DE102008004445B4

DE102008004445B4 - Teilchenstrahl-Behandlungssystem

Info

Publication number: DE102008004445B4
Application number: DE102008004445A
Authority: DE
Inventors: Osamu Takahashi; Yuehu Pu; Hisashi Harada; Masahiro Ikeda; Yasuyuki Takatani; Hiroshi Otani
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2007-06-01
Filing date: 2008-01-15
Publication date: 2011-03-24
Anticipated expiration: 2028-01-16
Also published as: DE102008004445A1; US20080298553A1; US7579608B2; JP2008295860A; JP4294064B2

Abstract

Teilchenstrahl-Behandlungssystem, bei dem in einem Fall, in dem während eines Teilchenstrahl-Bestrahlungsvorgangs eine konforme Mehrschichtbestrahlung ausgeführt wird, während die Einstellung der Form eines Lamellenkollimators in einem Bestrahlungskopf (1) verändert wird, die Form des Lamellenkollimators durch einen Lamellenpositions-Detektionsmechanismus detektiert wird, wobei das Teilchenstrahl-Behandlungssystem folgendes aufweist:
eine optische Formüberwachungseinheit (31), wobei die optische Formüberwachungseinheit (31) gegenüber von dem Lamellenkollimator (14) einen Formüberwachungsspiegel (32a) zum Überwachen der Form des Lamellenkollimators (14) aufweist;
eine Videokamera (15a) zum Aufnehmen der von dem Formüberwachungsspiegel (32a) reflektierten Form des Lamellenkollimators;
dadurch gekennzeichnet,
dass die optische Formüberwachungseinheit (31) in lösbarer Weise in dem Austrittsbereich auf der nachgeordneten Seite von dem Lamellenkollimator (14) angebracht ist,
und dass das Teilchenstrahl-Behandlungssystem folgendes aufweist:
– eine optische Patientenposition-Überwachungseinheit, die in lösbarer Weise auf der dem Lamellenkollimator (14) nachgeordneten Seite angebracht ist, wobei die optische Patientenpositions-Überwachungseinheit gegenüber von einem Patienten (2) einen Patientenpositions-Überwachungsspiegel (32b, 32c) zum Überwachen einer...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Teilchenstrahl-Behandlungssystem, bei dem in einem Fall, in dem während eines Teilchenstrahl-Bestrahlungsvorgangs eine konforme Mehrschichtbestrahlung ausgeführt wird, während die Einstellung der Form eines Lamellenkollimators in einem Bestrahlungskopf verändert wird, die Form des Lamellenkollimators durch einen Lamellenpositions-Detektionsmechanismus detektiert wird, wobei das Teilchenstrahl-Behandlungssystem folgendes aufweist: eine optische Formüberwachungseinheit, wobei die optische Formüberwachungseinheit gegenüber von dem Lamellenkollimator einen Formüberwachungsspiegel zum Überwachen der Form des Lamellenkollimators aufweist; und eine Videokamera zum Aufnehmen der von dem Formüberwachungsspiegel reflektierten Form des Lamellenkollimators.
Bei einem Teilchenstrahl-Behandlungssystem, das eine konforme Mehrschichtbestrahlung ausführt, werden die einem Patienten zu verabreichende Dosis sowie die Verteilung von dieser räumlich bzw. dreidimensional verteilt und sodann verabreicht, so dass die Dosisverabreichung für die Form eines Ziels optimal ist. Die Dosisverteilung, die in dieser Weise aufgeteilt und verabreicht wird, hängt von der Einstellung des Bestrahlungssystems, wie zum Beispiel der Einstellung der Form des Lamellenkollimators und dergleichen, sowie von den Einstellbedingungen der Patientenposition ab.
In einem Fall, in dem während eines Teilchenstrahl-Bestrahlungsvorgangs die Form des Lamellenkollimators oder die Patientenposition gegenüber der Form oder der Einstellposition verändert wird, die in einem Behandlungsplan festgelegt worden sind, unterscheiden sich die zu verabreichende Dosis und die Dosisverteilung gegenüber denjenigen in dem Behandlungsplan; daher ist es notwendig, den Teilchenstrahl-Bestrahlungsvorgang sofort zu stoppen. Aus diesem Grund ist die Überwachung (Feststellung) der Form (Lamellenposition) des Lamellenkollimators und der Patientenposition ein wichtiger Faktor, um dem Patienten die in einem Behandlungsplan vorgeschriebene Dosisverteilung zu verabreichen. Bei der vorstehend geschilderten Überwachung sind somit Redundanz und mehrfache Ausführbarkeit erforderlich.
Wenn bei dem Teilchenstrahl-Behandlungsvorgang eine statische Bestrahlung ausgeführt wurde, wie diese vor der Entwicklung der konformen Mehrschichtbestrahlung vorgenommen wurde, so wurde die Form des Lamellenkollimators unmittelbar vor dem Teilchenstrahl-Bestrahlungsvorgang auf der Basis eines durch eine Lichtlokalisiereinrichtung gebildeten Lichtbestrahlungsfeldes sowie einer Röntgenaufnahme ermittelt; durch Detektion mittels eines in den Lamellenkollimator integrierten Detektors konnte dann sichergestellt werden, dass sich die genannten Formen während des Bestrahlungsvorgangs nicht veränderten.
Darüber hinaus wurden die herkömmliche Überwachung und Feststellung einer Patientenposition unter Aufstrahlen eines Markers auf die Oberfläche des Patientenkörpers sowie mittels des projizierten Bildes eines Laser-Zeigers visuell ausgeführt, und zwar unter Verwendung einer Videokamera, die an der Decke oder einer Seitenwand des Behandlungsraums angebracht war.
8 zeigt ein Blockdiagramm eines herkömmlichen Systems zur Erläuterung eines Verfahrens zum Überwachen und Feststellen der Form eines Lamellenkollimators und einer Patientenposition im Fall der Ausführung einer statischen Bestrahlung, wie diese vor der Entwicklung der konformen Mehrschichtbestrahlung ausgeführt wurde. 9 zeigt eine Konfigurationsdarstellung zur Erläuterung der Konstruktion und des Systems eines typischen Lamellenkollimators.
Bei der herkömmlichen statischen Teilchenstrahlbehandlung erfolgte das Ermitteln der Form (Lamellenposition) eines Lamellenkollimators, indem unmittelbar vor dem Bestrahlungsvorgang das durch eine Lichtlokalisiereinrichtung 11 gebildete Lichtbestrahlungsfeld sowie das Bild eines digitalen Röntgengeräts (DR) 19, das mittels einer auf der Strahlachse beweglich vorgesehenen Röntgenstrahlenquelle 13 aufgenommen wird, beobachtet wurden, und zusätzlich dazu ein automatischer Vergleich durch einen Lamellenpositions-Detektionsmechanismus (wobei die Position zum Beispiel unter Verwendung eines Codierers detektiert wird) stattfand, der in den Lamellenkollimator integriert ist.
In einigen Fällen wird zusätzlich dazu eine Teilchenstrahl-Flachheitsüberwachung verwendet. Ferner bewegt sich die Röntgenstrahlenquelle 13 an einem Überwachungseinrichtungs-Antriebsgestell 51, das derart vorgesehen ist, dass es sich von einem Lamellenkollimator 14 getrennt sowie nahe bei diesem anordnen läßt; auf diese Weise kann die Röntgenstrahlenquelle auf der Strahlachse angeordnet werden.
