DE69533325T2

DE69533325T2 - Vorrichtung für die konformale Strahlentherapie

Info

Publication number: DE69533325T2
Application number: DE69533325T
Authority: DE
Inventors: Mark P. Carol
Original assignee: Nomos Corp
Current assignee: Nomos Corp
Priority date: 1994-05-17
Filing date: 1995-05-17
Publication date: 2005-09-15
Anticipated expiration: 2015-05-18
Also published as: US5802136A; DE69533325D1; EP0695560A2; US5596619A; EP0695560A3; EP0695560B1; KR950031129A; JPH0847545A

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur konformalen Strahlentherapie von Tumoren mit einem Strahl mit einer vorbestimmten, konstanten Strahlungsintensität.
Stand der Technik
Die moderne Strahlentherapie von Tumoren hat zwei Ziele: Zerstörung des Tumors und Vermeidung von Beschädigungen gesunden Gewebes und gesunder Organe in der Nähe des Tumors. Es ist bekannt, dass die große Mehrheit der Tumore vollständig zerstört werden kann, wenn eine ausreichende Strahlendosis an das Tumorvolumen abgegeben wird; Komplikationen können jedoch durch die Anwendung der erforderlichen wirksamen Strahlendosis durch Beschädigung gesunden Gewebes auftreten, das den Tumor umgibt, oder anderer gesunder Körperorgane, die sich nahe dem Tumor befinden. Ziel der konformalen oder konformierenden Strahlentherapie ist es, die abgegebene Strahlendosis nur auf das Tumorvolumen zu beschränken, das von den Außenflächen des Tumor umgrenzt wird, während die Strahlendosis, die an umgebendes gesundes Gewebe oder benachbarte gesunde Organe abgegeben wird, minimiert wird.
Herkömmlicherweise wurde eine Reihe von Techniken als Ansatz zur konformalen Strahlentherapie angewandt und typischerweise ein Linearbeschleuniger als Quelle für den Bestrahlungsstrahl verwendet, der für die Behandlung des Tumors benutzt wird. Der Linearbeschleuniger verfügt typischerweise über eine Behandlungsstrahl- oder Strahlenquelle, die um den Patienten gedreht wird und den Strahl auf den zu behandelnden Tumor richtet. Die Strahlungsintensität des Strahles ist eine vorbestimmte, konstante Strahlungsintensität. Mehrlamellenkollimatoren, die über mehrere lamellen- oder fingerförmige Vorsprünge verfügen, die einzeln in den Strahlengang oder aus ihm hinaus bewegt werden können, können derart programmiert werden, dass sie der räumlichen Umrisslinie des Tumors folgen, wie sie vom Strahl „gesehen" wird, wenn er den Tumor durchquert, oder die „beam's eye view (Strahlansicht)" des Tumors während der Drehung der Strahlungsquelle, die auf einem drehbaren Gantry des Linearbeschleunigers montiert ist. Die mehreren Lamellen des Mehrlamellenkollimators bilden eine Umrisslinie der Tumorform, wie sie das Tumorvolumen in Richtung der Bahn des Strahles aufweist, und verhindern so die Abgabe von Strahlung an Gewebe, das sich außerhalb der räumlichen Umrisslinie des Tumors befindet, wie sie sich dem Strahl in Abhängigkeit von der besonderen radialen Ausrichtung relativ zum Tumorvolumen darstellt.
Ein anderer Ansatz zur konformalen Strahlentherapie schließt den Gebrauch unabhängig voneinander gesteuerter Kollimatorbacken ein, die einen Schlitzbereich durch einen stationären Patienten abtasten können, wobei gleichzeitig ein anderer Satz von Kollimatorbacken dem Zielvolumen folgt, während das Gantry des Linearbeschleunigers rotiert. Ein weiterer Ansatz war der Gebrauch von Vorsätzen für Linearbeschleuniger, die erlauben, einen Schlitz durch den Patienten abzutasten, wobei die Intensität des Strahles im gesamten Schlitz geändert wird, während der Schlitz abgetastet wird.
Ein weiterer Ansatz zur konformalen Strahlentherapiebehandlung war die Verwendung eines Schmalbündelstrahles hochenergetischer Photonen, deren Energie variiert werden kann, und der Strahl tastet das Tumorzielvolumen ab, derart, dass in jeder Richtung des Gantrys, auf dem die Photonenstrahlquelle montiert ist, die bestmögliche Strahlendosisverteilung abgegeben wird.
Das größte Problem, das mit derartigen Verfahren der konformalen Strahlentherapie des Standes der Technik verbunden ist, ist, dass in dem Fall, wo das Tumorvolumen konkave Ränder oder Oberflächen aufweist, die Änderung der räumlichen Beschaffenheit oder des Umrisses des Strahls nur zeitweise erfolgreich ist. Wenn insbesondere die Flächenwindungen oder äußeren Oberflächen eines Tumors in einer Ebene parallel zum Weg des Strahlenbehandlungsstrahles einspringend oder konkav sind, kann sich gesundes Gewebe oder gesunde Organe innerhalb der Austiefungen befinden, die von den konkaven äußeren Oberflächen des Tumors gebildet werden, wie auch die Tatsache, dass die Dicke des Tumors auf dem Weg des Strahles variiert.
Um Tumoren mit konkaven Rändern behandeln zu können, ist erforderlich, die Intensität des Strahls über die Oberfläche des Tumors zu variieren, sowie die äußere Form des Strahles zu variieren, um sie der Form des Tumors anzupassen, die dem Strahl geboten wird. Die Strahlungsintensität sollte zur Dicke des Tumors proportional sein, den der Strahl durchquert. Wo beispielsweise der Strahl einen dicken Querschnitt des Tumors durchqueren soll, sollte die Strahlungsintensität höher sein, als wenn der Strahl einen dünnen Querschnitt des Tumors durchquert.
Spezielle Abtaststrahltherapiemaschinen sind entwickelt worden, in denen die Modulation der Strahlungsintensität durch Verwendung eines Schmalbündelabtaststrahles aus Photonen hoher Energie erreicht werden kann. Die Strahlungsintensität dieser Vorrichtung wird durch Erhöhung der Leistung der Elektronenkanone, die den Strahl erzeugt, moduliert. Die Leistungserhöhung wird unter Computerkontrolle gesteuert, während die Kanone durch Bewegung des Gantrys, auf dem sie montiert ist, und des Tisches, auf dem der Patient liegt, um den Tumor gelenkt wird. Die Wirkung ist die eines fortschreitenden „Anstreichens" des Zieles, wobei die Dicke oder Intensität der Farbe bzw. Strahlintensität durch die Menge an Farbe auf dem Pinsel variiert wird, bzw. dadurch, wieviel Leistung der Elektronenkanone zugeführt wird, während die Elektronenkanone sich über den Tumor bewegt. Derartige spezielle Abtaststrahltherapiemaschinen, die direkte Modulation der Strahlenergie anwenden, sind kostspielig und in Gebrauch und Betrieb recht zeitaufwendig und scheinen mit einer erheblichen Patientenbelastung aufgrund von Problemen mit der Computerkontrolle des Behandlungsstrahles selbst verbunden zu sein.
EP-A-0562644 beschreibt eine Vorrichtung zum Gebrauch in der konformalen Strahlentherapie eines Tumors mit einem Bestrahlungsstrahl aus einer Strahlenquelle, wobei die Vorrichtung Mittel zur Auftrennung des Behandlungsstrahles in mehrere Strahlensegmente umfasst und Mittel zur unabhängigen Modulation der Strahlungsintensität der mehreren Strahlensegmente.
Die vorliegende Erfindung beabsichtigt, eine Vorrichtung für die konformale Strahlentherapie zum Gebrauch mit einem Strahl mit vorbestimmter, konstanter Strahlungsintensität zur Behandlung eines Tumors zu schaffen oder zu ermöglichen, die einfach und kostengünstig zu gebrauchen ist, einen für hoch angesehenen Sicherheitsfaktor aufweist, um dem Patienten während der Behandlung eine große Sicherheit zu bieten, und zu ermöglichen, die Intensität des Strahles räumlich über den Tumor oder über den Querschnitt des Strahles zu modulieren.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung zur Verwendung in der konformalen Strahlentherapie eines Tumors mit einem Strahl aus einer Strahlungsquelle geschaffen, wobei der Strahl eine vorbestimmte, konstante Strahlungsintensität hat. Diese Vorrichtung weist Folgendes auf: Mittel zur Trennung des Behandlungsstrahles in mehrere Strahlensegmente und Mittel, um die Strahlungsintensität der mehreren Strahlensegmente unabhängig voneinander zu modulieren, um die Strahlungsintensität des Strahles über den Tumor räumlich zu modulieren. Das Mittel zur Auftrennung des Behandlungsstrahles in mehrere Strahlensegmente umfasst: ein Gehäuse mit einer Oberseite und einer Unterseite, ein Gehäuse, das mehrere Fächer enthält, die sich von der Oberseite zur Unterseite des Gehäuses erstrecken, wobei jedes Fach einen Durchgang für ein Strahlensegment definiert. Die Vorrichtung kann außerdem eine Strahlungsquelle zur Erzeugung eines Strahles enthalten, der eine vorbestimmte, konstante Strahlungsintensität hat. Ein weiteres Merkmal dieses Aspektes der vorliegenden Erfindung kann sein, dass die Fächer durch mehrere Trennelemente abgegrenzt sind, die in dem Gehäuse angeordnet sind.
