EP1948313A1 - Partikeltherapieanlage, therapieplan und bestrahlungsverfahren für eine derartige partikeltherapieanlage - Google Patents

Partikeltherapieanlage, therapieplan und bestrahlungsverfahren für eine derartige partikeltherapieanlage

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EP1948313A1
EP1948313A1 EP06807775A EP06807775A EP1948313A1 EP 1948313 A1 EP1948313 A1 EP 1948313A1 EP 06807775 A EP06807775 A EP 06807775A EP 06807775 A EP06807775 A EP 06807775A EP 1948313 A1 EP1948313 A1 EP 1948313A1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
irradiation
imaging
patient
particle
therapy system
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP06807775A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Sven Oliver GRÖZINGER
Klaus Herrmann
Eike Rietzel
Andres Sommer
Torsten Zeuner
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Siemens AG
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Publication of EP1948313A1 publication Critical patent/EP1948313A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • A61N5/1069—Target adjustment, e.g. moving the patient support

Definitions

  • Particle therapy system treatment plan and irradiation ⁇ method for such a particle therapy system
  • the invention relates to a particle therapy system for irradiating a volume of a patient with high-energy particles to be irradiated, which has a beam exit of a beam delivery and acceleration system from which exits a particle beam to interact with the positioned in an irradiation position patient, the irradiation position is given with respect to an irradiation isocenter of the particle therapy facility;
  • the particle therapy system further comprises an imaging device for verifying the position of the target volume with respect to the particle beam and a patient positioning device, with which the patient can be brought to the irradiation position for irradiation, wherein the imaging device is designed to verify the position of the volume to be irradiated in an imaging position of the patient that is from the
  • Radiation position is arranged spatially distant, and wherein the patient positioning device for automatic position change between imaging and irradiation position is formed. Furthermore, the patient positioning device for automatic position change between imaging and irradiation position is formed. Furthermore, the patient positioning device for automatic position change between imaging and irradiation position is formed. Furthermore, the patient positioning device for automatic position change between imaging and irradiation position is formed. Furthermore, the patient positioning device for automatic position change between imaging and irradiation position is formed. Furthermore, the
  • a particle therapy system is known, for example, from EP 0 986 070.
  • Claim 1 can be found for example in JP 11009708 A, wherein a patient positioning is arranged between a magnetic resonance device and the gantry of a treatment system.
  • a particle therapy system usually has an accelerator unit and a high-energy beam guidance system.
  • the acceleration of the particles e.g. Protons, pions, helium, carbon or oxygen ions, for example, using a synchrotron or cyclotron.
  • the high energy beam transport system directs the particles from the accelerator unit to one or more treatment rooms.
  • a control and safety system of the particle therapy systems ensures that a particle beam characterized by the required parameters is guided into the corresponding treatment room.
  • the parameters are defined in the so-called treatment or treatment plan. This indicates how many particles from which direction and with which energy should hit the patient.
  • the treatment plan is generated by means of imaging techniques.
  • a 3D data set is generated with a computed tomography device.
  • the tumor is localized within this image data set and the required radiation doses, directions of incidence, etc. are determined.
  • the patient During irradiation, it is necessary for the patient to assume the treatment position underlying the treatment plan. This is done, for example, with fixing masks.
  • the position of the Patients checked with imaging agents. In this case, the actual irradiation position is compared with the image data set on which the therapy planning is based.
  • images from different directions are compared with, for example, projections from the CT planning data record before irradiation. These are u.a. Also obtained radiographic images in the beam direction and orthogonal to the beam direction. These shots are taken in the irradiation position near the
  • Beam exit performed that is, there is limited space for imaging.
  • 3D image data sets can be obtained from the image data.
  • an imaging robot that can be freely aligned around a patient to be screened. For fluoroscopy of the patient from different directions, adequate space must be available.
  • Another way of obtaining 3D images is e.g. a C-arm X-ray machine.
  • imaging units for obtaining SD image data sets require sufficient space to be able to illuminate the patient from different directions. That is, imaging unit elements must be capable of being moved around the patient at a sufficient distance for imaging.
  • a usual distance between the isocenter of an irradiation site and the beam exit is about 60 cm.
  • the above-mentioned preferred distance of the irradiation isocenter from the beam exit restricts the imaging of the position verification to correspondingly less space consuming imaging devices.
  • An object of the invention is to enable the planning and execution of a patient's irradiation using a 3D imaging technique. Furthermore, it is an object of the invention to provide a method and a particle therapy system that allow to use also space-consuming imaging techniques in the position verification.
  • the object related to the above-mentioned particle therapy system is achieved by a particle therapy system according to claim 1. Furthermore, the object related to the planning or irradiation is achieved by a treatment plan according to claim 11 or an irradiation method according to claim 15.
  • the imaging device is designed to verify the position of the volume to be irradiated in an imaging position of the patient.
  • This imaging position is located spatially distant from the irradiation position and thus has at least the minimum distance of the imaging device from the beam exit necessary for 3D imaging.
  • the imaging position is arranged between the patient positioning device and the irradiation position, whereby the travel paths from the imaging position to the irradiation position and back are particularly short.
