DE112005002171B4

DE112005002171B4 - Teilchenstrahl-Bestrahlungsverfahren und dafür verwendete Teilchenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung

Info

Publication number: DE112005002171B4
Application number: DE112005002171T
Authority: DE
Inventors: Hisashi Harada
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2005-02-04
Filing date: 2005-02-04
Publication date: 2009-11-12
Anticipated expiration: 2025-02-05
Also published as: JPWO2006082651A1; CN1980709A; WO2006082651A1; US7525104B2; JP4435829B2; US20080067401A1; DE112005002171T5

Abstract

Teilchenstrahl-Bestrahlungsverfahren, das sowohl eine Tiefenrichtungs-Bestrahlungsfeldverbreiterung zum Verbreitern eines Bestrahlungsfelds eines Teilchenstrahls in einer Tiefenrichtung entlang einer Bestrahlungsrichtung des Teilchenstrahls als auch eine Querrichtungs-Bestrahlungsfeldverbreiterung zum Verbreitern des Bestrahlungsfelds des Teilchenstrahls in einer zu der Bestrahlungsrichtung des Teilchenstrahls senkrechten Querrichtung verwendet, und das den Teilchenstrahl auf ein Bestrahlungsziel richtet, wobei
– die Tiefenrichtungs-Bestrahlungsfeldverbreiterung eine aktive Bestrahlungsfeldverbreiterung ist, bei der eine Vielzahl von Bestrahlungsschichten, die in der Bestrahlungsrichtung des Teilchenstrahls unterschiedliche Bereiche haben, überlagert werden,
– die Querrichtungs-Bestrahlungsfeldverbreiterung eine aktive Bestrahlungsfeldverbreiterung ist, bei der Bestrahlungsflecken des Teilchenstrahls in der Querrichtung überlagert werden, und wobei
– ein Bolus, der eine Gestalt entsprechend dem tiefsten Teil des Bestrahlungsziels in der Tiefenrichtung hat, so angeordnet wird, daß er von dem Teilchenstrahl durchquert wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß mehrere bestimmte Bestrahlungsschichten, welche aus der Vielzahl der Bestrahlungsschichten ausgewählt werden, mit dem Teilchenstrahl einmal oder mehrmals erneut bestrahlt werden, wobei die Anzahl von Malen...

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Teilchenstrahl-Bestrahlungsverfahren, das bei der Behandlung einer Krebserkrankung oder dergleichen angewandt wird, sowie eine Teilchenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung zur Verwendung damit.
Stand der Technik
Die Druckschrift US 2001/0022502 A1 betrifft ein Teilchenstrahl-Bestrahlungssystem, bei welchem sowohl eine Tiefenrichtungs-Bestrahlungsfeldverbreiterung zum Verbreitern eines Bestrahlungsfeldes eines Teilchenstrahls in einer Tiefenrichtung entlang einer Bestrahlungsrichtung des Teilchenstrahls, als auch eine Querrichtungs-Bestrahlungsfeldverbreiterung zum Verbreitern des Bestrahlungsfeldes des Teilchenstrahls in einer zu der Bestrahlungsrichtung des Teilchenstrahls senkrechten Querrichtung verwendet wird. Bei der bekannten Anordnung kommt als Tiefenrichtungs-Bestrahlungsfeldverbreiterung eine aktive Feldverbreiterung zum Einsatz, bei der eine Vielzahl von Bestrahlungsschichten überlagert wird.
Die Druckschrift DE 199 07 098 A1 betrifft ein Ionenstrahl-Abtastsystem mit einer Ionenquellenrichtung, einem Ionenbeschleunigungssystem und einer Ionenstrahlführung mit Ionenstrahl-Austrittsfenster für einen konvergierenden zentrierten Ionenstrahl und einem mechanischen Ausrichtsystem für das abzutastende Zielvolumen. Dazu ist das Ionenbeschleunigungssystem auf eine für eine maximale Eindringtiefe notwendige Beschleunigung der Ionen einstellbar. Ferner weist das Abtastsystem ein Energieabsorptionsmittel auf, das in dem Ionenstrahlengang zwischen Zielvolumen und Ionenstrahl-Austrittsfenster quer zum Ionenstrahlzentrum angeordnet ist. Das Energieabsorptionsmittel ist quer zum Ionenstrahlzentrum zur Variation der Ionenstrahlenenergie verschieblich, so daß eine Tiefenmodulation des Ionenstrahls, die mittels Linearmotor und der Querverschiebung des Energieabsorptionsmittels erfolgt, im Zielvolumen mit einer in der Tiefe gestaffelten Abtastung von Volumenelementen des Zielvolumens in schneller Folge durchführbar ist.
Die nachstehenden beiden Dokumente sind als weiterer Stand der Technik für ein Teilchenstrahl-Bestrahlungsverfahren und eine Teilchenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung der eingangs genannten Art bekannt. Das erste Dokument hat den Titel ”Instrumentation for treatment of cancer using proton and light-ion beams” von W. T. Chu et al., abgedruckt in der Zeitschrift ”Review of Scientific Instruments”, 64(8), S. 2055 bis 2122, veröffentlicht im August 1993.
Das zweite Dokument hat den Titel ”The 200-MeV proton therapy project at the Paul Scherrer Institute: Conceptual design and practical realization”, von E. Pedroni et al., abgedruckt in der Zeitschrift ”Medical Physics”, 22(1), S. 37 bis 53, veröffentlicht im Januar 1995.
Das erste Dokument beschreibt, daß sich in einem Fall, in dem verschiedene Strahlen auf einen menschlichen Körper gerichtet werden, die Dosisverteilungen der Strahlen im Körper ändern, wie es in 1 gezeigt ist. Wie 1 zeigt, hat unter verschiedenen Strahlen ein Strahl mit kleiner Masse, wie etwa ein Röntgen- oder ein Gammastrahl, eine relative Dosis, die in einem Bereich nahe der Oberfläche des Körpers maximal wird und mit zunehmender Tiefe von der Oberfläche des Körpers abnimmt. Andererseits hat ein Teilchenstrahl mit großer Masse, wie etwa ein Protonenstrahl oder ein Kohlenstoffstrahl, eine relative Dosis, die einen Peakwert an einer Position hat, an welcher der Strahl in einem von der Körperoberfläche ausgehenden tiefen Bereich stoppt, d. h. unmittelbar vor dem Wirkungsbereich des Teilchenstrahls. Dieser Peakwert wird als Bragg-Peak (BP) bezeichnet.
Ein Krebsbehandlungsverfahren mittels Teilchenstrahlen läuft so ab, daß dieser Bragg-Peak BP auf einen Tumor gerichtet wird, der in einem menschlichen Organ gebildet ist, und damit wird die Behandlung des Krebses durchgeführt. Außer bei Krebs kann die Anwendung auch in einem Fall erfolgen, in dem ein tiefer Bereich eines Körpers behandelt wird. Ein zu behandelnder Bereich, einschließlich eines Tumors, wird allgemein als Bestrahlungsziel bezeichnet. Die Position des Bragg-Peaks ist durch die Energie eines Bestrahlungs-Teilchenstrahls bestimmt, und wenn die Energie des Teilchenstrahls groß wird, dann wird der Bragg-Peak BP an einer tiefliegenden Position gebildet.
Bei der Teilchenstrahlbehandlung ist es erforderlich, daß der Teilchenstrahl über das gesamte zu bestrahlende Bestrahlungsziel eine gleichmäßige Dosisverteilung hat. Um den Bragg-Peak BP an den Gesamtbereich des Bestrahlungsziels abzugeben, wird eine ”Verteilung des Bestrahlungsfelds (Strahlenfelds)” des Teilchenstrahls durchgeführt.
Diese ”Verteilung des Bestrahlungsfelds” bzw. Bestrahlungsfeldverteilung wird in drei Richtungen, nämlich einer X-Achse, einer Y-Achse und einer Z-Achse, die zueinander senkrecht sind, durchgeführt. Wenn die Bestrahlungsrichtung des Teilchenstrahls zu der Richtung der Z-Achse gemacht wird, so wird die ”Verteilung des Bestrahlungsfelds” zuerst in Richtung der Z-Achse durchgeführt. Die ”Verteilung des Bestrahlungsfelds” in der Bestrahlungsrichtung des Strahls wird im allgemeinen als Bestrahlungsfeldverteilung in Tiefenrichtung bezeichnet.
Die zweite ”Verteilung des Bestrahlungsfelds” ist derart, daß die Bestrahlungsfeldverteilung in den Richtungen der X-Achse und der Y-Achse durchgeführt wird, und da die Bestrahlungsfeldverteilung in der seitlichen Richtung bzw. in der Querrichtung senkrecht zu der Tiefenrichtung durchgeführt wird, so wird sie im allgemeinen als Querrichtungs-Bestrahlungsfeldverteilung bezeichnet.
Die Tiefenrichtungs-Bestrahlungsfeldverteilung wird durchgeführt, um den Bragg-Peak, der in der Bestrahlungsrichtung des Teilchenstrahls ist, in der Tiefenrichtung zu verbreitern, weil die Breite des Bragg-Peaks BP in der Bestrahlungsrichtung des Teilchenstrahls schmal ist im Vergleich mit der Ausdehnung des Bestrahlungsziels in der Tiefenrichtung. Andererseits wird die Querrichtungs-Bestrahlungsfeldverteilung ausgeführt, um den Bragg-Peak BP in der zu der Bestrahlungsrichtung senkrechten Richtung zu verbreitern, weil der Durchmesser des Teilchenstrahls kleiner als die Größe des Bestrahlungsziels in der zu der Bestrahlungsrichtung senkrechten Richtung ist. In bezug auf die Tiefenrichtungs-Bestrahlungsfeldverteilung und die Querrichtungs-Bestrahlungsfeldverteilung werden Verfahren beschrieben, die in den eingangs genannten Dokumenten angegeben sind.
Zunächst weist die Querrichtungs-Bestrahlungsfeldverteilung ein passives Querrichtungs-Bestrahlungsfeld-Verteilungsverfahren und ein aktives Querrichtungs-Bestrahlungsfeld-Verteilungsverfahren auf. Das passive Querrichtungs-Bestrahlungsfeld-Verteilungsverfahren ist ein Verfahren, bei dem in einer Teilchenstrahlbestrahlungseinheit einer Teilstrahlbestrahlungsvorrichtung ein Teilchenstrahl auf eine Streueinrichtung gerichtet wird, um den Teilchenstrahl zu veranlassen, eine Ausdehnung in der Querrichtung anzunehmen, und ein gleichförmiger Dosisanteil des zentralen Bereichs wird ausgeschnitten und auf den Zielbereich abgestrahlt.
In einem Fall, in dem der gleichförmige Dosisanteil von einer Streueinrichtung nicht ausreichend groß gemacht werden kann, gibt es die Möglichkeit, den gleichförmigen Dosisbereich von zwei Streueinrichtungen verbreitern zu lassen, und das wird als Doppelstreustellenverfahren bezeichnet. Ferner gibt es auch ein Verfahren, bei dem zwei an dem stromaufwärtigen Bereich einer Teilchenstrahlbestrahlungseinheit einer Teilchenstrahlbestrahlungsvorrichtung angeordnete Ablenkelektromagnete verwendet werden, um den Teilchenstrahl in einer Ringwulstgestalt abzutasten, und der in Ringwulstgestalt abgetastete Teilchenstrahl wird auf die Streueinrichtung abgestrahlt, um das Querrichtungs-Bestrahlungsfeld zu verbreitern, und dies wird als Wobbler-System bezeichnet.
Als aktives Querrichtungs-Bestrahlungsfeld-Verteilungsverfahren gibt es ein Verfahren, bei dem ein Ablenkelektromagnet an dem stromaufwärtigen Bereich einer Teilchenstrahlbestrahlungseinheit einer Teilchenstrahlbestrahlungsvorrichtung dazu dient, den Teilchenstrahl in der X-Y-Ebene abzutasten, und die Bestrahlungsposition des Teilchenstrahls wird mit der Zeit verlagert, um ein breites Bestrahlungsfeld zu erhalten. Bei diesem Verfahren kann eine gleichmäßige Dosisverteilung erhalten werden, indem benachbarte Bestrahlungsflecken von Bleistiftstrahlen (pencil beams) mit schmalem Durchmesser geeignet überlagert werden.
Abtastverfahren mit Bleistiftstrahlen umfassen ein Rasterverfahren mit in Bezug auf die Zeit kontinuierlicher Abtastung und ein Fleckverfahren mit in Bezug auf die Zeit stufenartiger Abtastung. Bei diesem Verfahren wird zwar der Teilchenstrahl im allgemeinen als Bleistiftstrahl mit schmalem Durchmesser bezeichnet und wird unmittelbar auf den Zielbereich gerichtet, es gibt aber auch den Fall, daß der Durchmesser des Bleistiftstrahls unter Verwendung einer dünnen Streueinrichtung geringfügig vergrößert wird.
Als nächstes wird eine Tiefenrichtungs-Bestrahlungsfeldverteilung beschrieben. Wie oben erwähnt, ist die Breite des Bragg-Peaks BP in der Bestrahlungsrichtung des Teilchenstrahls schmal, und die Breite des Bragg-Peaks BP in der Bestrahlungsrichtung wird durch die Tiefenrichtungs-Bestrahlungsfeldverteilung verbreitert. Der Bragg-Peak BP, dessen Breite in der Bestrahlungsrichtung verbreitert ist, wird als verbreiterter Bragg-Peak bezeichnet. Das passive Tiefenrichtungs-Bestrahlungsfeld-Verteilungsverfahren umfaßt ein Verfahren, bei dem ein Energiemodulator vom Kammtyp, der als Stegfilter bezeichnet wird, oder ein Bereichsmodulator eingefügt wird, der quer zu dem Teilchenstrahl eingesetzt wird.