Ein zusätzliches Merkmal dieses Aspektes der vorliegenden Erfindung ist, dass das Mittel zur unabhängigen Modulation der Strahlungsintensität der mehreren Strahlensegmente aufweist: ein ausdehnbares, strahlendurchlässiges Elemente, das jedem Fach zugeordnet ist, eine gewisse Menge eines fließfähigen, strahlenundurchlässigen Materials, das sich in dem Gehäuse und in jedem Fach befindet, wenn das einem Fach zugeordnete ausdehnbare Element nicht ausgedehnt ist, und einen Behälter für das fließfähige, strahlenundurchlässige Material, wo durch bei Ausdehnung des ausdehnbaren Elementes das ausdehnbare Element das fließfähige, strahlenundurchlässige Material aus dem Fach, das dem ausdehnbaren Element zugeordnet ist, hinaus und in den Behälter verdrängt, so dass ein Strahlensegment das Fach in Richtung auf einen Bereich des Tumors durchqueren kann. Ein weiteres Merkmal dieses Aspektes der Erfindung kann sein, dass jedes Fach einen im Wesentlichen quadratischen Querschnitt hat und das jedem Fach zugeordnete ausdehnbare Element im ausgedehnten Zustand einen im Wesentlichen quadratischen Querschnitt hat, der dem Querschnitt des Faches im Wesentlichen angepasst ist. Ein zusätzliches Merkmal kann sein, dass die ausdehnbaren Elemente aufblasbare Ballons sind, wobei jedem Ballon eine Druckmittelquelle zugeordnet ist und wobei jede Druckmittelquelle ein Mittel aufweist, um den zugeordneten Ballon wahlweise mit dem Druckmittel oder Fluid aufzublasen bzw. es abzulassen. Ein anderes Merkmal dieses Aspektes der vorliegenden Erfindung ist, dass das Mittel zum wahlweise aufblasen bzw. entleeren eines Ballons ein Magnetventil sein kann. Ein weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung kann eine Druckmittelquelle sein, die dem Behälter zugeordnet ist, um eine vorbestimmte Druckkraft auf das fließfähige, strahlenundurchlässige Material aufrechtzuerhalten, und dass das fließfähige, strahlenundurchlässige Material Quecksilber sein kann.
Die Vorrichtung kann dazu verwendet werden, ein Verfahren zur konformalen Strahlentherapie mit einem Strahl, der eine vorbestimmte, konstante Strahlungsintensität hat, zur Behandlung eines Gewebevolumens in einem Patienten zur Verfügung zu stellen, wobei das Gewebevolumen einen Tumor enthält, der ein zu behandelndes Tumorgesamtvolumen hat. Das Verfahren umfasst die Schritte: Behandlung des Gewebevolumens durch Richten des Strahles auf einem Weg auf das Gewebevolumen, und zwar von mehreren über das Gewebevolumen verteilten, radial beabstandeten Stellungen aus, und räumliche Modulation der Strahlungsintensität des Strahles über das Gewebevolumen zur Änderung der Strahlungsintensität in Übereinstimmung mit der Dicke des Tumors im Gewebevolumen, wobei die Dicke auf dem Weg des den Tumor durchquerenden Strahles gemessen wird.
Das Verfahren kann beispielsweise ein Verfahren zur konformalen Strahlentherapie mit einem Strahl sein, der eine vorbestimmte, konstante Strahlungsintensität hat, zur Behandlung eines Tumors mit einem Gesamttumorvolumen in einem Patienten, wobei der Tumor an gesundem Gewebe des Patienten anliegt. Dieses Verfahren kann die folgenden Schritte umfassen: Richten des Strahles aus einer ersten Stellung mit Abstand zum Tumor auf den Tumor, und räumliches Modulieren der Strahlungsintensität des Strahles über den Tumor, wodurch der Tumor eine Strahlendosis zur Behandlung des Tumors erhält, während die Bestrahlung gesunden Gewebes minimiert wird, das sich am Tumor anliegend befindet. Ein anderes Merkmal dieses Verfahrens kann die folgenden Schritte umfassen: Richten des Strahles aus mindestens einer zweiten Stellung, die radial von der ersten Stellung beabstandet ist, auf den Tumor, und räumliches Modulieren der Strahlungsintensität des Strahles über den Tumor, wodurch der Tumor eine andere Strahlendosis zur Behandlung des Tumors erhält, während die Bestrahlung gesunden Gewebes minimiert wird, das sich am Tumor anliegend befindet.
Das Verfahren kann beispielsweise ein Verfahren zur konformalen Strahlentherapie mit einem Strahl, der eine vorbestimmte, konstante Strahlungsintensität hat, zur Behandlung eines Gewebevolumens in einem Patienten sein, wobei das Gewebevolumen einen zu behandelnden Tumor enthält, wobei der Tumor ein Gesamttumorvolumen und variable Dicke hat. Dieses Verfahren kann die folgenden Schritte umfassen: Richten des Behandlungsstrahles auf das Gewebevolumen, Aufteilen des Behandlungsstrahles in mehrere Strahlensegmente, und unabhängige Modulation der Strahlungsintensität der mehreren Strahlensegmente zur räumlichen Modulation der Strahlungsintensität des Behandlungsstrahles über das Gewebevolumen zur Behandlung des Tumors mit den mehreren Strahlensegmenten, wobei jedes Strahlensegment eine Strahlungsintensität hat, die mit der Dicke des Tumorbereichs in Beziehung steht, das das Strahlensegment jeweils durchquert.
Das Verfahren kann beispielsweise die folgenden Schritte aufweisen: Drehen des Strahles um den Patienten, um die mehreren Strahlensegmente nacheinander auf das Gewebevolumen zu richten, und Modulation der Strahlungsintensität der mehreren Strahlensegmente unabhängig voneinander, um die Strahlungsintensität des Behandlungsstrahles über das Gewebevolumen räumlich zu modulieren, wenn die mehreren Strahlensegmente auf das Gewebevolumen gerichtet sind.
Das Verfahren kann beispielsweise die folgenden Schritte aufweisen: Auftrennung des mindestens einen Strahles in mehrere Strahlensegmente dadurch, dass der Strahl durch mehrere Fächer gerichtet wird, die sich durch ein Gehäuse mit einer Oberseite und einer Unterseite erstrecken, wobei jedes Fach einen Durchgang für ein Strahlensegment definiert. Das Verfahren kann die folgenden Schritte aufweisen: Versehen des Gehäuses mit einer gewissen Menge fließfähigen, strahlenundurchlässigen Materials in Verbindung mit dem Fach, und die Strahlungsintensitäten jedes Strahlensegments werden durch wahlweises Füllen mindestens eines Abschnittes eines Faches mit einem fließfähigen, strahlenundurchlässigen Material oder Entfernen mindestens eines Teils des fließfähigen, strahlenundurchlässigen Materials aus einem Fach moduliert. Ein anderes Merkmal des Verfahrens kann den Schritt der unabhängigen Variierung der Zeitdauer, in der jedes Fach wahlweise mit dem fließfähigen, strahlenundurchlässigen Material gefüllt wird, enthalten.
Das Verfahren kann beispielsweise den Schritt aufweisen, wahlweise im Wesentlichen vollständig ein Fach mit dem fließfähigen, strahlenundurchlässigen Material zu füllen oder im Wesentlichen vollständig das fließfähige, strahlenundurchlässige Material aus einem Fach zu entfernen. Das Verfahren kann den Schritt der Verwendung von Quecksilber als fließfähiges, strahlenundurchlässiges Material aufweisen. Das Verfahren kann die folgenden Schritte aufweisen: Vorsehen eines ausdehnbaren, strahlendurchlässigen Elementes in jedem Fach, und Ausdehnen des strahlendurchlässigen Organs in ausgewählten Fächern, um mindestens einen Teil des fließfähigen, strahlenundurchlässigen Materials aus den ausgewählten Fächern zu entfernen. Das Verfahren kann die folgenden Schritte aufweisen: Verwendung aufblasbarer Ballons als ausdehnbare, strahlendurchlässige Elemente, und Ausdehnung der aufblasbaren Ballons mit einer Druckmittelquelle.