  • the patient positioning device is controlled, for example, by a control system that implements a corresponding therapy plan and if necessary causes the position change between imaging and irradiation position.
  • An advantage of the invention is that an optimal distance to the beam exit can be set for each type of particle and for each irradiation procedure, without having to forego 3D imaging by a correspondingly space-consuming imaging device. This makes it possible on the one hand to perform a very precise irradiation with a particle beam, which due to the proximity to the beam exit diverges less and thus has a small beam diameter, and on the other hand, the position verification with 3D or at least 3D-like data sets can be performed.
  • the particle therapy system of the imaging position is associated with an imaging center, preferably with the
  • Irradiation isocenter is arranged on a beam center axis.
  • the beam center axis is to be understood, for example, as the beam path given by the zero position of a raster scanning device.
  • the distance between the irradiation isocenter and the imaging center is not more than 2 m, preferably less than 1 m and, if possible, less than 0.5 m, so that during irradiation, the position verification, if possible without multiple loss of time by long travel paths, also multiple times can be made. This is particularly possible when the patient's travel is minimized, i.e. when e.g. the imaging center has or nearly the minimum distance to the irradiation iso center.
  • the patient positioning device comprises a robotic patient table.
  • the robotic patient table Preferably, the
  • Patient positioning device controlled by a therapy control unit of the particle therapy system controlled by a therapy control unit of the particle therapy system.
  • This has the advantage that, for example, the Parameters for performing a change of position in the treatment plan can be stored, which is the therapy control unit for controlling the radiation is based.
  • a therapy plan is a data set created, for example, with a computer unit, in which, among other things, patient-related data are stored. These may include, among other things, a medical image of the tumor to be treated, and / or selected areas to be irradiated in the body of a patient and / or organs at risk whose radiation exposure should be kept as low as possible. Furthermore, this includes, for example, parameters which characterize the particle beam and which indicate how many particles from which direction and with which energy should strike the patient or specific regions to be irradiated. The energy of the particles determines the depth of penetration of the particles into the patient, i. the location of the volume element at which the maximum interaction with the tissue occurs in the particle therapy; in other
  • the therapy control unit can determine the control instructions necessary for the control of the irradiation.
  • Such a therapy plan preferably comprises a reference point for positioning the patient in an imaging or irradiation position and information about the relative position of the imaging and irradiation positions relative to one another.
  • the latter can be present, for example, in the form of a displacement vector, which defines a displacement movement of the patient positioning device of the therapy system, with which the patient is displaceable from the imaging position to the irradiation position.
  • the displacement vector is parallel to the beam axis of the particle beam.
  • FIG. 1 shows schematically an embodiment of a
  • 3 and 4 are schematic representations of a
  • Radiation station where the patient is in the imaging position and in the irradiation position.
  • FIG. 1 schematically shows a particle therapy system 1 for irradiating a volume of a patient to be irradiated with high-energy particles.
  • Particle accelerator system 3 imitates a particle beam 7 from a jet outlet 5. If the particle therapy system comprises, for example, a raster scanning device 9, then a scan region of, for example, 40 cm ⁇ 40 cm can be scanned.
  • Isocenter 11 is preferably located centrally to the scan area.
  • the particle beam diverges due to scattering processes in the beam or with irradiated matter, so that the Isocenter as close to the beam exit 5 is arranged to irradiate with the smallest possible beam diameter.
  • a distance of 60 cm is preferably selected. At this distance, the beam diverges to the desired beam size assumed in the therapy plan; For example, the irradiation is carried out with a raster scan method with a beam diameter of about 3 to 5 mm.
  • the particle therapy system 1 has a
  • Imaging device 13 which is preferably also designed to generate a 3D data set of the patient in the region of the volume to be irradiated. By means of the imaging device 13, the position verification of the volume to be irradiated with respect to the particle beam is to be undertaken.
  • the imaging device 13 has an imaging center 15. The distance of the
  • Imaging center 15 from the beam exit 5 is due to the formation, i. the dimensions and structure, the imaging device 13 is greater than the distance of the
  • Irradiation isocenter 11 from the beam exit 5 Preferably, the imaging center 15 is also arranged on the beam center axis.
  • the distance between the irradiation isocenter 11 and the imaging center 15 is kept as small as possible, for example, the distance of the irradiation center 15 from the beam exit 5 is 100 cm. A displacement in or against the beam direction of 40 cm can be carried out quickly and without stressing the patient during an irradiation session.
  • FIG 2 illustrates an irradiation session 21, which is carried out on the basis of a treatment plan 23.
  • the treatment plan 23 has, in addition to the required beam parameters, the particle energy and particle intensity for, for example, different volume elements of the volume to be irradiated. In addition, it contains information about the position (X, Y, Z) of the irradiation isocenter and / or the position (X 1 , Y 1 , Z 1 ) of the imaging center and / or a displacement vector 25.
  • the irradiation session 21 preferably begins with a position verification 27 in which the patient is positioned in the imaging position according to the therapy planning in the irradiation center (X, Y, Z). Subsequently, a displacement 29 is performed according to the displacement vector 25. Now the patient is in the irradiation position. In this position, a first irradiation process 31 is performed.