Sowohl bei dem Stegfilter als auch bei dem Bereichsmodulator wird die Dicke des Materials des Energiemodulators in der Bestrahlungsrichtung des Teilchenstrahls moduliert. Der Stegfilter oder der Bereichsmodulator verringert die Energie des Teilchenstrahls in Abhängigkeit von der modulierten Dicke und verändert die Energie entsprechend der modulierten Dicke, und infolgedessen wird ein Teilchenstrahl, in dem verschiedene Energien mit unterschiedlichen Intensitäten vermischt sind, auf das Bestrahlungsziel gerichtet. Da der Bereich des Teilchenstrahls entsprechend der Intensität der Energie geändert wird, kann der Teilchenstrahl mit verschiedenen Bereichen auf das Bestrahlungsziel abgestrahlt werden.
Bei dem oben angegebenen passiven Tiefenrichtungs-Bestrahlungsfeld-Verteilungsverfahren kann der verbreiterte Bragg-Peak SOBP erhalten werden, in dem die Breite in der Bestrahlungsrichtung vergrößert ist. Die Breite des verbreiterten Bragg-Peaks SOBP ist jedoch in der Querrichtung konstant, d. h. in den Richtungen der X- und Y-Achsen, die zu der Bestrahlungsrichtung des Teilchenstrahls senkrecht sind, und sie kann nicht verändert werden.
Als weiteres passives Tiefenrichtungs-Bestrahlungsfeld-Verteilungsverfahren gibt es ein Verfahren, bei dem ein als Bolus bezeichneter Kompensator verwendet wird. Im allgemeinen ist ein in einem Patienten befindlicher, zu behandelnder Bereich in der maximalen Tiefe eines betroffenen Organs in der Tiefenrichtung positioniert, d. h. am tiefsten Teil (Grenze des betroffenen Organs in der Tiefenrichtung) des betroffenen Organs in Richtung der Z-Achse, und im allgemeinen hat die Tiefe des zu behandelnden Bereichs eine Abhängigkeit in der Querrichtung (Richtungen der X-Achse und Y-Achse) und wird in der X-Achsen- und Y-Achsenrichtung geändert.
Die Änderung der Gestalt des zu behandelnden Bereichs in der Tiefenrichtung wird als distale Form bezeichnet. Wie 2 zeigt, ist der Bolus BL ein Energiemodulator, der für jeden Patienten in Übereinstimmung mit dieser distalen Form hergestellt wird, und wird unter Verwendung von Polyethylen oder Wachs hergestellt. Durch Verwendung des Bolus BL kann, während gleichzeitig die gleichförmige Bestrahlungsdosis auf die X-Y-Ebene abgestrahlt wird, der Bragg-Peak BP an die distale Form angepaßt werden.
2(a) zeigt ein Bestrahlungsziel TV und einen Bolus BL. Das Bestrahlungsziel TV hat die tiefste Schicht TVd, und die Form der tiefsten Schicht TVd wird als distale Form bezeichnet. Sieben Pfeile bezeichnen typische Teilchenstrahlen. In 2(b) sind die Dosen der sieben typischen Teilchenstrahlen auf das Bestrahlungsziel TV mit a bis g bezeichnet. Unter Verwendung des Bolus BL kann die Dosisverteilung in der tiefsten Schicht TVd abgeflacht werden.
Als aktives Tiefenrichtungs-Bestrahlungsfeld-Verteilungsverfahren gibt es ein Verfahren, bei dem die Energie des Teilchenstrahls selber, der von einem Teilstrahlbestrahlungsvorrichtung abgestrahlt wird, gesteuert wird, während der vorher erwähnte Energiemodulator nicht verwendet wird. Bei diesem Verfahren wird die Energie des Teilchenstrahls gesteuert durch das Ändern der Beschleunigungsenergie eines Teilchenbeschleunigers zum Beschleunigen des Teilchenstrahls, oder aber die Energie des Teilchenstrahls wird geändert, indem ein als Bereichsverschiebungseinrichtung bezeichnetes Werkzeug so eingefügt wird, daß es den Teilchenstrahl kreuzt. Ferner gibt es ein Verfahren, bei dem sowohl die Steuerung des Teilchenbeschleunigers als auch der Bereichsfilter verwendet werden.
Bei dem aktiven Tiefenrichtungs-Bestrahlungsfeld-Verteilungsverfahren wird der Teilchenstrahl zu dem Strahl gemacht, der eine Energie mit bestimmter Intensität hat, und nachdem der Bragg-Peak BP mit einer gleichförmigen Dosis auf eine Bestrahlungsschicht des Bestrahlungsziels abgestrahlt worden ist, wird die Energie des Teilchen strahls geändert, und der Bragg-Peak BP wird auf eine Bestrahlungsschicht gerichtet, die dem Bestrahlungsziel TV am nächsten ist.
Dieser Vorgang wird viele Male wiederholt, und der Bragg-Peak BP des Teilchenstrahls wird auf die Vielzahl von Bestrahlungsschichten gerichtet, so daß der verbreiterte Bragg-Peak SOBP mit gewünschter Breite in der Bestrahlungsrichtung des Strahls erhalten werden kann. Das aktive Tiefenrichtungs-Bestrahlungsfeld-Verteilungsverfahren ist ein Verfahren, bei dem in dem Zustand, in dem der Teilchenstrahl nicht in der X- und Y-Achsenrichtung bewegt wird und auf eine bestimmte Bestrahlungsposition fixiert ist, die Energie des Teilchenstrahls geändert wird.
Um den verbreiterten Bragg-Peak SOBP mit der gewünschten Breite zu erzielen, ist es erforderlich, die Dosis jeder Bestrahlungsschicht des Bestrahlungsziels TV geeignet einzustellen, und die an jede Schicht abgegebene Dosis wird als ”Schichtgewichtung” bezeichnet. Diese ”Schichtgewichtung” wird mit der gleichen Methode wie beim Stegfilter oder beim Bereichsmodul berechnet. 3 zeigt ein Beispiel der Dosisverteilung in der Tiefenrichtung und die ”Schichtgewichtung”. In 3 bezeichnet die vertikale Achse die relative Dosis, und die horizontale Achse bezeichnet die Eindringtiefe im Körper.
Eine mittels einer ausgezogenen Linie bezeichnete Kurve bedeutet berechnete Werte, und eine Vielzahl von kleinen Quadraten bezeichnen tatsächlich gemessene Werte. Eine Vielzahl von Geraden, die in der Vertikalrichtung verlaufen, bezeichnen die Gewichtungen in den jeweiligen Bestrahlungsschichten. Dieses Beispiel ist ein typisches Beispiel, und die ”Schichtgewichtung” ist im tiefsten Teil am höchsten. Wenn die Gewichtung des tiefsten Teils 100 ist, dann ist die Gewichtung der daran angrenzenden Schicht nahezu 10 oder weniger.
Ein Teilchenstrahl-Bestrahlungsverfahren, bei dem das aktive Tiefenrichtungs-Bestrahlungsfeld-Verteilungsverfahren und das aktive Querrichtungs-Bestrahlungsfeld-Verteilungsverfahren kombiniert sind, wird auf den Seiten 39 bis 45 des Dokuments von Pedroni et al. als „spot-scanning technique” (Fleckabtasttechnik) beschrieben.
Da bei dem Fleckabtastverfahren die Energie des Teilchenstrahls in Abhängigkeit von der Bewegung des Teilchenstrahls in der Querrichtung (X-Y-Achsenrichtung) gesteuert werden kann, kann die Breite des verbreiterten Bragg-Peaks SOBP in der Bestrahlungsrichtung auch in der Querrichtung geändert werden. Da ferner die Energie des Teilchenstrahls so geändert werden kann, daß der Bereich des Teilchenstrahls der distalen Form eines zu behandelnden Bereichs entspricht, wird bei dem Fleckabtastverfahren kein Bolus verwendet.
Offenbarung der Erfindung
Aufgaben, welche die Erfindung lösen soll
Da jedoch bei dem Fleckabtastverfahren die Energie des Teilchenstrahls gesteuert wird, während der Teilchenstrahl gleichzeitig in der Querrichtung (X-Y-Achsenrichtung) bewegt wird, werden ein Anteil mit hoher Gewichtung und ein Anteil mit niedriger Gewichtung in derselben Bestrahlungsschicht vermischt, und daher ist eine präzise Steuerung einer Bestrahlungsdosis schwierig, und es ist schwer, ein Bestrahlungsziel präzise mit einer gewünschten relativen Dosis zu bestrahlen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde das aus der Druckschrift US 2001/0022502 A1 bekannte Teilchenstrahl-Bestrahlungssystem dahingehend weiterzuentwickeln, daß Bestrahlungsdosisfehler verringert werden können, die infolge einer Verlagerung des Zielbereiches auftreten können.
Mittel zur Lösung der Probleme
Im Hinblick auf das Verfahren wird diese Aufgabe durch den Gegenstand des geltenden Patentanspruches 1 gelöst. Im Hinblick auf die Vorrichtung wird die Aufgabe durch den Gegenstand des geltenden Patentanspruchs 7 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens und der Vorrichtung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Wirkungen der Erfindung
Bei dem Teilchenstrahl-Bestrahlungsverfahren gemäß der Erfindung ist die Tiefenrichtungs-Bestrahlungsfeldverteilung eine aktive Bestrahlungsfeldverteilung, bei der die Vielzahl von Bestrahlungsschichten mit den unterschiedlichen Bereichen in der Bestrahlungsrichtung des Teilchenstrahls überlagert werden, die Querrichtungs-Bestrahlungsfeldverteilung ist eine aktive Bestrahlungsfeldverteilung, bei der die Bestrahlungsflecken des Teilchenstrahls in der Querrichtung überlagert werden, und der Bolus, der die Form entlang dem tiefsten Teil des Bestrahlungsziels in der Tiefenrichtung hat, ist so angeordnet, daß er den Teilchenstrahl kreuzt; und daher kann die Bestrahlungsdosis, die an die tiefste Schicht des Bestrahlungsziels und an jede der daran angrenzenden Bestrahlungsschichten abgegeben werden soll, in jeder der Bestrahlungsschichten im wesentlichen konstant gehalten werden, und die Steuerung kann vereinfacht werden.
Ferner ist bei der Teilchenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung gemäß der Erfindung die Tiefenrichtungs-Bestrahlungsfeldverteilung eine aktive Tiefenrichtungs-Bestrahlungsfeld-Verteilungseinrichtung zum Überlagern der Vielzahl von Bestrahlungsschichten mit den verschiedenen Bereichen in der Bestrahlungsrichtung des Teilchenstrahls; die Querrichtungs-Bestrahlungsfeldverteilung ist eine aktive Bestrahlungsfeld-Verteilungseinrichtung zum Überlagern der Bestrahlungsflecken des Teilchenstrahls in der Querrichtung; und der Bolus, der die Gestalt entlang dem tiefsten Teil des Bestrahlungsziels in der Tiefenrichtung hat, ist so angeordnet, daß er den Teilchenstrahl kreuzt; und daher kann die Bestrahlungsdosis, die an die tiefste Schicht des Bestrahlungsziels und an jede der daran angrenzenden Bestrahlungsschichten abgegeben werden soll, in jeder der Bestrahlungsschichten im wesentlichen konstant gehalten werden, und die Steuerung kann vereinfacht werden.
Beste Art der Durchführung der Erfindung
Nachstehend werden einige Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Erste Ausführungsform
Zuerst wird eine erste Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Dabei wird die erste Ausführungsform einer Teilchenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung der Erfindung beschrieben, und außerdem wird die erste Ausführungsform eines Teilchenstrahl-Bestrahlungsverfahrens der Erfindung beschrieben.
Diese erste Ausführungsform ist dadurch charakterisiert, daß eine aktive Tiefenrichtungs-Bestrahlungsfeldverteilung und eine aktive Querrichtungs-Bestrahlungsfeldverteilung kombiniert werden und zusätzlich dazu ein Bolus verwendet wird, der die Gestalt eines tiefsten Teils eines Bestrahlungsziels in einer Tiefenrichtung hat.
4 zeigt die Gesamtausbildung der ersten Ausführungsform der Teilchenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung, die zur Durchführung der ersten Ausführungsform des Teilchenstrahl-Bestrahlungsverfahrens gemäß der Erfindung verwendet wird. Wie 4 zeigt, weist die erste Ausführungsform der Teilchenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung eine Teilchenstrahl-Erzeugungseinheit 10, eine Teilchenstrahl-Transporteinheit 20 und drei Teilchenstrahl-Bestrahlungseinheiten 30A, 30B und 30C auf. Aus Gründen der Anwendung eines Strahlensicherheitsmanagements und dergleichen sind die Teilchenstrahl-Erzeugungseinheit 10 und die Teilchenstrahl-Bestrahlungseinheiten 30A, 30B und 30C in einzelnen abgeschirmten Räumen installiert.
Die Teilchenstrahl-Transporteinheit 20 verbindet die Teilchenstrahl-Erzeugungseinheit 10 mit den jeweiligen Teilchenstrahl-Bestrahlungseinheiten 30A, 30B und 30C. Der Teilchenstrahlbeschleunigungs-Transportweg 20 weist Teilchenstrahl-Transportkanäle 21, 22 und 23 auf, um den in der Teilchenstrahl-Erzeugungseinheit 10 erzeugten Teilchenstrahl zu den jeweiligen Teilchenstrahl-Bestrahlungseinheiten 30A, 30B und 30C zu transportieren. Die Teilchenstrahl-Transportkanäle 21, 22 und 23 bestehen aus Vakuumkanälen. Die Teilchenstrahl-Bestrahlungseinheiten 30A, 30B und 30C richten den Teilchenstrahl PB auf einen Zielbereich TV eines Patienten.
Die Teilchenstrahl-Erzeugungseinheit 10 hat eine Ionenquelle 11 und einen Beschleuniger 12. Die Ionenquelle 11 erzeugt einen Teilchenstrahl großer Masse, etwa einen Protonenstrahl oder einen Kohlenstoffstrahl. Der Beschleuniger 12 beschleunigt den in der Ionenquelle 11 erzeugten Teilchenstrahl und bildet den Teilchenstrahl PB. Eine Energieeinstell-Steuereinheit 13 ist mit dem Beschleuniger 12 elektrisch verbunden. Die Energieeinstell-Steuereinheit 13 liefert ein Energiesteuersignal ES an den Beschleuniger 12, stellt die durch den Beschleuniger 12 gegebene Beschleunigungsenergie des Teilchenstrahls PB ein und steuert sie und bildet eine aktive Tiefenrichtungs-Bestrahlungsfeld-Verteilungseinrichtung 15.