Das Verfahren kann die folgenden Schritte aufweisen: Versehen jedes Faches mit einem im Wesentlichen quadratischen Querschnitt, und Versehen jedes ausdehnbaren, strahlendurchlässigen Elementes mit einem im ausgedehnten Zustand im Wesentlichen quadratischen Querschnitt, der dem Querschnitt der Fächer angepasst ist. Das Verfahren kann die folgenden Schritte aufweisen: Erhöhung der Größe des Querschnittes jedes Faches und ausdehnbaren, strahlendurchlässigen Elementes im ausgedehnten Zustand von der Oberseite des Gehäuses zur Unterseite des Gehäuses. Aufblasbare Ballons können als ausdehnbare, strahlendurchlässige Elemente verwendet werden und jeder aufblasbare Ballon kann in Fluidaustauschverbindung mit der Druckmittelquelle angeordnet sein.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung zur konformalen Strahlentherapie mit einem Strahl mit vorbestimmter, konstanter Strahlungsintensität hat im Vergleich zu früher vorgeschlagenen Verfahren und Vorrichtungen des Standes der Technik die Vorteile: im Gebrauch einfach und kostengünstig zu sein, für einen hohen Sicherheitsfaktor habend angesehen zu werden, um dem Patienten hochgradige Sicherheit bei der Behandlung zu bieten, und räumliche Modulation der Strahlungsintensität des Strahles über den Tumor und über den Querschnitt des Strahles zu ermöglichen.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
In den Zeichnungen zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht eines herkömmlichen Linearbeschleunigers einschließlich drehbarer Liege, Kollimator und Gantrys;
2A eine Teilschnittvorderansicht längs der Linie 2A-2A der 2B des Kopfes oder Schädels eines Patienten, in dem sich ein Tumor befindet;
2B eine Teilschnittseitenansicht des Kopfes desselben Patienten längs der Linie 2B-2B der 2A;
2C ein schematisches Diagramm, das eine Bewegungsbahn des Gantrys des Linearbeschleunigers der 1 angibt;
2D–2F Vorderansichten herkömmlicher Bestrahlungsausgleichskörper, die mit dem Linearbeschleuniger der 1 verwendet werden;
2G dieselbe Ansicht, wie 2B, die den räumlichen Umriss des Tumors zeigt, wie er von einem Strahl „gesehen" wird, wenn er den Ausgleichskörper der 2D durchquert, oder die „Strahlansicht" des Tumors;
2H eine Teilschnittansicht des Kopfes des Patienten längs der Linie 2H-2H der 2A, die den räumlichen Umriss des Tumors zeigt, wie er von einem Strahl gesehen wird, wenn er durch den Ausgleichskörper der 2E tritt;
2I eine Teilschnittansicht des Kopfes des Patienten längs der Linie 2I-2I der 2A, die den räumlichen Umriss des Tumors zeigt, wie er von einem Strahl „gesehen" wird, wenn er durch den Ausgleichskörper der 2F tritt;
3A eine Teilschnittvorderansicht längs der Linie 3A-3A der 3B des Kopfes eines Patienten, in dem sich ein Tumor befindet;
3B eine Teilschnittseitenansicht des Kopfes eines Patienten längs der Linie 3B-3B der 3A;
3C ein schematisches Diagramm, das die Drehung des Gantrys des Linearbeschleunigers der 1 angibt;
3D eine Teilschnittseitenansicht des Kopfes eines Patienten der 3B, die ein Verfahren der konformalen Strahlentherapie zeigt;
3E eine Teilschnittansicht von oben des Kopfes eines Patienten längs der Linie 3E-3E der 3A; die ein Verfahren der konformalen Strahlentherapie zeigt,
3F eine Teilschnittseitenansicht des Kopfes eines Patienten längs der Linie 3F-3F der 3A; die ein Verfahren der konformalen Strahlentherapie zeigt,
4 eine Teilschnittansicht des Kopfes eines Patienten, in dem sich ein Tumor befindet, ähnlich der Ansicht der 3E, die den Weg eines Bestrahlungsstrahles durch einen Bereich eines Tumors zeigt;
5 eine Vorderansicht des Tumors der 4 längs der Linie 5-5 der 4, die den räumlichen Umriss des Tumors zeigt, wie er von einem Strahl gesehen wird;
6 eine Teilschnittansicht einer Vorrichtung zur Verwendung in der konformalen Strahlentherapie längs der Linie 6-6 der 7;
7 eine Teilschnittseitenansicht der Vorrichtung der 6 längs der Linie 7-7 der 6;
8 eine Teilschnittansicht der Vorrichtung der 6 längs der Linie 8-8 der 7;
9 eine Teilschnittansicht der Vorrichtung der 6 ähnlich der 8, die die Funktionsweise eines Mittels zur unabhängigen Modulation der Strahlungsintensität mehrerer Strahlensegmente zeigt;
10 ein Flussdiagramm eines Bestrahlungsplanungssystems zur Steuerung der Arbeit der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung;
11 eine Teilschnittansicht einer Vorrichtung zur Verwendung in der konformalen Strahlentherapie nach der vorliegenden Erfindung;
12 eine Teilschnittansicht der Vorrichtung der 11 längs der Linie 12-12 der 11;
13 eine Seitenansicht eines ausdehnbaren, strahlendurchlässigen Elements nach der vorliegenden Erfindung;
14 eine Querschnittsansicht längs der Linie 14-14 der 13;
15 eine Seitenansicht eines herkömmlichen Linearbeschleunigers, ausgestattet mit der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung;
16 eine schematische Teilschnittansicht der Vorrichtung der 11 und 12, in der einige der ausdehnbaren, strahlendurchlässigen Organe vollständig ausgedehnt sind und einige nicht ausgedehnt sind;
17 eine Seitenansicht der Vorrichtung der 15, in der alle ausdehnbaren, strahlendurchlässigen Mittel der Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung unausgedehnt sind; und
18 eine schematische Teilschnittansicht der Vorrichtung der 11 und 12, nach der vorliegenden Erfindung, in der alle ausdehnbaren, strahlendurchlässigen Mittel unausgedehnt sind.
Wenn auch die Erfindung in Verbindung mit der bevorzugten Ausführungsform beschrieben wird, versteht sich doch von selbst, dass nicht beabsichtigt ist, die Erfindung auf diese Ausführungsform einzuschränken. Im Gegenteil ist beabsichtigt, alle Alternativen, Änderungen und Äquivalente, die in den Umfang der durch die beigefügten Patentansprüche definierten Erfindung eingeschlossen werden können, abzudecken.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Einführung in die Therapie, in der die Vorrichtung verwendet wird
In 1 ist ein herkömmlicher Linearbeschleuniger 300 dargestellt, ein Gantry 301 umfassend, eine Drehscheibe 302, die die Patientenliege 303 zum Mitdrehen veranlasst, und einen herkömmlichen Kollimator 304. Die drei Drehachsen des Gantrys 301, der Drehscheibe und der Liege 302, 303, und des Kollimators 304 sind mit den Buchstaben G, T bzw. C bezeichnet. Wie in 1 dargestellt, ist der Patient 305 unter Verwendung einer herkömmlichen stereotaktischen Befestigungsvorrichtung (nicht dargestellt) oder anderer herkömmlicher Mittel zur Befestigung des Körpers an der Patientenliege 303 auf der drehbaren Liege 303 angeordnet. Eine Art von Befestigungssystem, die verwendet werden könnte, ist die im US-Patent Nr. 5 163 430 (Anmeldungsnummer 07/515 429), eingereicht am 27. April 1990, mit dem Titel: Verfahren und Vorrichtung zur Ausführung stereotaktischer Operationen, im Namen des gegenwärtigen Erfinders, beschriebene. Wie hierunter beschrieben werden wird, ist erforderlich, eine Computertomographie („CT") des Patienten vor der konformalen Strahlentherapie unter Verwendung der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung auszuführen. Es ist also wichtig, dass der Patient auf der Patientenliege 303 genau positioniert wird, wobei diese Stellung geometrisch der Stellung entspricht, die der Patient auf dem Aufnahmetisch (nicht dargestellt) des Computertomographen einnahm. Die in der vorgenannten Patentanmeldung beschriebene Vorrichtung stellt die erforderliche Positionierung des Patienten und die korrekte Positionierung des Patienten relativ zum Linearbeschleuniger 300 und zum Computertomographen (nicht dargestellt) sicher. Das Ziel, Läsion oder Tumor 306, ist üblicherweise im Isocenter 307 des Linearbeschleunigers 300 angeordnet. Das Isocenter 307 ist als Schnittpunkt der drei Drehachsen C, G und T des Linearbeschleunigers 300 definiert. Die Verwendung des Begriffes „Tumor" in diesem Text umfasst jegliches Ziel, Läsion oder Tumor, das Gegenstand der konformalen Strahlentherapie unter Verwendung der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung sein soll. Wenn sich auch der hierin als behandelter beschriebene Tumor 306 im Schädel 308 des Patienten befindet, kann doch die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung zur Behandlung von Tumoren verwendet werden, die sich an beliebiger anatomischer Stelle im Körper des Patienten befinden.
Der Linearbeschleuniger 300 erzeugt einen Strahl 311 (4) aus Strahlung, die aus Photonen besteht, die γ-Strahlen erzeugen, wenn sie auf menschliches Gewebe treffen, und der Strahl 311 wird fokussiert und auf den Tumor 306 gerichtet. Der Strahl 311 tritt aus dem herkömmlichen Beschleunigerkopf 312 aus und kann dann auf dem Weg zum Tumor 306 einen herkömmlichen Kollimator 304 durchqueren. Die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung kann auch mit einer herkömmlichen Kobalt-Therapievorrichtung oder jeder anderen Strahlungsvorrichtung verwendet werden, die, wie der Linearbeschleuniger 300 oder eine Kobalt-Therapievorrichtung (nicht dargestellt), einen Strahl 311 erzeugt, der über eine vorbestimmte, konstante Strahlungsintensität verfügt.
In den 2A–2I wird ein herkömmliches Verfahren der konformalen Strahlentherapie dargestellt. Wie in den 2A und 2B zu sehen, befindet sich in einem Schädel 308 ein Tumor 306, der über ein Gesamttumorvolumen verfügt, das von den Außenflächen 313 des Tumors 306 eingeschlossen wird. Tumor 306 weist konkave Oberflächen 314 auf, wenn er von vorne betrachtet wird, wie 2A zeigt. Tumor 306 kann als „mit einspringender Oberfläche" bezeichnet werden, da er in sich selbst „einspringt" oder über konkave Oberflächen 314 verfügt. Wie in 2B dargestellt, hat der Tumor 306, von der Seite des Schädels 308 des Patienten betrachtet, eine im Wesentlichen ovale Form. Wenn eine herkömmliche Strahlentherapiebehandlung des Tumors 306 vorgesehen wird, werden mehrere Ausgleichskörper 315, 316 geformt und zwischen Kollimator 304 und Tumor 306 angeordnet, um die Form des Strahles 311, der Öffnungen 317, 318 in den Ausgleichskörpern 315, 316 durchquert, dem räumlichen Umriss des Tumors anzupassen, wie er vom Strahl „gesehen" wird, wenn er den Tumor durchquert, wenn der Kollimator 304 des Linearbeschleunigers 300 um den Patienten gedreht wird. Der räumliche Umriss des Tumors, wie er von einem Strahl „gesehen" wird, der das Ziel durchquert, wird im Allgemeinen auch als „beam's eye view (Strahlansicht)" bezeichnet, oder die Form des Tumors, wenn er in Richtung der Längsachse 320 des Strahles 311 (4) betrachtet wird, wobei diese Achse mit der Längsachse des Kollimators 304 koplanar ist. Die Ausgleichskörper 315, 316 werden üblicherweise aus einem Strahlung abschirmenden Werkstoff hergestellt, wodurch der Strahl am Durchqueren dieses Werkstoffes gehindert wird und nur durch Öffnungen 317, 318 fallen kann, die in den Ausgleichsblöcken 315, 316 ausgebildet sind. Anstelle der Ausgleichskörper 315, 316, die die gewünschte Form des Strahles 311 bestimmen, wie in den 2D–2F dargestellt ist, kann ein herkömmlicher Mehrlamellenkollimator verwendet werden, um Öffnungen zu schaffen, deren Form im Wesentlichen der der Öffnungen 317, 318 entspricht.