Bei den nachfolgenden Erläuterungen wird auf die 8 und 9 Bezug genommen. In 8 bezeichnen die Bezugszeichen 1 einen Bestrahlungskopf, 2 einen Patienten, 2a einen Erkrankungsbereich des Patienten, 2b einen Patientenpositions-Marker, 3 einen Teilchenstrahl, 4 eine Dosisüberwachungseinrichtung, 5 Wobbler-Magneten und 6 einen Streukörper; die Bezugszeichen 7 bezeichnen ein Stegfilter, 8 einen Bereichsumschalter, 9 einen Bestrahlungssystem-Steuercomputer, 10 eine Bestrahlungskopf-Steuervorrichtung, 11 eine Lichtlokalisiereinrichtung, 12 einen Spiegel, 13 eine Röntgenstrahlenquelle, 14 einen Lamellenkollimator und 15 eine Lamellenkollimator-Steuervorrichtung; die Bezugszeichen 15 bezeichnen eine Patientenüberwachungs-Videokamera, 16 eine Videokamera-Steuerung, 17a einen Bildmonitor, 18 einen Behandlungstisch, 19 ein digitales Röntgengerät, 20 einen Laser-Zeiger, 20a einen Laserstrahl und 51 ein Überwachungseinrichtungs-Antriebsgestell.
In 9 bezeichnen die Bezugszeichen 14a eine Lamellenkollimator-Steuervorrichtung, 14b eine Lamellenkollimator-Kopfeinheit, 21 eine Form eines Lamellenkollimators, 22 eine Kollimatorlamelle, 23 einen Lamellenantriebsmechanismus, 24 einen mechanischen Anschlag, 25 einen Lamellenpositionsdetektor, 26 eine Lamellenantriebseinheit, 27 eine Signalverarbeitungseinheit und 28 eine Kollimator-Handhabungseinheit. Der durch einen Teilchenstrahlbeschleuniger beschleunigte Teilchenstrahl 3 wird durch ein Strahltransportsystem zu dem Bestrahlungskopf 1 geleitet, der durch den Lamellenkollimator 14 auf eine erforderliche Bestrahlungsregion begrenzt ist, und wird dann auf den Patienten 2 abgestrahlt.
Die Ermittlung der Form 21 (Lamellenposition) des Lamellenkollimators erfolgte, indem unmittelbar vor dem Bestrahlungsvorgang die Lichtlokalisiereinrichtung 11 und der Spiegel 12 auf der vorgeordneten Seite von dem Lamellenkollimator 14 angeordnet wurden, um dadurch die Lamellenkollimatorform visuell zu ermitteln, die auf eine rechtwinklig zu der Flugrichtung des Teilchenstrahls verlaufende Ebene projiziert wird, wobei zusätzlich dazu ein automatischer Vergleich und eine Ermittlung der jeweiligen Ausgangsinformationen der Positionsdetektionsmechanismen 25 für die entsprechenden Kollimatorlamellen sowie der ursprünglichen Einstellinformation in dem Behandlungsplan vorgenommen wurden; darüber hinaus wurde auch die Form 21 des Lamellenkollimators ermittelt, die unter Verwendung des digitalen Röntgengeräts (DR) 19 mit der auf der Strahlachse beweglich angeordneten Röntgenstrahlenquelle 13 aufgenommen wurde.
Darüber hinaus wurden bei der herkömmlichen Überwachung einer Patientenposition der auf die Oberfläche des Patientenkörpers gerichtete Patientenpositions-Marker 2b und der Licht-Marker (beispielsweise ein Kreuzliniengebilde), der durch Projizieren des Laserstrahls 20a von dem an der Seitenwand oder der Decke des Behandlungsraums vorgesehenen Laser-Zeiger 20 auf die Oberfläche des Patientenkörpers gebildet wird, mittels der Videokamera 15 aufgenommen, die ebenfalls an der Seitenwand oder der Decke des Behandlungsraums angeordnet ist, sowie auf dem Bildmonitor 17a ermittelt.
Im Zusammenhang mit dem Stand der Technik, der für das vorliegende Gebiet relevant ist, ist auf folgende Veröffentlichungen hinzuweisen:

Patentdokument 1: Japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift JP 1989-274741 A
Patentdokument 2: Japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift JP 1990-182273 A
Patentdokument 3: Japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift JP 1994-246015 A
Patentdokument 4: US 4 882 741 (entspricht der japanischen Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift JP 1989-146564 A )
Patentdokument 5: GB 2 211 710 A (entspricht der japanischen Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift JP 1989-146564 A ).

Darüber hinaus ist auf die Veröffentlichung PHYSICS Annual Report 2001–2002, „Fourth Improvement of the HIMAC Treatment System with the Layer-Stacking Conformal Irradiation Method”, von Nobuyuki Kanematsu et al., hinzuweisen.
Bei einem herkömmlichen statischen Bestrahlungsverfahren, das von einem Teilchenstrahl-Behandlungssystem Gebrauch macht, wie es in 8 dargestellt ist, hat man die Überwachung und das Ermitteln der Form eines Lamellenkollimators ausgeführt, indem unmittelbar vor dem Bestrahlungsvorgang das Lichtbestrahlungsfeld visuell ermittelt wird, das durch die Lichtlokalisiereinrichtung 11 und den Spiegel 12 gebildet wird, die auf der vorgeordneten Seite von dem Lamellenkollimator angeordnet sind, und indem ferner das Bild des digitalen Röntgengeräts (DR) 19 betrachtet wird, das mittels der auf der Strahlachse angeordneten Röntgenstrahlenquelle 13 aufgenommen wird, wobei zusätzlich dazu ein automatischer Vergleich durch Lamellenpositions-Detektionsmechanismen stattfand, die in den Lamellenkollimator integriert waren.
Da jedoch die Ermittlungsarbeiten in einem Behandlungsraum vorgenommen werden, können die vorstehend beschriebenen Verfahren mit Ausnahme des Verfahrens zum Ermitteln, das durch die in dem Lamellenkollimator integrierten Lamellenpositions-Detektionsmechanismen ausgeführt wird, nicht bei einem dynamischen Bestrahlungsverfahren, wie der konformen Mehrschichtbestrahlung angewendet werden, bei der die Einstellung für einen Lamellenkollimator während des Bestrahlungsvorgangs geändert wird.
Ferner ist der Platz über dem Überwachungseinrichtungs-Antriebsgestell 51 begrenzt, und daher ist es schwierig, eine zusätzliche Verstärkung vorzusehen. Darüber hinaus ist die herkömmliche Überwachung einer Patientenposition durch Aufnehmen des auf die Oberfläche des Patientenkörpers gerichteten Markers 2b sowie des Bilds des Laser-Zeigers 20 durch die an der Decke oder einer Seitenwand des Behandlungsraums angebrachte Videokamera 15 erfolgt, um dadurch eine visuelle Anzeige auf dem Bildmonitor 17a vorzunehmen; in manchen Fällen ist jedoch das Überwachungsobjekt nicht sicher aufgenommen worden, wobei dies von der Bestrahlungsanordnung abhängig war.
Es ist im Prinzip möglich, den Lamellenpositionsdetektor 25 für eine mehrfache und redundante Ermittlung der Form 21 des Lamellenkollimators auszubilden, um dadurch die Einstellbedingungen während des Teilchenstrahl-Bestrahlungsvorgangs zu ermitteln; der Lamellenkollimator hat jedoch eine große Anzahl von Antriebselementen, wobei der Raum, in dem die neu hinzugefügten Lamellenpositionsdetektoren und Signalübertragungswege in der Lamellenkollimator-Kopfeinheit angebracht sind, begrenzt ist, so dass viele Schwierigkeiten auftreten.
Im Gegensatz zu dem herkömmlichen statischen Bestrahlungsverfahren wird ferner bei der konformen Mehrschichtbestrahlung einem Behandlungszielkörper eine Dosis verabreicht, die in eine Vielzahl von Bestrahlungseinheiten unterteilt ist; somit kommt es bei einer Änderung bei der Patientenposition während des Teilchenstrahl-Bestrahlungsvorgangs zur Entstehung von Regionen mit hoher Dosis und Regionen mit niedriger Dosis bei der Dosisverteilung.