  • a second displacement 33 can now take place back into the imaging position in order to carry out a further position verification 35.
  • Such positional verifications can occur repeatedly, be it on the basis of suspected changes in position, for safety reasons, or to carry out further irradiation, for example, from another direction of incidence.
  • the preparation of the treatment plan 23 on which the radiation session 21 is based takes place, for example. in several steps.
  • an imaging operation is planned in which an isocenter of the volume to be irradiated is located in the irradiation center of the imaging device. In this position (the imaging position), the imaging for verifying the position of the patient is to be performed according to the irradiation planning. No beam is planned and applied in this imaging position.
  • an irradiation process is planned.
  • an irradiation isocenter is defined and one or more irradiation fields are planned.
  • Planning of the irradiation process includes, for example, that at the beginning of the irradiation procedure, the patient is positioned by means of the patient positioning device such that the irradiation isocenter is located in an isocenter of the irradiation site.
  • the irradiation isocenter is planned so that the patient moves as close as possible to the beam exit without danger, ie, the isocenter of the volume to be irradiated is moved from the imaging center to the irradiation isocenter. In this position (the irradiation position) then the actual irradiation takes place.
  • FIG. 3 shows an example of a treatment room with a jet outlet 41, a patient positioning device 43 and an imaging device 45 with a
  • Imaging volume 47 The patient positioning device 43 has a patient couch 49 on which a patient 51 lies.
  • the volume of the patient 51 to be irradiated lies, for example, within a skull 53 of the patient 51.
  • the imaging volume 47 has an imaging center 55.
  • the imaging center 55 is preferably located on the beam center axis 57 of the particle beam, e.g. at a distance of 100 cm to the beam exit 41.
  • a photograph, preferably a 3D image of the volume to be irradiated is then taken with the aid of the imaging device 45.
  • the selected distance allows the imaging device to be positioned in all positions required for 3D imaging, i.e., e.g. to rotate around the imaging center.
  • the 3D image is compared with images on which the therapy planning was based and, if necessary, the patient 51 is readjusted with the aid of the patient positioning device 43 to the position underlying the therapy planning. He is then in the imaging position defined in the therapy plan.
  • the patient 51 is moved to the irradiation position shown in FIG. postponed.
  • the volume previously to be irradiated around the imaging center 55 is now around the
  • Irradiation isocenter 61 can be irradiated volume-specific, for example, using a raster scan device.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Partikeltherapieanlage zum Bestrahlen eines zu bestrahlenden Volumens eines Patienten mit hochenergetischen Partikeln, die - einen Strahlaustritt eines Strahlzuführungs- und Beschleunigungssystems, aus dem ein Partikelstrahl austritt, um mit dem in einer Bestrahlungsposition positionierten Patienten wechselzuwirken, wobei die Bestrahlungsposition in einem Therapieplan relativ zu einem Bestrahlungsisozentrum der Partikeltherapieanlage gegeben ist, - eine Bildgebungsvorrichtung zur Verifikation der Lage des zu bestrahlenden Volumens bezüglich des Partikelstrahls und - eine Patientenpositioniervorrichtung, mit der der Patient zur Bestrahlung in die Bestrahlungsposition bringbar ist, aufweist, wobei die Bildgebungsvorrichtung zur Verifikation der Lage des zu bestrahlenden Volumens in einer Bildgebungsposition des Patienten ausgebildet ist, die von der Bestrahlungsposition räumlich entfernt angeordnet ist, und dass die Patientenpositioniervorrichtung zum automatischen Positionswechsel zwischen Bildgebungs- und Bestrahlungsposition ausgebildet ist.

Description

Beschreibung
Partikeltherapieanlage, Therapieplan und Bestrahlungs¬ verfahren für eine derartige Partikeltherapieanlage
Die Erfindung betrifft eine Partikeltherapieanlage zum Bestrahlen eines zu bestrahlenden Volumens eines Patienten mit hochenergetischen Partikeln, die einen Strahlaustritt eines Strahlzuführungs- und Beschleunigungssystems aufweist, aus dem ein Partikelstrahl austritt, um mit dem in einer Bestrahlungsposition positionierten Patienten wechselzuwirken, wobei die Bestrahlungsposition gegeben ist in Bezug zu einem Bestrahlungsisozentrum der Partikeltherapieanlage; die Partikeltherapieanlage weist ferner eine Bildgebungsvorrichtung zur Verifikation der Lage des Zielvolumens bezüglich des Partikelstrahls und eine Patientenpositioniervorrichtung, mit der der Patient zur Bestrahlung in die Bestrahlungsposition bringbar ist, auf, wobei die Bildgebungsvorrichtung zur Verifikation der Lage des zu bestrahlenden Volumens in einer Bildgebungsposition des Patienten ausgebildet ist, die von der
Bestrahlungsposition räumlich entfernt angeordnet ist, und wobei die Patientenpositioniervorrichtung zum automatischen Positionswechsel zwischen Bildgebungs- und Bestrahlungsposition ausgebildet ist. Ferner betrifft die
Erfindung die Planung und Durchführung einer Bestrahlung mit einer derartigen Anlage.
