DE69932537T2

DE69932537T2 - Vorrichtung zur behandlung eines zielvolumens durch einen teilchenstrahl

Info

Publication number: DE69932537T2
Application number: DE69932537T
Authority: DE
Inventors: Yves Jongen
Original assignee: Ion Beam Applications SA
Current assignee: Ion Beam Applications SA
Priority date: 1998-12-24
Filing date: 1999-12-20
Publication date: 2007-08-16
Anticipated expiration: 2019-12-21
Also published as: AU1850800A; CN1282400C; BE1012371A5; WO2000040064A2; CN1331902A; CA2353980C; EP1147693A2; ATE334572T1; DE69932537D1; US6717162B1; CA2353980A1; EP1147693B1; WO2000040064A3; JP2002534138A

Description

Aufgabe der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Behandlung eines Zielvolumens durch einen Teilchenstrahl, insbesondere aus Protonen.
Der Anwendungsbereich ist die Protonentherapie, die insbesondere im Bereich der Krebsbehandlung verwendet wird, bei der es erforderlich ist, eine Bestrahlungsvorrichtung mit einem Zielvolumen vorzuschlagen, das den zu behandelnden Tumor darstellt.
Allgemeiner Stand der Technik
Die Radiotherapie ist einer der möglichen Wege für die Behandlung von Krebs. Sie beruht auf dem Bestrahlen des Patienten, insbesondere seines Tumors, mit Hilfe ionisierender Strahlungen. In dem Sonderfall der Protonentherapie erfolgt das Bestrahlen mit Hilfe eines Protonenstrahls. Es ist die Bestrahlungsdosis, die so an den Tumor abgegeben wird, die für sein Zerstören verantwortlich ist.
In diesem Kontext ist es wichtig, dass die vorgeschriebene Dosis effektiv innerhalb des Zielvolumens, das von dem Radiotherapeuten definiert wird, abgegeben wird, während das gesunde Gewebe und die benachbarten kritischen Organe so weit wie möglich geschont werden. Man spricht von „Anpassung" der abgegebenen Dosis an das Zielvolumen. In der Protonentherapie kennt man verschiedene Methoden, die dazu verwendet werden können, die in zwei Kategorien fallen: so genannte passive Methoden und so genannte aktive Methoden.
Egal ob sie nun aktiv oder passiv sind, haben diese Methoden zum gemeinsamen Ziel, einen Protonenstrahl zu handhaben, der von einem Teilchenbeschleuniger erzeugt wird, um das komplette Abdecken des Zielvolumens gemäß den drei Dimensionen sicherzustellen: die „Tiefe" (in die Richtung des Strahls) und für jede Tiefe die zwei Dimensionen, die die zum Strahl senkrechte Ebene definieren. In diesem ersten Fall spricht man von „Modulation" der Tiefe oder auch von Modulation des Verlaufs der Protonen im Stoff, während man in dem zweiten Fall von dem Formen des Bestrahlungsfelds in der Ebene senkrecht zum Strahl spricht.
Die passiven Methoden verwenden einen Energieabstufer, um den Verlauf der Protonen auf ihren maximalen Wert einzustellen, der dem tiefsten Punkt der zu bestrahlenden Zone entspricht, verbunden mit einem drehenden Rad mit variabler Stärke, um die Modulation des Verlaufs auszuführen (wobei diese letztere Vorrichtung auch Verlaufsmodulator genannt wird). Die Kombination dieser Elemente mit einem „Verlaufsausgleicher" (oder auch „Bolus") und einem spezifischen Kollimator, erlaubt es, eine an den distalen Bereich des Zielvolumens gut angepasste Dosisverteilung zu erzielen. Ein Hauptnachteil dieser Methode besteht in der Tatsache, dass die gesunden Gewebe, die sich stromabwärts des proximalen Teils außerhalb des Zielvolumens befinden, manchmal ebenfalls starken Dosen unterworfen werden. Ferner erschwert die Notwendigkeit, einen Ausgleicher und einen für den Patienten und den Bestrahlungswinkel spezifischen Kollimator zu verwenden, die Vorgehensweise und steigert ihre Kosten.