Die aktive Tiefenrichtungs-Bestrahlungsfeld-Verteilungseinrichtung 15 wird von einem Steuerungsrechner gesteuert, der die Gesamtvorrichtung steuert und eine Steuerung durchführt, um eine Vielzahl von Bestrahlungsschichten mit unterschiedlichen Bereichen in der Tiefenrichtung zu überlagern. Die Bestrahlungsenergie des Teilchenstrahls wird für jede der Vielzahl von Bestrahlungsschichten geändert, und der verbreiterte Bragg-Peak SOBP wird in der Bestrahlungsrichtung des Teilchenstrahls PB, d. h. in Richtung der Z-Achse, gebildet.
Die Teilchenstrahl-Bestrahlungseinheiten 30A, 30B und 30C bilden einen Behandlungsraum 1, einen Behandlungsraum 2 und einen Behandlungsraum 3. Die drei Teilchenstrahl-Bestrahlungseinheiten 30A, 30B und 30C sind jeweils gleich aufgebaut, und jede davon hat einen Bestrahlungskopf 31, ein Behandlungsgestell 32 und eine Positioniereinrichtung 33.
Das Behandlungsgestell 32 dient dazu, einen Patienten im Zustand einer Rückenlage oder einer Sitzposition zu halten, und die Positioniereinrichtung 33 dient dazu, die Position eines erkrankten Organs mittels eines Röntgengeräts oder dergleichen zu erfassen. Der Bestrahlungskopf 31 richtet den Teilchenstrahl PB, der zu den Teilchenstrahl-Bestrahlungseinheiten 30A, 30B, 30C transportiert wird, auf das Bestrahlungsziel TV des auf dem Behandlungsgestell 32 befindlichen Patienten.
5 zeigt den speziellen Aufbau des Bestrahlungskopfes 31 von jeder der Teilchenstrahl-Bestrahlungseinheiten 30A, 30B und 30C bei der ersten Ausführungsform. Der in 5 gezeigte Bestrahlungskopf ist mit 31A bezeichnet. Der Bestrahlungskopf 31A gemäß 5 weist folgendes auf: Ablenkelektromagnete 41a und 41b, um den Teilchenstrahl PB in einer Querrichtung, d. h. in der X-Y-Ebene senkrecht zu der Bestrahlungsrichtung des Teilchenstrahls PB, abzulenken, Strahlpositionsmonitore 42a und 42b zum Überwachen der Bestrahlungsposition des Teilchenstrahls PB, einen Dosismonitor 43 zum Überwachen der Strahlendosis des Teilchenstrahls PB und ein Bolusanbringgestell 44. An dem Bolusanbringgestell 44 ist ein Bolus 45 angebracht.
Ein Pfeil PB in 5 zeigt die Bestrahlungsrichtung des Teilchenstrahls PB. Die Ablenkelektromagnete 41a und 41b sind nahe beieinander an der Aufstromseite in der Bestrahlungsrichtung angeordnet. Die Strahlpositionsmonitore 42a und 42b sind im Abstand voneinander in der Bestrahlungsrichtung angeordnet, und der Dosismonitor 43 ist zwischen den Strahlpositionsmonitoren 42a und 42b und nahe bei dem Strahlqpositionsmonitor 42b angeordnet. Das Bolusanbringgestell 44 ist dem Patienten am nächsten und an der stromabwärtigen Seite in Bestrahlungsrichtung angeordnet.
Die in 5 gezeigten Ablenkelektromagnete 41a und 41b bilden eine aktive Querrichtungs-Bestrahlungsfeld-Verteilungseinrichtung 40 zum Verbreitern des Bragg-Peaks des Teilchenstrahls PB in der zu der Bestrahlungsrichtung senkrechten Querrichtung. Die aktive Querrichtungs-Bestrahlungsfeld-Verteilungseinrichtung 40 bildet die Verteilung SOBP in der zu der Bestrahlungsrichtung des Teilchenstrahls BP senkrechten Querrichtung, d. h. in der X-Achsen- und der Y-Achsenrichtung. Dabei wird der Teilchenstrahl PB in der Querrichtung, d. h. in der X-Y-Ebene, abgetastet, die Bestrahlungsflecken werden in der Querrichtung überlagert, und die Verteilung SOBP wird in der X-Y-Ebene gebildet.
Der an dem Bolusanbringgestell 44 angebrachte Bolus 45 hat eine Gestalt gemäß der distalen Gestalt des tiefsten Teils des Bestrahlungsziels TV, d. h. eines zu behandelnden Bereichs. Der Bolus 45 ist ein Energiemodulator, der für jeden Patienten gefertigt wird und unter Verwendung von Polyethylen oder Wachs hergestellt wird. Der Bolus 45 ist so angeordnet, daß er quer zu dem aus dem Bestrahlungskopf 31A auf das Bestrahlungsziel TV des Patienten austretenden Teilchenstrahl PB angeordnet ist, und durch Verwendung des Bolus 45 kann die Strahlendosis zu der tiefsten Schicht TVd des Bestrahlungsziels TV und zu jeder der daran angrenzenden Bestrahlungsschichten abgeflacht werden.
Das charakteristische Merkmal dieser ersten Ausführungsform ist, daß die aktive Tiefenrichtungs-Bestrahlungsfeld-Verteilungseinrichtung 15 und die aktive Querrichtungs-Bestrahlungsfeld-Verteilungseinrichtung 40 mit dem Bolus 45 kombiniert sind. Die Kombination der aktiven Tiefenrichtungs-Bestrahlungsfeldverteilung und der aktiven Querrichtungs-Bestrahlungsfeldverteilung ist als Fleckabtasttechnik bekannt. Bei dieser ersten Ausführungsform wird ferner der Bolus 45 damit kombiniert und verwendet.
Wie auch in 3 dargestellt, ist die Schichtgewichtung für eine Mehrzahl von Bestrahlungsschichten am höchsten für die tiefste Schicht TVd, und in einem Fall, in dem die Gewichtung der tiefsten Schicht TVd zu 100 gemacht wird, ist die Gewichtung von jeder der daran angrenzenden Bestrahlungsschichten 1/5 oder weniger. Bei der vorliegenden ersten Ausführungsform kann die Strahlendosis zu der tiefsten Schicht TVd des Bestrahlungsziels TV und jeder der daran angrenzenden Bestrahlungsschichten unter Verwendung des Bolus 45 abgeflacht werden.
Somit wird die Strahlendosis zu der tiefsten Schicht TVd und jeder der daran angrenzenden Bestrahlungsschichten in jeder Bestrahlungsschicht konstant gehalten, und die Bestrahlung kann durchgeführt werden. Obwohl also bei der aktiven Tiefenrichtungs-Bestrahlungsfeld-Verteilungseinrichtung 15 die Strahlendosis jeder der Bestrahlungsschichten in Abhängigkeit von jeder Bestrahlungsschicht geändert wird, kann die Bestrahlungsenergie dennoch in jeder der Bestrahlungsschichten im wesentlichen konstant gehalten werden, und die Steuerung kann vereinfacht werden.
Das Teilchenstrahl-Bestrahlungsverfahren der ersten Ausführungsform wird im Vergleich mit der herkömmlichen Fleckabtasttechnik beschrieben. Die 6(a) und 6(b) zeigen das Bestrahlungsverfahren der ersten Ausführungsform, und die 7(a) und 7(b) zeigen die herkömmliche Fleckabtasttechnik. Die 6(a) und 7(a) zeigen die Formen von Bestrahlungszielen, und dabei wird in beiden von einem halbkreisförmigen Bestrahlungsziel TV ausgegangen.
Eine tiefste Schicht TVd ist ein Oberflächenbereich dieses halbkreisförmigen Bestrahlungsziels TV. 8 zeigt die Form des Bolus 45, der zum Bestrahlen des in den 6(a) und 6(b) gezeigten Bestrahlungsziels TV verwendet wird.
6(b) zeigt schematisch das Bestrahlungsverfahren mit dem Teilchenstrahl PB gemäß der ersten Ausführungsform, und 7(b) zeigt schematisch das Bestrahlungsverfahren mit dem Teilchenstrahl PB entsprechend dem herkömmlichen Fleckabtastverfahren. In den 6(b) und 7(b) bezeichnen eine Vielzahl von kleinen Kreisen S Bestrahlungsflecken, die jeweils dem Durchmesser des Teilchenstrahls PB entsprechen.
Diese Bestrahlungsflecken werden zwar tatsächlich so abgetastet, daß die einander benachbarten Bestrahlungsflecken einander teilweise überlappen, der Einfachheit halber sind sie jedoch in einem Zustand ohne Überlappung gezeigt. Außerdem ist zwar die Anzahl der Bestrahlungsflecken S tatsächlich größer, sie sind aber mit einer geringeren als der tatsächlichen Anzahl gezeigt.
In den 6(b) und 7(b) ist die X-Achse in der Querrichtung relativ zu dem Teilchenstrahl PB durch eine Linie X-X bezeichnet, und die Y-Achse ist durch eine Linie Y-Y bezeichnet. Entlang der Linie X-X sind Adressen von 1 bis 12 zugeordnet, und entlang der Linie Y-Y sind Adressen von A bis P zugeordnet. Die tiefste Schicht TVd des Bestrahlungsziels TV in 6(a) ist mit einem großen Kreis TVd bezeichnet, und eine Vielzahl von Bestrahlungsflecken S im Inneren des Kreises TVd oder in teilweiser Überlappung mit diesem Kreis TVd sind mit kleinen Kreisen S in ausgezogenen Linien bezeichnet. Diese kleinen Kreise S in ausgezogenen Linien sind die Teilchenstrahlen PB, die der tiefsten Schicht TVd des Bestrahlungsziels TV entsprechen, und diese werden mit im wesentlichen der gleichen Energiedosis in einer Abtastung auf der X-Y-Ebene abgestrahlt.
In 6(b) werden die Bestrahlungsflecken S hauptsächlich von der Adresse A1 ausgehend entlang der Linie X-X abgetastet, dann folgt eine Verlagerung von Adresse A12 zu Adresse B1, und die Abtastung wird bis zu der letzten Adresse P12 durchgeführt. In bezug auf die tiefste Schicht TVd werden nur die Bestrahlungsflecken S, die mit den kleinen Kreisen mit ausgezogenen Linien bezeichnet sind, mit der gleichen Strahlendosis abgetastet. Die Bestrahlung der tiefsten Schicht TVd wird erreicht durch Abtasten der Bestrahlungsflecken S entsprechend dem Kreis TVd, während gleichzeitig die gleiche Strahlendosis aufrechterhalten wird.
Da bei dem herkömmlichen Fleckabtastverfahren der Bolus 45 in Bezug auf die Bestrahlungstiefe D (siehe 7(a)) des gleichen halbkreisförmigen Bestrahlungsziels TV nicht verwendet wird, wird eine Vielzahl von ringförmigen Bereichen TV1 bis TV4 mit unterschiedlicher Tiefe angenommen, wie es die 7(a) und 7(b) zeigen. Wenn die Bestrahlungsflecken S in Bezug auf die ringförmigen Bereiche TV1 bis TV4 abgetastet werden, ist es erforderlich, die Strahlendosis hoch zu machen, weil beispielsweise die Adressen B6 und B7 der tiefsten Schicht TVd entsprechen.
Da jedoch beispielsweise die Adressen C6 und C7 flacher als die tiefste Schicht TVd sind, wird die abzugebende Strahlendosis klein gemacht. In der Linie der Adresse F wird eine hohe Strahlendosis abgegeben, weil die Adressen F2 und F11 der tiefsten Schicht TVd entsprechen. Da jedoch die Adressen F3 und F10 der flachen Schicht nahe der tiefsten Schicht TVd entsprechen, muß die Strahlendosis klein gemacht werden. Da ferner bei Betrachtung von der tiefsten Schicht TVd die Adressen F4 und F9 weitere flache Schichten nahe den Adressen F3 und F10 sind, ist es erforderlich, die Strahlendosis weiterhin klein zu machen.
Wenn, wie oben ausgeführt, bei dem herkömmlichen Fleckabtastverfahren der Bereich der gleichen Bestrahlungstiefe D abgetastet wird, muß die Strahlendosis häufig geändert werden. In Bezug auf die Strahlendosis wird der Strahlstrom in dem Beschleuniger 12 durch die Tiefenrichtungs-Bestrahlungsfeld-Verteilungseinrichtung 15 geändert, es ist aber schwierig, die häufige Änderung des Strahlstroms fehlerfrei durchzuführen.
Als aktives Querrichtungs-Bestrahlungsfeld-Verteilungsverfahren wird in dem Fall, in dem ein Fleckverfahren angewandt wird, bei dem der Teilchenstrahl PB schrittweise abgetastet wird, die jedem Bestrahlungsfleck S gegebene Strahlendosis mit der Bestrahlungszeit gesteuert. Die Steuereinrichtung für die Strahlendosis hat geplante Dosiswerte entsprechend den jeweiligen Bestrahlungsflecken S in Tabellenform, und der Teilchenstrahl jedes Bestrahlungsflecks S wird zu dem Zeitpunkt vorübergehend gestoppt, zu dem die Strahlendosis die planmäßige Dosis erreicht.
Die Strahlendosis kann zwar mit der Bestrahlungszeit gesteuert werden, wie vorstehend erläutert, um aber die Strahlendosis präzise zu steuern, liefert der Beschleuniger 12 den für die geplante Dosis des Bestrahlungsflecks S geeigneten Strahlstrom, und außerdem muß der Strahlstrom exakt gesteuert werden.