Verschiedene Bestrahlungsanlagen und -techniken sind von H. Blattmann in „Beam delivery Systems for charged particles",
Radiat. Environ. Biophys. (1992) 31:219-231 beschrieben. Eine Partikeltherapieanlage ist beispielsweise aus EP 0 986 070 bekannt .
Eine Bestrahlungstherapieanlage gemäß dem Oberbegriff des
Patentanspruch 1 ist beispielweise aus der JP 11009708 A zu entnehmen, wobei eine Patientenpositioniervorrichtung zwischen einem Magnetresonanzgerät und der Gantry eines Behandlungssystems angeordnet ist.
Eine Partikeltherapieanlage weist üblicherweise eine Beschleunigereinheit und ein Hochenergiestrahlführungssystem auf. Die Beschleunigung der Partikel, z.B. Protonen, Pionen, Helium-, Kohlenstoff- oder Sauerstoffionen, erfolgt beispielsweise mit Hilfe eines Synchrotrons oder Zyklotrons.
Das Hochenergiestrahltransportsystem führt die Partikel von der Beschleunigereinheit zu einem oder mehreren Behandlungsräumen. Man unterscheidet zwischen „fixed beam" Behandlungsräumen, in denen die Partikel aus einer festen Richtung auf den Behandlungsplatz treffen, und so genannten Gantry basierten Behandlungsräumen. Bei letzteren ist es möglich, den Partikelstrahl aus verschiedenen Richtungen auf den Patienten zu richten.
Ein Kontroll- und Sicherheitssystem der Partikeltherapie- anläge gewährleistet, dass jeweils ein mit den erbetenen Parametern charakterisierter Partikelstrahl in den entsprechenden Behandlungsraum geführt wird. Die Parameter werden im so genannten Behandlungs- oder Therapieplan definiert. Dieser gibt an, wie viele Teilchen aus welcher Richtung mit welcher Energie auf den Patienten treffen sollen .
Üblicherweise wird der Therapieplan mit Hilfe von bildgebenden Verfahren erzeugt. Dazu wird beispielsweise ein 3D-Datensatz mit einem Computertomographiegerät erzeugt. Der Tumor wird innerhalb dieses Bilddatensatzes lokalisiert und es werden die benötigten Strahlungsdosen, Einfallsrichtungen etc. festgelegt.
Bei der Bestrahlung ist es notwendig, dass der Patient die der Therapieplanung zu Grunde liegende Bestrahlungsposition einnimmt. Dies erfolgt beispielsweise mit fixierenden Masken. Zusätzlich wird vor der Bestrahlung die Position des Patienten mit bildgebenden Mitteln überprüft. Dabei findet ein Abgleich der aktuellen Bestrahlungsposition mit dem der Therapieplanung zugrunde liegenden Bilddatensatzes statt.
Bei dieser so genannten Positionsverifikation werden vor einer Bestrahlung Aufnahmen aus verschiedenen Richtungen mit beispielsweise Projektionen aus dem CT-Planungsdatensatz abgeglichen. Dazu werden u.a. auch Durchleuchtungsaufnahmen in Strahlrichtung und orthogonal zur Strahlrichtung gewonnen. Diese Aufnahmen werden in der Bestrahlungsposition nahe dem
Strahlaustritt durchgeführt; d.h., es steht nur eingeschränkt Platz für die Bildgebung zur Verfügung.
Ferner gibt es Bildgebungsverfahren zur Gewinnung von 3D- Bilddatensätzen, die darauf beruhen, dass Durchleuchtungen aus verschiedenen Richtungen durchgeführt werden. Aus den Bilddaten können ähnlich zu einer CT-Aufnahme 3D-artige Bilddatensätze gewonnen werden. Eine Möglichkeit für eine derartige Bildgebungsvorrichtung ist ein Imaging-Roboter, der frei um einen zu durchleuchtenden Patienten ausgerichtet werden kann. Zur Durchleuchtung des Patienten aus verschiedenen Richtungen muss entsprechend ausreichend Platz zur Verfügung stehen. Eine andere Möglichkeit zur Gewinnung von 3D-Aufnahmen ist z.B. ein C-Arm-Röntgenapparat .
Derartige Bildgebungseinheit zur Gewinnung von SD- Bilddatensätzen benötigen ausreichend Platz, um den Patienten von verschiedenen Richtungen durchleuchten zu können. D.h., Elemente der Bildgebungseinheit müssen zur Bildgebung in ausreichendem Abstand um den Patienten bewegt werden können.
Allgemein ist es bei einer Partikeltherapie von Vorteil, den Patienten so nah am Strahlaustritt zu positionieren, um die Aufweitung des Strahls durch Streuung so gering wie möglich zu halten. Ein üblicher Abstand zwischen dem Isozentrum eines Bestrahlungsplatzes und dem Strahlaustritt liegt bei ca. 60 cm. Der oben angesprochene bevorzugte Abstand des Bestrahlungsisozentrums vom Strahlaustritt schränkt die Bildgebung der Positionverifikation auf entsprechend wenig Platz einnehmende Bildgebungsvorrichtungen ein.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, die Planung und Durchführung einer Bestrahlung eines Patienten unter Verwendung einer 3D-Bildgebungstechnik zu ermöglichen. Ferner ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Partikeltherapieanlage anzugeben, die es erlauben, auch platzbeanspruchende Bildgebungstechniken bei der Positionsverifikation zu verwenden.