Um ferner die schmalen Strahlen zu verbreitern, die von dem Beschleuniger und dem Strahltransportsystem geliefert werden, und zwar so, dass die großen Behandlungsflächen gedeckt werden, die von der Radiotherapie gefordert werden, verwenden diese Methoden generell ein System, das aus einem doppelten Diffusor besteht. Die Protonen verlieren jedoch in diesen Diffusoren an Energie und große Bestrahlungsfelder in den größten Tiefen sind infolgedessen schwer zu erzielen, außer wenn man über eine „Energiereserve" anhand des Gebrauchs eines Beschleunigers verfügt, der Protonen mit einer weit größeren Energie als die liefert, die erforderlich ist, um die tiefsten Zonen im Inneren des menschlichen Körpers zu erzielen. Es ist nun aber gut bekannt, dass die Kosten solcher Beschleuniger, die Protonen liefern können, proportional mit der Energie steigern. Trotz dieser Nachteile wurden in der Vergangenheit passive Methoden weitgehend verwendet und werden auch heute noch verwendet. Man kann als Beispiel für eine passive Methode die so genannte „Doppeldiffusionsmethode" nennen, die gemäß dem Stand der Technik gut bekannt ist (Chu W.T. et al., Rev. Sci. Instr., Band 64, Nr., 8, ISSN 0034-6748, Seiten 2055–2122, (August 1993); siehe Seiten 2080–2083).
Die so genannten aktiven Methoden haben zur Aufgabe, bestimmte oder manchmal sogar alle Probleme in Zusammenhang mit den passiven Methoden zu lösen. Es gibt in der Tat mehrere Typen aktiver Methoden. Eine erste Serie von ihnen verwendet ein Magnetpaar, um den Strahl auf einer kreisförmigen oder rechteckigen Fläche abzutasten. Das ist zum Beispiel der Fall der so genannten „Wobbling"- und „Rasterscan"-Methoden. Gemäß bestimmten dieser Methoden wird der abgetastete Strahl von einem Verlaufsmodulator ähnlich denjenigen, die bei den passiven Methoden verwendet werden, moduliert. Man verwendet in diesem Fall weiterhin stationäre Kollimatoren und Verlaufsausgleicher. Gemäß anderen Methoden wird das zu behandelnde Volumen in mehrere aufeinander folgende Abschnitte geteilt, die aufeinander folgenden Tiefen entsprechen. Jeder Abschnitt wird dann von dem Strahl, mit Hilfe der zwei Abtastmagnete abgetastet, so dass eine Fläche gedeckt wird, deren Konturen an die Form des zu behandelnden Tumors angepasst sind. Diese Form kann für jeden der zu behandelnden Abschnitte unterschiedlich sein und wird mit Hilfe eines variablen Kollimators, der aus mehreren beweglichen Klingen besteht, definiert. Man kennt durch W. Chu, B. Ludewigt und T. Renner (Rev, Sci. Instr. 64, Seite 2055 (1993)) ein Beispiel dieses Methodentyps. Dank dieser Methoden kann man große Bestrahlungsfelder behandeln, auch an den tiefsten Punkten des zu behandelnden Volumens. Es ist jedoch manchmal gemäß bestimmten Ausführungsformen, die auf diesen Methoden beruhen, erforderlich, weiterhin einen Bolus und einen Ausgleicher zu verwenden. In dem Fall der Methoden, die das Zerteilen in Abschnitte anwenden, erzielt man für jeden Abschnitt eine bessere Anpassung der abgegebenen Dosis an das zu behandelnden Volumen. Es ist jedoch für jeden Bestrahlungsabschnitt erforderlich, den Multiklingenkollimator an die Kontur des Querschnitts des zu behandelnden Volumens anzupassen. Die Qualität der Anpassung hängt natürlich von der „Feinheit" des Zerteilens in Abschnitte ab.