Die vorstehend geschilderten Probleme lassen sich nicht unter Verwendung des Einstellspielraums für den Zielkörper bewältigen, der nach Maßgabe des herkömmlichen statischen Bestrahlungsverfahrens und unter Berücksichtigung einer Änderung der Körperposition eingestellt wird; somit können nur eine Verbesserung bei dem Festlegeverfahren für die Festlegevorrichtung und dergleichen sowie eine strengere Überwachung einer Änderung der Körperposition als Maßnahmen zum Überwinden der geschilderten Probleme eingesetzt werden.
Bei der herkömmlichen Überwachung durch die an einer Seitenwand oder der Decke eines Behandlungsraums angeordnete Videokamera 15 kann es aufgrund eines durch die Bestrahlungsanordnung verursachten toten Winkels oder dergleichen schwierig sein, die Körperposition, die der Bestrahlung unterzogen wird, sicher zu überwachen.
Ein Teilchenstrahl-Behandlungssystem der eingangs genannten Art ist aus der EP 0 193 509 B1 bekannt. Es dient dazu, mit hoher Qualität variable Bestrahlungsfelder zu erzeugen und die Eigenschaften einer punktförmigen Bestrahlungsquelle insbesondere dann beizubehalten, wenn für die Bestrahlung hochenergetische Teilchen, wie Elektronen oder Photonen verwendet werden. Zu diesem Zweck sind dort eine Videokamera sowie ein Spiegelsystem vorgesehen, das aus zwei halbreflektierenden Spiegeln besteht. Die Videokamera ist so positioniert, dass aufgrund der Spiegel diese scheinbar im Divergenzzentrum des Teilchenstrahls vorliegt. Mit dem dort beschriebenen Read-Out-System kann erreicht werden, dass die Videokamera quasi in den Bestrahlungskopf hineinschaut und dadurch den Lamellenkollimator von der effektiven Bestrahlungsquelle aus sieht.
Bei diesem herkömmlichen Teilchenstrahl-Behandlungssystem wird die Form des Lamellenkollimators einmalig zu Beginn des Bestrahlungsvorganges eingestellt, wobei während des Strahlungsvorganges die einzelnen Lamellenblätter des Kollimators in Bezug auf diese statische, für den gesamten Behandlungsvorgang gültige Form überwacht und gegebenenfalls nachgeführt werden.
Aus der US 2004/0013237 A1 ist eine Videokamera zur Überwachung der Lamellenposition eines Lamellenkollimators während der Behandlung bekannt. Dabei wird ebenfalls von einer zeitlich statischen Einstellung der Kollimatorblätter des Kollimators ausgegangen.
In der US 5 757 881 B1 ist ein Teilchenstrahl-Behandlungssystem beschrieben, das eine Strahlungsquelle zum Emittieren eines Behandlungsstrahls und redundante Felder definierende Bereiche für die Behandlung aufweist, um den Behandlungsstrahl zu formen. Der Behandlungsstrahl wird zu Beginn mittels eines Lamellenkollimators mit einer Vielzahl von Lamellenblättern geformt, die eine Anordnung von nebeneinander angeordneten Lamellenblätterpaaren besitzen. Die Lamellenblätter sind einzeln einstellbar, um Öffnungen zwischen den Lamellenblättern eines Paares zu bilden. Somit kann die Kontur eines unregelmäßigen Behandlungsfeldes präzise definiert werden. Eine zweite Anordnung zur Felddefinition weist Felddefinierungselemente auf, die einzein mit entsprechenden Lamellenblättern des Lamellenkollimators verbunden sind. Dabei handelt es sich um mechanische Verbindungen, wobei eine Einstellung eines Lamellenblattes zugleich die Position eines entsprechenden Felddefinierungselementes einstellt.
In der DE 39 00 884 A1 ist eine Vorrichtung zum Betrachten von operativ freigelegten Tumoren oder Tumorgebieten im Körperinneren mittels eines Elektronenstrahlbeschleunigers angegeben, wobei der Strahlaustrittsöffnung des Elektronenstrahlbeschleunigers ein Gehäuse mit einer Kammer nachgeordnet ist, die eine zur Strahlenaustrittsöffnung ausgerichtete Eintrittsöffnung sowie auf der gegenüberliegenden Seite einen rohrförmigen Strahlenaustrittskanal aufweist, wobei der Durchmesser der Eintrittsöffnung und des Strahlenaustrittskanals kleiner ist als die Abmessungen der Kammer quer zur Strahlungsrichtung und der Strahlenaustrittskanal mit einem in dem Körper des Patienten versenkten, axial im Abstand angeordneten Tubus von annähernd gleichem Innendurchmesser ausrichtbar ist. Ferner ist in der Kammer ein für Elektronenstrahlen durchlässiger Umlenkspiegel schräg zur Strahlungsrichtung angeordnet, und die Kammer weist seitlich eine weitere Öffnung auf, der außerhalb der Kammer das Objektiv einer optischen Aufnahmevorrichtung zugeordnet ist für die Betrachtung des bestrahlten Gebietes über den Umlenkspiegel, den Strahlenaustrittskanal und den Tubus.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Teilchenstrahl-Behandlungssystem anzugeben, mit dem ein Mehrschicht-Bestrahlungsvorgang realisiert werden kann, welcher eine laufende Überwachung der Lamellenpositionen während des Bestrahlungsvorganges in Bezug auf einen zeitlich variablen Formverlauf des Lamellenkollimators in Abhängigkeit von der zum jeweiligen Zeitpunkt eingestellten Bestrahlungstiefe erforderlich macht.
Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe mit einem Teilchenstrahl-Behandlungssystem gemäß Anspruch 1 sowie Anspruch 5 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Teilchenstrahl-Behandlungssystems sind in den Unteransprüchen angegeben.
Mit dem erfindungsgemäßen Teilchenstrahl-Behandlungssystem kann die Überwachung der Form eines Lamellenkollimators somit auch während des Teilchenstrahl-Bestrahlungsvorganges ausgeführt werden, und auch wenn während des Teilchenstrahl-Bestrahlungsvorganges die Form des Lamellenkollimators geändert wird, so kann eine redundante Überwachung zusätzlich zu der Überwachung der Form des Lamellenkollimators unter Verwendung eines Lamellenpositions-Detektionsmechanismus ausgeführt werden. Bei dem erfindungsgemäßen Teilchenstrahl-Behandlungssystem werden ein Bild der Videokamera, die die von dem Formüberwachungsspiegel reflektierte Lamellenkollimatorform aufnimmt, sowie Lamellenkollimatorforminformation in einem Behandlungsplan miteinander vergleichen, und es erfolgt eine Teilchenstrahl-Bestrahlungsverarbeitung oder eine Teilchenstrahl-Abschaltverarbeitung in Abhängigkeit davon, ob das Vergleichsergebnis angemessen ist oder ist. Auf diese Weise kann eine nicht angemessene und ungeeignete Teilchenstrahl-Bestrahlung vermieden werden.