Bei der vorstehend erwähnten Steuerung des Strahlstroms des Beschleunigers 12 bei dem herkömmlichen Fleckabtastverfahren wird der Strahlstrom in den Bereichen, die der tiefsten Schicht TVd entsprechen, groß gemacht, etwa an den Adressen F2 und F11 von 7(b), und der Strahlstrom wird sequentiell in den Adressen F3 und F10 und den Adressen F4 und F9 kein gemacht. Da jedoch die Einstellung des Strahlstroms des Beschleunigers 12 nicht verzögerungsfrei durchgeführt werden kann, ist es zum Ändern des Strahlstroms in Bezug auf eine bestimmte Tiefe D erforderlich, die Bestrahlungsdauer zu verlängern, und dabei ergibt sich das Problem, daß die Steuerung kompliziert wird.
Andererseits kann wie bei der ersten Ausführungsform dann, wenn die aktive Tiefenrichtungs-Bestrahlungsfeld-Verteilungseinrichtung 15 und die aktive Querrichtungs-Bestrahlungsfeld-Verteilungseinrichtung 40 mit dem Bolus 45 kombiniert werden, die an die Bestrahlungsflecken S abzugebende Strahlendosis in der tiefsten Schicht TVd und jeder der angrenzenden Bestrahlungsschichten im wesentlichen konstant gehalten werden, und der Strahlstrom des Beschleunigers 12 kann in Bezug auf jede der Bestrahlungsschichten im wesentlichen konstant gehalten werden. Dementsprechend kann die Steuerung vereinfacht werden.
Im übrigen sind die hier beschriebene Verteilung und die angegebenen speziellen Zahlenwerte der Gewichtung lediglich beispielhaft, und die Wirkung der ersten Ausführungsform der Erfindung ist nicht von den speziellen Zahlenwerten abhängig.
Zweite Ausführungsform
Als nächstes wird eine zweite Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Auch dabei wird die zweite Ausführungsform einer Teilchenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung der Erfindung beschrieben, und ferner wird die zweite Ausführungsform eines Teilchenstrahl-Bestrahlungsverfahrens gemäß der Erfindung beschrieben.
Die für die zweite Ausführungsform des Teilchenstrahl-Bestrahlungsverfahrens der Erfindung verwendete zweite Ausführungsform der Teilchenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung ist ebenfalls dadurch charakterisiert, daß eine aktive Tiefenrichtungs-Bestrahlungsfeldverteilung und eine aktive Querrichtungs-Bestrahlungsfeldverteilung kombiniert werden und außerdem ein Bolus 45 damit kombiniert und verwendet wird und daß eine erneute Bestrahlung einmal oder mehrmals einer tiefsten Schicht TVd eines Bestrahlungsziels durchgeführt wird.
Bei der Teilchenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung der zweiten Ausführungsform ist zusätzlich zu der aktiven Tiefenrichtungs-Bestrahlungsfeld-Verteilungseinrichtung 15 der Teilchenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung der ersten Ausführungsform eine aktive Tiefenrichtungs-Bestrahlungsfeld-Verteilungseinrichtung 60 hinzugefügt. Die Teilchenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung der zweiten Ausführungsform ist ähnlich wie die oben beschriebene erste Ausführungsform aufgebaut.
Bei der Teilchenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung der zweiten Ausführungsform überlagern die Tiefenrichtungs-Bestrahlungsfeld-Verteilungseinrichtungen 15 und 60 eine Vielzahl von Bestrahlungsschichten, die unterschiedliche Bereiche haben, in der Bestrahlungsrichtung des Teilchenstrahls PB, d. h. in der Tiefenrichtung, und bilden den verbreiterten Bragg-Peak SOBP in der Tiefenrichtung. Ebenso wie bei der ersten Ausführungsform macht der Bolus 45 die Strahlendosis für die tiefste Schicht TVd und für jede der daran angrenzenden Bestrahlungsschichten im wesentlichen konstant und vereinfacht die Steuerung der Tiefenrichtungs-Bestrahlungsfeld-Verteilungseinrichtungen 15 und 60.
9 zeigt den Aufbau eines Bestrahlungskopfes 31, der in der Teilchenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung der zweiten Ausführungsform der Erfindung verwendet wird. Der Bestrahlungskopf ist in 9 mit 31B bezeichnet. Wie 9 zeigt, weist der bei der zweiten Ausführungsform verwendete Bestrahlungskopf 31B folgendes auf: Ablenkelektromagnete 51a und 51b zum Abtasten eines Teilchenstrahls PB in der X-Y-Ebene, Strahlpositionsmonitore 52a und 52b zum Überwachen der Bestrahlungsposition des Teilchenstrahls PB, einen Dosismonitor 53 zum Überwachen der Strahlendosis des Teilchenstrahls PB, ein Bolusanbringgestell 54, eine Bereichsverschiebungseinrichtung 56 und einen einstellbaren Kollimator 57.
Ebenso wie die Ablenkelektromagnete 41a und 41b gemäß 5 bilden die in 9 gezeigten Ablenkelektromagnete 51a und 51b die Querrichtungs-Bestrahlungsfeld-Verteilungseinrichtung 50 zum Verbreitern des Bragg-Peaks des Teilchenstrahls PB in der Querrichtung senkrecht zu der Bestrahlungsrichtung. Ebenso wie die aktive Querrichtungs-Bestrahlungsfeld-Verteilungseinrichtung 40 der ersten Ausführungsform bildet die Querrichtungs-Bestrahlungsfeld-Verteilungseinrichtung 50 den verbreiterten SOBP in der Querrichtung senkrecht zu der Bestrahlungsrichtung des Teilchenstrahls PB, d. h. in der Richtung der X-Achse, Y-Achse. Dabei wird der Teilchenstrahl PB in der Querrichtung abgetastet, d. h. in der X-Y-Ebene, die Bestrahlungsflecken werden in der Querrichtung überlagert, und der verbreiterte SOBP wird in der X-Y-Ebene gebildet.
Die Bereichsverschiebungseinrichtung 56 bildet die aktive Tiefenrichtungs-Bestrahlungsfeld-Verteilungseinrichtung 60. Die Bereichsverschiebungseinrichtung 56 ist so angeschlossen, daß sie den Teilchenstrahl PB kreuzt, die Energie des Teilchenstrahls PB entsprechend einem zugeführten Einstellsignal verringert und das Bestrahlungsfeld in der Tiefenrichtung verbreitert. Bei der zweiten Ausführungsform ist die aktive Tiefenrichtungs-Bestrahlungsfeld-Verteilungseinrichtung 15 aus der Energieeinstell-Steuereinheit 13 für den Beschleuniger 12 gebildet, und die aktive Tiefenrichtungs-Bestrahlungsfeld-Verteilungseinrichtung 60 ist aus der Bereichsverschiebungseinrichtung 56 gebildet. Indem beide verwendet werden, kann eine ausreichende Bestrahlungsfeldverteilung in der Tiefenrichtung erreicht werden. Es kann aber auch nur eines dieser Elemente verwendet werden.
Der einstellbare Kollimator 57 dient der Begrenzung des Bestrahlungsfelds in der Querrichtung, wird durch Fernsteuerung in Richtung eines Pfeils A bewegt und stellt das Bestrahlungsfeld in der Querrichtung ein. Als der einstellbare Kollimator 57 wird beispielsweise ein mehrflügeliger Kollimator verwendet. Das Bestrahlungsfeld in der Querrichtung wird von dem einstellbaren Kollimator 57 so eingestellt, daß eine dreidimensionale Dosisverteilung erhalten wird.
Ein Pfeil PB in 9 bezeichnet die Bestrahlungsrichtung des Teilchenstrahls PB. Die Ablenkelektromagnete 51a und 51b sind so angeordnet, daß sie an der stromaufwärtigen Seite nebeneinander liegen. Die Strahlpositionsmonitore 52a und 52b sind im Abstand voneinander angeordnet, und der Dosismonitor 53 ist zwischen den Strahlpositionsmonitoren 52a und 52b und nahe dem Strahlpositionsmonitor 52b angeordnet.
Das Bolusanbringgestell 54 ist dem Patienten am nächsten und an der stromabwärtigen Seite angeordnet, und ein Bolus 45 ist an dem Bolusanbringgestell 54 angebracht. Die Bereichsverschiebungseinrichtung 56 ist zwischen dem Dosismonitor 53 und dem Strahlpositionsmonitor 52a und nahe dem Dosismonitor 53 angeordnet. Der einstellbare Kollimator 57 ist zwischen dem Strahlpositionsmonitor 52b und dem Bolusanbringgestell 54 angeordnet.
Bei dieser zweiten Ausführungsform sind die aktiven Tiefenrichtungs-Bestrahlungsfeld-Verteilungseinrichtungen 15 und 60 und die aktive Querrichtungs-Bestrahlungsfeld-Verteilungseinrichtung 50 kombiniert, und mit ihnen ist ferner der Bolus 45 kombiniert. Ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform macht der Bolus 45 die Strahlendosis zu der tiefsten Schicht TVd und zu jeder der daran angrenzenden Bestrahlungs schichten im wesentlichen konstant und vereinfacht die Steuerung der Tiefenrichtungs-Bestrahlungsfeld-Verteilungseinrichtungen 15 und 60.
Bei der zweiten Ausführungsform ist es wichtig, daß die Überlagerung der Strahlendosen zu der tiefsten Schicht TVd des Bestrahlungsziels TV in der Tiefenrichtung planmäßig gesteuert wird. Da sich jedoch ein krankes Organ auf der Basis der physiologischen Aktivität bewegt, etwa durch das Atmen des Patienten oder den Blutstrom im Körper, und das Bestrahlungsziel TV dementsprechend ebenfalls verlagert wird, besteht die Gefahr des Auftretens eines Fehlers beim Überlagern der Strahlendosen. Obwohl beispielsweise die Position der Leber periodisch hauptsächlich in der Längenrichtung des Körpers durch das Atmen verlagert wird, wird sie auch in der Dickenrichtung des Körpers periodisch verlagert.
Bei dem Teilchenstrahl-Bestrahlungsverfahren gemäß der zweiten Ausführungsform wird eine erneute Bestrahlung einmal oder mehrmals zu der tiefsten Schicht TVd durchgeführt. Da die an die tiefste Schicht TVd abgegebene Strahlendosis das 5fache bis 20fache der anderen Bestrahlungsschicht beträgt, kann dann, wenn die Bestrahlungsdosis zu der tiefsten Schicht TVd präzise eingestellt wird, die Genauigkeit der gesamten Strahlendosisverteilung verbessert werden.
Bei der zweiten Ausführungsform wird der Teilchenstrahl PB mit dem in 10 gezeigten Bestrahlungsverfahren abgestrahlt. Dieses Steuerverfahren ist in einer Speichereinrichtung eines Steuerrechners abgespeichert, um die Gesamtvorrichtung zu steuern. In 10 sind jeweilige Bestrahlungsschichten von der tiefsten Schicht TVd zu der zweiten Schicht, der dritten Schicht, ..., der neunten Schicht entlang der Vertikalen angeordnet; eine erste, zweite, ..., fünfte Bestrahlungssequenz ist in der Horizontalen angeordnet, und Bestrahlungssequenzen sind als 1, 2, 3, ..., 13 an den Schnittpunkten der jeweiligen Bestrahlungsschichten und der jeweiligen Bestrahlungssequenz eingetragen. Die Bestrahlung mit dem Teilchenstrahl PB wird in der Reihenfolge der Bestrahlungssequenzen 1, 2, 3, ..., 13 ausgeführt.
Bei dem Bestrahlungsverfahren von 10 umfaßt die erste Bestrahlung die Bestrahlungssequenz 1 zu der tiefsten Schicht TVd und die Bestrahlungen der Bestrahlungssequenzen 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 und 9 zu den jeweiligen Schichten von der zweiten Schicht bis zu der neunten Schicht. Die zweite Bestrahlung umfaßt die Bestrahlung der Bestrahlungssequenz 10 zu der tiefsten Schicht TVd, die dritte Bestrahlung umfaßt die Bestrahlung der Bestrahlungssequenz 11 zu der tiefsten Schicht TVd, und die vierte und fünfte Bestrahlung umfassen die Bestrahlungen der Bestrahlungssequenzen 12 bzw. 13 zu der tiefsten Schicht TVd. Sämtliche Bestrahlungen der Bestrahlungssequenzen 10, 11, 12 und 13 sind erneute Bestrahlungen zu der tiefsten Schicht TVd.
Jede der fünf Bestrahlungen der Bestrahlungssequenzen 1, 10, 11, 12 und 13 zu der tiefsten Schicht TVd wird mit einer Dosis von 1/5 einer höchsten Strahlendosis RV1 entsprechend der tiefsten Schicht TVd durchgeführt, und die Gesamtstrahlendosis wird zu RV1. Die Strahlendosen RV2 bis RV9 zu den Schichten von der zweiten bis zu der neunten Schicht werden ausgehend von der Strahlendosis RV1 sequentiell verringert. In 10 ist die Anzahl von Malen der Bestrahlung bis zu der tiefsten Schicht TVd fünf, die notwendige Strahlendosis RV1 ist in fünf gleiche Teile aufgeteilt, und die fünf Bestrahlungen werden mit einer Strahlendosis von RV/5 durchgeführt.
Die 11(a), 11(b), 11(c) und 11(d) sind Diagramme und zeigen die verbesserte Fehlersituation einer Strahlendosis aufgrund der Verlagerung des Bestrahlungsziels TV in einem Fall, in dem die Anzahl von Malen der Bestrahlung bis zu der tiefsten Schicht TVd insgesamt zwei ist, d. h. die Anzahl von Malen der erneuten Bestrahlung ist Eins.
In 11(a) ist das Bestrahlungsziel TV angedeutet, und es wird davon ausgegangen, daß das Bestrahlungsziel TV durch das Atmen in der Richtung eines Pfeils B entlang einer Achse 206 verlagert wird. In 11(b) ist die erste Verteilung einer Strahlendosis durch eine ausgezogene Kurve 201 gezeigt, und die zweite Verteilung einer Strahlendosis ist durch eine gestrichelte Kurve 202 gezeigt. 11(c) zeigt die erste Verteilung 201 der Strahlendosis und eine Kurve 203 der Verteilung der Gesamtstrahlendosis, wobei die erste und die zweite Strahlendosis addiert sind.