Um sich der Notwendigkeit, Ausgleicher und Kollimatoren, auch Multiklingenkollimatoren zu entledigen, und um die bestmögliche Anpassung der abgegebenen Dosis an das zu behandelnde Volumen zu erzielen, bedient sich eine zweite Reihe von aktiven Methoden der Abtastmagnete, um die Kontur der zu bestrahlenden Zone für jede Bestrahlungsebene zu definieren und führt ein dreidimensionales Unterteilen des zu behandelnden Volumens in zahlreichen Punkten durch. Wie bei der ersten Familie aktiver Methoden erfolgt das Bewegen des Strahls entlang des Längsmaßes in die Strahlrichtung entweder durch Ändern der Energie auf dem Niveau des Beschleunigers oder unter Einsatz eines Energieabstufers. Dieser kann sich am Ausgang des Beschleunigers befinden oder an der entgegengesetzten Seite, in dem Bestrahlungskopf, in der Nähe des Patienten. Nach dem Aufteilen des zu bestrahlenden Volumens in zahlreiche kleine Volumina („Voxel"), wird jedem dieser Volumina die gewünschte Dosis mit Hilfe eines feinen Strahls, der in drei Richtungen abgetastet wird, geliefert. Die spezifischen Kollimatoren und anderen Ausgleicher sind nicht mehr erforderlich. Man kennt durch E. Pedroni et al. (Med. Phys. 22(1) (1995)) ein Beispiel zum Umsetzen dieses Konzepts. Gemäß dieser Ausführungsform wird die Dosis durch das Abtasten in drei Dimensionen eines „Spots" abgegeben, der von einem schmalen Strahl erzeugt wird. Man nennt diese Technik „pencil beam scanning". Die Überlagerung einer sehr großen Anzahl dieser Einzeldosiselemente, die statisch abgegeben werden, erlaubt es, eine perfekte Anpassung der Dosis an das Zielvolumen zu erhalten. Gemäß dieser Ausführungsform erfolgt der Wechsel der Position des Spots immer bei stillstehendem Strahl. Das schnellste Verlegen des Spots erfolgt mit Hilfe eines Umlenkmagneten (der „sweeper magnet"). Die Bewegung entlang der zweiten Abtastachse erfolgt mit Hilfe eines Abstufers („range shifter"), der sich im Bestrahlungskopf befindet, der es erlaubt, den Spot in die Tiefe abzutasten. Schließlich wird die dritte Richtung dank der Bewegung des Tischs, der den Patienten trägt, durchlaufen. Die Position und die Dosis, die jedem Spot entsprechen, werden mit Hilfe eines EDV-Behandlungsplanungssystems vorausbestimmt. Bei jeder Bewegung des Strahls, das heißt bei jedem Bewegen des Spots, wird der Strahl unterbrochen. Das erfolgt mit Hilfe eines Magneten, der die Aufgabe hat, den Strahl in eine andere Richtung als die der Behandlung abzulenken („fast kicker magnet").
Diese Anwendungsform der so genannten aktiven Methoden steuert eine Lösung für die Probleme bei, die bei den anderen oben genannten Techniken angetroffen werden, und erlaubt es, die bestmögliche Anpassung der abgegebenen Dosis an das zu behandelnden Volumen zu erzielen. Sie weist jedoch ebenfalls einige Nachteile auf. Erstens bewirkt die Notwendigkeit, den Strahl vor jedem Wechsel der Position des Spots zu unterbrechen, ein beträchtliches Verlängern der Behandlungsdauer. Zweitens wird das Bewegen des Tischs, auf dem sich der Patient befindet, im Allgemeinen von den Radiotherapeuten als negativ empfunden, da die es vorziehen, jede Aktion zu vermeiden, die das Bewegen der inneren Organe des Körpers des Patienten zur Folge haben kann. Schließlich bewirkt der Gebrauch des Abstufers („range shifter") nachgeschaltet, knapp vor dem Patienten, das Beeinträchtigen bestimmter der Charakteristiken des Strahls.