Die Erfindung und Weiterbildungen der Erfindung werden im folgenden anhand der zeichnerischen Darstellungen mehrerer Ausführungsbeispiele noch näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
1 ein Systemblockdiagramm zur Erläuterung eines Teilchenstrahl-Behandlungssystems gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2 ein Systemblockdiagramm zur Erläuterung einer Lamellenkollimator-Kopfeinheit sowie des Steuersystems für diese gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
3 ein Flußdiagramm zur Erläuterung eines Kollimatorform-Überwachungsablaufs gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
4 ein Systemblockdiagramm zur Erläuterung einer Lamellenkollimator-Kopfeinheit sowie des Steuersystems für diese gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
5 ein Flußdiagramm zur Erläuterung eines Patientenpositions-Überwachungsablaufs gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel;
6 ein Systemblockdiagramm zur Erläuterung einer Lamellenkollimator-Kopfeinheit sowie des Steuersystems für diese gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
7 ein Systemblockdiagramm zur Erläuterung einer Lamellenkollimator-Kopfeinheit und des Steuersystems für diese gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
8 eine Darstellung eines herkömmlichen Systemblockdiagramms zur Erläuterung eines Verfahrens zum Überwachen und Feststellen der Form eines Lamellenkollimators und einer Patientenposition in einem Fall, in dem eine statische Bestrahlung durchgeführt wird, die seit der Zeit vor der Entwicklung der konformen Mehrschichtbestrahlung ausgeführt wird; und
9 ein Konfigurationsdiagramm zur Erläuterung der schematischen Form und des Systems eines typischen Lamellenkollimators.
Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.
Ausführungsbeispiel 1
1 zeigt ein Systemblockdiagramm zur Erläuterung eines Teilchenstrahl-Behandlungssystems gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 1 veranschaulicht grundlegende Bestandteile in einer Konfiguration, bei der in einem Bestrahlungskopf eine optische Formüberwachungseinheit angebracht ist, die einen bei der konformen Mehrschichtbestrahlung verwendeten Lamellenkollimatorform-Überwachungsspiegel beinhaltet. 2 zeigt ein Systemblockdiagramm zur Erläuterung einer Lamellenkollimator-Kopfeinheit und des Steuersystems für diese gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. 3 zeigt ein Flußdiagramm zur Erläuterung eines Kollimatorform-Überwachungsablaufs gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
Dabei können die Struktur und der Lamellenpositions-Detektionsmechanismus des typischen Lamellenkollimators, der unter Bezugnahme auf 9 erläutert worden ist, bei dem ersten Ausführungsbeispiel direkte Anwendung finden. In der vorliegenden Beschreibung bezeichnen gleiche Bezugszeichen in den Zeichnungen identische oder entsprechende Elemente, so dass eine Wiederholung von Erläuterungen unterbleiben kann.
In 1 bezeichnen die Bezugszeichen 1 einen Bestrahlungskopf eines Teilchenstrahl-Behandlungssystems, 2 einen Patienten, 2a einen Erkrankungsbereich des Patienten, 2b einen Patientenpositions-Marker, 3 einen Teilchenstrahl, 4 eine Dosisüberwachungseinrichtung, 5 Wobbler-Magneten und 6 einen Streukörper beispielsweise aus Pb; die Bezugszeichen 7 bezeichnen ein Stegfilter, beispielsweise aus Al, 8 einen Bereichsumschalter, beispielsweise aus einem Acrylatharz, 9 einen Bestrahlungssystem-Steuercomputer, 10 eine Bestrahlungskopf-Steuervorrichtung, 13 eine Röntgenstrahlenquelle und 14 einen Lamellenkollimator; die Bezugszeichen 15a bezeichnen eine Videokamera, 16 eine Videokamerasteuerung, 17a einen Bildmonitor, 17b eine Tastatur, 31 eine optische Formüberwachungseinheit, 32a einen Formüberwachungsspiegel, 33 eine Bildsignal-Verarbeitungsschaltung und 34 einen Bildverarbeitungscomputer.
In 2 bezeichnen die Bezugszeichen 14a eine Lamellenkollimator-Steuervorrichtung, 22 Kollimatorlamellen, 31a ein Formüberwachungsspiegel-Befestigungsgestell, 31b ein Kompensationsfilter-Befestigungsgestell, 31c ein Patientenkollimator-Befestigungsgestell, 35a Kollimatorforminformation in einem Behandlungsplan, 36 eine Bildvergleichseinrichtung für eine Lamellenkollimatorform, 37 ein Bestrahlungs-OK-Signal und 38 ein Bestrahlungsstoppsignal oder ein Bestrahlungssperrsignal. In 3 bezeichnen die Bezugszeichen 35a Kollimatorforminformation in einem Behandlungsplan, 39 ein Kollimatorform-Urbild, 40 eine Bildverarbeitungseinrichtung, 41 ein Bild, das einer direkten Betrachtung nach der Bildverarbeitung entspricht, und 42 einen Satz von Vergleichsbilddaten.
Im folgenden wird die Arbeitsweise des Teilchenstrahl-Behandlungssystems näher erläutert. In 1 tritt der durch einen Teilchenstrahlbeschleuniger in dem Teilchenstrahl-Behandlungssystem beschleunigte Teilchenstrahl 3 über ein Strahltransportsystem in die Dosisüberwachungseinrichtung 4 in dem Bestrahlungskopf 1 ein; in der Dosisüberwachungseinrichtung 4 wird die Bestrahlungsdosis registriert.
Die Wobbler-Magneten 5 und der Streukörper 6 formen den Teilchenstrahl 3, dessen Bestrahlungsfeld vergrößert wird. Nach dem Austritt aus dem Streukörper 6 tritt der Teilchenstrahl 3 durch das Stegfilter 7 hindurch; der Bragg'sche Peak wird in Richtung der Tiefe vergrößert, und es wird eine Region mit homogener Dosis gebildet; anschließend wird der Bereich durch den Bereichsumschalter 8 eingestellt.
Bei der konformen Mehrschichtbestrahlung erfolgt eine Verabreichung einer räumlichen Dosis in einer derartigen Weise, dass diese in Richtung der Tiefe aufgeteilt wird; zu Beginn der Bestrahlung werden die Wobbler-Magneten 5, der Bereichsumschalter 8 und der Lamellenkollimator 14 (die Lamellenkollimatorform) entsprechend der Dosisverabreichung an dem tiefsten Bereich eingestellt, und anschließend wird der Teilchenstrahl 3 auf den erkrankten Bereich 2a aufgestrahlt.
Nach der Beendigung der Bestrahlung des tiefsten Bereichs stellt der Bereichsumschalter 8 den Bereich automatisch nach oben auf die Position ein, die um eine der Peakbreite entsprechende Tiefe weniger tief als der tiefste Bereich ist, wobei die Einstellungen für die Wobbler-Magneten 5 und den Lamellenkollimator 14 ebenfalls verändert werden; anschließend erfolgt der Bestrahlungsvorgang. Danach stellt der Bereichsumschalter 8 den Bereich in ähnlicher Weise ein, und die Einstellungen für die Wobbler-Magneten 5 und den Lamellenkollimator 14 werden ebenfalls verändert, so dass eine Dosis verabreicht wird, die insgesamt im Hinblick auf die Formgebung des erkrankten Bereichs 2a optimiert ist.
Um bei der konformen Mehrschichtbestrahlung für eine Teilchenstrahlbehandlung eine mit hoher Genauigkeit erfolgende Teilchenstrahlbehandlung auszuführen, wie diese vorstehend beschrieben worden ist, ist es in jedem der Bestrahlungsschritte erforderlich, die Einstellung für die Form des Lamellenkollimators zu ermitteln und zu überwachen. Durch das Anbringen der abnehmbaren und anbringbaren Formüberwachungseinheit 31 und der Videokamera 15a in dem Austrittsbereich auf der nachgeordneten Seite von dem Bestrahlungskopf 1, und zwar insbesondere bei einer Anordnung auf der nachgeordneten Seite von dem Lamellenkollimator sowie bei einer Anordnung des Formüberwachungsspiegels 32a in der optischen Formüberwachungseinheit 31 zum Überwachen der Form des Lamellenkollimators 14 in einer zu der Strahlachse geneigten Weise, nimmt die Videokamera 15a das reflektierte Bild des Lamellenkollimators auf.