In 11(d) ist die Verteilung einer Strahlendosis in einem Fall, in dem die Bestrahlung bis zu der tiefsten Schicht TVd nur einmal durchgeführt wird, durch eine Kurve 205 bezeichnet, und die Kurve 205 und die Kurve 203 werden miteinander verglichen. Ein grauer Flußbereich 204 in 11(d) bezeichnet einen Bereich, in dem in der Kurve 205 eine Strahlendosis, die größer als die Kurve 203 ist, infolge der Verlagerung des Bestrahlungsziels TV abgegeben wird.
Wenn, wie vorstehend erläutert, die Bestrahlung nur einmal bis zu einer bestimmten Bestrahlungsschicht, wie etwa der tiefsten Schicht TVd durchgeführt wird, besteht die Gefahr, daß eine zu große Strahlendosis in dem Bereich 204 infolge der Verlagerung des Bestrahlungsziels TV abgegeben wird. Durch das erneute Bestrahlen erfolgt jedoch eine Aufteilung in mehrere Teile, und wenn die Bestrahlung mit der gleich aufgeteilten Strahlendosis durchgeführt wird, kann das Auftreten des Bereichs 204 mit zu starker Bestrahlung, wie oben ausgeführt, vermieden werden.
Um die Erläuterung zu vereinfachen, wird bei dem Beispiel von 11 eine Verteilung angewandt, bei der die Dosis linear von 100% auf 0% an beiden Enden der Dosisverteilungskurven 201, 202, 203 und 205 verringert wird. Tatsächlich liegt zwar das Ende der Dosisverteilung nahe bei der Faltungsfunktion der Gaußschen Normalverteilung, diese Erläuterung ist jedoch nicht von einem bestimmten mathematischen Ausdruck abhängig. Wenn die Anzahl von Malen der Bestrahlung bis zu der tiefsten Schicht TVd weiter erhöht wird, so wird die Dosisverteilung weiter verbessert. Auch in bezug auf die Tiefenrichtung gilt gleichermaßen, daß die Bestrahlungsverteilung verbessert werden kann, wenn die Bestrahlung mehrfach durchgeführt wird.
Bei dieser zweiten Ausführungsform werden die aktive Tiefenrichtungs-Bestrahlungsfeldverteilung und die aktive Querrichtungs-Bestrahlungsfeldverteilung kombiniert, und der Teilchenstrahl PB wird abgegeben, und in diesem Fall werden jeweilige Bestrahlungsflecken S einzeln bestrahlt und sowohl in Tiefen- als auch in Horizontalrichtung überlagert.
Da ferner bei dieser zweiten Ausführungsform die Überlagerung der Bestrahlungsflecken nicht nur in der Tiefenrichtung, sondern auch in der Querrichtung erforderlich ist, besteht die Tendenz, daß eine für die Bestrahlung erforderliche Zeitdauer lang wird. Um die für die Bestrahlung notwendige Zeit zu verkürzen und Bestrahlungsfehler aufgrund der physiologischen Aktivität des Patienten zu verringern, werden bei der zweiten Ausführungsform mehrfache Bestrahlungen nur zu der tiefsten Schicht TVd ausgeführt.
Bei dem herkömmlichen Fleckabtastverfahren, bei dem die aktive Tiefenrichtungs-Bestrahlungsfeldverteilung und die aktive Querrichtungs-Bestrahlungsfeldverteilung kombiniert werden und der Bolus 45 nicht angewandt wird, wie die 7(a) und 7(b) zeigen, existiert die tiefste Schicht TVd nur an dem äußeren Randteil von jeder der Bestrahlungsschichten, in dem die Bestrahlungstiefe D (siehe 7(a)) geändert wird.
Um daher bei dem herkömmlichen Fleckabtastverfahren die tiefste Schicht TVd erneut zu bestrahlen, muß die erneute Bestrahlung in bezug auf viele Bestrahlungsschichten durchgeführt werden, und die Energie des Beschleunigers 12 muß in bezug auf die jeweiligen Bestrahlungsschichten, in denen die Bestrahlungstiefe D geändert wird, eingestellt werden, so daß eine komplizierte Steuerung notwendig ist.
Da bei der zweiten Ausführungsform der Bolus 45 verwendet wird, wie 6(b) zeigt, kann die tiefste Schicht TVd in einer Schicht konzentriert werden, und die Einstellung der Energie des Beschleunigers 12 und die Einstellung der Bereichsverschiebungseinrichtung 56 sind zum Bestrahlen der tiefsten Schicht TVd nicht notwendig, und somit kann die gesamte tiefste Schicht TVd leicht erneut bestrahlt werden.
Wie oben angegeben, ist es bei der zweiten Ausführungsform auch in bezug auf das Bestrahlungsziel TV, das aufgrund der physiologischen Aktivität, wie etwa des Atems des Patienten verlagert wird, während gleichzeitig die Bestrahlungsgenauigkeit des Bestrahlungsflecks S erhalten bleibt, möglich, eine Verlängerung der Bestrahlungsdauer zu vermeiden.
Wie oben gesagt, wird bei der zweiten Ausführungsform die tiefste Schicht TVd einmal oder mehrmals erneut bestrahlt, und die Bestrahlung wird mehrfach ausgeführt, so daß Bestrahlungsdosisfehler infolge der Verlagerung des Zielbereichs TV verringert werden können.
Im übrigen sind die Dosisverteilung und die speziellen Zahlenwerte der Gewichtung, die hier beschrieben werden, beispielhaft, und die Wirkung der Erfindung ist nicht von den speziellen Zahlenwerten abhängig.
Dritte Ausführungsform
Als nächstes wird eine dritte Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Da die Teilchenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung, die für die dritte Ausführungsform verwendet wird, die gleiche wie im Fall der ersten Ausführungsform oder der zweiten Ausführungsform ist, wird dabei hauptsächlich die dritte Ausführungsform eines Teilchenstrahl-Bestrahlungsverfahrens der Erfindung beschrieben.
Bei der dritten Ausführungsform wird ein Teilchenstrahl PB in einem Bestrahlungsvorgang entsprechend 12 abgegeben. Der Steuerungsvorgang ist ebenfalls in der Speichereinrichtung des Steuerungsrechners für die Steuerung der Gesamtvorrichtung abgespeichert.
In 12 sind jeweilige Bestrahlungsschichten von der tiefsten Schicht TVd zu der zweiten Schicht, der dritten Schicht, ..., der neunten Schicht entlang der Vertikalen angeordnet, die erste, zweite, ..., fünfte Sequenz von Bestrahlungen ist entlang der Horizontalen angeordnet, und Bestrahlungssequenzen sind als 1, 2, 3, ..., 16 an Kreu zungspunkte der jeweiligen Bestrahlungsschichten und der jeweiligen Sequenz von Bestrahlungen eingetragen. Die Bestrahlung mit dem Teilchenstrahl PB wird in der Reihenfolge der Bestrahlungssequenzen 1, 2, 3, ..., 16 ausgeführt.
Bei dem Bestrahlungsverfahren von 12 umfaßt die erste Bestrahlung die Bestrahlungssequenz 1 zu der tiefsten Schicht TVd und die Bestrahlungen der Bestrahlungssequenzen 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 und 9 zu der zweiten bis neunten Schicht. Die zweite Bestrahlung umfaßt die Bestrahlung der Bestrahlungssequenz 10 zu der tiefsten Schicht TVd und die Bestrahlungen der Bestrahlungssequenzen 11 und 12 zu der zweiten Schicht und der dritten Schicht.
Die dritte Bestrahlung umfaßt die Bestrahlung der Bestrahlungssequenz 13 zu der tiefsten Schicht TVd und die Bestrahlung der Bestrahlungssequenz 14 zu der zweiten Schicht. Die vierte Bestrahlung umfaßt die Bestrahlung der Bestrahlungssequenz 15 zu der tiefsten Schicht TVd, und die fünfte Bestrahlung umfaßt die Bestrahlung der Bestrahlungssequenz 16 zu der tiefsten Schicht TVd.
Alle vier Bestrahlungen der Bestrahlungssequenzen 10, 13, 15 und 16 sind erneute Bestrahlungen zu der tiefsten Schicht TVd, die zwei Bestrahlungen der Bestrahlungssequenzen 11 und 14 sind erneute Bestrahlungen der zweiten Schicht, und die Bestrahlung der Bestrahlungssequenz 12 ist die erneute Bestrahlung der dritten Schicht.
Jede von insgesamt fünf Bestrahlungen der Bestrahlungssequenzen 1, 10, 13, 15 und 16 zu der tiefsten Schicht TVd wird mit einer Dosis von 1/5 einer höchsten Bestrahlungsdosis RV1 entsprechend der tiefsten Schicht TVd ausgeführt, und die Gesamtbestrahlungsdosis ergibt RV1.
Jede von insgesamt drei Bestrahlungen der Bestrahlungssequenzen 2, 11 und 14 zu der zweiten Schicht wird mit einer Dosis von 1/3 einer für die zweite Schicht erforderlichen Bestrahlungsdosis RV2 durchgeführt, und die Gesamtbestrahlungsdosis ergibt RV2. Jede der Bestrahlungen der Bestrahlungssequenzen 3 und 12 zu der dritten Schicht wird mit einer Dosis von 1/2 einer für die dritte Schicht erforderlichen Bestrahlungsdosis RV3 durchgeführt, und die Gesamtbestrahlungsdosis ergibt RV3.
Die Bestrahlungsdosen RV2 bis RV9 für die zweite bis neunte Schicht werden ausgehend von der Bestrahlungsdosis RV1 für die tiefste Schicht TVd sequentiell ver ringert, und die Bestrahlungsdosen RV2 und RV3 für die zweite und die dritte Schicht sind im Vergleich mit den Bestrahlungsdosen für die vierte bis neunte Schicht hoch.
Wie oben ausgeführt, wird bei der dritten Ausführungsform die erneute Bestrahlung einmal oder mehrmals zu der tiefsten Schicht TVd und daran anschließend zu der zweiten Schicht und der dritten Schicht durchgeführt, welche die hohen Bestrahlungsdosen haben. Auch in einem Fall, in dem das Bestrahlungsziel TV durch eine physiologische Aktivität, wie etwa das Atmen verlagert wird, können Bestrahlungsfehler zur tiefsten Schicht TVd, der zweiten Schicht und der dritten Schicht verringert werden.
Vierte Ausführungsform
Als nächstes wird eine vierte Ausführungsform der Erfindung beschrieben.
Da die Teilchenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung, die bei der vierten Ausführungsform verwendet wird, die gleiche wie im Fall der ersten Ausführungsform oder der zweiten Ausführungsform ist, wird dabei hauptsächlich die Ausführungsform eines Teilchenstrahl-Bestrahlungsverfahrens der Erfindung beschrieben.
Bei dieser vierten Ausführungsform wird ein Teilchenstrahl PB in einem in 13 gezeigten Bestrahlungsablauf abgegeben. Dieser Steuerungsablauf ist ebenfalls in der Speichereinrichtung des Steuerungsrechners zur Steuerung der Gesamtvorrichtung abgespeichert. In 13 sind jeweilige Bestrahlungsschichten von der tiefsten Schicht TVd zu der zweiten Schicht, der dritten Schicht, ..., der neunten Schicht entlang der Vertikalen angeordnet, die erste, die zweite, ..., die fünfte Sequenz von Bestrahlungen ist entlang der Horizontalen angeordnet, und die Bestrahlungssequenzen sind als 1, 2, 3, ..., 16 auf Kreuzungspunkte zwischen den jeweiligen Bestrahlungsschichten und den jeweiligen Sequenzen von Bestrahlungen eingetragen. Das Bestrahlen mit dem Teilchenstrahl PB wird in der Reihenfolge der Bestrahlungssequenzen 1, 2, 3, ..., 16 ausgeführt.
Bei dem Bestrahlungsablauf von 13 umfaßt die erste Bestrahlung die Bestrahlung der Bestrahlungssequenz 1 zu der tiefsten Schicht TVd und die Bestrahlungen der Bestrahlungssequenzen 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 und 9 zu der zweiten bis neunten Schicht. Die zweite Bestrahlung umfaßt die Bestrahlung der Bestrahlungssequenz 10 zu der tiefsten Schicht TVd und die Bestrahlungen der Bestrahlungssequenzen 14 und 16 zu der zweiten Schicht und der dritten Schicht.
Die dritte Bestrahlung umfaßt die Bestrahlung der Bestrahlungssequenz 11 zu der tiefsten Schicht TVd und die Bestrahlung der Bestrahlungssequenz 15 zu der zweiten Schicht. Die vierte Bestrahlung umfaßt die Bestrahlung der Bestrahlungssequenz 12 zu der tiefsten Schicht TVd, und die fünfte Bestrahlung umfaßt die Bestrahlung der Bestrahlungssequenz 13 zu der tiefsten Schicht TVd.
Sämtliche Bestrahlungen der Bestrahlungssequenzen 10, 11, 12 und 13 sind erneute Bestrahlungen zur tiefsten Schicht TVd, die Bestrahlungen der Bestrahlungssequenzen 14 und 15 sind erneute Bestrahlungen zur zweiten Schicht, und die Bestrahlung der Bestrahlungssequenz 16 ist eine erneute Bestrahlung zur dritten Schicht.
Jede von insgesamt fünf Bestrahlungen der Bestrahlungssequenzen 1, 10, 11, 12 und 13 zur tiefsten Schicht TVd wird mit einer Dosis von 1/5 einer höchsten Bestrahlungsdosis RV1 entsprechend der tiefsten Schicht TVd ausgeführt, und die Gesamtbestrahlungsdosis ergibt RV1. Jede von insgesamt drei Bestrahlungen der Bestrahlungssequenzen 2, 14 und 15 zur zweiten Schicht wird mit einer Dosis von 1/3 einer für die zweite Schicht erforderlichen Bestrahlungsdosis RV2 ausgeführt, und die Gesamtbestrahlungsdosis ergibt RV2.