Durch G. Kraft et al. (Hadrontherapy in Oncology, U. Amaldi and B. Larsson, Editors, Elsevier Science (1994)) kennt man ein weiteres Umsetzungsbeispiel einer aktiven Methode, die insbesondere für Strahlen schwerer Ionen entwickelt wurde. Auch hier wird das zu behandelnde Volumen in eine Reihe aufeinander folgender Abschnitte aufgeteilt. Gemäß dieser Ausführungsform erfolgt das Abtasten in Tiefe des Spots, um von einem Abschnitt zum anderen überzugehen, durch Wechseln der Energie des Strahls direkt auf der Ebene des Beschleunigers, der in diesem Fall ein Synchrotron ist. Jeder Abschnitt des zu behandelnden Volumens wird ein einziges Mal von dem Spot durchlaufen, wobei dessen Abtasten mit Hilfe von zwei Abtastmagneten in die Richtungen X und Y erfolgt (wobei die Richtung Z die des Strahls ist, in die Richtung der Tiefe abgetastet). Das Abtasten erfolgt ohne Unterbrechen des Strahls bei konstanter Intensität. Die Abtastgeschwindigkeit ist variabel und wird in Abhängigkeit von der in jedem Volumenelement abzugebenden Dosis festgelegt. Sie ist ferner so angepasst, dass sie eventuelle Schwankungen der Strahlintensität berücksichtigt. Diese Methode erlaubt es daher, sich der meisten der Nachteile verbunden mit den oben beschriebenen Methoden zu entledigen. Die Methode wurde jedoch speziell für schwere Ionen entwickelt, die von einem Synchrotron erzeugt werden, dessen Energie „impulsweise" variiert werden kann. Ferner bestrahlt dieses System jeden Abschnitt des zu behandelnden Volumens einmal, was bei Bewegung von Organen im Laufe des Bestrahlens Probleme aufwerfen kann, (zum Beispiel, wenn das Zielvolumen von der Atmung betroffen ist).
Das Dokument „Three-dimensional Beam Scanning for Proton Therapy" de Kanai et al., veröffentlicht in Nuclear Instruments and Methods in Physic Research (1. September 1983), die Niederlande, Band 214, Nr. 23, Seiten 491–496, beschreibt den Gebrauch eines Synchrotrons, das einen Protonenstrahl erzeugt, der von Abtastmagneten gesteuert wird, der dann zu einem Energieabstufer gelenkt wird, der zur Aufgabe hat, die Energiemerkmale des Protonenstrahls zu modifizieren. Dieser Abstufer besteht im Wesentlichen aus einem Werkstoffblock, dessen Stärke diskret variabel ist. Die Protonendosis für jedes Zielvolumen wird dynamisch durch eine Messung und eine Berechnung in Echtzeit angepasst, die mit Hilfe eines Computers erfolgen. Das erlaubt es, eine Anpassung der zu liefernden Dosis an das Zielvolumen zu erzielen. Man bemerkt, dass bei dem Verfahren kein Regulieren des Strahlstroms ausgeführt wird.
Zielsetzungen der Erfindung
Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, eine Vorrichtung zum Behandeln eines Zielvolumens durch einen Teilchenstrahl vorzuschlagen, die die Nachteile der oben beschriebenen Methoden vermeidet und es gleichzeitig erlaubt, eine Dosis auf das Zielvolumen mit einem Maximum an Flexibilität abzugeben.
Insbesondere zielt die vorliegende Erfindung darauf ab, eine Behandlungsvorrichtung vorzuschlagen, die es erlaubt, ein Verhältnis, das von 1 bis 500 variiert, für die für jedes Element eines Zielvolumens gelieferte Dosis zu erzielen.