Bei diesem Vorgang wird die auf der nachgeordneten bzw. abwärtigen Seite vorhandene Form des Lamellenkollimators auf dem Formüberwachungsspiegel 32a abgebildet. Die durch die Anordnung des Aufnahmesystems, beispielsweise des Formüberwachungsspiegels 32a, verursachte Bildverzerrung (Dimensionsverhältnis und dergleichen) des Lamellenkollimatorform-Urbildes 39, das von der Videokamera aufgenommen worden ist, wird durch die Bildsignal-Verarbeitungsschaltung 33 korrigiert, so dass ein einer Direktbetrachtung entsprechendes Lamellenkollimatorformbild 41 erzeugt wird, das einem Bild entspricht, wie es bei direkter Betrachtung entlang der Strahlachse zu sehen ist.
Der Bildverarbeitungscomputer 34 extrahiert den Umriß der eingestellten Form des Lamellenkollimators aus dem der Direktbetrachtung entsprechenden Bild 41 unter Verwendung einer Bildabgrenzungsverarbeitung, wie zum Beispiel dem Binärverfahren (1 und 0 oder weiß und schwarz) und zeigt den Umriß auf dem Bildmonitor 17a an. Ferner führt der Bildverarbeitungscomputer 34 den Vergleich 36 zwischen der Lamellenkollimtorforminformation 35a in einem Behandlungsplan und dem der Direktbetrachtung entsprechenden Bild 41 aus und gibt dann das Bestrahlungs-OK-Signal 37 oder das Bestrahlungsstoppsignal 38 ab, um dadurch den Bestrahlungssystem-Steuercomputer 9 in einer damit gekoppelten Weise zum Steuern der Emissionsbedingungen bei der Teilchenstrahlbestrahlung zu veranlassen, so dass eine fehlerhafte Dosisverabreichung aufgrund einer fehlerhaften Einstellung des Lamellenkollimators vermieden wird.
Wie vorstehend beschrieben, kann durch das Einführen der optischen Bildaufnahme durch die optische Formüberwachungseinheit 31 sowie den Bildvergleich nicht nur die Überwachung der Einstellung für die Lamellenposition durch den in den Lamellenkollimator 14 integrierten Lamellenpositionsdetektor 25 (vgl. 9) durchgeführt werden, sondern es können auch eine redundante und eine mehrfache Ermittlung und Überwachung der Lamellenkollimatorform 21 sogar während des Bestrahlungsvorgangs ausgeführt werden.
Bei der konformen Mehrschichtbestrahlung für die Teilchenstrahlbestrahlung werden durch das Befestigen der anbringbaren und lösbaren optischen Formüberwachungseinheit 31 in dem Austrittsbereich auf der nachgeordneten Seite von dem Lamellenkollimator die Ermittlung und die Überwachung der Lamellenkollimatorform ausgeführt. Zum Unterdrücken eines Bereichsverlusts des Teilchenstrahls sowie eines Anstiegs bei den Streukomponenten, die durch die Anbringung der optischen Formüberwachungseinheit 31 verursacht werden, ist der Formüberwachungsspiegel 32 durch Aufbringen von Aluminium auf einer Polyimidschicht gebildet, wobei der Formüberwachungsspiegel 31a in Richtung auf die Seite geneigt angeordnet wird, die sich näher bei der zu der Strahlachse rechtwinkligen Ebene befindet.
Die Bildverzerrung aufgrund des Aufnahmesystems, wie zum Beispiel die geneigte Anordnung des Formüberwachungsspiegels, wird durch die Bildsignal-Verarbeitungsschaltung 33 korrigiert. Wenn eine herkömmliche statische Teilchenstrahlbestrahlung ausgeführt wird, bei der der Lamellenkollimator während der Bestrahlung nicht in Betrieb ist, kann durch das Entfernen der optischen Formüberwachungseinheit 31 ein Strahlungsschaden an dem Formüberwachungsspiegel 32a oder der Videokamera 15a vermindert werden.
Um eine Beeinträchtigung der Dosisverteilung in dem durch den Lamellenkollimator gebildeten Bestrahlungsfeld aufgrund des Anstiegs in einer Drift-Distanz zu unterdrücken, wird der Gradient 0 des dem Lamellenkollimator gegenüberliegenden Formüberwachungsspiegels 32a in Bezug auf die Flugrichtung des Teilchenstrahls nahe einem Wert von 90° anstatt von 45° gewählt. Infolgedessen kann der von der optischen Formüberwachungseinheit in der Flugrichtung des Teilchenstrahls eingenommene Raum reduziert werden.
Durch das Korrigieren der Dimensionsverhältnis-Verzerrung in einem Bild der Videokamera, die die von dem Formüberwachungsspiegel reflektierte Lamellenkollimatorform aufnimmt, wird das Videokamerabild auf dem Bildmonitor in Form eines Bildes dargestellt, das dem Bild der Lamellenkollimatorform entspricht, wie dieses bei direkter Betrachtung in der Strahlachsenrichtung zu sehen ist.
Nachdem die Bildverzerrung und das Dimensionsverhältnis des reflektierten Bilds durch Bildverarbeitung korrigiert worden sind, wird das von der Videokamera aufgenommene Bild der Lamellenkollimatorform mit der Einstellung für die Lamellenkollimatorform verglichen, die in einer Behandlungsplanvorrichtung geplant worden ist; in einem Fall, in dem das Vergleichsresultat nicht angemessen ist, wird die Bestrahlung unterbrochen; in einem Fall, in dem das Vergleichsresultat angemessen ist, wird die Bestrahlung ausgeführt oder in einen Standby-Zustand gebracht.
Die vorstehend geschilderte Arbeitsweise ermöglicht selbst während eines Bestrahlungsvorgangs eine redundante und mit hoher Zuverlässigkeit erfolgende Ermittlung und Überwachung der Form eines Lamellenkollimators ohne Unterbrechung der Teilchenstrahlbestrahlung; infolgedessen läßt sich ein Teilchenstrahl-Behandlungssystem schaffen, bei dem die Wahrscheinlichkeit einer fehlerhaften Bestrahlung reduziert ist und eine Teilchenstrahlbehandlung mit hoher Genauigkeit möglich ist.
Ausführungsbeispiel 2
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel wird die Form des Lamellenkollimators mittels des Formüberwachungsspiegels 32a und der Videokamera 15a aufgenommen; die Überwachung einer Patientenposition, die in Bezug auf die Spiegelebene symmetrisch zu dem Lamellenkollimator 14 ist, kann jedoch auch mit einem ähnlichen Aufnahmesystem ausgeführt werden. Mit anderen Worten, es können durch Ausbilden des Überwachungsspiegels in Form eines zweiseitigen Spiegels sowie Verwendung der jeweiligen Seiten als Formüberwachungsspiegel 32a und als Patientenpositions-Überwachungsspiegel 32b die Lamellenkollimatorform und die Patientenposition gleichzeitig oder in einem Zeitmultiplexverfahren überwacht und ermittelt werden.
4 zeigt ein Systemblockdiagramm zur Erläuterung einer Lamellenkollimator-Kopfeinheit sowie des Steuersystems für diese gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel. 5 zeigt ein Flußdiagramm zur Erläuterung eines Patientenpositions-Überwachungsablaufs gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel.
