Gebiet erkennt selbstverständlich,
dass das Bild des Hauptvorgabebildes 500 im Sinne der Klarheit
signifikant vereinfacht worden ist. In einem tatsächlichen
Hauptvorgabebild wählt
der vorgebende Arzt mehrere Merkmale in der Skelettstruktur des
Patienten aus, wobei er oft Hauptvorgabebilder aus zwei verschiedenen
Perspektiven erzeugt, um sicherzustellen, dass der Patient in allen
drei Dimensionen richtig ausgerichtet ist.
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Sobald
das Hauptvorgabebild 500 aus den DRR-Daten erzeugt worden
ist, kann ein Arzt dann im Zustand 410 die Merkmale 506 und 508 im
Hauptvorgabebild auswählen
und diese Merkmale verwenden, um die Koordinaten des Soll-Isozentrums 502 bezüglich der
Merkmale 506, 508 zu bestimmen. Vorzugsweise wählt der
behandelnde Arzt diese Merkmale unter Verwendung des Arbeitsplatz rechners 126 aus,
wobei die Merkmale im Allgemeinen aus Punkten im Skelettsystem 510 des
Patienten bestehen, die im anschließend erzeugten digitalen Röntgenbild
des Patienten 108 sichtbar sind. Das Soll-Isozentrum 504 entspricht
dem Bereich des belasteten Gewebes, wobei das Soll-Isozentrum 504 im
Hauptvorgabebild 500 identifiziert werden kann.
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Wie
in 7A gezeigt ist, kann die relative Position der
Merkmale zu den ausgewählten
Punkten auf beiden synthetischen Fadenkreuzen 520a und 520b bestimmt
werden. Die Entfernung der ausgewählten Punkte auf den Fadenkreuzen
vom Soll-Isozentrum 504 kann außerdem bestimmt werden. Spezifisch
können
die Entfernungen zwischen jedem Merkmal und den Fadenkreuzen 520a und 520b in einer
Richtung, die zu den Fadenkreuzen 520a und 520b senkrecht
ist, d.h. die X- und
Y-Koordinaten des Merkmals in Bezug auf das Soll-Isozentrum, zuerst bestimmt
werden. Folglich kann die räumliche
Beziehung zwischen den Merkmalen 506 und 508 und
dem Soll-Isozentrum 502 in Form von X- und Y-Koordinaten
bestimmt und definiert werden, so dass das Merkmal 506 die
Koordinaten X1, Y1 besitzt,
während
das Merkmal 508 die Koordinaten X2,
Y2 besitzt.
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Sobald
das Hauptvorgabebild 500 des Patienten 108 komplett
mit der Auswahl der Merkmale und der Bestimmung der Vektorkoordinaten
des Soll-Isozentrums bezüglich
der Merkmale entwickelt worden ist, können dann diese Informationen
dem digitalen Abbildungssystem 100 bereitgestellt und für folgende
Behandlungen des Patienten 108 verwendet werden. Spezifisch
kann dann im Zustand 412 der Patient auf dem Behandlungstisch 150 (2) positioniert
werden, wobei das Gestell 104 in einen gewünschten
Behandlungswinkel gedreht werden kann. Wie oben erörtert worden
ist, wird der Patient 108 vorzugsweise innerhalb der Schale
im Wesentlichen ruhiggestellt, wobei die Schale auf dem Behandlungstisch 150 in
einer festen Orientierung bezüglich
des Mundstücks 110 des
Strahlbeaufschlagungssystems 102 positioniert wird. Typischerweise wird
der Patient in der Schale positioniert, wobei die Schale auf den
Tisch 150 so positioniert wird, dass die Schale im Allgemeinen
auf das Mundstück 110 des
Strahlbeaufschlagungssystems 102 ausgerichtet ist. Anschließend wird
im Zustand 414 die Röntgenquelle 106 in
der Strahllinie 146 in der Weise positioniert, die unter
Bezugnahme auf 3 beschrieben ist, wobei im
Zustand 416 die Röntgenquelle
so gestartet wird, dass die Röntgenstrahlen
aus dem Mundstück 110 des
Strahlbeaufschlagungssystems 102 durch den Teil des Körpers des
Patienten, der sich unmittelbar vor dem Mundstück 110 befindet, und
zur Bildaufnahmevorrichtung 112 ausgehen.
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Dies
führt dazu,
dass ein Bild 500' des
Teils des Körpers
des Patienten, der sich unmittelbar vor dem Mundstück 110 des
Strahlbeaufschlagungssystems 102 befindet, erzeugt und
durch den Arbeitsplatzrechner 126 oder die Anzeige 130 (1)
angezeigt wird.
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Ein
beispielhaftes aufgenommenes Röntgenbild 500' ist in 7B gezeigt.