Wie weiterhin in den 2A–2I gezeigt, wird am Tumor 306 unter Verwendung der Ausgleichskörper 315, 316 eine Strahlentherapie ausgeführt, während das Gantry 301 in einer Drehung von Ohr zu Ohr gedreht wird, wie in 2C dargestellt. Liege und Drehscheibe 303, 302 können aus ihrer in 1 gezeigten Stellung um 90 Grad gedreht werden, so dass ihre Längsachse parallel zur Achse G des Gantrys 301 liegt. Drei Strahlen 322–324 können auf den Tumor 306 gerichtet werden, die Strahlen 322, 324 auf die Ohren des Patienten und Strahl 324 abwärts durch die Stirn des Schädels 308 des Patienten. Wenn der Strahl 322 durch Beschleunigerkopf 312 und Kollimator 304 auf den Schädel 308 gerichtet wird, durchquert der Strahl 322 die Öffnung 317 des Ausgleichskörpers 315 in Richtung des Tumors 306. Der räumliche Umriss 325 des Tumors 306, wie er vom Strahl 322 „gesehen" wird, wenn er den Tumor 306 durchquert, ist in 2G dargestellt. Nach Drehung des Gantrys 301 um einen Bogen von 90 Grad, erzeugt dann der Linearbeschleuniger 300 den Strahl 323, der nach Durchquerung der Öffnung 318 im Ausgleichskörper 316 durch die Stirn des Schädels 308 auf das Ziel 306 fällt. Der räumliche Umriss 326 des Tumors 306, wie er vom Strahl 323 „gesehen" wird, wenn er den Tumor 306 durchquert, oder die Strahlansicht des Tumors 306, wird in 2H gezeigt. Nach weiterer Drehung des Gantrys 301 um einen weiteren Bogen von 90 Grad in Richtung des Pfeiles 321 durchquert der Strahl 324 die Öffnung 317 im Ausgleichskörper 315 der 2F und fällt in den Schädel 308 und trifft auf das Ziel 306. Der räumliche Umriss 327 des Tumors 306, wie er vom Strahl 324 gesehen wird, wird in 2I gezeigt.
In 2H entspricht die Einstrahlung des Strahles 323 auf den Tumor 306 der tatsächlichen räumlichen Form des Tumors 306, wie sie 2A zeigt. Die mit den Strahlen 322, 324 erhaltene resultierende Einstrahlung würde der tatsächlichen räumlichen Form des Tumors 306 nicht entsprechen, da der Tumor 306 in einer Ebene einspringend oder konkav ist, die zu den Strahlen 322, 324 parallel ist. Die Intensität der Strahlen 322, 324 wird nicht variiert, um sich der unterschiedlichen Dicke des Tumors 306 anzupassen, wenn die Dicke längs der Achse 331 (2A) von Tumor 306 gemessen wird.
Beispielsweise hat der Tumor 306 zwei verdickte Endbereiche 328, 329 (2A) und einen Mittelbereich 330 kleineren Durchmessers. Wenn die Strahlen 322, 324 den Tumor 306 in Richtung seiner Längsachse 331 (2A) durchqueren, durchqueren Teile der Strahlen 322, 324 längs seiner Längsachse 331 aufgrund konkaver Oberflächen 314, die die verdickten Endbereiche 328, 329 bewirken, unterschiedliche Dicken des Tumors 306. Da die Intensität der Strahlen 322, 324 üblicherweise konstant bleibt oder in einigen Fällen über den gesamten räumlichen Umriss des Tumors, wie er vom Strahl gesehen wird, variiert werden kann, würden verschiedene Bereiche des Tumors 306 eine inkorrekte oder ungenügende Strahlendosis erhalten. Beispielsweise durchquert der zentrale Bereich des Strahles 322, der den Tumor 306 an seiner Längsachse 331 durchquert, die Endbereiche 328, 329 und den Mittelbereich 330 des Tumors 306. Der obere Teil des Strahles 322, der nur die oberen Teile 332, 333 der Endbereiche 328, 329 des Tumors 306 durchquert, durchquert nicht den Mittelbereich 330 des Tumors 306. Dementsprechend durchquert der obere Teil des Strahles 322 eine Gesamtdicke an Tumorgewebe, die geringer ist, als die Dicke des Tumorgewebes an der Längsachse 331 des Tumors 306. Es ist möglich, dass das dickere Tumorgewebevolumen keine ausreichende Strahlendosis erhält, um wirksam zu sein, während das dünnere Tumorgewebevolumen eine größere Strahlendosis erhalten mag, als zur Behandlung dieses Bereichs des Tumors 306 erforderlich ist, was wiederum umgebendes gesundes Gewebe 335 schädigen könnte.
Anhand der 3A–3F und 4–5 wird das Verfahren der konformalen Strahlentherapie beschrieben, das die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung verwendet. Derselbe Tumor 306 im Schädel 308 des Patienten wird mit dem Linearbeschleuniger 300 der 1 behandelt. Der Strahl 311 aus Beschleunigerkopf oder Strahlungsquelle 312 des Linearbeschleunigers 300 hat eine vorbestimmte, konstante Strahlungsintensität, die zur Behandlung eines Gewebevolumens 400 (3D und 5) verwendet wird, in welchem Gewebevolumen 400 sich mindestens ein Teil 401 oder erster getrennter Bereich 407 des Tumors 306 befindet. Die relative Drehbewegung des Schädels 308 des Patienten relativ zum Beschleuniger 312 kann in derselben Weise ausgeführt werden, wie oben in Verbindung mit den 2A–2I beschrieben. Das Verfahren der konformalen Strahlentherapie unter Verwendung der Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung umfasst allgemein die Schritte: Richten des Strahles 311 aus einer ersten Stellung 405, wie etwa in Richtung des Pfeiles 406 (3A und 3C) auf einen ersten getrennten Bereich 407 des Tumors 306, wobei dieser getrennte Bereich 407 ein geringeres Tumorvolumen aufweist, als das Gesamttumorvolumen des Tumors 306, und räumliches Modulieren der Strahlungsintensität des Strahles 311 über den ersten getrennten Bereich 407 des Tumors 306, wodurch der erste getrennte Bereich 407 des Tumors 306 eine Strahlendosis zur Behandlung des ersten getrennten Bereiches 407 des Tumors 306 erhält, während die Bestrahlung gesunden Gewebes 335 minimiert wird, das sich anliegend am Tumor 306 und innerhalb des Gewebevolumens 400 befinden kann. Vorzugsweise befindet sich der erste getrennte Bereich 407 des Tumors 306 in einem schichtförmigen Bereich 411 des Gewebevolumens 400. Der Begriff „schichtförmig" wird als ein im Allgemeinen dünnes, flaches Stück Gewebe beschreibend verwendet.
Wie hierunter im Einzelnen beschrieben werden wird, ist das Gesamtvolumen 450 des Gewebes des Patienten, das den Tumor 306 enthält, unterteilt in mehrere schichtförmige Bereiche des Gewebevolumens, wobei vier schichtförmige Bereiche 411, 412, 413, 414 in 3D dargestellt sind. Der erste schichtförmige Bereich 411 des Gewebevolumens 450 ist in 3D und 5 in durchgezogenen Linien dargestellt, während die schichtförmigen Bereiche 412–414 in 3D in gestrichelten Linien dargestellt sind. Jeder der schichtförmigen Bereiche 411–414 des gesamten Gewebevolumens 450 hat einen rechteckigen Querschnitt in einer Ebene, die auf der Längsache 320 des Strahles 311 in Richtung des Pfeiles 406 senkrecht steht, und die Längsachse 420 des schichtförmigen Bereiches 411 des Gewebevolumens 400 ist koplanar zur Längsachse des Strahles. Wie in 3D und 5 zu erkennen, ist die Längsachse 420 des schichtförmigen Bereiches 411 senkrecht zu der Ebene angeordnet, in der diese Figuren liegen, und ist daher als ein Punkt 420 bezeichnet.
Jeder der schichtförmigen Bereiche 411–414 des gesamten Gewebevolumens 450 stößt an die ihm benachbarten schichtförmigen Bereiche an und alle schichtförmigen Bereiche 411–414 liegen in Ebenen, die parallel zueinander sind und koplanar mit der Längsachse 320 des Strahles 311 in Richtung des Pfeiles 406. Durch Drehung des Strahles 311 um den Patienten 305 kann der Strahl 311 aus einer zweiten Stellung 425 gerichtet werden, die radial von der ersten Stellung 405 beabstandet ist. Der Strahl 311 ist also in Richtung des Pfeiles 426 (3A und 3C) auf den ersten getrennten Bereich 407 des Tumors 306 gerichtet, der sich in einem anderen schichtförmigen ersten Bereich 411' des gesamten Gewebevolumens 450' befindet. Der schichtförmige Bereich 411' hat ebenfalls einen rechteckigen Querschnitt, wenn in Richtung der Längsachse 320 des Strahles 311 betrachtet, wenn er in Richtung des Pfeiles 426 gerichtet ist, wie in 3A und 3E gezeigt. Ebenso stoßen, wie hierunter beschrieben wird, weitere schichtförmige Bereiche 412'–414' an ihre benachbarten schichtförmigen Bereiche 412'–414' und diese schichtförmigen Bereiche des gesamten Gewebevolumens 450' liegen in Ebenen, die zueinander parallel sind. Wenn der Strahl 311 in Richtung des Pfeiles 426 auf den Tumor 306 gerichtet ist, wird die Strahlungsintensität des Strahles wieder räumlich über den getrennten Bereich 407 des Tumors 306 moduliert, wodurch der erste getrennte Bereich 407 des Tumors eine andere Strahlendosis zur Behandlung des ersten getrennten Bereiches 407 des Tumors 306 erhält, während die Bestrahlung am Tumor anliegenden gesunden Gewebes minimiert wird.
