DE102004057726A1

DE102004057726A1 - Medizinische Untersuchungs- und Behandlungseinrichtung

Info

Publication number: DE102004057726A1
Application number: DE102004057726A
Authority: DE
Inventors: Andres Sommer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2004-11-30
Filing date: 2004-11-30
Publication date: 2006-06-08
Anticipated expiration: 2024-12-01
Also published as: US7257191B2; DE102004057726B4; US20060113497A1

Abstract

Eine medizinische Untersuchungs- und Behandlungseinrichtung umfasst DOLLAR A - eine Partikelstrahlung (3) emittierende Strahlungsquelle (2), DOLLAR A - ein der Partikelstrahlung (3) aussetzbares Zielvolumen (8), DOLLAR A - einen Röntgenstrahler (4), welcher auf der der Strahlungsquelle (2) gegenüberliegenden Seite des Zielvolumens (8) angeordnet ist und dessen Strahlungsrichtung (S2) der Strahlungsrichtung (S1) der Partikelstrahlung (3) entgegengerichtet ist, DOLLAR A - einen zwischen dem Zielvolumen (8) und der Strahlungsquelle (2) angeordneten Detektor (7).

Description

Die Erfindung betrifft eine medizinische Untersuchungs- und Behandlungseinrichtung, welche mit Partikelstrahlung, beispielsweise Schwerionenstrahlung, arbeitet. Eine Bestrahlungseinrichtung für die Schwerionentherapie ist beispielsweise aus der DE 198 35 209 A1 bekannt.

Bei der Strahlentherapie ist die exakte Ausrichtung des Strahlenbündels auf das zu behandelnde Zielgewebe von sehr großer Bedeutung. Zu diesem Zweck sind Strahlentherapieeinrichtungen häufig mit diagnostischen Einrichtungen kombiniert. Beispielsweise gehört zu einer aus der DE 35 02 776 A1 bekannten medizinischen Bestrahlungseinrichtung ein Simulator mit Röntgenröhre und Bildverstärker für eine präzise Positionierung des Patienten. Als Strahlungsquelle ist in diesem Fall beispielsweise ein ortsfester, Korpuskularstrahlen emittierender Linearbeschleuniger vorgesehen. Der zusätzliche Röntgenstrahler, der diagnostischen Zwecken dient, kann bei Bedarf vor dem Linearbeschleuniger, d.h. zwischen diesem und dem Patienten, positioniert werden. Vor Beginn der Bestrahlung muss der Röntgenstrahler wieder aus dieser Position entfernt werden. Alternativ ist es bei der bekannten Vorrichtung auch möglich, sowohl den Linearbeschleuniger als auch den Röntgenstrahler ortsfest anzuordnen, jedoch den Patienten von einer Diagnoseposition in eine Therapieposition zu bewegen. Gerade diese Bewegung des Patienten ist eine potentielle Quelle geometrischer Ungenauigkeiten bei der Bestrahlungstherapie.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine mit einer Röntgendiagnostikeinrichtung kombinierte Bestrahlungseinrich tung anzugeben, welche sowohl eine zeitsparende Durchleuchtung als auch eine besonders präzise Strahlentherapie ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine medizinische Untersuchungs- und Behandlungseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1. Diese Einrichtung umfasst eine Partikelstrahlung emittierende Strahlungsquelle, einen Röntgenstrahler sowie einen Detektor. Unter dem Begriff Strahlungsquelle wird im folgenden ausschließlich diejenige Strahlungsquelle verstanden, die Partikel, beispielsweise Ionen, insbesondere Schwerionen, emittiert. Die Partikelstrahlung ist auf ein Zielvolumen gerichtet, in welchem es, insbesondere zur Krebsbehandlung, therapeutisch wirkt. Der Röntgenstrahler ist auf der der Strahlungsquelle gegenüberliegenden Seite des Zielvolumens angeordnet, wobei die Strahlungsrichtung der Röntgenstrahlung der Partikelstrahlung entgegengerichtet ist. Zwischen den mit Partikeln zu bestrahlenden Zielvolumen und der Strahlungsquelle befindet sich der Detektor.

Die Untersuchungs- und Bestrahlungseinrichtung hat den besonderen Vorteil, dass während der gesamten Untersuchung und Behandlung die Strahlungsquelle sowie der Röntgenstrahler ebenso wie der Patient in unveränderter Position verbleiben können. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass geometrische Merkmale des Patienten, insbesondere des zu bestrahlenden Gewebes, welche mit Hilfe der Röntgeneinrichtung diagnostiziert wurden, auch bei der anschließenden Bestrahlung gegeben sind.