Die Aufgabe bezogen auf die eingangs erwähnte Partikeltherapieanlage wird durch eine Partikeltherapieanlage nach Anspruch 1 gelöst. Ferner wird die Aufgabe bezogen auf die Planung bzw. Bestrahlung durch einen Therapieplan nach Anspruch 11 bzw. ein Bestrahlungsverfahren nach Anspruch 15 gelöst .
In einer Ausführungsform der Partikeltherapieanlage ist die Bildgebungsvorrichtung zur Verifikation der Lage des zu bestrahlenden Volumens in einer Bildgebungsposition des Patienten ausgebildet. Diese Bildgebungsposition ist von der Bestrahlungsposition räumlich entfernt angeordnet und weist somit mindestens den zur 3D-Bildgebung notwendigen Mindestabstand der Bildgebungsvorrichtung vom Strahlaustritt auf . Die Bildgebungsposition ist zwischen der Patientenpositioniervorrichtung und der Bestrahlungsposition angeordnet, wodurch die Verfahrwege von der Bildgebungsposition zur Bestrahlungsposition und zurück besonders kurz sind. Die Patientenpositioniervorrichtung wird beispielsweise von einem Kontrollsystem gesteuert, das einen entsprechenden Therapieplan umsetzt und bei Bedarf den Positionswechsel zwischen Bildgebungs- und Bestrahlungsposition veranlasst. Ein Vorteil der Erfindung liegt darin, dass für jede Partikelart und für jeden Bestrahlungsvorgang ein optimaler Abstand zum Strahlaustritt eingestellt werden kann, ohne dabei auf eine 3-D-Bildgebung durch eine entsprechend platzbeanspruchende Bildgebungsvorrichtung verzichten zu müssen. Dadurch kann man zum einen eine sehr präzise Bestrahlung mit einem Partikelstrahl durchführen, der aufgrund der Nähe zum Strahlaustritt weniger divergiert und somit einen geringen Strahldurchmesser aufweist, und zum anderen kann die Positionsverifikation mit 3D- oder zumindest 3D-artigen Datensätzen durchgeführt werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Partikeltherapieanlage ist der Bildgebungsposition ein Bildgebungszentrum zugeordnet, das vorzugsweise mit dem
Bestrahlungsisozentrum auf einer Strahlmittenachse angeordnet ist. Dabei ist unter der Strahlmittenachse beispielsweise der durch die Nullposition einer Rasterscanvorrichtung gegebene Strahlverlauf zu verstehen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform beträgt die Entfernung zwischen Bestrahlungsisozentrum und Bildgebungszentrum nicht mehr als 2 m, bevorzugt weniger als 1 m und wenn möglich weniger als 0,5 m, so dass während einer Bestrahlung die Positionsverifikation wenn möglich ohne großen Zeitverlust durch lange Verfahrwege auch mehrfach vorgenommen werden kann. Dies ist insbesondere dann möglich, wenn der Verschiebeweg des Patienten so gering wie möglich gehalten wird, d.h., wenn z.B. das Bildgebungszentrum den bzw. nahezu den Mindestabstand zum Bestrahlungsisozentrum aufweist .
In einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Patientenpositioniervorrichtung einen robotisch angesteuerten Patiententisch. Bevorzugt wird die
Patientenpositioniervorrichtung von einer Therapiekontrolleinheit der Partikeltherapieanlage angesteuert. Dies hat den Vorteil, dass beispielsweise die Parameter zur Durchführung eines Positionswechsels im Therapieplan abgelegt werden können, welcher der Therapiekontrolleinheit zur Steuerung der Bestrahlung zugrunde liegt.
Ein Therapieplan ist dabei ein beispielsweise mit einer Rechnereinheit erstellter Datensatz, in dem unter anderem patientenbezogene Daten hinterlegt sind. Hierzu können beispielsweise unter anderem ein medizinisches Abbild des zu behandelnden Tumors gehören, und/oder ausgewählte, zu bestrahlenden Bereiche im Körper eines Patienten und/oder Risikoorgane, deren Strahlenbelastung so gering wie möglich gehalten werden soll. Weiterhin gehören hierzu beispielsweise Parameter, die den Partikelstrahl charakterisieren und die angeben, wie viele Teilchen aus welcher Richtung mit welcher Energie auf den Patienten bzw. bestimmten zu bestrahlenden Regionen treffen sollen. Die Energie der Partikel bestimmt die Eindringtiefe der Partikel in den Patienten, d.h. den Ort des Volumenelements, an dem das Maximum der Wechselwirkung mit dem Gewebe bei der Partikeltherapie erfolgt; in anderen
Worten, den Ort, an dem das Maximum der Dosis deponiert wird. Anhand des Therapieplans kann die Therapiekontrolleinheit die zur Steuerung der Bestrahlung notwendigen Steuerungsanweisungen ermitteln.