Jede der Bestrahlungen der Bestrahlungssequenzen 3 und 16 zur dritten Schicht wird mit einer Dosis von 1/2 einer für die dritte Schicht erforderlichen Bestrahlungsdosis ausgeführt, und die Gesamtbestrahlungsdosis ergibt RV3. Die Bestrahlungsdosen RV2 bis RV9 für die zweite Schicht bis zur neunten Schicht werden ausgehend von der Bestrahlungsdosis RV1 für die tiefste Schicht TVd sequentiell verringert, und die Bestrahlungsdosen RV2 und RV3 für die zweite Schicht und die dritte Schicht sind im Vergleich mit den Bestrahlungsdosen für die vierte bis neunte Schicht hoch.
Nachdem die vier erneuten Bestrahlungen der Bestrahlungssequenzen 10 bis 13 zur tiefsten Schicht TVd abgeschlossen sind, werden bei dieser vierten Ausführungsform die zwei erneuten Bestrahlungen der Bestrahlungssequenzen 14 und 15 zur zweiten Schicht ausgeführt. Ferner wird danach die Bestrahlung der Bestrahlungssequenz 16 zur dritten Schicht ausgeführt.
Da auch bei dieser vierten Ausführungsform die erneute Bestrahlung einmal oder mehrmals zur tiefsten Schicht TVd und anschließend zu der zweiten und der dritten Schicht mit hohen Bestrahlungsdosen ausgeführt wird, können selbst dann, wenn das Bestrahlungsziel TV durch eine physiologische Aktivität, wie etwa das Atmen ver lagert wird, Bestrahlungsfehler zur tiefsten Schicht TVd, zur zweiten und zur dritten Schicht, welche die hohen Bestrahlungsdosen haben, verringert werden.
Fünfte Ausführungsform
Als nächstes wird eine fünfte Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Da die Teilchenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung, die bei dieser Ausführungsform verwendet wird, die gleiche wie im Fall der ersten Ausführungsform oder der zweiten Ausführungsform ist, wird dabei hauptsächlich die fünfte Ausführungsform eines Teilchenstrahl-Bestrahlungsverfahrens der Erfindung beschrieben.
Bei dieser fünften Ausführungsform wird ein Teilchenstrahl PB in einem Bestrahlungsablauf entsprechend 14 abgegeben. Dieser Steuerungsablauf ist ebenfalls in der Speichereinrichtung des Steuerungsrechners für die Steuerung der Gesamtvorrichtung abgespeichert. In 14 sind jeweilige Bestrahlungsschichten von der tiefsten Schicht TVd zu der zweiten Schicht, der dritten Schicht, ..., der neunten Schicht entlang der Vertikalen angeordnet, und Gewichtungen (relative Werte) für die jeweiligen Bestrahlungsschichten und daran angrenzend die erste, die zweite, ..., die zehnte Sequenz von Bestrahlungen sind in den horizontalen Spalten angeordnet. Die Bestrahlungssequenzen sind als 1, 2, 3, ..., 24 an Kreuzungspunkten der jeweiligen Bestrahlungsschichten und der jeweiligen Bestrahlungssequenzen eingetragen. Die Bestrahlung mit dem Teilchenstrahl PB erfolgt in der Reihenfolge der Bestrahlungssequenzen 1, 2, 3, ..., 24.
Bei dem Bestrahlungsablauf von 14 umfaßt die erste Bestrahlung die Bestrahlung der Bestrahlungssequenz 1 zu der tiefsten Schicht TVd und die Bestrahlungen der Bestrahlungssequenzen 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 und 9 zu den jeweiligen Schichten von der zweiten Schicht zu der neunten Schicht. Die zweite Bestrahlung umfaßt die Bestrahlung der Bestrahlungssequenz 10 zu der tiefsten Schicht TVd und die Bestrahlungen der Bestrahlungssequenzen 11, 12, 13 und 14 zu den jeweiligen Schichten von der zweiten Schicht zur fünften Schicht.
Die dritte Bestrahlung umfaßt die Bestrahlung der Bestrahlungssequenz 15 zu der tiefsten Schicht TVd und die Bestrahlungen der Bestrahlungssequenzen 16 und 17 zu der zweiten Schicht und der dritten Schicht. Die vierte bis zehnte Bestrahlung sind jeweils Bestrahlungen der Bestrahlungssequenzen 18, 19, 20, 21, 22, 23 und 24 zu der tiefsten Schicht TVd.
Sämtliche neun Bestrahlungen der Bestrahlungssequenzen 10, 15 und 18 bis 24 sind erneute Bestrahlungen zu der tiefsten Schicht TVd, die zwei Bestrahlungen der Bestrahlungssequenzen 11 und 16 sind erneute Bestrahlungen zu der zweiten Schicht, und die zwei Bestrahlungen der Bestrahlungssequenzen 12 und 17 sind erneute Bestrahlungen zu der dritten Schicht. Die Bestrahlungen der Bestrahlungssequenzen 13 und 14 sind jeweils erneute Bestrahlungen zur vierten und zur fünften Schicht.
Jede von insgesamt zehn Bestrahlungen der Bestrahlungssequenzen 1, 10, 15 und 18 bis 24 zur tiefsten Schicht TVd wird mit einer Dosis von 1/10 einer höchsten Bestrahlungsdosis RV1 (Gewichtung 100) entsprechend der tiefsten Schicht TVd ausgeführt, und die Gesamtbestrahlungsdosis ergibt RV1. Jede von insgesamt drei Bestrahlungen der Bestrahlungssequenzen 2, 11 und 16 zur zweiten Schicht wird mit einer Dosis von 1/3 einer für die zweite Schicht erforderlichen Bestrahlungsdosis RV2 (Gewichtung 30) ausgeführt, und die Gesamtbestrahlungsdosis ergibt RV2.
Jede der Bestrahlungen der Bestrahlungssequenzen 3, 12 und 17 zu der dritten Schicht wird mit einer Dosis von 1/2 einer für die dritte Schicht erforderlichen Bestrahlungsdosis RV3 (Gewichtung 28) ausgeführt, und die Gesamtbestrahlungsdosis ergibt RV3. Jede von insgesamt zwei Bestrahlungen der Bestrahlungssequenzen 4 und 13 zur vierten Schicht wird mit einer Dosis von 1/2 einer für die vierte Schicht erforderlichen Bestrahlungsdosis RV4 (Gewichtung 22) ausgeführt, und die Gesamtbestrahlungsdosis ergibt RV4.
Jede von insgesamt zwei Bestrahlungen der Bestrahlungssequenzen 4 und 14 zu der fünften Schicht wird mit einer Dosis von 1/2 einer für die fünfte Schicht erforderlichen Bestrahlungsdosis RV5 (Gewichtung 20) ausgeführt, und die Gesamtbestrahlungsdosis ergibt RV5.
Diese fünfte Ausführungsform ist dadurch charakterisiert, daß die erneute Bestrahlung, deren Anzahl von Malen zu der Gewichtung proportional ist, zur tiefsten Schicht TVd ausgeführt wird, und daß die zweite Schicht, die dritte Schicht, die vierte Schicht und die fünfte Schicht jeweils eine Gewichtung (einen relativen Wert) von 20 oder mehr haben.
Auch bei dieser fünften Ausführungsform können selbst dann, wenn das Bestrahlungsziel TV durch eine physiologische Aktivität, wie etwa das Atmen verlagert wird, Bestrahlungsfehler zu der tiefsten Schicht TVd, der zweiten Schicht, der dritten Schicht, der vierten Schicht und der fünften Schicht, die jeweils eine hohe Bestrahlungsdosis haben, verringert werden.
Sechste Ausführungsform
Als nächstes wird eine sechste Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Da die Teilchenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung, die bei der sechsten Ausführungsform verwendet wird, die gleiche wie im Fall der ersten Ausführungsform oder der zweiten Ausführungsform ist, wird dabei hauptsächlich die sechste Ausführungsform eines Teilchenstrahl-Bestrahlungsverfahrens der Erfindung beschrieben.
Bei dieser sechsten Ausführungsform wird in einem Bestrahlungsablauf gemäß 15 ein Teilchenstrahl PB abgegeben. Dieses Steuerverfahren ist ebenfalls in der Speichereinrichtung des Steuerungsrechners für die Steuerung der Gesamtvorrichtung abgespeichert. In 15 sind jeweilige Bestrahlungsschichten von der tiefsten Schicht TVd zu der zweiten Schicht, der dritten Schicht, ..., der neunten Schicht entlang der vertikalen Spalte angeordnet, und Gewichtungen (relative Werte) der Bestrahlungsschichten und anschließend daran die Sequenz der ersten, der zweiten, ..., der zehnten Bestrahlung sind in den horizontalen Spalten angeordnet. Bestrahlungssequenzen sind mit 1, 2, 3, ..., 24 an Kreuzungspunkten der jeweiligen Bestrahlungsschichten und der jeweiligen Sequenz von Bestrahlungen angegeben. Die Bestrahlung mit dem Teilchenstrahl PB wird in der Reihenfolge der Bestrahlungssequenzen 1, 2, 3, ..., 24 ausgeführt.
Bei dem Bestrahlungsverfahren von 15 umfaßt die erste Bestrahlung die Bestrahlung der Bestrahlungssequenz 1 zur tiefsten Schicht TVd und die Bestrahlungen der Bestrahlungssequenzen 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 und 9 zu den jeweiligen Schichten von der zweiten Schicht bis zu der neunten Schicht.
Die zweite Bestrahlung umfaßt die Bestrahlung der Bestrahlungssequenz 10 zu der tiefsten Schicht TVd, die Bestrahlung der Bestrahlungssequenz 19 zu der zweiten Schicht, die Bestrahlung der Bestrahlungssequenz 21 zu der dritten Schicht, die Bestrahlung der Bestrahlungssequenz 23 zu der vierten Schicht, und die Bestrahlung der Bestrahlungssequenz 24 zu der fünften Schicht.
Die dritte Bestrahlung umfaßt die Bestrahlung der Bestrahlungssequenz 11 zu der tiefsten Schicht TVd und die Bestrahlungen der Bestrahlungssequenzen 20 und 22 zu der zweiten Schicht und der dritten Schicht. Die vierte bis zehnte Bestrahlung sind jeweils die Bestrahlung der Bestrahlungssequenzen 12 bis 24 zu der tiefsten Schicht TVd.
Sämtliche neun Bestrahlungen der Bestrahlungssequenzen 10 bis 18 sind erneute Bestrahlungen zu der tiefsten Schicht TVd, die beiden Bestrahlungen der Bestrahlungssequenzen 19 und 20 sind erneute Bestrahlungen zu der zweiten Schicht, und die Bestrahlungen der Bestrahlungssequenzen 21 und 22 sind erneute Bestrahlungen zu der dritten Schicht. Die Bestrahlungen der Bestrahlungssequenzen 23 und 24 sind jeweils erneute Bestrahlungen zu der vierten und zu der fünften Schicht.
Die neun erneuten Bestrahlungen der Bestrahlungssequenzen 10 bis 18 zu der tiefsten Schicht TVd werden zuerst gemeinsam ausgeführt, und daran anschließend werden die erneuten Bestrahlungen der Bestrahlungssequenzen 19 und 20 zu der zweiten Schicht ausgeführt. Danach werden die erneuten Bestrahlungen zu der dritten Schicht, der vierten Schicht und der fünften Schicht ausgeführt.
Jede von insgesamt zehn Bestrahlungen der Bestrahlungssequenzen 1 und 10 bis 18 zu der tiefsten Schicht TVd wird mit einer Dosis von 1/10 einer höchsten Bestrahlungsdosis RV1 (Gewichtung 100) entsprechend der tiefsten Schicht TVd ausgeführt, und die Gesamtbestrahlungsdosis ergibt RV1. Jede von insgesamt drei Bestrahlungen der Bestrahlungssequenzen 2, 19 und 20 zu der zweiten Schicht wird mit einer Dosis von 1/3 einer für die zweite Schicht erforderlichen Bestrahlungsdosis RV2 (Gewichtung 30) ausgeführt, und die Gesamtbestrahlungsdosis ergibt RV2.
Jede von insgesamt drei Bestrahlungen der Bestrahlungssequenzen 3, 21 und 22 zu der dritten Schicht wird mit einer Dosis von 1/3 einer für die dritte Schicht erforderlichen Bestrahlungsdosis RV3 (Gewichtung 28) ausgeführt, und die Gesamtbestrahlungsdosis ergibt RV3. Jede von insgesamt zwei Bestrahlungen der Bestrahlungssequenzen 4 und 23 zu der vierten Schicht wird mit einer Dosis von 1/2 einer für die vierte Schicht erforderlichen Bestrahlungsdosis RV4 (Gewichtung 22) ausgeführt, und die Gesamtbestrahlungsdosis ergibt RV4.
Jede von insgesamt zwei Bestrahlungen der Bestrahlungssequenzen 5 und 24 zu der fünften Schicht wird mit einer Dosis von 1/2 einer für die fünfte Schicht erforderlichen Bestrahlungsdosis RV5 (Gewichtung 20) ausgeführt, und die Gesamtbestrahlungsdosis ergibt RV5.
Diese sechste Ausführungsform ist dadurch charakterisiert, daß in bezug auf die tiefste Schicht TVd und die zweite Schicht, die dritte Schicht, die vierte Schicht und die fünfte Schicht, die jeweils eine Gewichtung (einen relativen Wert) von 20 oder mehr haben, die erneute Bestrahlung ausgeführt wird, wobei die Anzahl von Malen proportional zu der Gewichtung ist.
Selbst wenn das Bestrahlungsziel TV durch eine physiologische Aktivität, wie etwa das Atmen verlagert wird, können auch mit dieser sechsten Ausführungsform Bestrahlungsfehler zu der tiefsten Schicht TVd, der zweiten Schicht, der dritten Schicht, der vierten Schicht und der fünften Schicht, die jeweils hohe Bestrahlungsdosen haben, verringert werden.
Siebente Ausführungsform
Als nächstes wird eine siebente Ausführungsform 6 der Erfindung beschrieben. Bei dieser siebenten Ausführungsform werden die siebente Ausführungsform einer Teilchenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung der Erfindung und die siebente Ausführungsform eines Teilchenstrahl-Bestrahlungsverfahrens der Erfindung beschrieben.
