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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen eine Vorrichtung für die stereotaktische Strahlentherapie
und im Besonderen eine sich drehende oder bewegende Schicht Kollimatoren
zur Formung eines Strahlenbündels
für die
Durchführung einer
stereotaktischen Strahlentherapie.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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In
der stereotaktischen Strahlentherapie erzeugt eine Strahlungsquelle
ein Strahlenbündel
zur Bestrahlung eines Zielgewebes. Zur Formung eines Strahlenbündels mit
einem gewünschten
Durchmesser wird am Austrittsende der Strahlungsquelle im Allgemeinen
ein Kollimator angeordnet. Bei bestimmten Strahlentherapieplänen kann
es notwendig sein, das Zielgewebe mit mehreren Strahlenbündeln von unterschiedlichem
Durchmesser zu bestrahlen. Dazu ist es im Allgemeinen erforderlich,
einen ersten Kollimator zu deinstallieren und durch einen zweiten
Kollimator mit einem anderen Durchmesser zu ersetzen und so weiter.
Ein derartiger Vorgang ist unpraktisch und zeitaufwändig.
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Aus
dem Stand der Technik sind Systeme mit mehreren Kollimatoren bekannt.
Die japanische Patentschrift 6-233831, übertragen an Hitachi, beschreibt
eine Kollimatordrehvorrichtung, an der mehrere Kollimatoren befestigbar
sind. Die Kollimatordrehvorrichtung befindet sich in der Nähe eines
Kollimatorkopfes eines Strahlentherapiegerätes. Der Kollimatorkopf weist
eine Schiebevorrichtung auf, die einen der Kollimatoren aus der
Kollimatordrehvorrichtung herausgreift und den gewählten Kollimator
in die richtige Position auf den Kollimatorkopf schiebt, so dass
der gewählte
Kollimator auf eine Strahlungsquelle ausgerichtet ist.
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Das
US-Patent 5,757,886 an Shipeng Song beschreibt ein System, bei dem
mehrere radioaktive Quellen in einem Gestell befestigt sind, wobei
sämtli che
Quellen radial auf einen gemeinsamen Mittelpunkt auf der Mittelachse
des Gestells ausgerichtet sind. Ein Kollimatorgestell mit mehreren
Kollimatoren mit unterschiedlichen Öffnungsdurchmessern ist koaxial
zur Mittelachse des Kollimatorgestells ausgerichtet. Das Kollimatorgestell
ist um die Mittelachse drehbar, so dass ein bestimmter Kollimator
auswählbar
und auf eine der Strahlungsquellen ausrichtbar ist.
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Das
US-Patent 3,849,649 an Carey beschreibt eine Röntgenabschirmung mit regelbaren Öffnungen,
bestehend aus einer ersten Platte mit einer Öffnung und einer beweglichen
zweiten Platte, ebenfalls mit einer Öffnung. Die zweite Platte wird
innerhalb eines peripheren Rings gehalten, der mit der ersten Platte
starr verbunden ist. Die Bewegung der zweiten Platte relativ zur
ersten Platte verändert
die Überlappung
zwischen den Öffnungen
und steuert auf diese Weise die Hindurchleitung der Röntgenstrahlen.
Als solches offenbart das US-Patent 3,849,649 ein Kollimatorsystem
gemäß der Definition im
Oberbegriff von Anspruch 1.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ein Kollimatorsystem gemäß der Definition in Anspruch
1 bereitgestellt.
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In
einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird ein neuartiges sich drehendes Kollimatorsystem
bereitgestellt, mit dem sich ein Strahlenbündel, das von einer Strahlungsquelle
ausgeht, mithilfe mehrerer aufeinander ausrichtbarer Kollimatoren
und Vorkollimatoren formen lässt.