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel werden die Schritte in dem Flußdiagramm gemäß 3, das einen Kollimatorform-Überwachungsablauf darstellt, gleichzeitig oder im Zeitmultiplexverfahren ausgeführt. Ferner können in einem Fall, in dem die Schritte gleichzeitig ausgeführt werden, zwei Systeme von erforderlichen Vorrichtungen verwendet werden. Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel dient die eine Seite eines Überwachungsspiegels als Formüberwachungsspiegel 32a, und die andere Seite dient als Patientenpositions-Überwachungsspiegel 32b; eine optische Formüberwachungseinheit ist in der optischen Formüberwachungseinheit 31 enthalten, die in lösbarer Weise an dem Austrittsbereich auf der nachgeordneten Seite von dem Lamellenkollimator angebracht ist.
Im folgenden wird in erster Linie auf die 4 und 5 Bezug genommen. Die Bezugszeichen 32a und 15a bezeichnen einen Formüberwachungsspiegel bzw. eine Videokamera für diesen, und die Bezugszeichen 32b und 15b bezeichnen einen Patientenpositions-Überwachungsspiegel bzw. eine Videokamera für diesen. Das Bezugszeichen 35 bezeichnet Referenzdaten für den Vergleich, wobei es sich um die Lamellenkollimatorforminformation in einem Behandlungsplan sowie um Patientenpositionsinformation handelt.
In 5 bezeichnet das Bezugszeichen 35b Referenzdaten für den Vergleich, wobei es sich um Patientenpositionsinformation handelt. Die Bezugszeichen 42 bezeichnen einen Satz von Bilddaten für den Vergleich, 43 ein Patientenpositions-Urbild, 44 einen Patientenpositions-Marker und 45 ein einer Direktbetrachtung entsprechendes Patientenpositionsbild.
In 4 sind der Formüberwachungsspiegel 32a und der Patientenpositions-Überwachungsspiegel 32b in Form eines zweiseitigen Spiegels ausgebildet, indem Aluminium auf eine einzige Polyimidschicht aufgebracht ist.
Als nächstes wird die Arbeitsweise des Teilchenstrahl-Behandlungssystems erläutert. Das Bild, das von dem Formüberwachungsspiegel 32a reflektiert wird, der die Lamellenkollimatorform überwacht, und das Bild, das von dem Patientenpositions-Überwachungsspiegel 32b reflektiert wird, der einem Patienten gegenüberliegend angeordnet ist und die Patientenposition überwacht, werden von den Videokameras 15a bzw. 15b aufgenommen; die Verzerrungen in den vorstehend genannten reflektierten Bildern werden durch die Bildsignal-Verarbeitungsschaltung 33 korrigiert.
Mit anderen Worten, es wird das von der Videokamera 15b zum Überwachen der Patientenposition aufgenommene Patientenpositions-Urbild 43, das durch Aufnehmen eines Patienten als Bestrahlungsobjekt in der Strahl-Bestrahlungsrichtung gebildet wird, in der Bildsignal-Verarbeitungsschaltung 33 einer Bildverarbeitung 40 unterzogen und zu dem einer Direktbetrachtung entsprechenden Patientenpositionsbild 45 korrigiert.
Das korrigierte, einer Direktbetrachtung entsprechende Patientenpositionsbild 45 wird zusammen mit dem korrigierten, einer Direktbetrachtung entsprechenden Lamellenkollimatorformbild 41 auf dem Bildmonitor 17a dargestellt. Auf dem Bildmonitor 17a werden zum Beispiel durch Teilen des Anzeigeschirms in zwei Bereiche das einer Direktbetrachtung entsprechende Patientenpositionsbild 45 und das einer Direktbetrachtung entsprechende Lamellenkollimatorformbild 41 dargestellt.
In dem einer Direktbetrachtung entsprechenden Patientenpositionsbild 45 verzeichnet der Bildverarbeitungscomputer 34 vor der Bestrahlung Bildinformation über einen Bereich von Interesse, der charakteristische Punkte, wie zum Beispiel einen Patientenpositions-Marker 44 beinhaltet, als Patientenpositionsinformation 35b (Referenzdaten) in einem Behandlungsplan, wobei diese für die Bildvergleichseinheit 36 (Vergleichseinrichtung) verwendet wird.
Anschließend wird ein Satz von Daten 42 für den Vergleich zwischen dem einer Direktbetrachtung entsprechenden Patientenpositionsbild 45, das während der Teilchenstrahlbestrahlung aufgenommen wird ist, und der Patientenpositionsinformation 35b (Referenzdaten) in einem Behandlungsplan für den Bildvergleich 36 nach dem Subtraktionsverfahren oder dergleichen verwendet; es wird das Bestrahlungs-OK-Signal 37 oder das Bestrahlungs-Stoppsignal 38 ausgegeben, um dadurch den Bestrahlungssystem-Steuercomputer 9 in damit gekoppelter Weise zum Steuern der Emissionsbedingungen der Teilchenstrahlbestrahlung zu veranlassen, so dass eine fehlerhafte Dosisverabreichung aufgrund einer Veränderung bei der Patientenposition vermieden wird.
Die Kombination der Arbeitsweise gemäß dem Flußdiagramm der 5 und der Arbeitsweise gemäß dem Flußdiagramm der 3 ermöglicht die Überwachung und Ermittlung der eingestellten Form des Lamellenkollimators sowie der Patientenposition; während der konformen Mehrschichtbestrahlung kann somit eine fehlerhafte Bestrahlung aufgrund einer fehlerhaften Einstellung eines Lamellenkollimators sowie einer Veränderung bei der Patientenposition vermieden werden, so dass eine Teilchenstrahlbehandlung mit hoher Zuverlässigkeit ausgeführt werden kann.
Ferner tritt kein toter Winkel für das Patientenüberwachungsbild auf, das von der optischen Patientenpositions-Überwachungseinheit aufgenommen wird; durch das Einstellen eines geeigneten Überwachungsmarkers an der Oberfläche eines Patientenkörpers kann somit eine Patientenüberwachungseinrichtung mit hoher Genauigkeit geschaffen werden.
Die vorstehend beschriebene Arbeitsweise kann selbst während des Bestrahlungsvorgangs eine redundante und mit hoher Zuverlässigkeit arbeitende Einrichtung zum exakten Ermitteln und Überwachen einer Patientenposition bieten, ohne dass eine Unterbrechung der Teilchenstrahlbestrahlung stattfindet; infolgedessen läßt sich ein Teilchenstrahl-Behandlungssystem schaffen, bei dem die Wahrscheinlichkeit einer fehlerhaften Bestrahlung vermindert ist und bei der eine Teilchenstrahl-Behandlung mit hoher Genauigkeit ermöglicht ist.
Zum Unterdrücken einer Beeinträchtigung der Dosisverteilung in dem durch den Lamellenkollimator gebildeten Bestrahlungsfeld aufgrund eines Anstiegs bei einer Drift-Distanz, wird der Gradient 0 des dem Patienten gegenüber angeordneten Patientenpositions-Überwachungsspiegel 32b in Bezug auf die Flugrichtung des Teilchenstrahls auf einen Wert von nahe bei 90° anstatt von 45° gebracht. Infolgedessen kann der von der optischen Patientenpositions-Überwachungseinheit in der Flugrichtung des Teilchenstrahls eingenommene Raum reduziert werden.
Wenn durch eine Bildverarbeitung die Dimensionsverhältnis-Verzerrung in einem Bild der Videokamera korrigiert wird, die die von dem Patientenpositions-Überwachungsspiegel 32b reflektierte Patientenposition aufnimmt, so kann das Bild der Videokamera auf dem Bildmonitor vorzugsweise als ein Bild dargestellt werden, das äquivalent zu dem Bild der Patientenposition ist, wie diese bei direkter Betrachtung in der Richtung der Strahlachse zu sehen ist.