Dieses Bild besteht in erster Linie aus der Skelettstruktur 510' des Patienten 108 in
dem Bereich, der sich vor dem Mundstück 110 befindet, wobei
die Fadenkreuze 200a–200c (5C)
dem Bild überlagert
sind. Es ist klar, dass die Fadenkreuze die Röntgenstrahlen unterbrechen,
die zur Fluoreszenzschirmbaugruppe 192 (die 5A und 5B)
gelenkt werden, was dazu führt,
dass weniger Photonen im Bereich der Fadenkreuze erzeugt werden.
Vorzugsweise sind die Fadenkreuze 200a–200c so positioniert,
dass sie das direkte geographische Zentrum des Strahlweges 146 schneiden.
Ferner kann es tatsächlich
einen zweiten Satz von Fadenkreuzen geben, der in der Strahllinie positioniert
ist, die sich angrenzend zum Mundstück 110 des Strahlbeaufschlagungssystems 102 befindet,
so dass die zwei Sätze
der Fadenkreuze für
die Verifikation der Ausrichtung verwendet werden können. Eine
schlechte Ausrichtung zwischen den zwei Sätzen der Fadenkreuze zeigt
z.B. an, dass das Bildaufnahmesystem 102 nicht länger um
den Strahlweg 146 zentriert ist, was die Bedienungsperson
des Gestellsystems 102 informiert, die notwendigen Korrekturschritte
zu unternehmen.
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Sobald
das Röntgenbild 500' des Patienten 108 im
Strahlweg 146 durch das Bildaufnahmesystem 112 aufgenommen
worden ist, wird das Bild 500' dem Arbeitsplatzrechner 126 für die Anzeige
der digitalen Abbildung im Behandlungsraum (1) zugeführt, wobei
es dann auf dem Bildanzeigemonitor 130 im Behandlungsraum
angezeigt wird. Ferner wird im Zustand 420 das Hauptvorgabebild 500 außerdem gleichzeitig
auf den Monitor 132 angezeigt. Dies erlaubt dem behandelnden
Arzt, gleichzeitig das Hauptvorgabebild 500 nach 7A und
das Röntgenbild 500' nach 7B zu
betrachten. Anschließend
kann dann der behandelnde Arzt im Zustand 422 die Merkmale 506' und 508' im Röntgenbild 500' auswählen, die
den Merkmalen 506 und 508 im Hauptvorgabebild 500 entsprechen.
Vorzugsweise wählt
der behandelnde Arzt diese Bilder unter Verwendung einer Maus und
durch das Klicken auf die im Röntgenbild
gezeigten Merkmale aus.
-
Sobald
die Merkmale 506', 508' im Röntgenbild 500', die den im
Hauptvorgabebild 500 ausgewählten Merkmalen 506 und 508 entsprechen,
ausgewählt
worden sind, bestimmt dann im Zustand 424 der Arbeitsplatzrechner 126 die
Koordinaten der Merkmale 506' und 508' (X1', Y1') bzw. (X2',
Y2')
im Röntgenbild
in Bezug auf das Strahlzentrum 512. Wie oben erklärt worden
ist, wird das Zentrum 512 des Strahlwegs durch den Schnittpunkt
der Fadenkreuze 200a–200c angezeigt.
Das dritte Fadenkreuz 200c kann außerdem in einer ähnlichen
Weise verwendet werden. Durch das Vergleichen der in Bezug auf das
Hauptvorgabebild bestimmten Koordinatenwerte (X1,
Y1) und (X2, Y2) und der Koordinatenwerte (X1', Y1') und (X2', Y2') kann dann der Versatz
zwischen dem Soll-Isozentrum 504 und dem Zentrum 512 der
Strahllinie bestimmt werden.
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Folglich
bestimmt dann im Entscheidungszustand 430 der Computer
im Anzeige-Arbeitplatzrechner 126,
ob das Strahlzentrum 512 auf das Isozentrum 504 ausgerichtet
ist. In dem Fall, in dem das Strahlzentrum 512 auf das
Isozentrum 504 ausgerichtet ist, tritt dann das digitale
Abbildungssystem 100 in einen Zustand 432 ein,
in dem die Behandlungssequenz eingeleitet werden kann und der Patient 108 den
Behandlungsstrahl empfangen kann. Typischerweise macht es die Behandlungssequenz
erforderlich, dass die Röntgenquelle 106 aus
dem Strahlweg entfernt wird, wobei der Protonenstrahl von der Strahlquelle
angefordert und der Strahl den Patienten bereitgestellt wird, nachdem
eine geeignete Eichung und Verifikation ausgeführt worden sind.