Nach Drehung des Strahles 311 in eine andere, von der vorangehenden Stellung 425 radial beabstandete Stellung 430, um den Strahl 311 in Richtung des Pfeiles 431 auf den Tumor 306 zu richten, wird der Strahl 311 auf einen anderen schichtförmigen Bereich 411'' gerichtet, wie in 3F gezeigt. Der schichtförmige Bereich 411" des gesamten Gewebevolumens 450'' hat ebenfalls einen rechteckigen Querschnitt, der in einer Ebene liegt, die senkrecht zur Längsachse des Strahles steht oder in Richtung des Pfeiles 431. Außerdem stoßen die schichtförmigen Bereiche 412''–414'' des gesamten Gewebevolumens 450'', wie oben beschrieben, an die benachbarten schichtförmigen Bereiche des gesamten Gewebevolumens 450'', wobei alle schichtförmigen Bereiche 411''–414'' in parallelen Ebenen liegen. Wieder ist die Längsachse jedes dieser schichtförmigen Bereiche 411''–414'' koplanar mit der Längsachse des Strahles 311, der in Richtung des Pfeiles 431 auf ihn einwirkt. Wenn der Strahl 311 in Richtung des Pfeiles 431 auf die schichtförmigen Bereiche 411''–414'' des gesamten Gewebevolumens 450'' gerichtet wird, wird seine Strahlungsintensität über den ersten getrennten Bereich 407 des Tumors 306 räumlich moduliert, der sich im schicht förmigen Bereich 411'' des Gewebevolumens 400'' befindet. Es ist zu beachten, dass die schichtförmigen Bereiche 411, 411', 411'' der gesamten Gewebevolumina 450, 450', 450'' zueinander koplanar sind, wie dies für die schichtförmigen Bereiche 412, 412', 412''; 413, 413', 413'' und 414, 414', 414'' der Fall ist.
Nachdem der erste getrennte Bereich 407 des Tumors 306 in der oben beschriebenen Weise behandelt worden ist, können die anderen getrennten Bereiche 408–410 des Tumors 306, die in ihren entsprechenden schichtförmigen Bereichen 412, 412', 412''; 413, 413', 413''; 414, 414', 414'' angeordnet sind, ihrerseits in der oben beschriebenen Weise behandelt werden, wodurch aus jeder radial beabstandeten Stelle, aus der der Strahl 311 auf den Tumor 306 gerichtet wird, die Strahlungsintensität des Strahles 311 über den behandelten getrennten Bereich des Tumors 306 räumlich moduliert wird. Die folgende Behandlung zusätzlicher schichtförmiger Bereiche 412–414, 412'–414', 412''–414'', kann durch Bewegung des Patienten relativ zur Bestrahlungsstrahlquelle 311, oder zum Beschleunigerkopf 312, um einen Abstand erfolgen, der der Dicke der schichtförmigen Bereiche des behandelten Gewebevolumens gleich ist. Durch aufeinander folgende Drehungen des Strahles 311 um den Patienten und Bewegung des Patienten relativ zur Strahlquelle, wie oben beschrieben, kann der ganze Tumor 306 oder sein Gesamttumorvolumen, das sich in den Gesamtgewebevolumina 450, 450', 450'' befindet, korrekt mit der Strahlentherapie behandelt werden. Wie hierunter beschrieben wird, kann die Anzahl schichtförmiger Bereiche des behandelten Gesamtgewebevolumens geändert werden, wie auch die Dicke jedes schichtförmigen Bereiches des Gewebevolumens. Vier schichtförmige Bereiche des Gewebevolumens wurden in den 3D–3F als behandelt gezeigt, eine Anzahl an schichtförmigen Bereichen des Gewebevolumens, die nur zur Illustration gewählt wurde. Außerdem ist zu beachten, dass die Anwendung des Strahles von nur drei Stellen 405, 425, 430 aus ebenfalls nur zu Illustrationszwecken verwendet wurde, wie hierunter im Einzelnen beschrieben wird.
Das Verfahren der konformalen Strahlentherapie unter Verwendung der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die 4 und 5 im Einzelnen beschrieben. Der Tumor 306' hat eine andere Form, als der Tumor 306, der in den vorangehenden Figuren dargestellt wurde; er hat jedoch auch eine einspringende Form, mit konkaven Oberflächen 314, wie in 4 gezeigt, und konkaven Oberflächen 314', wie in 5 gezeigt. Der Strahl 311 wird zunächst zu mindestens einem Behandlungsstrahl 500 geformt, der eine Längsachse 501 hat, die der Längsachse 320 des Strahles 311 entspricht. Die Längsachse 501 erstreckt sich längs demselben Weg, wie der Strahl 311. Der Behandlungsstrahl 500 hat einen rechteckigen Querschnitt 502, der in einer Ebene senkrecht zur Längsachse 501 des Strahles 311 liegt. Wie in 5 zu sehen, entspricht der rechteckige Querschnitt 502 des Behandlungsstrahles 500 dem rechteckigen Querschnitt des schichtförmigen Bereiches 411 des Gewebevolumens 400, wobei die Längsachse 501 des Behandlungsstrahles 500 mit der Längsachse 420 des schichtförmigen Bereiches 411 des Gewebevolumens 400 koplanar ist. Vorzugsweise ist der rechteckige Querschnitt 502 des mindestens einen Behandlungsstrahles 500 in mehrere Strahlensegmente 510–514 in einer Weise aufgeteilt, die hierunter beschrieben wird. Die Strahlungsintensität der mehreren Strahlensegmente 510–514 des Behandlungsstrahles 500 werden dann unabhängig voneinander über den rechteckigen Querschnitt 502 des Behandlungsstrahles 500 moduliert, wodurch der erste Teil 401 des Tumors 306', der in einer Richtung entlang der Längsachse 420 des schichtförmigen Bereichs 411 des Gewebevolumens 400 variable Dicke hat, durch die mehreren Strahlensegmente 510–514 behandelt wird. Jedes Strahlensegment 510–514 des Behandlungsstrahles 500 hat eine Strahlungsintensität entsprechend der Dicke des Teils 401 des Tumors 306', das das Strahlensegment 510–514 jeweils durchquert. Beispielsweise bezeichnen, wie in 4 zu sehen, die Pfeile 530 die Dicke T eines Abschnittes oder Segmentes 531 des Teils 401 des Tumors 306', den das Strahlensegment 510 des Behandlungsstrahls 500 durchquert. Die Pfeile 532 bezeichnen die Dicke T' eines Abschnittes 533 des Teils 401 des Tumors 306', das das Strahlensegment 514 durchquert. Da die Dicke T des Tumorsegmentes 531 größer ist, als die Dicke T' des Tumorsegmentes 533, muss die Strahlungsintensität des Strahlensegmentes 510 größer sein, als die Strahlungsintensität des Strahlensegmentes 514, um die Tumorsegmente 531, 533 mit dem Behandlungsstrahl 500 korrekt zu behandeln.
In 4 ist ein Mittel zur unabhängigen Modulation 600 der Strahlungsintensitäten der mehreren Strahlensegmente 510–514 zur Ermöglichung der räumlichen Modulation der Strahlungsintensität des Behandlungsstrahles 500 über seinen rechteckigen Querschnitt 502 schematisch dargestellt. Zum Verständnis der vorliegenden Erfindung, wie sie schematisch in 4 dargestellt ist, ist die unabhängige Modulation der Strahlungsintensitäten der mehreren Strahlensegmente 510–514 durch Anordnung unterschiedlicher Dicken eines strahlungsabschwächenden Materials zwischen dem Strahl 311 und dem Behandlungsstrahl 500 dargestellt. Da beispielsweise die Dicke T des Segmentes 531 des Teils 401 des Tumors 306' der dickste Abschnitt des Teils 401 des Tumors 306' ist, der innerhalb des Gewebevolumens 400 behandelt wird, ist der Weg des Strahles 311 durch das Strahlmodulationsmittel 600 offen, wodurch die Strahlungsintensität des Strahlensegmentes 510, das das Tumorsegment 531 behandelt, dieselbe vorbestimmte, konstante Strahlungsintensität des Strahles 311. Da entsprechend das Segment 533 des Tumors 306' im Vergleich mit den anderen Segmenten des Teils 401 des Tumors 306' relativ dünn ist, ist eine relativ dicke Menge 540 strahlungsabschwächenden oder -undurchlässigen Materials 540 im Weg des Strahles 311 angeordnet. Die Strahlungsintensität des Strahlensegmentes 514 ist dadurch verringert, im selben Maße, wie die zur korrekten Behandlung des Segmentes 533 des Tumors 306' erforderliche Strahlendosis. Es ist zu beachten, das fünf Strahlensegmente 510–514 nur zu Illustrationszwecken dargestellt wurden, wie hierunter im Einzelnen beschrieben wird.
Wenn gewünscht und wie hierunter im Einzelnen beschrieben wird, ist es möglich, den Strahl 311 in zwei Behandlungsstrahlen 500, 500' zu formen, wie in 5 dargestellt. Der Behandlungsstrahl 500 würde die Strahlensegmente 510–514 umfassen, und der Behandlungsstrahl 500' würde die Behandlungsstrahlensegmente 510'–514' umfassen. Jeder Behandlungsstrahl 500, 500' hätte eine Längsachse, die längs dem Weg verläuft, den die Behandlungsstrahlen 500, 500' nehmen, und hat einen rechteckigen Querschnitt in einer Ebene, die auf der Längsachse 501 der Behandlungsstrahlen 500, 500' senkrecht steht. Die horizontale gestrichelte Linie 550 in 5 dient dazu, die aneinander stoßenden, parallelen Oberflächen der rechteckigen Querschnitte der beiden Behandlungsstrahlen 500, 500' zu bezeichnen, und die vertikalen gestrichelten Linien 551 bezeichnen die aneinander stoßenden, parallelen Oberflächen der nebeneinander liegenden Strahlensegmente 510–514, 510'–514'. Wenn nur ein Behandlungs strahl 500 gebildet wird, würden sich die Strahlensegmente 510–514 über den ganzen Abstand von der Unter- zur Oberseite des rechteckigen Querschnittes 502 des Behandlungsstrahles 500 erstrecken.