Durch Bereitstellen des Bildverarbeitungscomputers 34, der unter Verwendung des Binärverfahrens (1 und 0 oder weiß und schwarz) die jeweiligen Umrisse oder charakteristischen Punkte aus dem Signal für das Bild der die Lamellenkollimatorform aufnehmenden Videokamera sowie aus dem Signal für das Bild der die Patientenposition aufnehmenden Videokamera extrahiert, können die Lamellenkollimatorform und die Position auf der Basis der extrahierten Umrisse oder charakteristischen Punkte des Überwachungsobjekts überwacht werden.
Ausführungsbeispiel 3
6 zeigt ein Systemblockdiagramm zur Erläuterung einer Lamellenkollimator-Kopfeinheit sowie des Steuersystems für diese gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel. Wenn ein Kompensationsfilter (zum Ausgleichen der Teilchenstrahlverteilung) in dem Kompensationsfilter-Befestigungsgestell 31b der optischen Formüberwachungseinheit 31 angebracht ist, oder wenn ein Patientenkollimator in dem Patientenkollimator-Befestigungsgestell 3c angebracht ist, dann ist es bei dem zweiten Ausführungsbeispiel unmöglich oder schwierig, die Patientenposition zu überwachen und zu ermitteln.
Zum Lösen des vorstehend genannten Problems ist ein Patientenpositions-Überwachungsspiegel-Befestigungsgestell 31d, an dem der Patientenpositions-Überwachungsspiegel 32 angeordnet ist, an dem vorderen Ende der optischen Formüberwachungseinheit 31 angebracht, um die Patientenposition zu ermitteln und zu überwachen. In diesem Fall bilden der Patientenpositions-Überwachungsspiegel 32c und das Patientenpositions-Überwachungsspiegel-Befestigungsgestell 3d eine optische Patientenpositions-Überwachungseinheit.
Das bedeutet, die optische Patientenpositions-Überwachungseinheit ist auf der nachgeordneten Seite von dem Lamellenkollimator angebracht. Zusätzlich wird die Montageposition der Videokamera 15b an eine Stelle verlagert, an der die Videokamera 15b das von dem Patientenpositions-Überwachungsspiegel 32c reflektierte Patientenpositionsbild aufnehmen kann.
Selbst wenn das Kompensationsfilter oder der Patientenkollimator angebracht ist, können somit sowohl die Patientenposition als auch die Lamellenkollimatorform ermittelt werden. Während der konformen Mehrschichtbestrahlung kann somit eine fehlerhafte Bestrahlung aufgrund einer fehlerhaften Einstellung der Lamellenkollimatorform oder einer Änderung bei der Patientenposition vermieden werden, so dass sich eine Teilchenstrahlbehandlung mit hoher Zuverlässigkeit ausführen läßt.
Ausführungsbeispiel 4
7 zeigt ein Systemblockdiagramm zur Erläuterung einer Lamellenkollimator-Kopfeinheit sowie des Steuersystems für diese gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel. Bei der konformen Mehrschichtbestrahlung führt der Bildverarbeitungscomputer 34 den Vergleich 36 zwischen der Lamellenkollimatorforminformation oder der Patientenpositionsinformation aus, die anhand der Bildsignal-Verarbeitungsschaltung 33 und der Referenzdaten 35, bei denen es sich um die Lamellenkollimatorforminformation bzw. die Patientenpositionsinformation in dem Behandlungsplan handelt, einer Bildkorrektur unterzogen wird. Wenn nach dem Start der Teilchenstrahlbestrahlung das Vergleichsergebnis unangemessen und unzulänglich ist, wird das Bestrahlungsstoppsignal 38 ausgegeben, und die Teilchenstrahlbestrahlung wird dann sofort abgeschaltet.
Der Fall, dessen Auftreten relativ wahrscheinlich ist und bei dem aufgrund eines nicht angemessenen Vergleichsergebnisses die Teilchenstrahlbestrahlung abgeschaltet wird, wird in exemplarischer Weise durch einen Fall veranschaulicht, in dem sich die Patientenposition verändert. Wenn in dieser Situation nach dem Abschalten die konforme Mehrschichtbestrahlung wieder aufgenommen wird, so werden Bereiche mit hoher Dosis und niedriger Dosis gebildet, wenn die Patientenposition vor dem Abschalten nicht reproduziert wird.
Daher wird die Patientenpositionsinformation 29a beim Start der Bestrahlung in einem Bestrahlungsbedingungs-Speichermedium 30 gespeichert, damit man dann in der Lage ist, auf diese als Referenzinformation zurückzugreifen, wenn die Normalität der Einstellung für die Patientenposition bei Wiederaufnahme des Bestrahlungsvorgangs ermittelt wird. Ferner wird beim Start des Bestrahlungsvorgangs auch Bestrahlungskopfvorrichtungs-Einstellinformation 29a in dem Bestrahlungsbedingungs-Speichermedium 30 gespeichert.
Hierbei beinhalten die einzustellenden Bestrahlungskopfvorrichtungen die Wobbler-Magneten 5, den Bereichsumschalter 8 sowie den Lamellenkollimator 14; gleichzeitig mit dem Durchzählvorgang in der Dosisüberwachungseinrichtung 4 speichert der Bestrahlungssystem-Steuercomputer 9 die Einstellbedingungen der Vorrichtungen in dem Bestrahlungsbedingungs-Speichermedium 30.
Nachdem die Reproduzierbarkeit der Patientenposition durch Zurückgreifen auf die vorstehend geschilderten Informationen sowie Ausführen einer Neupositionierung mittels Röntgenstrahlen festgestellt worden ist, werden die Vorrichtungsbedingungen auf der Basis der Bestrahlungskopfvorrichtung-Einstellinformation 29b eingestellt, die während der Unterbrechung des Bestrahlungsvorgangs gespeichert worden ist, und anschließend wird die Bestrahlung wieder aufgenommen.
Zum Verständnis der Wirkungen einer fehlerhaften Einstellung für die Vorrichtungen des Bestrahlungskopfes sowie einer Veränderung der Patientenposition während der Unterbrechung des Bestrahlungsvorgangs werden ferner die Patientenpositionsinformation und die Bestrahlungskopfvorrichtungs-Einstellinformation 29b während des Abschaltens des Bestrahlungsvorgangs in dem Bestrahlungsbedingungs-Speichermedium 30 gespeichert.
Wie vorstehend beschrieben, können durch festes Speichern der Bestrahlungskopfvorrichtungs-Einstellinformation und der Patientenpositionsinformation während der konformen Mehrschichtbestrahlung die Bedingungen der Bestrahlungskopfvorrichtungs-Einstellung und der Patientenposition während einer Unterbrechung des Bestrahlungsvorgangs festgestellt werden; in einem Fall, in dem die Wiederaufnahme des Bestrahlungsvorgangs möglich ist, kann somit die geplante Bestrahlung zum Zeitpunkt der Wiederaufnahme der Bestrahlung durch die Wiederaufnahme der Bestrahlung kompensiert werden, so dass eine Teilchenstrahlbehandlung mit hoher Zuverlässigkeit ausgeführt werden kann.