Die besonders einfachen und exakten Diagnosemöglichkeiten werden ergänzt durch die vorteilhaften Eigenschaften der Strahlungsquelle als Partikelstrahlungsquelle: Im Gegensatz zu elektromagnetischen Strahlen haben Partikelstrahlen ein sogenanntes invertiertes Dosisprofil. Dies bedeutet, dass die im zu behandelnden Zielvolumen deponierte Strahlendosis mit zunehmender Eindringtiefe wächst und kurz vor der maximalen Reichweite ein scharfes Maximum hat. Typisch für Partikelstrahlung ist ein Dosisprofil, das durch einen Bragg Peak gekennzeichnet ist. Gesunde Gewebeschichten, die der Strahlung ausgesetzt sind, werden auf diese Weise besonders geschont. Des weiteren werden Partikelstrahlen beim Durchgang durch dicke Gewebeschichten höchstens geringfügig abgelenkt und können, sofern es sich um Ionen handelt, mit magnetischen Linsen sehr genau auf das Zielvolumen gebündelt werden. Ferner haben Ionenstrahlen hinsichtlich der Abtötung besonders strahlungsresistenter Tumorzellen Vorteile gegenüber elektromagnetischen Strahlen. Insgesamt ist die Partikeltherapie besonders geeignet zur Behandlung von Tumoren, die schwer zugänglich sind oder dicht an Risikoorganen liegen, wie zum Beispiel Schädelbasis- oder Hirntumore. Ebenso eignen sich Partikelstrahlen auch zur besonders effektiven Behandlung von Weichteilkarzinomen und Prostatakarzinomen, die von empfindlichem Gewebe umgeben sind.

Vorzugsweise emittiert die Strahlungsquelle Karbonionen. Alternativ ist beispielsweise auch Protonenstrahlung einsetzbar. Ebenso ist eine Strahlungsquelle einsetzbar, die Lithium-, Sauerstoff-, Neon, Helium- oder sonstige Ionen emittiert. In jedem Fall handelt es sich um Strahlen aus massiven Partikeln, insbesondere geladenen Teilchen. Bei der Strahlungsquelle handelt es sich bevorzugt um ein Beschleunigersystem, beispielsweise ein System, welches einen Linearbeschleuniger und einen Synchrotronring umfasst.

Der zwischen dem zu therapierenden Zielvolumen und der Partikel, insbesondere Ionen, emittierenden Strahlungsquelle angeordnete Detektor ist vorzugsweise beweglich gelagert. Auf diese Weise kann der Detektor, welcher vor Durchführung der Partikelbestrahlung als Röntgendetektor dient, während der Bestrahlung aus dem Strahlengang der Partikelstrahlungsquelle entfernt werden. Eine Entfernung des Röntgenstrahlers von seiner Position, die er bei der Röntgenuntersuchung einnimmt, während der Partikelbestrahlung ist in der Regel nicht vorgesehen, aber möglich.

Nach einer alternativen Ausgestaltung ist der Röntgendetektor ortsfest angeordnet, verbleibt also auch während der Partikelbestrahlung im Strahlengang der Strahlungsquelle. Der Röntgendetektor ist in diesem Fall bevorzugt aus Materialen aufgebaut, die die Partikelstrahlung nur geringfügig schwächen oder streuen. Besonders vorteilhaft ist in dieser Anordnung die Möglichkeit, den Detektor sowohl als Röntgenstrahlungsdetektor als auch als Partikelstrahlungsdetektor zu nutzen. Während der Bestrahlung kann somit mit geringem apparativem Aufwand permanent das Bestrahlungsprofil des Partikelstrahls überwacht werden.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigt in grob schematisierter Darstellung die einzige Figur eine medizinische Untersuchungs- und Behandlungseinrichtung.
Eine medizinische Untersuchungs- und Behandlungseinrichtung 1 umfasst eine Strahlungsquelle 2, die Partikelstrahlung 3, beispielsweise Karbonionenstrahlung, emittiert und in nicht näher dargestellter Art beispielsweise aus einem mit einem vorgeschalteten Linearbeschleuniger kombinierten Synchrotronring aufgebaut ist, sowie einen Röntgenstrahler 4, der ein Röntgenstrahlenbündel 5 emittiert. Die Strahlungsrichtung S1 der Partikelstrahlung 3 ist der Strahlungsrichtung S2 des Röntgenstrahlenbündels 5 entgegengerichtet. Das Röntgenstrahlenbündel 5 trifft einen Patienten 6, wobei eine Abbildung auf einen Detektor 7, der zwischen dem Patienten 6 und der Strahlungsquelle 2 angeordnet ist, erfolgt. Der Detektor 7 ist zumindest als Röntgendetektor ausgebildet, um vor der therapeutischen Bestrahlung die Position des Patienten 6 zu erfassen und erforderlichenfalls dessen Position relativ zum Partikelstrahl 3 zu korrigieren.
Die Partikelstrahlung 3 ist exakt auf ein – übertrieben groß dargestelltes – Zielvolumen 8 ausgerichtet, das den zu therapierenden Gewebebereich des Patienten 6 angibt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel durchdringt die Partikelstrahlung 3 den Detektor 7, der in diesem Fall zugleich als Partikelstrahlungsdetektor fungiert. Ein zusätzlicher Positionsmonitor ist daher nicht erforderlich. Die örtliche Verteilung der Partikelstrahlung 3, das heißt der Strahlquerschnitt, ist während der gesamten Dauer der Bestrahlung mittels des Detektors 7 überwachbar. Die gewünschten Anforderungen an den Detektor ergeben sich aus der doppelten Verwendung als

a) Röntgendetektor zur Bildgebung mit Bildpixel- oder Voxelgrößen von Bruchteilen eines Millimeters und
b) als Positionsmonitor des Partikelstrahls 3 auf z.B. 1/10 des Strahldurchmessers, d.h. z.B. auf ca. 0,1–0,2 mm.