Wenn nur ein Behandlungsstrahl 500 geformt wird, wird dieser Behandlungsstrahl 500 mit seinen mehreren Strahlensegmenten 510–514 auf den ersten getrennten Abschnitt 407 des Tumors 306 in den ersten schichtförmigen Bereichen 411–411'' des Gewebevolumens 400 gerichtet werden, wenn der Strahl 311 um den Schädel 308 des Patienten gedreht wird, wie oben in Verbindung mit den 3D–3F beschrieben. Der Patient wird dann relativ zum Strahl 311 um eine Strecke bewegt, die der Dicke des behandelten schichtförmigen Bereiches 411 gleich ist, wodurch der Vorgang zur Behandlung der nächsten mehreren schichtförmigen Bereiche 412–412'' wiederholt wird. Jedesmal, wenn der Behandlungsstrahl 500 auf einen schichtförmigen Gewebebereich gerichtet wird, wie etwa aus den Stellungen 405, 425, 430, wird die Strahlungsintensität der Strahlensegmente 510–514 unabhängig voneinander in Abhängigkeit von der Dicke des Tumorsegmentes moduliert, das das Strahlensegment durchquert, wie oben beschrieben. Vorzugsweise wird der Strahl 311 um einen Bogen von ungefähr 160 Grad in der Richtung des Pfeiles 321 (3C) gedreht, und der Strahl 311 wird nach einer Drehung um jeweils 5 Grad um den Schädel 308 oder in 5-Grad-Segmenten des 160-Grad-Bogens angestellt, auf den Tumor gerichtet und seine Strahlungsintensität moduliert.
Wenn der Strahl 311 in zwei Behandlungsstrahlen 500, 500' geformt wird, können zwei aneinander liegende, schichtförmige Gewebebereiche, wie etwa die schichtförmigen Bereiche 411–411'' und 412–412'', gleichzeitig in der oben beschriebenen Weise behandelt werden. Es wäre dann erforderlich, den Patienten relativ zum Strahl 311 oder die Strahlungsquelle 312 um eine Strecke zu bewegen, die der Dicke zweier schichtförmiger Gewebebereiche gleich ist, wodurch ein anderes Paar aneinander liegender, schichtförmiger Gewebebereiche behandelt werden kann, wie etwa die schichtförmigen Bereiche 413–413'' und 414–414''. Wie hierunter im Einzelnen beschrieben wird, erfolgt die Steuerung des Mittels zur unabhängigen Modulation 600 der Strahlungsintensität der mehreren Strahlensegmente 510–514 oder die räumliche Modulation der Strahlungsintensität des Strahles 311 über jeden der mehreren schichtförmigen Bereiche des Gewebevolumens vorzugsweise durch ein geeignetes Computersystem.
Jetzt wird die in den 6 bis 9 der Zeichnungen dargestellte Vorrichtung beschrieben, zu Vergleichszwecken und zur Erläuterung der Funktionsweise von Teilen, die auch in der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Dann wird ein Bestrahlungsplanungssystem zur Steuerung der Arbeit der Vorrichtung unter Bezugnahme auf 10 beschrieben. Dann wird die in den 11 bis 18 dargestellte Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung beschrieben. In dieser Vorrichtung liefert das Steuerungssystem 760' der Vorrichtung die erforderlichen und geeigneten Steuersignale in der in Verbindung mit 10 beschriebenen Weise.
Beschreibung der in den 6 bis 9 dargestellten Vorrichtung
Eine Vorrichtung 700 (siehe 6–9) zur Verwendung in der konformalen Strahlentherapie eines Tumors mit einem Strahl 311 aus einer Bestrahlungsstrahlenquelle oder einem Linearbeschleuniger 300, wobei der Strahl 311 eine vorbestimmte, konstante Strahlungsintensität hat, nach der vorliegenden Erfindung, umfasst allgemein: Ein Mittel zum Formen 701 des Strahles 311 in mindestens einen Behandlungsstrahl 500 (4); ein Mittel zur Auftrennung 702 des mindestens einen Behandlungsstrahles 500 in mehrere Strahlensegmente 510–514 (4); und ein Mittel zur unabhängigen Modulation 600 der Strahlungsintensität der mehreren Strahlensegmente 510–514. Die Vorrichtung 700 ist vorzugsweise in ein Gehäuse 705 eingebaut, das erlaubt, die Vorrichtung 700 an eine herkömmliche Trägerplattenführung (nicht dargestellt) an einem herkömmlichen Linearbeschleuniger 300 oder einer Kobalttherapie-Behandlungseinheit (nicht dargestellt) zu befestigen. Wie in den 6 und 7 zu erkennen, umfasst das Formungsmittel 701 vorzugsweise zwei Blöcke 710, 711 aus Strahlung abschirmendem Werkstoff, wie etwa Tungsten, die eine rechteckige Öffnung 713 begrenzen, die ein Teil des Strahles 311 durchquert. Die rechteckige Öffnung 713 hat eine Länge L (6) und eine Breite W (7). Vorzugsweise können die Blöcke 710, 711 relativ zueinander bewegt werden, wodurch die Breite W der rechteckigen Öffnung 713 geändert werden kann. Wie in 7 zu sehen, können Schrittmotoren 714 mit den Blöcken 710, 711 durch ein beliebiges, geeignetes Befestigungorgan 715 verbunden sein, durch die die Breite W der rechteckigen Öffnung 713 geändert werden kann. Die Breite W der Öffnung 713 entspricht der Dicke des rechteckigen (Querschnittes 502 (5) des Behandlungsstrahles 500, und diese Breite W entspricht auch der Breite des schichtförmigen Bereiches 411 des Gewebevolumens 400, wie in 5 gezeigt. Vorzugsweise wird die Dicke der schichtförmigen Bereiche oder die Breite W in einer Spanne von 5 mm bis 2 cm gewählt. Vorzugsweise beträgt die Länge L der Blöcke 710, 711, die der Länge jedes schichtförmigen Bereiches entspricht, 20 cm.
Wie weiterhin in den 6–9 zu sehen, enthält das Mittel zur Trennung 702 des rechteckigen Querschnittes des mindestens einen Behandlungsstrahles in mehrere Strahlensegmente vorzugsweise mehrere unabhängig voneinander bewegbare Metallorgane oder Metallplatten 720. Die Anzahl der Metallorgane 720 entspricht der gewünschten Anzahl auszubildender Strahlensegmente. Vorzugsweise sind zwanzig Metallorgane 720 vorgesehen, eine erste Gruppe oder Satz 721 von zehn Metallorganen 720 ist in einer Reihe 723 angeordnet und ein zweiter Satz 722 von Metallorganen 720 in einer Reihe 724. Die ersten vier Metallorgane 720 des ersten Satzes 721 von Metallorganen 720 in der Reihe 723 können als den vier Strahlensegmenten 510–514 der 5 entsprechend und diese formend betrachtet werden, und die ersten vier Metallorgane 720 des zweiten Satzes 722 von Metallorganen 720 in der Reihe 724 würden die vier Strahlensegmente 510'–514' der 5 formen. Die Ebene 726, die durch die aneinander stoßenden Oberflächen zwischen den Metallorganen 720 der ersten und zweiten Reihe 723, 724 von Metallorganen 720 gebildet wird, entspräche der horizontalen gestrichelten Linie 550 in 5 und die Blöcke 710, 711 würden verwendet, um zwei Behandlungsstrahlen 500, 500' zu formen, wobei die Breite W der Öffnung 713 der Dicke zweier schichtförmiger Bereiche, wie etwa der schichtförmigen Bereiche 410, 411 (3D), entspräche. Wie in den 7 und 9 dargestellt, befinden sich die Metallorgane 720 normalerweise in einer ersten, geschlossenen Stellung 730, in der die Metallorgane 720 genau passend aneinander stoßen. Für die Deutlichkeit der Zeichnung gibt es einen geringfügigen Abstand zwischen den Metallorganen 720 in den 8 und 9. Jedes Metallorgan 720 ist aus der ersten, geschlossenen Stellung 730 in eine zweite, offene Stellung 731 bewegbar (9). Wenn sich ein bestimmtes Metallorgan in seiner zweiten, offenen Stellung befindet, gibt es eine Öffnung 732 und ein Strahlensegment, wie etwa das Strahlensegment 510 der 4, kann durch die Öffnung 732 auf einen Bereich eines Tumors fallen. Wenn sich die Metallorgane in ihrer ersten, geschlossenen Stellung 730 befinden, versperren die Metallorgane 720 den Weg des Strahles, der zu diesem Metallorgan 720 gehört und erlauben also nicht dem Strahlensegment, das zu diesem geschlossenen Metallorgan 720 gehört, auf einen Tumor zu fallen. Mit dem Gerät 700 können zwei schichtförmige Bereiche des Gewebevolumens mit einer Länge von 20 cm und einer Dicke von einem halben bis zwei Zentimetern auf der Bahn einer Drehung des Strahles 311 behandelt werden. Zwanzig einzeln modulierte Strahlensegmente werden so durch die Metallorgane 720 geschaffen.