Die Kollimatoren und Vorkollimatoren sind auf sich drehenden Platten
befestigt, die vorzugsweise wie bei einem Karussellspeicher entlang
einer gemeinsamen Achse übereinander
geschichtet sind. Ein Steuersystem mit Servomotoren dreht wahlweise
eine beliebige Kollimatorplatte und richtet so mehrere Kollimatoren
zur Formung eines Weges für
die Kollimierung eines Strahlenbündels
aus. Auf diese Weise werden durch eine derartige Anordnung über einen
großen
Bereich von Durchmesseröffnungen
Strahlenbündel
kollimiert und vorkollimiert, die für praktisch jeden Strahlentherapieplan
geeignet sind.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung sind die Platten so in Bezug zueinander angeordnet,
dass die in aneinander angrenzenden Platten befindlichen Kollimatoröffnungen
so aufeinander ausrichtbar sind, dass sie einen Kollimationsweg
bilden, der für
die Hindurchleitung eines Strahlenbündels geeignet ist.
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Weiterhin
sind die Platten gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung so angeordnet, dass sie sich um eine
gemeinsame Achse drehen.
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Des
Weiteren unterscheidet sich gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung eine der Kollimatoröffnungen in einer der Platten
hinsichtlich ihrer Größe von einer
Kollimatoröffnung
in einer anderen Platte.
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Zusätzlich befinden
sich gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung in mindestens einer der Platten mehrere
Kollimatoröffnungen
von unterschiedlicher Größe.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung befinden sich in mindestens einer der Platten
mehrere Kollimatoröffnungen von
im Allgemeinen gleicher Größe.
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Weiterhin
unterscheidet sich gemäß einer bevorzugten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung die Stärke mindestens einer der Platten
von der Stärke
einer der anderen Platten.
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Des
Weiteren ist gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ein Zwischenraum zwischen aneinander
angrenzenden Platten der mehreren drehbaren Platten klein genug, um
im Wesentlichen zu verhindern, dass die Bahn eines Strahlenbündels einer
vorbestimmten Wellenlänge
durch den Zwischenraum verläuft.
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Zusätzlich ist
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ein Steuergerät an die Platten angeschlossen,
das die Platten wahlweise dreht.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung weist das Steuergerät einen mit den Platten verbundenen
Servomotor auf, der die Platten wahlweise dreht.
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Weiterhin
ist gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung eine Teilgruppe der Platten mechanisch
miteinander verbunden und an Lagern um die gemeinsame Achse herum
befestigt, so dass sich die Plattenteilgruppe als Einheit unabhängig von
den anderen Platten dreht.
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Eine
Stoppvorrichtung kann die Drehbewegung der Platten wahlweise unterbrechen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNGEN
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Die
vorliegende Erfindung wird besser verstanden und eingeschätzt anhand
der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen.
Es zeigt:
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1 eine
vereinfachte bildliche Darstellung eines Kollimatorsystems, das
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung konstruiert ist und funktioniert;
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2 eine
vereinfachte auseinander gezogene Darstellung von drei sich drehenden
Platten des Kollimatorsystems nach 1 mit darin
enthaltenen Kollimatoröffnungen,
die gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung konstruiert sind und funktionieren;
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3 einen
vereinfachten, im Schnitt dargestellten Aufriss des Kollimatorsystems
nach 1;
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4 eine
vereinfachte, im Schnitt dargestellte Draufsicht auf das Kollimatorsystem
nach 1;
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5 einen
detaillierteren, im Schnitt dargestellten Aufriss des Kollimatorsystems
nach 1; und
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6 eine
vereinfachte bildliche Darstellung einer für das Kollimatorsystem nach 1 nützlichen Stoppvorrichtung,
die gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung konstruiert ist und funktioniert.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
EINER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Nachfolgend
wird auf die 1–5 Bezug
genommen, die ein gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung konstruiertes und funktionierendes Kollimatorsystem 10 zeigen.