Für eine geringe Wechselwirkung mit dem Partikelstrahl besteht der Detektor vorzugsweise in dem Bereich, der als Positionsmonitor dient, aus einem Material mit niedrigem (Atom-/Molekühl-)Gewicht, ist möglichst homogen in seiner Dicke und möglichst dünn ausgebildet, um den Strahl gleichmäßig über den Strahlquerschnitt und möglichst wenig zu beeinflussen. Vorzugsweise wird dazu benötigte Elektronik möglichst außerhalb des durchstrahlbaren Bereichs angeordnet, so dass z.B. im wesentlichen nur eine Silizium-Scheibe durchstrahlt wird.
Alternativ ist es gemäß einer bevorzugten Ausführungsform auch möglich, den Detektor 7 beweglich, beispielsweise verschiebbar oder verschwenkbar, in der Untersuchungs- und Behandlungseinrichtung 1 anzuordnen, um ihn während der Bestrahlung aus dem Strahlengang der Strahlungsquelle 2 entfernen zu können. Jegliche Beeinflussung der Partikelstrahlung 3 durch den Detektor 7 ist in diesem Fall prinzipbedingt ausgeschlossen. Eine höhere Absorption von Partikelstrahlen durch den Detektor 7 im Vergleich zu elektromagnetischen Strahlen, insbesondere Röntgenstrahlen, ist daher irrelevant.
Der Röntgenstrahler 4 ist während der Partikelbestrahlung nicht in Betrieb.
Die Untersuchungs- und Behandlungseinrichtung 1, welche in der Partikeltherapie mit sogenannter inverser beam-Eye-View Bildgebung arbeitet, ist insbesondere für eine große, stationäre Partikelstrahlungsquelle 2, vorzugsweise Schwerionenstrahlungsquelle geeignet. Besondere Vorteile bietet die Strahlungsquelle 2 mit einer drehbar gelagerten, mit ortsfesten Beschleunigerkomponenten, insbesondere Linearbeschleuniger und Synchrotron, kombinierten Strahlzuführung, womit eine exakte Ausrichtung der Partikelstrahlung 3 aus jeder Richtung auf das Zielvolumen 8, das heißt das erkrankte Organ des Patienten 6, unter weitestmöglicher Umgehung benachbarter Risikoorgane erzielbar ist.

Claims

Medizinische Untersuchungs- und Behandlungseinrichtung, mit – einer Partikelstrahlung (3) emittierenden Strahlungsquelle (2), – einem der Partikelstrahlung (3) aussetzbaren Zielvolumen (8), – einem Röntgenstrahler (4), welcher auf der der Strahlungsquelle (2) gegenüberliegenden Seite des Zielvolumens (8) angeordnet und dessen Strahlungsrichtung (S2) der Strahlungsrichtung (S1) der Partikelstrahlung (3) entgegengerichtet ist, – einem zwischen dem Zielvolumen (8) und der Strahlungsquelle (2) angeordneten Detektor (7).
Medizinische Untersuchungs- und Behandlungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Strahlungsquelle (2) eine Protonen emittierende Strahlungsquelle vorgesehen ist.
Medizinische Untersuchungs- und Behandlungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Strahlungsquelle (2) eine Karbonionen emittierende Strahlungsquelle vorgesehen ist.
Medizinische Untersuchungs- und Behandlungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Strahlungsquelle (2) eine Lithiumionen emittierende Strahlungsquelle vorgesehen ist.
Medizinische Untersuchungs- und Behandlungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Strahlungsquelle (2) eine Sauerstoffionen emittierende Strahlungsquelle vorgesehen ist.
Medizinische Untersuchungs- und Behandlungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Strahlungsquelle (2) eine Neonionen emittierende Strahlungsquelle vorgesehen ist.
Medizinische Untersuchungs- und Behandlungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Strahlungsquelle (2) eine Heliumionen emittierende Strahlungsquelle vorgesehen ist.
Medizinische Untersuchungs- und Behandlungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor (7) beweglich gelagert ist.
Medizinische Untersuchungs- und Behandlungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor (7) ortsfest im Strahlengang der Partikelstrahlung (3) angeordnet ist.
Medizinische Untersuchungs- und Behandlungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor (7) sowohl als Röntgendetektor als auch als Partikelstrahlungsdetektor ausgebildet ist.