Die vorliegende Erfindung zielt insbesondere darauf ab, eine Vorrichtung vorzuschlagen, die sich einer großen Anzahl von Hilfselementen entledigt, wie zum Beispiel Kollimatoren, Ausgleicher, Diffusoren oder sogar Verlaufsmodulatoren.
Die vorliegende Erfindung zielt ferner darauf ab, eine Vorrichtung vorzuschlagen, die es erlaubt, sich von der Bewegung des Patienten zu befreien.
Die vorliegende Erfindung zielt ferner darauf ab, eine Vorrichtung vorzuschlagen, die es erlaubt, einen Schutz vor einem Ausbleiben des Sendens des Strahls (weiß oder Loch) oder vor dem Stoppen der Bewegung des Strahls zu bekommen.
Charakteristische Elemente der vorliegenden Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Behandlung eines Teilchenstrahls, der von einem Beschleuniger erzeugt wird und darauf abzielt, das Bestrahlen eines Zielvolumens durch einen Teilchenstrahl zu erlauben, wobei die Vorrichtung einen Teilchenbeschleuniger aufweist, wie zum Beispiel ein Zyklotron, der es erlaubt, einen lokalisierten Spot in dem Zielvolumen zu erzeugen, verbunden mit Mitteln zum Abtasten, die es erlauben, ein Abtasten des Spot in die zwei Richtungen senkrecht zu der Richtung des Strahls zu erzielen, sowie mit Mitteln, die es erlauben, eine Variation der Intensität des Teilchenstrahls zu erzielen, dadurch gekennzeichnet, dass sie Steuermittel aufweist, die gleichzeitig die Abtastmittel und die Mittel zum Variieren der Strahlintensität durch einen Planungs- und Regulierungsalgorithmus steuern können, um eine Anpassung der abgegebenen Dosis an das Zielvolumen zu erzielen.
Vorzugsweise erlauben die Abtastmittel das Bewegen des Spots in die zwei Richtungen senkrecht zu der Richtung des Strahls, so dass eine Bestrahlungsebene definiert wird.
Die Abtastmittel sind derart, dass sie ferner ein Abtasten jeder Bestrahlungsebene mehrmals durch den Spot erlauben.
Vorteilhafterweise weist die erfindungsgemäße Vorrichtung Mittel zum Variieren der Energie des Teilchenstrahls auf, die das Bewegen des Spots innerhalb des Volumens unter Übergehen von einer Bestrahlungsebene auf eine andere gemäß der Tiefe erlauben.
Vorzugsweise werden die Mittel zum Variieren der Energie des Teilchenstrahls unmittelbar nach dem Extrahieren des Beschleunigers des Teilchenstrahls angeordnet. Diese Mittel zum Variieren der Energie des Teilchenstrahls bestehen vorzugsweise aus einem Energieabstufer.
Vorteilhafterweise bestehen die Abtastmittel aus zwei Scanning-Magneten, die sich vorzugsweise in dem Bestrahlungskopf befinden.
Mit anderen Worten werden die Bewegungen in einer Bestrahlungsebene mit Hilfe von zwei Magneten ausgeführt, die sich bevorzugt im Bestrahlungskopf befinden. Die Bewegung des Spots von einer Bestrahlungsebene auf eine andere erfolgt durch Ändern der Energie des Teilchenstrahls mit Hilfe eines Energieabstufers.
Das Steuern der Abtastmagnete und der Mittel zum Variieren der Intensität des Strahls erfolgt vorzugsweise mit Hilfe eines Planungs- und Regulierungsalgorithmus der Bahnen der Partikel, indem damit ein Regelkreis hohen Niveaus verbunden wird, die in Echtzeit die optimalen Bahnen korrigiert, um eine bessere Anpassung der Dosis an das Zielvolumen zu erzielen.