Vorzugsweise umfasst ein derartiger Therapieplan einen Referenzpunkt zur Positionierung des Patienten in einer Bildgebungs- oder Bestrahlungsposition sowie Information über die relative Position von Bildgebungs- und Bestrahlungsposition zueinander. Letztere kann beispielsweise in Form eines Verschiebevektors vorliegen, welcher eine Verschiebebewegung der Patientenlagerungsvorrichtung der Therapieanlage definiert, mit der der Patient von der Bildgebungsposition zur Bestrahlungsposition verschiebbar ist. Vorzugsweise ist dabei der Verschiebevektor parallel zur Strahlachse des Partikelstrahls. Ein derartiger Therapieplan hat den Vorteil, dass schon bei der Therapieplanung Freiheit über die räumliche Wahl des Bestrahlungsisozentrums, d.h. seines Abstands zum Strahlaustritt, vorliegt. Denn die Positionsverifikation kann unabhängig von der Bestrahlungsposition durchgeführt werden.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind durch die Merkmale der Unteransprüche gekennzeichnet.
Es folgt die Erläuterung von mehreren Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der FIG 1 bis 4. Es zeigen:
FIG 1 schematisch eine Ausführungsform einer
Partikeltherapieanlage zur Verdeutlichung der Erfindung,
FIG 2 ein beispielhaftes Flussdiagramm zur
Verdeutlichung eines Bestrahlungsverfahrens nach der Erfindung in Wechselwirkung mit einem Therapieplan und
FIG 3 und 4 schematische Darstellungen eines
Bestrahlungsplatzes, bei denen sich der Patient zum einen in der Bildgebungsposition und zum anderen in der Bestrahlungsposition befindet .
FIG 1 zeigt schematisch eine Partikeltherapieanlage 1 zum Bestrahlen eines zu bestrahlenden Volumens eines Patienten mit hochenergetischen Partikeln. Eine
Partikelbeschleunigeranlage 3 imitiert dazu aus einem Strahlaustritt 5 einen Partikelstrahl 7. Umfasst die Partikeltherapieanlage beispielsweise eine Rasterscanvorrichtung 9, so kann ein Scanbereich von beispielsweise 40 cm x 40 cm abgescannt werden. Ein
Isozentrum 11 liegt vorzugsweise mittig zum Scanbereich. Der Partikelstrahl divergiert aufgrund von Streuvorgängen im Strahl oder mit durchstrahlter Materie, so dass das Isozentrum möglichst nahe am Strahlaustritt 5 angeordnet ist, um mit einem möglichst kleinen Strahldurchmesser zu bestrahlen. Bei der Bestrahlung mit Protonen wird vorzugsweise ein Abstand von 60 cm gewählt. In diesem Abstand divergiert der Strahl auf die gewünschte und im Therapieplan angenommene Strahlengröße; beispielsweise erfolgt die Bestrahlung mit einem Rasterscanverfahren mit einem Strahldurchmesser von ca. 3 bis 5 mm.
Ferner weist die Partikeltherapieanlage 1 eine
Bildgebungsvorrichtung 13 auf, die vorzugsweise auch zur Erzeugung eines 3D-Datensatzes des Patienten im Bereich des zu bestrahlenden Volumens ausgebildet ist. Mithilfe der Bildgebungsvorrichtung 13 soll die Positionsverifikation des zu bestrahlenden Volumens bezüglich des Partikelstrahls vorgenommen werden. Die Bildgebungsvorrichtung 13 weist ein Bildgebungszentrum 15 auf. Der Abstand des
Bildgebungszentrums 15 vom Strahlaustritt 5 ist bedingt durch die Ausbildung, d.h. die Ausmaße und Struktur, der Bildgebungsvorrichtung 13 größer als der Abstand des
Bestrahlungsisozentrums 11 vom Strahlaustritt 5. Bevorzugt ist das Bildgebungszentrum 15 ebenfalls auf der Strahlmittenachse angeordnet. Der Abstand zwischen Bestrahlungsisozentrum 11 und Bildgebungszentrum 15 wird möglichst klein gehalten, beispielsweise ist der Abstand des Bestrahlungszentrums 15 vom Strahlaustritt 5 100 cm. Eine Verschiebung in oder entgegen der Strahlrichtung von 40 cm kann schnell und ohne Belastung des Patienten auch während einer Bestrahlungssitzung durchgeführt werden.
FIG 2 verdeutlicht eine Bestrahlungssitzung 21, die auf Grundlage eines Therapieplans 23 durchgeführt wird. Der Therapieplan 23 weist neben den benötigten Strahlparametern die Partikelenergie und Partikelintensität für beispielsweise verschiedene Volumenelemente des zu bestrahlenden Volumens auf. Zusätzlich enthält er Information über die Lage (X, Y, Z) des Bestrahlungsisozentrums und/oder die Lage (X1, Y1, Z1) des Bildgebungszentrums und/oder einen Verschiebevektor 25. Die Bestrahlungssitzung 21 beginnt vorzugsweise mit einer Positionsverifikation 27, bei der der Patient entsprechend der Therapieplanung im Bestrahlungszentrum (X, Y, Z) in der Bildgebungsposition positioniert ist. Anschließend wird eine Verschiebung 29 gemäß dem Verschiebungsvektor 25 durchgeführt. Nun befindet sich der Patient in der Bestrahlungsposition. In dieser Position wird ein erster Bestrahlungsvorgang 31 durchgeführt.