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Das
Kollimatorsystem 10 weist vorzugsweise mehrere übereinander
geschichtete drehbare Platten 12A–12H auf. Dies ist
lediglich ein Beispiel für das
Kollimatorsystem, und es kann jede beliebige Anzahl von Platten
zur Ausführung
der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Die Platten 12A–12H bestehen
vorzugsweise aus einem Werkstoff, der in einem vorbestimmten Wellenlängenbereich
im Wesentlichen strahlungsundurchlässig ist, wie beispielsweise
Wolfram, das im Allgemeinen undurchlässig für die bei den meisten Arten
der Strahlentherapie verwendete Strahlung ist.
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Wie
aus 2 am besten ersichtlich, weist vorzugsweise jede
der Platten eine oder mehrere Kollimatoröffnungen auf. (Aus Vereinfachungsgründen sind
in 2 lediglich die Platten 12A, 12B und 12C auseinander
gezogen dargestellt.) Zum Beispiel befinden sich in der Platte 12A die
Kollimatoröffnungen 14A–14G,
in der Platte 12B die Kollimatoröffnungen 16A–16G und
in der Platte 12C die Kollimatoröffnungen 18A–18H.
Die Platten 12A–12H sind
so in Bezug zueinander angeordnet, dass die in aneinander angrenzenden
Platten befindlichen Kollimatoröffnungen
so aufeinander ausrichtbar sind, dass sie ei nen Kollimationsweg
bilden, der für
die Hindurchleitung eines Strahlenbündels geeignet ist. Vorzugsweise
sind die Platten 12A–12H so
angeordnet, dass sie sich um eine gemeinsame Achse 20 drehen.
Alternativ können
die Platten um unterschiedliche Achsen drehbar sein.
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Die
Platten weisen nicht notwendigerweise die gleiche Anzahl von Kollimatoröffnungen
auf. In dem in 2 dargestellten Beispiel weisen
die Platten 12A und 12B jeweils 7 Kollimatoröffnungen
auf, während
sich in der Platte 12C 8 Kollimatoröffnungen befinden. Die Platten
können
eine beliebige Anzahl von Kollimatoröffnungen enthalten. Außerdem können sich
die Kollimatoröffnungen
in einer der Platten hinsichtlich ihrer Größe von den Kollimatoröffnungen in
einer anderen Platte unterscheiden. Zum Beispiel weist die Kollimatoröffnung 14G der
Platte 12A einen geringeren Durchmesser auf als die Kollimatoröffnung 16A der
Platte 12B. Darüber
hinaus kann dieselbe Platte Kollimatoröffnungen von unterschiedlicher
Größe enthalten.
Die Kollimatoröffnung 18H der Platte 12C weist
zum Beispiel einen größeren Durchmesser
auf als die Kollimatoröffnung 18A.
Alternativ kann eine der Platten Kollimatoröffnungen von im Allgemeinen
gleicher Größe aufweisen,
wie beispielsweise die Öffnungen 14A–14G der
Platte 12A. Die Kollimatoröffnungen der Platten können sich über einen
beliebigen Durchmesserbereich erstrecken, wie zum Beispiel, jedoch
nicht notwendigerweise, 5–35 mm.
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Wie
aus 2 ersichtlich, können die Platten eine unterschiedliche
Stärke
aufweisen. Die Platte 12A ist zum Beispiel stärker als
die Platten 12B und 12C.
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Die
Abbildung in 2 ist eine auseinander gezogene
Darstellung der Platten. Wie aus den 3 und 5 ersichtlich,
ist der tatsächliche
Abstand zwischen den Platten gering. Vorzugsweise ist ein Zwischenraum
zwischen aneinander angrenzenden Platten gering genug, um im Wesentlichen
zu verhindern, dass die Bahn eines Strahlenbündels einer gewünschten
Wellenlänge
durch den Zwischenraum verläuft.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung ist ein Steuergerät 22 an die Platten 12A–12H angeschlossen,
das die Platten wahlweise dreht, wie nachfolgend unter besonderer Bezugnahme
auf 3–5 beschrieben
wird. Dabei ist die folgende Beschreibung lediglich ein Beispiel
für die
Befestigung und Drehung der Platten, und für den Fachmann ist ersichtlich,
dass andere Anordnungen innerhalb des Umfangs der Erfindung möglich sind.