Vorteilhafterweise erlaubt es ein EDV-System zum Umsetzen des Planungs- und Verarbeitungsalgorithmus, die Dosis zu bestimmen, die jedem Spot entspricht, indem die Strahlintensität und die Abtastgeschwindigkeit für jedes Bestrahlungsvolumen oder Voxel im voraus bestimmt werden.
Vorzugsweise agieren die Abtastmittel, indem sie den Spot ohne Unterbrechen des Strahls bewegen. Mit anderen Worten erfolgt das Bewegen in die zwei Richtungen senkrecht zu der Strahlrichtung ununterbrochen.
Ferner erkennt man, dass die Konturen der Flächen in jeder Bestrahlungsebene von Abtastelementen gesteuert werden.
Schließlich kann die erfindungsgemäße Vorrichtung mindestens ein Nachweisgerät aufweisen, wie zum Beispiel eine Ionisationskammer und/oder ein Diagnoseelement, das es ermöglicht, Messungen zum Prüfen der Anpassung der Bestrahlungsdosis an das Zielvolumen durchzuführen.
Eine solche Vorrichtung weist den Vorteil auf, dass die Anpassung an das Zielvolumen ohne Einsatz von variablen Kollimatoren und allein durch eine optimale Kontrolle des Bewegungsverlaufs des Spots erfolgt. Das Zielvolumen wird in mehrere aufeinander folgende Ebenen geteilt, die zu der Richtung des Strahls senkrecht sind, die aufeinander folgenden Tiefen entsprechen, wobei die Bewegung des Spots entlang der Tiefe von einer Ebene auf eine andere durch Ändern der Energie des Teilchenstrahls erfolgt.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in einem Behandlungsverfahren eines Zielvolumens durch einen Teilchenstrahl, insbesondere Protonen, die aus einem Beschleuniger mit gleich bleibender Energie stammen, wie zum Beispiel aus einem Zyklotron, indem man einen engen Spot erzeugt, der mit Hilfe dieses Teilchenstrahls zu dem Zielvolumen gelenkt wird, und indem man die Energie des Teilchenstrahls unmittelbar nach dem Extrahieren aus dem Beschleuniger modifiziert. Das erlaubt es, in einer Umgebung nahe dem Zyklotron die Verteilungsprobleme des Strahls zu verarbeiten, die zum Beispiel mit Hilfe von Schlitzen korrigiert werden, oder die Stragglingprobleme, die direkt am Ausgang des Beschleunigers von einem Analysemagneten korrigiert werden. Das erlaubt es auch, die Anzahl der Neutronen zu verringern, die im Nahfeld des Patienten erzeugt werden.
Kurzbeschreibung der Figur
1 stellt eine auseinander gezogene schematische Ansicht der Vorrichtung dar, die dazu bestimmt ist, das Bestrahlen für die Behandlung eines Zielvolumens zu erlauben.
Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, eine Vorrichtung zur Behandlung eines Protonenstrahls vorzuschlagen, der von einem Beschleuniger erzeugt wird, vorzugsweise mit gleich bleibender Energie, die darauf abzielt, das Bestrahlen eines Zielvolumens zu erlauben, das zum Beispiel aus einem zu behandelnden Tumor im Fall eines Krebses besteht, und die Verbesserungen im Vergleich zum Stand der Technik, der in 1 beschrieben ist, aufweist.
Dazu zielt man darauf ab, einen Spot, der mit Hilfe dieses Protonenstrahls erzeugt wird, gemäß den drei Dimensionen direkt in dem Körper des Patienten zu bewegen, um das Zielvolumen in die drei Dimensionen zu durchlaufen.
In 1 wurde zum Teil die erfindungsgemäße Vorrichtung dargestellt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Zyklotron (nicht dargestellt) verwendet, um einen Protonenstrahl 1000 zu erzeugen, der einen zu bewegenden Spot 100 erzeugt. Man sieht Mittel zum Variieren vor, die es erlauben, die Energie des Protonenstrahls sofort nach seinem Extrahieren aus dem Beschleuniger zu ändern, um das Bewegen des Spots entlang der Längsdimension, das heißt in die Richtung des Strahls zu erlauben, um die verschiedenen aufeinander folgenden Ebenen z₀, z₁, z₂ des Bestrahlens innerhalb des Zielvolumens 0 zu definieren.