Entsteht während der Bestrahlung beispielsweise der Verdacht, dass sich die Position des Patienten geändert hat, kann nun eine zweite Verschiebung 33 zurück in die Bildgebungsposition erfolgen, um eine weitere Positionsverifikation 35 durchzuführen.
Derartige Positionsverifikationen können wiederholt auftreten sei es aufgrund von vermuteten Positionsänderungen, aus Sicherheitsgründen oder um eine weitere Bestrahlung beispielsweise aus einer anderen Einfallsrichtung vorzunehmen .
Die Erstellung des der Bestrahlungssitzung 21 zugrunde liegenden Therapieplans 23 erfolgt z.B. in mehreren Schritten. In einem Schritt wird ein Bildgebungsvorgang geplant, bei dem ein Isozentrum des zu bestrahlenden Volumens im Bestrahlungszentrum der Bildgebungsvorrichtung liegt. In dieser Position (der Bildgebungsposition) soll die Bildgebung zur Verifikation der Position des Patienten gemäß der Bestrahlungsplanung durchgeführt werden. Es wird kein Strahl in dieser Bildgebungsposition geplant und appliziert.
In einem anderen Schritt wird ein Bestrahlungsvorgang geplant. Dazu wird ein Bestrahlungsisozentrum festgelegt und es werden ein oder mehrere Bestrahlungsfelder geplant. Die
Planung des Bestrahlungsvorgangs umfasst z.B., dass zu Beginn des Bestrahlungsvorgangs der Patient mittels der Patientenpositioniervorrichtung so positioniert wird, dass das Bestrahlungsisozentrum in einem Isozentrum des Bestrahlungsplatzes liegt. Das Bestrahlungsisozentrum wird dabei so geplant, dass der Patient ohne Gefährdung möglichst nahe an den Strahlaustritt heranfährt, d.h., das Isozentrum des zu bestrahlenden Volumens wird vom Bildgebungszentrum zum Bestrahlungsisozentrum verschoben. In dieser Position (der Bestrahlungsposition) erfolgt dann die eigentliche Bestrahlung.
Weitere Bildgebungsvorgänge und Bestrahlungsvorgänge unter Umständen auch unter geänderten Einfallsrichtungen, können bei Bedarf mitgeplant werden.
FIG 3 zeigt ein Beispiel eines Behandlungsraums mit einem Strahlaustritt 41, einer Patientenpositioniervorrichtung 43 und einer Bildgebungsvorrichtung 45 mit einem
Bildgebungsvolumen 47. Die Patientenpositioniervorrichtung 43 weist eine Patientenliege 49 auf, auf der ein Patient 51 liegt. Das zu bestrahlende Volumen des Patienten 51 liegt beispielsweise innerhalb eines Schädels 53 des Patienten 51. Das Bildgebungsvolumen 47 weist ein Bildgebungszentrum 55 auf. Das Bildgebungszentrum 55 befindet sich bevorzugt auf der Strahlmittenachse 57 des Partikelstrahls z.B. in einer Entfernung von 100 cm zum Strahlaustritt 41. Zur Positionsverifikation wird nun eine Aufnahme, bevorzugt eine 3D-Aufnahme des zu bestrahlenden Volumens mit Hilfe der Bildgebungsvorrichtung 45 aufgenommen. Der gewählte Abstand erlaubt es, die Bildgebungsvorrichtung in allen zur 3D- Bildgebung benötigten Stellungen zu positionieren, d.h., z.B. um das Bildgebungszentrum zu rotieren. Die 3D-Aufnähme wird mit Aufnahmen, die der Therapieplanung zugrunde lagen, abgeglichen und falls nötig wird der Patient 51 mit Hilfe der Patientenpositioniervorrichtung 43 in die der Therapieplanung zu Grunde liegenden Position nachjustiert . Er befindet sich dann in der im Therapieplan definierten Bildgebungsposition .
Von der Bildgebungsposition wird der Patient 51 in die Bestrahlungsposition, welche in FIG 4 dargestellt ist, verschoben. Das zuvor um das Bildgebungszentrum 55 gelegene zu bestrahlende Volumen liegt nun um das
Bestrahlungsisozentrum 61 und kann beispielsweise mit Hilfe einer Rasterscan-Vorrichtung volumenelementspezifisch bestrahlt werden.

Claims

Patentansprüche
1. Partikeltherapieanlage zum Bestrahlen eines zu bestrahlenden Volumens eines Patienten mit hochenergetischen Partikeln aufweisend
- einen Strahlaustritt eines Strahlzuführungs- und Beschleunigungssystems, aus dem ein Partikelstrahl austritt, um mit dem in einer Bestrahlungsposition positionierten Patienten wechselzuwirken, wobei die Bestrahlungsposition in einem Therapieplan relativ zu einem Bestrahlungsisozentrum der Partikeltherapieanlage gegeben ist,
- eine Bildgebungsvorrichtung zur Verifikation der Lage des zu bestrahlenden Volumens bezüglich des Partikelstrahls,
- eine Patientenpositioniervorrichtung, mit der der Patient zur Bestrahlung in die Bestrahlungsposition bringbar ist, wobei die Bildgebungsvorrichtung zur Verifikation der Lage des zu bestrahlenden Volumens in einer Bildgebungsposition des Patienten ausgebildet ist, die von der Bestrahlungsposition räumlich entfernt angeordnet ist, und wobei die Patientenpositioniervorrichtung zum automatischen Positionswechsel zwischen Bildgebungs- und Bestrahlungsposition ausgebildet ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Bestrahlungsisozentrum in seiner Entfernung zum Strahlaustritt einstellbar ist.