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Die
Platten 12A, 12C, 12E und 12G sind
vorzugsweise an einer Mittelachse 24 sicher befestigt, zum
Beispiel mit Keilen 26 (5). Die
Platten 12B, 12D, 12F und 12H sind
vorzugsweise an Lagern 28 um die gemeinsame Achse 24 und
jeweils an einer Trommel 30 befestigt, zum Beispiel mit
Bolzen 32. Die Trommel 30 ist mittels eines weiteren
Lagers 36 an einem Gestell 34 befestigt. Auf diese
Weise sind die Platten 12B, 12D, 12F und 12H zusammen
mit der Trommel 30 um eine Längsachse 38 der Achse 24 drehbar.
Das Gestell 34 bleibt ortsfest und ist an einem Tragarm 40 (3)
eines Strahlentherapiesystems befestigbar. Die Achse 24 ist
vorzugsweise über
ein weiteres Lager 42 an dem Gestell 34 befestigt.
Auf diese Weise sind die Platten 12A, 12C, 12E und 12G zusammen
mit der Achse 24 um die Längsachse 38 drehbar.
Die Platten 12A, 12C, 12E und 12G drehen
sich somit unabhängig
von den Platten 12B, 12D, 12F und 12H um
die Achse 38.
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Das
Steuergerät 22 weist
vorzugsweise einen durch ein Getriebe, einen Synchronriemen oder auf
eine andere geeignete Art mit der Platte 12A verbundenen
Servomotor 44 und einen weiteren, auf ähnliche Weise mit der Trommel 30 oder
einer der Platten 12B, 12D, 12F und 12H verbundenen
Servomotor 46 auf. Der Servomotor 44 steuert die
Drehung der Platten 12A, 12C, 12E und 12G,
und der Servomotor 46 steuert die Drehung der Platten 12B, 12D, 12F und 12H.
(In 5 sind die Servomotoren aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht abgebildet.)
Die Platten sind so drehbar, dass eine beliebig gewählte Anzahl
von mehreren Kollimatoröffnungen
auf eine Strahlungsquelle 48 ausrichtbar ist (3).
Ein Strahlenbündel 50 (3)
führt auf
diese Weise hindurch und wird durch die ausgerichteten Kollimatoröffnungen
kollimiert.
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Zusätzlich wird
nachfolgend auf 6 Bezug genommen, in der eine
Stoppvorrichtung 52 dargestellt ist, die wahlweise die
Drehbewegung der Platten unterbricht. Vorzugsweise ist an der Platte 12A durch
Befestigungsvorrichtungen 56 ein Ring 54 befestigt.
Der Ring 54 weist mehrere strahlenförmig herausragende Stifte 58 auf.
An einer Halterung 62 ist eine durch einen Motor oder ein
Stellglied 64 betätigbare
Klinke 60 drehbar befestigt. Die Klinke 60 fasst
wahlweise einen der Stifte 58 und unterbricht auf diese
Weise die Drehbewegung des Rings 54 sowie der mechanisch
mit dem Ring 54 verbundenen Platten 12A, 12C, 12E und 12G.
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Auf ähnliche
Weise können
an einer der Platten 12B, 12D, 12F und 12H die
Stifte 58 befestigt werden, wie zum Beispiel an der Platte 12D,
und zur Unterbrechung der Drehbewegung der Platten kann eine weitere
Klinke verwendet werden. (In 5 sind die
Stoppvorrichtungen aus Gründen
der Übersichtlichkeit
nicht abgebildet.)
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Obgleich
bei der besten Art der Ausführung der
vorliegenden Erfindung drehbare Platten verwendet werden, können die
Platten alternativ auch linear zueinander beweglich sein.
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Für den Fachmann
ist ersichtlich, dass die vorliegende Erfindung nicht auf das speziell
Dargestellte und Beschriebene beschränkt ist. Der Umfang der vorliegenden
Erfindung ist vielmehr in den beigefügten Ansprüchen definiert.