Das Zielvolumen 0 wird nämlich in mehrere aufeinander folgende Abschnitte unterteilt, die unterschiedlichen Tiefen entsprechen. Jeder Abschnitt oder jede Bestrahlungsebene z₀, z₁, z₂ wird dann mit Hilfe von Scanningmagneten 1 und 2 vielfach durch den Spot, Zeile pro Zeile abgetastet, um eine Fläche zu decken, deren Konturen generell für jeden Abschnitt unterschiedlich sind.
Die Konturen der zu bestrahlenden Oberflächen auf jeder Ebene werden von den Abtastmagneten 1 und 2 gesteuert. Jeder dieser zwei Magnete erlaubt es, ein Abtasten entweder in die X-Richtung oder in die Y-Richtung durchzuführen.
Um die Energie des gesendeten Strahls zu ändern, verwendet man vorzugsweise einen Energieabstufer und insbesondere einen Energieabstufer, der ähnliche Merkmale aufweist wie die, die in der Patentanmeldung WO 00/38486 beschrieben sind, die von dem Inhaber zu diesem Thema eingereicht wurde.
Man erkennt daher besonders vorteilhaft, dass das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung keine Elemente, wie zum Beispiel Kollimatoren, Ausgleicher, Diffusoren oder Verlaufsmodulatoren verwenden, was die Umsetzung des Verfahrens besonders erleichtert.
Ferner erkennt man, dass erfindungsgemäß keine Bewegung des Patienten vorgesehen ist. Die Bestrahlungsvorgehensweise, die sich dabei ergibt, ist leichter, schneller und präziser. Sie ist daher auch kostengünstiger. Man erzielt daher eine bessere Anpassung der abgegebenen Dosis an das zu behandelnden Volumen und dies in einer minimalen Zeit.
Gemäß einem besonders vorteilhaften Merkmal erkennt man, dass das Bewegen des Spots auf jeder Bestrahlungsebene ohne Unterbrechen des Strahls erfolgt, was eine beachtliche Zeiteinsparung erlaubt und die Gefahr des Unterdosierens zwischen zwei aufeinander folgenden Bestrahlungspunkten verringert.
Gemäß der umgesetzten Methodik sieht man vor, jede Ebene mehrmals zu durchlaufen, um die Punkt für Punkt bei jedem Durchgang abgegebene Dosis einzuschränken, was die Sicherheit erhöht und gleichzeitig Probleme aufgrund von Bewegungen der Organe im Inneren des Körpers, wie die Atmung, einschränkt.
Vorzugsweise stellt die bei jedem Durchgang abgegebene Dosis etwa 2 % der abzugebenden Gesamtdosis dar.
Indem man vorsieht, gleichzeitig die Abtastgeschwindigkeit des Spots und die Intensität des Protonenstrahls zu variieren, erlaubt man, dass eine Anpassung der abzugebenden Dosis für jedes Volumenelement mit einer gesteigerten Flexibilität erzielt wird.
Man steigert ferner auch die Sicherheit auf diese Art. Jedes Problem in Zusammenhang mit einer Präzisierungsabweichung eines der zwei Parameter wird nämlich von dem anderen automatisch korrigiert.
Die umgesetzte Methodik besteht darin, die Dosis, die jedem Spot entspricht, zu bestimmen, indem man im Voraus die Strahlintensität und die Abtastgeschwindigkeit für jedes Bestrahlungsvolumen (oder Voxel) mit Hilfe eines EDV-Planungs- und Verarbeitungssystems bestimmt. Im Laufe des Bestrahlens werden Dosiskarten ständig mit Hilfe von Messungen erstellt, die von Nachweisgeräten durchgeführt werden, wie zum Beispiel Ionisationskammern 3, 8 und anderen Diagnoseelementen. Die Strahlintensität und die Abtastgeschwindigkeit werden sofort neu berechnet und angepasst, so dass sichergestellt wird, dass die vorgeschriebene Dosis tatsächlich in dem Zielvolumen abgegeben wird.