Jedes Metallorgan 720 ist mit einem Mittel zur unabhängigen Bewegung 740 jedes Metallorgans 720 von der ersten, geschlossenen Stellung zur zweiten, offenen Stellung 731 versehen. Vorzugsweise ist das Mittel zur unabhängigen Bewegung 740 jedes Metallorgans 720 ein Stellglied 741, wobei ein Stellglied 741 zu jedem Metallorgan 720 gehört. Vorzugsweise wird jedes Stellglied 741 mit Luft betrieben und verfügt über ein Magnetventil 742, das jedem Stellglied 741 zugeordnet ist. Jedes Magnetventil 742 steuert die Arbeit seines zugehörigen Stellgliedes 741 und damit seines zugehörigen Metallorgans 720 in Reaktion auf zu gebende Steuersignale, wie hierunter beschrieben wird. Jedes der Metallorgane 720 kann etwa durch einen herkömmlichen Kolben 743, der zu jedem Stellglied 741 gehört, mit seinem entsprechenden Stellglied 741 verbunden sein. Geeignete Luftleitungen 744 verlaufen von den Magnetventilen 742 zu den Stellgliedern 741. Eine herkömmliche Druckluftversorgung (nicht dargestellt) ist im Behandlungsraum vorgesehen und die Luft wird in einer herkömmlichen Weise den Magnetventilen 742 zugeführt. Jedes Stellglied 741 ist vorzugsweise vom „Luft-Einzugs-/Feder-Streck"-Typ, wodurch eine Feder (nicht dargestellt), die zu jedem Stellglied 741 gehört, normalerweise die ihr zugehörigen Metallorgane 720 in die erste, geschlossene Stellung 730 drückt. Dementsprechend wird im Fall eines Ausfalles der Stromversorgung der Vorrichtung 700, da dieser elektrische Strom für die Steuersignale zur Betätigung der Ventile 742 erforderlich ist, oder bei Unterbrechung des Luftdruckes für die Stellglieder, jedes Metallorgan in seine erste, geschlossene Stellung zurückkehren und also sein entsprechendes Strahlensegment unterbrechen. In dieser Hinsicht sollte auch beachtet werden, dass ein Magnetventil (nicht dargestellt) ebenfalls mit jedem Block 710, 711 verbunden ist, das die Blöcke 710, 711 normalerweise in einer offenen Stellung hält. Sollte die Stromversorgung der Vorrichtung 700 ausfallen oder ein Fehlersignal durch das System erzeugt werden, das die Arbeit der Metallorgane 720 steuert, wird das Magnetventil sofort die Blöcke 710, 711 in ihre in 7 dargestellte geschlossene Stellung bringen, wodurch keine Strahlung zum Patienten gelangen kann.
Wie in den 6 und 7 zu sehen, sind die Ventile 742 aus Platzgründen an den Außenflächen des Gehäuses 705 entlang übereinander gestapelt und die Stellglieder 741 in drei Reihen versetzt zueinander angeordnet. Vorzugsweise hat jedes Metallorgan 720 eine im Wesentlichen identische Form, einen im Wesentlichen gleichmäßigen Querschnitt und in Richtung des Weges des Behandlungsstrahles 500 eine im Wesentlichen gleichmäßige Tiefe D (7). Vorzugsweise bestehen die Metallorgane oder Platten 720 aus Tungsten oder einem beliebigen anderen geeigneten metallischen Werkstoff mit den erforderlichen Strahlungsabschirmmerkmalen. Auf Grund der Divergenz des Behandlungsstrahls 500, die dem Fachmann bekannt ist, divergieren, wie in 6 dargestellt, die Längsachsen der Metallorgane 720 ebenfalls geringfügig vom zentralsten Metallorgan auswärts, um der Divergenz des Behandlungsstrahles 500 Rechnung zu tragen.
In Hinsicht auf das Mittel zur unabhängigen Modulation 600 der Strahlungsintensität der mehreren Strahlensegmente: Diese unabhängige Modulation erfolgt durch die Magnetventile und Stellglieder 742, 741 und Metallorgane 720. Die Strahlungsintensität jedes jeweils zu einem Metallorgan 720 gehörenden Strahlensegmentes wird dadurch moduliert, dass unabhängig die Zeitdauer variiert wird, in der sich jedes Metallorgan 720 in der ersten, geschlossenen Stellung 730 befindet, wodurch die Zeitdauer, während der ein Metallorgan 720 sich in der ersten, geschlossenen Stellung befindet, eine Verringerung der Strahlungsintensität des entsprechenden Strahlensegmentes bewirkt. Beispielsweise kann in einer gegebenen Zeitdauer, in der der Strahl 311 angeschaltet ist und mindestens einen Behandlungsstrahl 500 bildet, der wiederum durch Metallorgane 720 in mehrere Strahlensegmente aufgeteilt wird, die Strahlungsintensität eines Strahlensegmentes vom Wert 0 auf 1 variiert werden. Eine Strahlungsintensität 0 entspräche einem Metallorgan 720, das für die gesamte Dauer in seiner ersten, geschlossenen Stellung 730 bleibt, während der der Strahl 311 angeschaltet ist und durch die rechteckige Öffnung 713 auf die Metallorgane 720 fällt. Wenn ein zu einem Strahlensegment gehörendes Metallorgan 720 die gesamte Zeit in seiner zweiten, offenen Stellung 731 bleibt, während der der Strahl 311 an geschaltet ist, wäre die Strahlungsintensität dieses Strahlensegmentes gleich 1. Durch Variieren der Zeitdauer, in der ein Metallorgan sich während der Zeit, in der der Strahl 311 angeschaltet ist, in der ersten, geschlossenen Stellung 730 befindet, wird die Strahlungsintensität dieses bestimmten Strahlensegmentes eingestellt, und seine Strahlungsintensität kann auf jeden Wert zwischen 0 und 1 geändert werden. Ein Steuerungssystem für die Vorrichtung 700, das die Elektronik 760 umfasst, die im Gehäuse 705 angeordnet ist, bestimmt, wie lange ein bestimmtes Metallorgan 720 während der Strahlentherapiebehandlung in seiner ersten, geschlossenen Stellung 730 bleibt, wie hierunter im Einzelnen beschrieben wird. Es ist zu beachten, dass die Variation der Zeit, in der ein Metallorgan 720 in seiner ersten, geschlossenen Stellung 730 bleibt, mit der schematischen Darstellung der veränderlichen Dicke des strahlenabsorbierenden Materials 540 in Beziehung gesetzt werden kann, die in 4 dargestellt ist und oben in Verbindung mit 4 beschrieben wurde.
Beschreibung eines Bestrahlungsplanungssystems
Für den effektiven Betrieb der Vorrichtung 700 ist erforderlich, dass der Elektronik 760 der Vorrichtung 700 angemessene Steuersignale zugeführt werden, um den Betrieb der Vorrichtung 700 einschließlich der Mittel zur unabhängigen Modulation der Strahlungsintensität der Strahlensegmente des Behandlungsstrahles zu steuern, die in Vorrichtung 700 verwendet werden. Beispielsweise ist erforderlich, in Abhängigkeit von Ort, Größe und Abmessungen eines bestimmten Tumors im Körper eines Patienten die Strahlendosis zu bestimmen, die auf die Tumorbereiche gerichtet werden müssen, die sich in den verschiedenen schichtförmigen Bereichen des Gewebevolumens befinden, das behandelt wird, unter Berücksichtigung der radialen Stellung der Strahlungsquelle, die zur Behandlung der einzelnen schichtförmigen Gewebebereiche verwendet wird. Es stehen bekannte Bestrahlungsplanungssysteme zur Verfügung, die die erforderlichen Steuerinformationen liefern können, die verwendet werden, um die Vorrichtung 700 zu steuern und die Ausführung des Verfahrens der konformalen Strahlentherapie zu ermöglichen. Unter Bezugnahme auf 10 wird ein bevorzugtes Bestrahlungsplanungssystem zur Gewinnung der Informationen beschrieben, die von der Vorrichtung 700 und zur Anwendung des Verfahrens verwendet werden.
Der erste Schritt des Verfahrens wird im Allgemeinen als Registrierungsschritt 800 bezeichnet. Dies ist der Verfahrensschritt der Ausrichtung einer Reihe herkömmlicher axialer Schichtaufnahmen des Bereiches des Patienten, der mit der konformalen Strahlentherapie behandelt werden soll. Diese Aufnahmen werden durch herkömmliche Computertomographie- („CT") oder Kernspinresonanztomographie-Verfahren („MRI") gewonnen, die ein Bild erzeugen, das eine Gewebe-„Schicht" darstellt, die mit anatomischer Präzision abgebildet wird. Die Reihe von „Schichten", die die vollständige CT- oder MRI-Untersuchung bilden, stellt ein dreidimensionales Bild eines bestimmten Teils des Patienten dar, um die Darstellung als zutreffenden, dreidimensionalen Datensatz zu ermöglichen. Die Ergebnisdaten werden erhalten, indem die Eingabedaten gesammelt, entscheidende, gemeinsame Marken bekannter Geometrie bestimmt und die Daten derart geändert werden, dass sie korrekt ausgerichtet werden. Die sich ergebende Auflösung wird derart festgelegt, dass sie auf der Grundlage der verwendeten Patientenbefestigungsvorrichtung geometrisch korrekt ist, wie oben beschrieben, und wenn Bilder von einem Film gescannt wurden, erfolgt Graustufenbildstandardisierung auf der Grundlage von Graustufenvergleichsbalken, die in den Bildern enthalten sind. Herkömmliche zweidimensionale Bildverarbeitungstechniken werden angewendet mit Supersampling und Filterung, wenn es für die Auflösungseinstellung erforderlich ist. Der Bildschichtenabstand wird vom Bediener des Planungssystems eingegeben und mit der bekannten Geometrie des Patientenbefestigungssystems geprüft.
Der nächste Schritt des Systems wird allgemein als Anatomiebefehleschritt 801 bezeichnet. Der Arzt identifiziert in herkömmlicher Weise das dreidimensionale Volumen der Struktur, die für die Bestrahlungsplanung wesentlich ist, wodurch der Arzt anatomische Strukturen schichtweise auf den Bildern identifiziert.