Bei der siebenten Ausführungsform ist eine Funktion hinzugefügt, bei der eine Atemmessung bei einem Patienten oder die Positionsdetektierung eines Bestrahlungsziels ausgeführt wird, und auf der Basis der Atemmessung oder der Positionsdetektierung des Bestrahlungsziels wird eine Atembeurteilung des Patienten ausgeführt und das Ein-/Ausschalten der Bestrahlung mit einem Teilchenstrahl PB wird gesteuert.
Bei dieser siebenten Ausführungsform wird die Teilchenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung der siebenten Ausführungsform gemäß 16 verwendet. Die in 16 gezeigte Teilchenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung weist zusätzlich zu einer Teilchenstrahl-Erzeugungseinheit 10, einer Teilchenstrahl-Transporteinheit 20 und einer Teilchenstrahl-Bestrahlungseinheit 30 folgendes auf: eine Atemmeßeinrichtung 71, eine Bestrahlungszielpositions-Detektiereinrichtung 73, eine Atembeurteilungs-Recheneinrichtung 75 und ein Teilchenstrahlbehandlungs-Sicherheitssystem 77.
Die Teilchenstrahl-Erzeugungseinheit 10 und die Teilchenstrahl-Transporteinheit 20 sind die gleichen wie die in 4 gezeigten. Die Teilchenstrahl-Bestrahlungseinheit 30 umfaßt die Teilchenstrahl-Bestrahlungseinheiten 30A, 30B und 30C gemäß 4, und als Bestrahlungskopf 31 wird der in der ersten Ausführungsform gemäß 5 gezeigte Bestrahlungskopf 31A oder der bei der zweiten Ausführungsform gemäß 9 gezeigte Bestrahlungskopf 31B verwendet.
Bei dem Teilchenstrahl-Bestrahlungsverfahren der siebenten Ausführungsform wird das in der ersten Ausführungsform bis sechsten Ausführungsform beschriebene Bestrahlungsverfahren angewandt, und außerdem wird das Ein-/Ausschalten des Teilchenstrahls PB gesteuert. Ferner ist in 16 ein Patient 70 auf einem Behandlungsgestell 32 gezeigt. Die Teilchenstrahl-Bestrahlungseinheit 30 gibt den Teilchenstrahl PB aus einer Position unmittelbar über dem Patienten 70 ab.
Die Atemmeßeinrichtung 71 mißt das Atmen des Patienten 70 und gibt ein Atemsignal BS ab, und dabei kann verwendet werden, was in einer herkömmlichen Teilchenstrahl-Behandlungsvorrichtung oder einer Röntgen- oder CT-Vorrichtung verwendet wird. Als Atemmeßeinrichtung 71 kann eine Einrichtung, bei der eine Licht emittierende Diode bzw. LED im Bauchbereich oder Brustbereich des Patienten 70 angebracht und das Atmen durch die Verlagerung der Lichtabgabeposition der LED gemessen wird; oder eine Einrichtung, bei der eine reflektierende Einrichtung verwendet und die Verlagerung des Körpers mit einem Laserstrahl gemessen wird; oder eine Einrichtung, bei der ein dehnbarer Widerstand im Bauchbereich des Patienten angebracht und eine Änderung der elektrischen Eigenschaften gemessen wird; oder eine Einrichtung, bei welcher der Atem des Patienten 70 direkt gemessen wird, oder dergleichen verwendet werden.
Die Bestrahlungszielpositions-Detektiereinrichtung 73 detektiert die Position des Bestrahlungsziels TV in dem Patienten 70 und gibt ein Atemsignal BS ab. Als Bestrahlungszielpositions-Detektiereinrichtung 73 werden Röntgenstrahlenquellen 731 und 732 sowie entsprechende Röntgenbilderfassungseinrichtungen 741 und 742 verwendet. Die Röntgenstrahlenquellen 831 und 832 richten Röntgenstrahlen auf das Bestrahlungsziel TV in dem Patienten 70, und die Röntgenbilderfassungseinrichtungen 741 und 742 erfassen Abbildungen von Röntgenstrahlen von den Röntgenstrahlenquellen 731 und 732 und detektieren die Position des Bestrahlungsziels TV.
Als Röntgenbilderfassungseinrichtungen 741 und 742 werden beispielsweise eine Röntgenschirmvorrichtung mit Bildverstärker, eine Einrichtung zum Messen einer Szintillatorplatte mittels einer CCD-Kamera oder dergleichen verwendet. In bezug auf das Bestrahlungsziel TV gibt es ein Verfahren zum Einbringen eines kleinen Metallstücks, wie etwa Gold als Marker, und es wird einfach, unter Verwendung dieses Markers die Position des Bestrahlungsziels TV zu bezeichnen.
Sowohl die Atemmeßeinrichtung 71 als auch die Bestrahlungszielposition-Detektiereinrichtung 73 detektieren die Verlagerung des Bestrahlungsziels TV infolge des Atmens und erzeugen die Atemsignale BS. Beide Atemsignale BS werden in die Atembeurteilungs-Recheneinrichtung 75 eingegeben. Die Atembeurteilungs-Recheneinrichtung 75 beurteilt auf der Basis der Korrelation der Ausatmung/Einatmung, die in ihrer Speichereinrichtung abgespeichert ist, die Phase einer Atemperiode in Echtzeit aus den eingegebenen Atemsignalen BS und gibt ein Statussignal SS an das Teilchenstrahlbehandlungs-Sicherheitssystem 77 ab. Das Teilchenstrahlbehandlungs-Sicherheitssystem 77 liefert Steuersignale CS an die Teilchenstrahl-Erzeugungseinheit 10 und die Teilchenstrahl-Transporteinheit 20 auf der Basis des Statussignals SS und führt das Ein-/Ausschalten des Teilchenstrahls PB bei dem Teilchenstrahl-Bestrahlungskopf 31 durch.
Bei der siebenten Ausführungsform wird synchron mit dem Atmen das Ein-/Ausschalten des Teilchenstrahls PB gemäß der Erläuterung in den Ausführungsformen 1 bis 6 gesteuert, und die Bestrahlung mit dem Teilchenstrahl kann mit größerer Sicherheit und hoher Präzision erfolgen. Dabei kann auch nur eine von der Atemmeßeinrichtung 71 und der Bestrahlungszielposition-Detektiereinrichtung 73 verwendet werden.
Achte Ausführungsform
Als nächstes wird eine achte Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Dabei werden die achte Ausführungsform einer Teilchenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung der Erfindung und die achte Ausführungsform eines Teilchenstrahl-Bestrahlungsverfahrens der Erfindung erläutert.
Bei dieser achten Ausführungsform ist eine Funktion hinzugefügt, mit der die Atmungsmessung eines Patienten oder die Positionsdetektierung eines Bestrahlungsziels ausgeführt wird, eine Atembeurteilung des Patienten auf der Basis der Atemmessung oder der Positionsdetektierung des Bestrahlungsziels erfolgt und das Ein-/Ausschalten eines Teilchenstrahls PB gesteuert wird.
Diese achte Ausführungsform ist derart ausgebildet, daß das Teilchenstrahlbehandlungs-Sicherheitssystem 77 der siebenten Ausführungsform durch eine Bestrahlungssteuerungs-Recheneinrichtung 80 ersetzt ist, und die Bestrahlungsdosis des abgegebenen Teilchenstrahls PB wird auf der Basis eines Atemsignals BS gesteuert. Die übrige Ausbildung entspricht der siebenten Ausführungsform.
Bei der achten Ausführungsform wird die Teilchenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung der in 17 gezeigten achten Ausführungsform verwendet. Eine Teilchenstrahl-Erzeugungseinheit 10 und eine Teilchenstrahl-Transporteinheit 20 gemäß 17 sind die gleichen wie die in 4 gezeigten Elemente. Eine Teilchenstrahl-Bestrahlungseinheit 30 umfaßt die Teilchenstrahl-Bestrahlungseinheiten 30A, 30B und 30C von 4. Die Teilchenstrahl-Bestrahlungseinheit 30 weist einen Bestrahlungskopf 31 auf.
Als Bestrahlungskopf 31 werden der Bestrahlungskopf 31A der ersten Ausführungsform gemäß 5 und der Bestrahlungskopf 31B der zweiten Ausführungsform gemäß 9 verwendet. Bei dem Teilchenstrahl-Bestrahlungsverfahren der vorliegenden achten Ausführungsform wird zusätzlich zu dem Bestrahlungsverfahren, das in den Ausführungsformen 1 bis 7 beschrieben wird, die Steuerung der Bestrahlungsdosis des Teilchenstrahls PB ausgeführt.
Bei dieser achten Ausführungsform werden die Atemphase eines Patienten 70 und die Position des entsprechenden Bestrahlungsziels TV gemessen, und die Korrelation der beiden Werte wird in einer Speichereinrichtung einer Atembeurteilungs-Recheneinrichtung 75 abgespeichert. Die Atembeurteilungs-Recheneinrichtung 75 erhält ein Atemsignal BS von einer oder beiden von einer Atemmeßeinrichtung 71 und einer Bestrahlungszielposition-Detektiereinrichtung 73 und gibt in Echtzeit ein Positionssignal PS ab, um die Position des Bestrahlungsziels TV in Übereinstimmung mit dem Atemsignal BS zu bezeichnen.
Die Bestrahlungssteuerungs-Recheneinrichtung 80 liefert ein Bestrahlungsdosis-Steuersignal RS, um eine dem Positionssignal PS entsprechende Bestrahlungsdosis für die Teilchenstrahl-Bestrahlungseinheit 30 auf der Basis des Positionssignals PS von der Atembeurteilungs-Recheneinrichtung 75 zu bezeichnen. Die Teilchenstrahl-Bestrahlungseinheit 30 stellt die Bestrahlungsdosis, die dem Bestrahlungsziel TV entspricht, auf der Basis des Positionssignals PS entsprechend dem Atemsignal BS ein.
In einem Fall beispielsweise, in dem das Bestrahlungsziel TV die Leber ist, wird dann, wenn die Leber so verlagert wird, daß sie sich in einer bestimmten Atemphase von dem Bestrahlungskopf 31 weg zu einer um 1 cm tieferen Position bewegt, die Bestrahlungsdosis des Teilchenstrahls PB so eingestellt, daß die geplante Bestrahlungsdosis in dieser Tiefenposition erreicht wird. Die Bestrahlungssteuerungs-Recheneinrichtung 80 kann auch zu der Steuerungs-Recheneinrichtung gemacht werden, um die Gesamtvorrichtung zu steuern, wie es bei den Ausführungsformen 1 bis 6 erläutert worden ist.
Bei dieser achten Ausführungsform wird entsprechend der durch das Atmen bedingten Verlagerung des Bestrahlungsziels TV die in den Ausführungsformen 1 bis 6 erläuterte Bestrahlungsdosis des Teilchenstrahls PB eingestellt, und somit kann die Bestrahlung mit erhöhter Präzision ausgeführt werden. Wenn dabei bei der achten Ausführungsform das Atemsignal BS von der Bestrahlungszielposition-Detektiereinrichtung 73 im Gegensatz zu dem Atemsignal BS von der Atemmeßeinrichtung 71 verwendet wird, kann die Position des Bestrahlungsziels TV unmittelbarer detektiert werden, und die Bestrahlung kann mit höherer Präzision ausgeführt werden.
Neunte Ausführungsform
Als nächstes wird eine neunte Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Dabei werden die neunte Ausführungsform einer Teilchenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung der Erfindung und die neunte Ausführungsform eines Teilchenstrahl-Bestrahlungsverfahrens der Erfindung beschrieben.
Ein Bestrahlungsziel TV eines Patienten 70 wird zwar in Abhängigkeit von der Atmung des Patienten 70 verlagert, die Verlagerung erfolgt jedoch hauptsächlich entlang einer bestimmten Achse. In bezug auf ein Organ im Brustbereich und im Bauchbereich gibt es aufgrund der Aktivität des Zwerchfells viele Verlagerungen entlang der Längsrichtung des Körpers. 18 zeigt einen Zustand, in dem das Bestrahlungsziel TV im Patienten 70 in Richtung eines Pfeils C entlang der Längsrichtung des Körpers verlagert wird.
Der Teilchenstrahl PB wird zwar im allgemeinen entsprechend einem Pfeil B1 aus einer Position unmittelbar über dem Körper abgestrahlt, aber wenn der Teilchenstrahl PB, wie gezeigt, entsprechend einem Pfeil B2 von einer Stelle oberhalb des Kopfs 70h des Patienten 70 schräg abgestrahlt wird, kann die atembedingte Verlagerung des Bestrahlungsziels TV in der Pfeilrichtung C in die Bestrahlungsrichtung des Teilchenstrahls PB, also die Tiefenrichtung und die dazu senkrechte Querrichtung, zerlegt werden, und der durch das Atmen bedingte Bestrahlungsfehler zum Bestrahlungsziel TV kann klein gemacht werden.
Bei der neunten Ausführungsform wird hierauf geachtet, und der in den Ausführungsformen 1 bis 6 erläuterte Teilchenstrahl PB wird in bezug auf die Körperlängsrichtung schräg abgestrahlt. Bei der Teilchenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung gemäß der neunten Ausführungsform werden sowohl ein Drehgestell 90, das in den 19 und 20 zu sehen ist, als auch eine Behandlungsgestell-Dreheinrichtung verwendet.
Das Drehgestell 90 ist ein großer Zylinder und ist um eine horizontale Achsenlinie 91 drehbar. Ein Behandlungsgestell 32 ist im Inneren des Drehgestells 90 angeordnet. Das Behandlungsgestell 32 wird von der Behandlungsgestell-Dreheinrichtung um eine vertikale Achsenlinie 92 gedreht, die zu der horizontalen Achsenlinie 91 senkrecht ist. Der Teilchenstrahl-Bestrahlungskopf 31 ist an einer Bestrahlungsstelle P an der Umfangsfläche des Drehgestells 90 angebracht.