Claims

Vorrichtung zur Behandlung eines Teilchenstrahls, der von einem Beschleuniger erzeugt wird und die darauf abzielt, das Bestrahlen eines Zielvolumens (0) mit einem Teilchenstrahl (1000) zu erlauben, wobei die Vorrichtung einen Teilchenbeschleuniger, wie zum Beispiel ein Zyklotron umfasst, der es erlaubt, einen Spot (100) zu erzeugen, der sich in dem Zielvolumen (0) befindet, der mit Abtastmitteln (1 und 2) verbunden ist, die es erlauben, ein Abtasten des Spots (100) in die zwei Richtungen (X, Y) senkrecht zu der Richtung des Strahls (Z) zu erhalten, und Mittel zum Variieren, die es erlauben, eine Variation der Intensität des Teilchenstrahls zu erzielen, dadurch gekennzeichnet, dass sie Steuermittel aufweist, die gleichzeitig die Abtastmittel (1, 2) und die Mittel zum Variieren der Strahlintensität durch einen Planungs- und Regelalgorithmus steuern können, um eine Anpassung der abgegebenen Dosis an das Zielvolumen (0) zu erzielen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtastmittel (1, 2) das Bewegen des Spots (100) in die zwei Richtungen (X, Y) senkrecht zu der Richtung (Z) des Strahls erlauben, um eine Bestrahlungsebene (Z0, Z1, Z2, ...) zu bestimmen.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie Mittel zum Variieren der Energie des Teilchenstrahls (1000) umfasst, die das Bewegen des Spots (100) innerhalb des Volumens (0) erlauben, indem sie von einer Bestrahlungsebene (Z0) auf eine andere (Z1, Z2, ...) gemäß der Tiefe übergehen.
Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtastmittel (1, 2) ein Abtasten jeder Bestrahlungsebene (Z0, Z1, Z2, ...) mehrmals durch den Spot (100) erlauben.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Variieren der Energie des Teilchenstrahls (1000) unmittelbar nach dem Extrahieren aus dem Beschleuniger des Teilchenstrahls (1000) angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Variieren der Energie des Teilchenstrahls (1000) aus einem Energieabstufer bestehen.
Vorrichtung nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtastmittel (1, 2) aus zwei Scanningmagneten bestehen, die vorzugsweise in dem Bestrahlungskopf liegen.
Vorrichtung nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuermittel das Steuern der Abtastmittel und der Mittel zum Variieren der Intensität des Teilchenstrahls mit Hilfe eines Planungs- und Regelalgorithmus der Bahnen der Teilchen ausführen können, indem damit ein Regelkreis verbunden wird, der in Echtzeit die Bahnen der Teilchen des Strahls korrigiert.
Vorrichtung nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein EDV-System für das Umsetzen des Planungs- und Verarbeitungsalgorithmus aufweist, das es erlaubt, die Dosis zu bestimmen, die jedem Spot entspricht, indem im Voraus die Strahlintensität und die Abtastgeschwindigkeit für jedes Bestrahlungsvolumen oder Voxel bestimmt werden.
Vorrichtung nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtastmittel (1, 2) wirken, indem sie den Spot (100) ohne Unterbrechung des Strahls (1000) bewegen.
Vorrichtung nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens ein Nachweisgerät aufweist, wie zum Beispiel eine Ionisationskammer (3, 8) und/oder ein Diagnoseelement, das es erlaubt, Messungen zum Prüfen der Anpassung der Bestrahlungsdosis an das Zielvolumen (0) durchzuführen.