2. Partikeltherapieanlage nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Bestrahlungsisozentrum in Abhängigkeit der Partikelart, z.B. Protonen, Kohlenstoff- oder Sauerstoffionen, einstellbar ist.
3. Partikeltherapieanlage nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Bildgebungsposition zwischen der
Patientenpositioniervorrichtung und der Bestrahlungsposition angeordnet ist.
4. Partikeltherapieanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass dem Positionswechsel des Patienten von der Bildgebungsposition zur Bestrahlungsposition eine Translationsbewegung in Strahlrichtung zugrunde liegt.
5. Partikeltherapieanlage nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Bildgebungsposition ein Bildgebungszentrum zuordenbar ist, das insbesondere ebenso wie das Bestrahlungsisozentrum auf einer Strahlmittenachse angeordnet ist.
6. Partikeltherapieanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der
Abstand zwischen der Bestrahlungsposition und der Behandlungsposition im Bereich ≤ 1 m, insbesondere ≤ 0,5 m liegt .
7. Partikeltherapieanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Bildgebungsvorrichtung zur 3D-Bildgebung ausgebildet ist.
8. Partikeltherapieanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die
Bildgebungsvorrichtung Abmessungen aufweist, die einen Mindestabstand zum Strahlaustritt definieren, und dass die Bildgebungsvorrichtung mindestens in diesem Mindestabstand vom Strahlaustritt angeordnet ist, wobei der Mindestabstand größer ist als die Entfernung zwischen Strahlaustritt und BestrahlungsisoZentrum.
9. Partikeltherapieanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Bildgebungsvorrichtung ein C-Bogen-Röntgengerät oder ein
Imaging-Roboter ist, welche für eine 3D-Bildgebung rotierbar um die Bildgebungsposition, insbesondere um das Bildgebungszentrum, ausgebildet sind, und dass ein Mindestabstand zum Strahlaustritt durch die Rotierbarkeit bestimmt ist und die Bildgebungsvorrichtung mindestens in diesem Mindestabstand vom Strahlaustritt angeordnet ist.
10. Partikeltherapieanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Patientenpositioniervorrichtung einen robotisch angesteuerten Patiententisch umfasst, der zur Patientenverschiebung von der Bildgebungsposition zur Bestrahlungsposition insbesondere von einer Therapiekontrolleinheit der Partikeltherapieanlage ansteuerbar ist.
11. Therapieplan zum Bestrahlen eines Patienten mit Partikeln einer Partikeltherapieanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
12. Therapieplan nach Anspruch 11, aufweisend
- einen Referenzpunkt zur Positionierung des Patienten in einer Bildgebungs- oder Bestrahlungsposition und - Information über die relative Position von Bildgebungs- und Bestrahlungsposition zueinander.
13. Therapieplan nach Anspruch 12, wobei die Information in Form eines Verschiebevektors gegeben ist, der eine Verschiebebewegung einer Patientenlagerungsvorrichtung der Therapieanlage definiert, mit der der Patient von der Bildgebungsposition in die Bestrahlungsposition verschiebbar ist .
14. Therapieplan nach Anspruch 13, wobei der Verschiebevektor zu einer Strahlachse des Partikelstrahls parallel ist.
15. Bestrahlungsverfahren zum Bestrahlen eines zu bestrahlenden Volumens eines Patienten mit hochenergetischen Partikeln einer Therapieanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 10 mit folgenden Verfahrensmerkmalen:
- mindestens ein Bildgebungsvorgang zur Verifikation der Lage des zu bestrahlenden Volumens, bei dem mittels einer Bildgebungsvorrichtung eine Bildgebung des zu bestrahlenden Volumens durchgeführt wird, während sich der Patient in einer Bildgebungsposition befindet,
- mindestens ein Bestrahlungsvorgang, bei dem der in einer Bestrahlungsposition positionierte Patient bestrahlt wird, wobei die Bestrahlungsposition des Patienten bezüglich eines Bestrahlungsisozentrums der Partikeltherapieanlage durch den Therapieplan gegeben und von der Bildgebungsposition räumlich entfernt angeordnet ist,
- mindestens ein Positionsänderungsvorgang, in der ein Positionswechsel des Patienten von der Bildgebungsposition zur Bestrahlungsposition oder von der Bestrahlungsposition zur Bildgebungsposition mittels Ansteuerung einer Patientenpositioniereinheit erfolgt .
16. Bestrahlungsverfahren nach Anspruch 15, wobei zum Positionswechsel des Positionsänderungsvorgangs eine Verschiebung des Patienten in oder entgegen der Bestrahlungsrichtung erfolgt.
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