19 zeigt einen Zustand, in dem die horizontale Achsenlinie 91 und die Längsrichtung des Körpers zueinander parallel werden und der Teilchenstrahl PB ausgehend von der Bestrahlungsstelle P in Richtung des Pfeils B1 direkt nach unten gerichtet wird. 20 zeigt einen Zustand, in dem das Drehgestell 90 um nahezu 45° im Gegenuhrzeigersinn zur Anordnung in 19 um die horizontale Achsenlinie 91 gedreht ist und das Behandlungsgestell 32 um 90° um die vertikale Achsenlinie 92 gemäß 19 gedreht ist. In dem Zustand von 20 wird der Teilchenstrahl PB von einer Stelle über dem Kopf 70h des Patienten 70 schräg entlang einem Pfeil B2 abgestrahlt.
Da bei dem Teilchenstrahl-Bestrahlungsverfahren der neunten Ausführungsform der Teilchenstrahl PB entlang dem Pfeil B2 von einer Stelle oberhalb des Kopfs 70h des Patienten 70 schräg abgestrahlt wird, kann die durch das Atmen des Patienten 70 bedingte Verlagerung des Bestrahlungsziels TV in der Pfeilrichtung C in die Bestrahlungsrichtung des Teilchenstrahls PB, als Tiefenrichtung und die dazu senkrechte Querrichtung, zerlegt werden, und durch das Atmen bewirkte Bestrahlungsfehler auf das Bestrahlungsziel TV können klein gemacht werden.
Industrielle Anwendbarkeit
Das Teilchenstrahl-Bestrahlungsverfahren der Erfindung wird als Behandlungsverfahren beispielsweise bei einer Krebserkrankung oder dergleichen angewandt, und die Teilchenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung der Erfindung wird als Behandlungsvorrichtung beispielsweise bei einer Krebserkrankung oder dergleichen verwendet.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Zeichnungen zeigen in
1 ein Diagramm, das die Dosisverteilungen verschiedener Strahlen in einem Körper zeigt.
2 eine erläuternde Darstellung sowie die Umwandlung der Bestrahlungsenergie durch einen Bolus.
3 eine Dosisverteilungsansicht eines Teilchenstrahls in einem Körper und in einer Tiefenrichtung.
4 eine Gesamtkonstruktion einer ersten Ausführungsform einer Teilchenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung gemäß der Erfindung.
5 eine Darstellung der Innenausbildung eines Bestrahlungskopfes der ersten Ausführungsform.
6 eine erläuternde Darstellung eines Teilchenstrahl-Bestrahlungsverfahrens der ersten Ausführungsform, und zwar
6(a) eine Perspektivansicht eines Bestrahlungsziels und
6(b) eine der Erläuterung dienende Abtastansicht von Bestrahlungsflecken.
7 eine erläuternde Darstellung eines herkömmlichen Fleckabtastverfahrens, und zwar
7(a) eine Perspektivansicht eines Bestrahlungsziels und
7(b) eine der Erläuterung dienende Abtastansicht von Bestrahlungsflecken.
8 eine Schnittansicht eines Bolus, der bei dem Teilchenstrahl-Bestrahlungsverfahren gemäß 6 verwendet wird.
9 eine Ansicht der Innenausbildung eines Bestrahlungskopfes der zweiten Ausführungsform einer Teilchenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung gemäß der Erfindung.
10 einen Bestrahlungsablauf bei der zweiten Ausführungsform eines Teilchenstrahl-Bestrahlungsverfahrens gemäß der Erfindung.
11 ein Diagramm, das eine Auswirkung des Bestrahlungsablaufs gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt.
12 einen Bestrahlungsablauf bei der dritten Ausführungsform eines Teilchenstrahl-Bestrahlungsverfahrens gemäß der Erfindung.
13 einen Bestrahlungsablauf bei einer vierten Ausführungsform eines Teilchenstrahl-Bestrahlungsverfahrens gemäß der Erfindung.
14 einen Bestrahlungsablauf bei einer fünften Ausführungsform eines Teilchenstrahl-Bestrahlungsverfahrens gemäß der Erfindung.
15 einen Bestrahlungsablauf bei einer sechsten Ausführungsform eines Teilchenstrahl-Bestrahlungsverfahrens gemäß der Erfindung.
16 den Aufbau einer siebenten Ausführungsform einer Teilchenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung gemäß der Erfindung.
17 den Aufbau einer achten Ausführungsform einer Teilchenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung gemäß der Erfindung.
18 eine Bestrahlungsrichtung eines Teilchenstrahls, bezogen auf eine neunte Ausführungsform eines Teilchenstrahl-Bestrahlungsverfahrens gemäß der Erfindung.
19 eine Perspektivansicht der neunten Ausführungsform einer Teilchenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung gemäß der Erfindung.
20 eine Perspektivansicht eines Rotationszustand bei der neunten Ausführungsform der Teilchenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung gemäß der Erfindung.

10: Teilchenstrahl-Erzeugungseinheit
12: Beschleuniger
15, 60: Tiefenrichtungs-Bestrahlungsfeld-Verteilungseinrichtung
20: Teilchenstrahl-Transporteinheit
30, 30A, 30B, 30C: Teilchenstrahl-Bestrahlungseinheit
31, 31A, 31B: Bestrahlungskopf
40: Querrichtungs-Bestrahlungsfeld-Verteilungseinrichtung
TV: Bestrahlungsziel
TVd: tiefste Schicht
S: Bestrahlungsfleck
PB: Teilchenstrahl
45: Bolus
50: Querrichtungs-Bestrahlungsfeld-Verteilungseinrichtung
71: Atemmeßeinrichtung
73: Bestrahlungszielpositions-Detektiereinrichtung
75: Atembeurteilungs-Recheneinrichtung
77: Teilchenstrahlbehandlungseinrichtungs-Sicherheitssystem
80: Bestrahlungssteuerungs-Recheneinrichtung
90: Drehgestell.

Claims

Teilchenstrahl-Bestrahlungsverfahren, das sowohl eine Tiefenrichtungs-Bestrahlungsfeldverbreiterung zum Verbreitern eines Bestrahlungsfelds eines Teilchenstrahls in einer Tiefenrichtung entlang einer Bestrahlungsrichtung des Teilchenstrahls als auch eine Querrichtungs-Bestrahlungsfeldverbreiterung zum Verbreitern des Bestrahlungsfelds des Teilchenstrahls in einer zu der Bestrahlungsrichtung des Teilchenstrahls senkrechten Querrichtung verwendet, und das den Teilchenstrahl auf ein Bestrahlungsziel richtet, wobei – die Tiefenrichtungs-Bestrahlungsfeldverbreiterung eine aktive Bestrahlungsfeldverbreiterung ist, bei der eine Vielzahl von Bestrahlungsschichten, die in der Bestrahlungsrichtung des Teilchenstrahls unterschiedliche Bereiche haben, überlagert werden, – die Querrichtungs-Bestrahlungsfeldverbreiterung eine aktive Bestrahlungsfeldverbreiterung ist, bei der Bestrahlungsflecken des Teilchenstrahls in der Querrichtung überlagert werden, und wobei – ein Bolus, der eine Gestalt entsprechend dem tiefsten Teil des Bestrahlungsziels in der Tiefenrichtung hat, so angeordnet wird, daß er von dem Teilchenstrahl durchquert wird, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere bestimmte Bestrahlungsschichten, welche aus der Vielzahl der Bestrahlungsschichten ausgewählt werden, mit dem Teilchenstrahl einmal oder mehrmals erneut bestrahlt werden, wobei die Anzahl von Malen der erneuten Bestrahlung der aus den mehreren bestimmten Bestrahlungsschichten tiefsten Schicht am höchsten gemacht wird, und wobei die Anzahl von Malen der erneuten Bestrahlung zu jeder der anderen Bestrahlungsschichten aus den mehreren bestimmten Bestrahlungsschichten kleiner als die Anzahl von Malen der erneuten Bestrahlung bei der tiefsten Schicht gemacht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die tiefste Schicht der tiefsten Stelle des Bestrahlungsziels entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Anzahl von Malen der erneuten Bestrahlung zu jeder aus den mehreren bestimmten Bestrahlungsschichten zu der Anzahl von Malen gemacht wird, die einer geplanten Bestrahlungsdosis zu jeder der bestimmten Bestrahlungsschichten entspricht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine Verlagerung des Bestrahlungsziels detektiert wird, und wobei das Einschalten/Ausschalten der Bestrahlung mit dem Teilchenstrahl in Abhängigkeit von der Verlagerung des Bestrahlungsziels ausgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine Verlagerung des Bestrahlungsziels detektiert wird und eine Bestrahlungsdosis des Teilchenstrahls in Abhängigkeit von der Verlagerung des Bestrahlungsziels gesteuert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei in einem Fall, in dem das Bestrahlungsziel hauptsächlich entlang einer bestimmten Richtung verlagert wird, der Teilchenstrahl aus einer zu der bestimmten Richtung schrägen Richtung auf das Bestrahlungsziel abgestrahlt wird.
Teilchenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung, die folgendes aufweist: – eine Teilchenstrahl-Erzeugungseinheit (10) zum Erzeugen eines Teilchenstrahls (PB); – eine Teilchenstrahl-Transporteinheit (20) zum Transportieren des von der Teilchenstrahl-Erzeugungseinheit (10) erzeugten Teilchenstrahls (PB); – eine Teilchenstrahl-Bestrahlungseinheit (30, 30A, 30B, 30C) zum Richten des von der Teilchenstrahl-Transporteinheit (20) transportierten Teilchenstrahls (PB) auf ein Bestrahlungsziel (TV); – Tiefenrichtungs-Bestrahlungsfeld-Verbreiterungseinrichtungen (15, 60) zum Verbreitern eines Bestrahlungsfeldes des Teilchenstrahls (PB) in einer Tiefenrichtung entlang einer Bestrahlungsrichtung des Teilchenstrahls (PB); und – Querrichtungs-Bestrahlungsfeld-Verbreiterungseinrichtungen (40, 50) zum Verbreitern eines Bestrahlungsfeldes des Teilchenstrahls (PB) in einer zu der Bestrahlungsrichtung des Teilchenstrahls (PB) senkrechten Querrichtung, wobei die Tiefenrichtungs-Bestrahlungsfeld-Verbreiterungseinrichtung (15, 60) eine aktive Tiefenrichtungs-Bestrahlungsfeld-Verbreiterungseinrichtung zum Überlagern einer Vielzahl von Bestrahlungsschichten ist, die in der Bestrahlungsrichtung des Teilchenstrahls (PB) unterschiedliche Bereiche haben, wobei die Querrichtungs-Bestrahlungsfeld-Verbreiterungseinrichtung (40, 50) eine aktive Bestrahlungsfeld-Verbreiterungseinrichtung zum Überlagern von Bestrahlungsflecken (S) des Teilchenstrahls (PB) in der Querrichtung ist, wobei ein Bolus (45), der eine Gestalt entsprechend einem tiefsten Teil des Bestrahlungsziels (TV) in der Tiefenrichtung hat, den Teilchenstrahl kreuzend angeordnet ist, und wobei die Teilchenstrahl-Bestrahlungseinheit (30, 30A, 30B, 30C) einen Bestrahlungskopf (31) zum Richten des Teilchenstrahls (PB) auf das Bestrahlungsziel (TV), dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung derart steuerbar ist, daß mehrere bestimmte Bestrahlungsschichten, welche aus der Vielzahl der Bestrahlungsschichten ausgewählt sind, mit dem Teilchenstrahl (PB) einmal oder mehrmals erneut bestrahlt werden, wobei die Anzahl von Malen der erneuten Bestrahlung bei der aus den mehreren bestimmten Bestrahlungsschichten tiefsten Schicht am höchsten ist, und wobei die Anzahl von Malen der erneuten Bestrahlung bei jeder der anderen Bestrahlungsschichten aus den mehreren bestimmten Bestrahlungsschichten kleiner als die Anzahl von Malen der erneuten Bestrahlung bei der tiefsten Schicht ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die aktive Tiefenrichtungs-Bestrahlungsfeld-Verbreiterungseinrichtung (15) mit einem Beschleuniger (12) zum Beschleunigen des Teilchenstrahls (PB) gekoppelt ist und dessen Beschleunigungsenergie ändert.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die aktive Tiefenrichtungs-Bestrahlungsfeld-Verbreiterungseinrichtung (60) eine Bereichsverschiebungseinrichtung (56) ist, die den Teilchenstrahl (PB) kreuzend angeordnet ist, und wobei die Bereichsverschiebungseinrichtung (56) die Energie des Teilchenstrahls (PB) in Abhängigkeit von einem gegebenen Einstellsignal einstellt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die Teilchenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung ferner folgendes aufweist: eine Verlagerungsdetektiereinrichtung (73) zum Detektieren einer Verlagerung des Bestrahlungsziels (TV) und eine Einschalt-/Ausschalteinrichtung (77) zum Einschalten/Ausschalten der Bestrahlung mit dem Teilchenstrahl (PB), wobei der Teilchenstrahl (PB) in Abhängigkeit von der Verlagerung des Bestrahlungsziels (TV) eingeschaltet/ausgeschaltet wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die Teilchenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung ferner folgendes aufweist: eine Verlagerungsdetektiereinrichtung (73) zum Detektieren einer Verlagerung des Bestrahlungsziels (TV) und eine Einstelleinrichtung (30) zum Einstellen einer Bestrahlungsdosis des Teilchenstrahls (PB), und wobei die Bestrahlungsdosis des Teilchenstrahls (PB) in Abhängigkeit von der Verlagerung des Bestrahlungsziels (TV) eingestellt wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die Teilchenstrahl-Bestrahlungseinheit (30) einen Bestrahlungskopf (31) zum Abgeben des Teilchenstrahls (PB) aufweist, wobei der Bestrahlungskopf (31) an einem Drehgestell (90) angebracht ist und wobei in einem Fall, in dem das Bestrahlungsziel (TV) hauptsächlich entlang einer bestimmten Richtung verlagert wird, der Teilchenstrahl aus einer zu der bestimmten Richtung schrägen Richtung (B2) auf das Bestrahlungsziel (TV) abgegeben wird.