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In
dem Fall, in dem das Strahlzentrum 512 im Röntgenbild 500' nicht auf das
Isozentrum 504 im Hauptvorgabebild 500 ausgerichtet
ist, bestimmt das Abbildungssystem 100 dann im Zustand 434 die Richtung,
in der der Patient 108 bewegt werden muss, so dass das
Isozentrum 504 und das Zentrum 512 des Strahlweges
ausgerichtet sind. In der bevorzugten Ausführungsform wird die Näherung der kleinsten
Quadrate zwischen den Koordinaten des Isozentrums 504 von
den Merkmalen 506 und 508 und den Koordinaten
des Mittelpunkts 512 des Röntgenbildes von den Merkmalen 506' und 508' verwendet,
um die Richtung und die Größe der Bewegung des
Patienten zu bestimmen. Dann bewegt das System 100 im Zustand 436 den
Patienten 108 in der Richtung des Versatzes. In der bevorzugten
Ausführungsform
ist der Tisch 150 automatisiert, so dass er in Reaktion
auf die durch den behandelnden Arzt bereitgestellten Befehle beweglich
ist. Folglich muss der behandelnde Arzt einfach die im Zustand 434 bestimmten
Bewegungswerte eingeben, wobei der Tisch 150 den Patienten 108,
der in der Schale 149 fest positioniert ist, in die neue
Position bewegt. Anschließend
wird im Zustand 416 die Röntgenquelle erneut gestartet,
wobei der Prozess, der die Schritte der Zustände 416 bis 430 umfasst,
wiederholt wird, bis das Isozentrum 504 und das Zentrum 512 des Strahlweges
innerhalb eines annehmbaren Maßes des
Fehlers übereinstimmen.
-
Während in
der bevorzugten Ausführungsform
die Ausrichtung ausgeführt
wird, indem die durch den behandelnden Arzt ausgewählten Merkmale
verglichen werden, können
außerdem
andere Techniken verwendet werden, um für den Zweck der Ausrichtung
das Hauptvorgabebild mit dem Röntgenbild
zu vergleichen. Spezifisch kann außerdem Formerkennungs-Software
verwendet werden, die die Merkmale im Röntgenbild identifiziert, so
dass diese Merkmale durch den behandelnden Arzt nicht spezifisch
hervorgehoben werden müssen.
Ferner kann Kurvenerkennungs-Software verwendet werden, bei der
das Soll-Isozentrum in Bezug auf eine Knochenstruktur oder ein Merkmal,
das einen spezifischen Krümmungsumriss
besitzt, definiert werden kann. Anschließend kann dann die gleiche
Krümmungsstruktur
durch den Computer im Röntgenbild
identifiziert werden, wobei die Position des Zentrums der Strahllinie
in Bezug auf dieselbe Knochenstruktur, die den spezifischen Krümmungsumriss
besitzt, bestimmt werden kann. Diese Informationen können dann
verwendet werden, um den Versatz zwischen dem Zentrum des Strahls
und dem Soll-Isozentrum für
die anschließende
Einstellung der Position des Patienten zu bestimmen. Folglich wird
ein Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet erkennen, dass die zum
Bestimmen der Versätze
zwischen dem Zentrum des Strahls und dem Soll-Isozentrum verwendeten
Merkmale nicht durch den vorgebenden Arzt bezeichnet werden müssen, sondern
durch Computersoftware identifiziert werden können, wobei die Merkmale nicht
notwendigerweise spezielle Punkte in der Skelettstruktur umfassen
müssen,
sondern sie aus der ganzen Knochenstruktur, wie z.B. sich wölbenden
Knochen und dergleichen, bestehen können.
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Folglich
sorgt das digitale Abbildungssystem der bevorzugten Ausführungsform
für eine
effizientere Ausrichtung des Patienten auf den Strahlauslass. Spezifisch
muss der behandelnde Arzt einfach den Patienten in der Schale vor
dem Auslass positionieren und die relative Position zwischen dem
Strahlweg und dem Soll-Isozentrum
bezüglich
ausgewählter Merkmale
im Körper
des Patienten iterativ bestimmen. Dies beseitigt den Bedarf am Erzeugen
photographischer Röntgenbilder
des Teils des Körpers
des Patienten vor dem Auslass und erlaubt außerdem die automatische Berechnung
des Versatzes zwischen dem Zentrum des Strahlweges und dem Soll-Isozentrum.
Folglich ist die Ausrichtung des Patienten vereinfacht und effizienter,
was eine größere Verwendung
der Behandlungseinrichtung erlaubt.
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Obwohl
die vorhergehende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung die fundamentalen neuartigen Merkmale der
Erfindung gezeigt, beschrieben und betont hat, ist es selbstverständlich,
dass verschiedene Auslassungen, Ersetzungen und Änderungen sowohl in der Form
der Einzelheiten der Vorrichtung, wie sie veranschaulicht ist, als
auch in ihren Verwendungen durch die Fachleute auf dem Gebiet ausgeführt werden können, ohne
vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Folglich sollte
der Umfang der Erfindung nicht auf die vorhergehende Erörterung eingeschränkt werden,
sondern er sollte durch die beigefügten Ansprüche definiert werden.