Claims

Teilchenstrahl-Behandlungssystem, bei dem in einem Fall, in dem während eines Teilchenstrahl-Bestrahlungsvorgangs eine konforme Mehrschichtbestrahlung ausgeführt wird, während die Einstellung der Form eines Lamellenkollimators in einem Bestrahlungskopf (1) verändert wird, die Form des Lamellenkollimators durch einen Lamellenpositions-Detektionsmechanismus detektiert wird, wobei das Teilchenstrahl-Behandlungssystem folgendes aufweist: eine optische Formüberwachungseinheit (31), wobei die optische Formüberwachungseinheit (31) gegenüber von dem Lamellenkollimator (14) einen Formüberwachungsspiegel (32a) zum Überwachen der Form des Lamellenkollimators (14) aufweist; eine Videokamera (15a) zum Aufnehmen der von dem Formüberwachungsspiegel (32a) reflektierten Form des Lamellenkollimators; dadurch gekennzeichnet, dass die optische Formüberwachungseinheit (31) in lösbarer Weise in dem Austrittsbereich auf der nachgeordneten Seite von dem Lamellenkollimator (14) angebracht ist, und dass das Teilchenstrahl-Behandlungssystem folgendes aufweist: – eine optische Patientenposition-Überwachungseinheit, die in lösbarer Weise auf der dem Lamellenkollimator (14) nachgeordneten Seite angebracht ist, wobei die optische Patientenpositions-Überwachungseinheit gegenüber von einem Patienten (2) einen Patientenpositions-Überwachungsspiegel (32b, 32c) zum Überwachen einer Patientenposition aufweist; – eine Videokamera (15b) zum Aufnehmen der von dem Patientenpositions-Überwachungsspiegel (32b, 32c) reflektierten Patienteninformation; und – einen Bildmonitor (17a) zum Anzeigen der jeweiligen Bilder der Videokamera (15a), die die Form des Lamellenkollimators aufnimmt, sowie der Videokamera (15b), die die Patientenposition aufnimmt, wobei die Form des Lamellenkollimators und die Patientenposition während des Teilchenstrahl-Bestrahlungsvorgangs überwacht werden können.
Teilchenstrahl-Behandlungssystem nach Anspruch 1, wobei der Gradient des Formüberwachungsspiegels (32a) gegenüber von dem Lamellenkollimator (14) auf einen Wert von nahe bei 90° anstatt auf 45° in Bezug auf die Flugrichtung eines Teilchenstrahls eingestellt ist, so dass sich der von der optischen Formüberwachungseinheit (31) eingenommene Raum in der Flugrichtung des Teilchenstrahls reduzieren läßt; wobei eine Dimensionsverhältnis-Verzerrung in einem Bild der Videokamera (15a), die die von dem Formüberwachungsspiegel (32a) reflektierte Lamellenkollimatorform aufnimmt, durch Bildverarbeitung korrigiert wird; und wobei das Bild der Videokamera (15a) auf dem Bildmonitor (17a) als ein Bild dargestellt wird, das zu dem Bild der Lamellenkollimatorform äquivalent ist, wie dieses bei direkter Betrachtung in der Strahlachsenrichtung zu sehen ist.
Teilchenstrahl-Behandlungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die eine Seite des Überwachungsspiegels als Formüberwachungsspiegel (32a) dient und die andere Seite als Patientenpositions-Überwachungsspiegel (32b) dient, und wobei die optische Formüberwachungseinheit (31) die optische Patientenpositions-Überwachungseinheit beinhaltet.
Teilchenstrahl-Behandlungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Bildverarbeitungseinrichtung (34) vorgesehen ist, um unter Verwendung eines Binärverfahrens jeweilige Umrisse oder charakteristische Punkte aus Signalen für Bilder der Videokamera (15a), die die Form des Lamellenkollimators aufnimmt, sowie der Videokamera (15b), die die Patientenposition aufnimmt, zu extrahieren, wobei die Lamellenkollimatorform und die Patientenposition auf der Basis der jeweiligen extrahierten Umrisse oder charakteristischen Punkte von Überwachungsobjekten überwacht werden können.
Teilchenstrahl-Behandlungssystem, bei dem in einem Fall, in dem während eines Teilchenstrahl-Bestrahlungsvorgangs eine konforme Mehrschichtbestrahlung ausgeführt wird, während die Einstellung der Form eines Lamellenkollimators in einem Bestrahlungskopf (1) verändert wird, die Form des Lamellenkollimators durch einen Lamellenpositions-Detektionsmechanismus (25) detektiert wird, wobei das Teilchenstrahl-Behandlungssystem folgendes aufweist: – eine optische Formüberwachungseinheit (31), die in lösbarer Weise in dem Austrittsbereich auf der nachgeordneten Seite von dem Lamellenkollimator (14) angebracht ist, wobei die optische Formüberwachungseinheit (31) gegenüber von dem Lamellenkollimator (14) einen Formüberwachungsspiegel (32a) zum Überwachen der Form des Lamellenkollimators (14) aufweist; – eine Videokamera (15a) zum Aufnehmen der von dem Formüberwachungsspiegel (32a) reflektierten Lamellenkollimatorform; und – eine Vergleichseinrichtung (36) zum Vergleichen eines Bilds der Videokamera (15a) mit Lamellenkollimatorforminformation in einem Behandlungsplan, wobei eine Teilchenstrahl-Bestrahlungsverarbeitung oder eine Teilchenstrahl-Abschaltbearbeitung in Abhängigkeit von dem Vergleichsergebnis erfolgt.
Teilchenstrahl-Behandlungssystem nach Anspruch 5, wobei das Teilchenstrahl-Behandlungssystem zusätzlich folgendes aufweist: eine optische Patientenpositions-Überwachungseinheit, die in lösbarer Weise auf der dem Lamellenkollimator (14) nachgeordneten Seite angebracht ist, wobei die optische Patientenpositions-Überwachungseinheit gegenüber von einem Patienten einen Patientenpositions-Überwachungsspiegel (32b, 32c) zum Überwachen einer Patientenposition aufweist; eine Videokamera (15b) zum Aufnehmen der von dem Patientenpositions-Überwachungsspiegel (32b, 32c) reflektierten Patienteninformation; eine Vergleichseinrichtung (36) zum Vergleichen eines Bilds der Videokamera (15b) mit Patientenpositionsinformation in einem Behandlungsplan, wobei eine Teilchenstrahl-Bestrahlungsverarbeitung oder eine Teilchenstrahl-Abschaltverarbeitung in Abhängigkeit von dem Vergleichsergebnis ausgeführt wird.
Teilchenstrahl-Behandlungssystem nach Anspruch 5 oder 6, wobei der Gradient des Patientenpositions-Überwachungsspiegels (32b, 32c) gegenüber von dem Patienten auf einen Wert nahe bei 90° anstatt von 45° in bezug auf die Flugrichtung eines Teilchenstrahls eingestellt wird, so dass der von der optischen Patientenpositions-Überwachungseinheit in der Flugrichtung des Teilchenstrahls eingenommene Raum reduziert werden kann; wobei eine Dimensionsverhältnis-Verzerrung in einem Bild der Videokamera (15b), die die von dem Patientenpositions-Überwachungsspiegel (32b, 32c) reflektierte Patientenposition aufnimmt, durch Bildverarbeitung korrigiert wird; und wobei das Bild der Videokamera (15b) auf dem Bildmonitor (17a) als ein Bild dargestellt wird, das äquivalent zu dem Bild der Patientenposition ist, wie dieses bei direkter Betrachtung in der Flugrichtung des Teilchenstrahls zu sehen ist.
Teilchenstrahl-Behandlungssystem nach Anspruch 6 oder 7, wobei dann, wenn die mit der Videokamera (15b) aufgenommen und von dem Patientenpositions-Überwachungsspiegel (32b, 32c) reflektierte Patientenposition von der Patientenpositionsinformation in einem Behandlungsplan abweicht und der Teilchenstrahl-Bestrahlungsvorgang unterbrochen wird, während der Unterbrechung Information über Einstellungen für Vorrichtungen in dem Bestrahlungskopf (1) gespeichert wird, und wobei bei Wiederaufnahme des Teilchenstrahl-Bestrahlungsvorgangs Bedingungen für die Vorrichtungen in dem Bestrahlungskopf (1) unter Verwendung der Information über die Einstellungen für die Vorrichtungen eingestellt werden, so dass der geplante Teilchenstrahl-Bestrahlungsvorgang kompensiert wird.