Der Verschreibungstafelschritt 802 ermöglicht dem Arzt, das gewünschte Ziel der Strahlentherapiebehandlung ins Planungssystem einzugeben, als gewünschte Zieldosis, Grenzen der sensiblen Struktur, Abgabekomplexität und Aggressivität. Die Aggressivität bezieht sich auf die relative Bedeutung, das Ziel, oder den Tumor, maximal zu behandeln, im Vergleich zur Schonung empfindlicher, benachbarter anatomischer Strukturen. Diese Parameter werden im Planoptimierungsschritt 803 verwendet. Im Planoptimierungsschritt 803 ist die Optimierung des Bestrahlungsplanes ein Sonderfall eines inversen Problems, wobei das Ziel darin besteht, den besten Weg zu bestimmen, um die verschriebene Dosis zu erreichen. Eine Abkühlungssimulationstechnik wird angewandt, um diese Optimierung durch Aufteilung der Strahlenabgabe an eine Reihe enger Schichten oder schichtförmiger Bereiche oder auf Bogenbehandlungen auszuführen und jeden dieser Bögen getrennt zu optimieren. Das angewendete Abkühlungsschema gehört zur Klasse der FSA-(Fast Simulated Annealing-)Techniken. Die Einzelheiten der vorgenannten Abkühlungssimulationstechniken sind dem Fachmann bekannt und in Veröffentlichungen, wie „Optimization of Conformal Radiotherapy Dose Distributions by Simulated Annealing", S. Webb, Physics and Medical Biology, Bd. 34, Seiten 1349–1370 (1989), und „Optimization of Conformal Radiotherapy Dose Distributions by Simulated Annealing: 2. Inclusion of Scatter in the 2d Technique", S. Webb, Physics and Medical Biology, Bd. 36, Seiten 1227–1237 (1991), beschrieben. Ein geeigneter Computer wird zur Ausführung des Planoptimierungsschrittes, wie auch der anderen Schritte des Bestrahlungsplanungssystems, verwendet.
Der nächste Schritt im Planungssystem ist der Instrumentanpassungsschritt 804. Der sich ergebende optimierte Satz von Bestrahlungsstrahlstellungen und Strahlgewichten oder Strahlungsintensitäten der Strahlensegmente wird an die Abgabemöglichkeiten der Vorrichtung 700 nach Optimierung angepasst. Ein Iterationsverfahren wird verwendet, um OF-(Outputfaktor-)Einstellungen, den Zeitplan der Bewegung der Metallorgane 720 und Begrenzungen gleichzeitiger Bewegungen zu berücksichtigen, um Steuerinformationen für die Vorrichtung 700 zu erzeugen, die den optimierten Plan darstellen und innerhalb der beschränkten Arbeitsmöglichkeiten der Vorrichtung 700 abgegeben werden können.
Ein Stärkenvereinheitlichungsschritt 805 vereinheitlicht weiter die Drehbögen, die die Strahlungsquelle durchläuft, um sicherzustellen, dass der Tumor aus jeder ausgewählten Stellung eine konsistente Strahlendosis erhält, um sogenannte „heiße" oder „kalte" Gebiete im behandelten Gewebevolumen zu vermeiden. Dieser Schritt kann durch Änderung der Strahlendosisrate der Strahlungsquelle ausgeführt werden und kann unter Verwendung einer herkömmlichen, einfachen, linearen Normierungstechnik erfolgen.
Im Dosissimulationsschritt 806 wird die an den Patienten abgegebene Strahlendosis auf der Grundlage der Steuerinformationen für die Vorrichtung 700 simuliert. Der in diesem Schritt verwendete Algorithmus basiert auf der dem Fachmann bekannten „Three-Dimensional Modified Path Length-(dreidimensional geänderte Weglängen)"-Technik. Beispiele dieses Algorithmus werden in den folgenden Veröffentlichungen besprochen: „Algorithm for Dosimetry of Multiarc Linear Accelerator Stereotactic Radiosurgery", G. Luxton et al., Medical Physics, Bd. 18, Seiten 1211–1221 (1991); „Dosage Calculations in Radiation Therapy", W. L. Saylor, Urban & Schwarzenberg (1979).
Der Ausgabeschritt 807 erlaubt dem Arzt, die simulierte Bestrahlungsdosisinformation zu prüfen und den Bestrahlungsplan für die Abgabe an den Patienten anzunehmen. Nach dieser Durchsicht und Annahme wird eine Floppydisk erzeugt, die die Daten für die Steuervorrichtung 700 für den bestimmten Strahlungsabgabefall enthält. Die Daten umfassen Anweisungen für Zeitplan und Bewegung der Metallorgane 720, Einstellungsinformationen für die Strahlungsquelle und herkömmliche Patientendaten. Nach Ausführung der vorangehenden Schritte erfolgt der Abgabesystemschritt 808, in dem die Verfahrensschritte des Verfahrens der konformalen Strahlentherapie, wie oben beschrieben, ausgeführt werden, um den Tumor im Patienten zu behandeln.
Verfahren und Vorrichtung 700 können in Rotationsstrahlentherapieplänen verwendet werden, wobei vorgezogen wird, dass nicht mehr als 10 nicht koplanare Bögen von ungefähr 210 Grad verwendet werden, obwohl, wenn gewünscht, eine beliebige Zahl von Bögen verwendet werden kann, wobei diese Bögen von 0 bis 360 Grad variieren können. Stellung und Anordnung der Bögen relativ zum Patienten und die Anzahl verwendeter Bögen werden in Übereinstimmung mit dem oben beschriebenen Planungssystem festgelegt. Vorzugsweise werden die Strahlungsintensitäten der Strahlensegmente, die auf den Tumor gerichtet werden, nach Drehungen um je 5 Grad angepasst, wodurch eine optimierte Dosisverteilung für den Tumor bewirkt wird. Herkömmliche statische Strahlenbehandlungspläne können ebenfalls mit der Vorrichtung 700 ausgeführt werden. Die Zugänge müssen nicht koplanar sein und die Stellen der Zugänge können entweder durch den Arzt in die Vorrichtung 700 eingegeben oder durch das oben beschriebene Bestrahlungsplanungssystem optimiert werden. Der vorangehende Rotationsstrahlentherapieplan oder statische Bestrahlungsplan kann mit der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung bei Tumoren angewendet werden, die an beliebiger Stelle im Körper auftreten. Da bevorzugt wird, dass die Länge des rechteckigen Querschnittes des Behandlungsstrahles zu 20 cm geformt wird, ist die Rotationsbetriebsart also auf die Behandlung von Querschnittsflächen von 20 cm oder weniger eingeschränkt. Statische Pläne können bei Tumoren beliebiger Größe verwendet werden.
Die Vorrichtung 700 kann auch mit mehreren Schlitzsensoren versehen werden, die die Bewegung der Metallorgane 720 angeben, wodurch die an den Patienten abgegebene Strahlungsfeldintensität indirekt überwacht werden kann. Die Daten aus dem Schlitzsensorensatz (nicht dargestellt) kann mit der einfallenden Strahlstärke oder der Strahlungsintensität des Behandlungsstrahles multiplext werden, um zu bestimmen, ob die austretenden Intensitäten der Strahlensegmente der verschriebenen Dosis entsprechen. Wenn die gewünschten Strahlintensitäten der Strahlensegmente nicht denen entsprechen, die vom Bestrahlungsplanungssystem verschrieben wurden, kann ein Steuersignal vorgesehen werden, um die Blöcke 710, 711 und die Metallorgane 720 schnell zu schließen, um dem Patienten Schutz vor einer unkorrekten Strahlendosis zu bieten.
Beschreibung einer Ausführungsform der Erfindung
Unter Bezugnahme auf die 11–18 wird eine Vorrichtung 700' für die konformale Strahlentherapie nach der vorliegenden Erfindung beschrieben. Während das oben beschriebenen Verfahren und die Vorrichtung 700 zur konformalen Strahlentherapie, wie sie in Verbindung mit den 1–10 beschrieben wurden, sich zur räumlichen und zeitlichen Modulation eines Linearbeschleunigerstrahles in einer Schicht-für-Schicht vorgehenden Weise als wirkungsvoll erwiesen hat, um eine die Intensität modulierende, konformale Strahlentherapie zu schaffen, so ergibt sich doch ein geringfügiger Nachteil dieses Verfahrens und dieser Vorrichtung aus der Tatsache, dass nur zwei Schichten des Gewebevolumens mit einer Drehung des Gantrys des Linearbeschleunigers behandelt werden können. Wenn auch die Schichten beliebig dick sein können, wird doch eine höhere Auflösung durch Auswahl von Schichten für die Behandlung erreicht, die möglichst dünn sind. In dem Maße, wie die Dicke der behandelten Schichten abnimmt, nimmt die Zeit zu, die erforderlich ist, um den Patienten zu behandeln, da mehr zu behandelnde Schichten erforderlich sind, um das ganze Tumorvolumen zu behandeln. Die Vorrichtung 700' der vorliegenden Erfindung, die hierunter beschrieben wird, behandelt eine unbegrenzte Anzahl an Schichten des Gewebevolumens, das einen Tumor enthält, und ist in vielen Fällen, abhängig von der Größe des Tumors, in der Lage, das ganze Gewebevolumen, das den Tumor enthält, bei nur einer Drehung des Gantrys des Linearbeschleunigers zu behandeln, wodurch die Zeit verringert wird, die zur Behandlung des Patienten erforderlich ist. Dieselben Bezugsnummern werden für oben beschriebene Elemente verwendet, und mit Strich versehene Bezugsnummern werden für Elemente verwendet, die ähnliche Funktionen und Aufbau haben, wie die oben beschriebenen.
In 15 ist ein herkömmlicher Linearbeschleuniger 300 zu sehen, der ein Gantry 301 aufweist, einen Patiententragetisch oder Patientenliege 303, Beschleunigerkopf oder Strahlquelle 312, die einen herkömmlichen Kollimator 304 enthalten kann, und einen Strahl 311 mit vorbestimmter, konstanter Strahlintensität. Die Vorrichtung 700' zur Verwendung in der konformalen Strahlentherapie nach der vorliegenden Erfindung ist unter und am Beschleunigerkopf 312 montiert, und umfasst: ein Mittel zur Auftrennung 702' des Behandlungsstrahles 500 in mehrere Strahlentherapiesegmente 510'–514', und ein Mittel zur unabhängigen Modulation 600' der Strahlungsintensität der mehreren Strahlensegmente 510'–514', um die Strahlungsintensität des Behandlungsstrahles 500' über den zu behandelnden Tumor räumlich zu modulieren. Die Vorrichtung 700' umfasst ein Steuerungssystem 760', wie hierunter im Einzelnen beschrieben wird.
Unter Bezugnahme auf die 11 und 12 werden Trennmittel 702' und Mittel zur unabhängigen Modulation 600' im Einzelnen beschrieben. Das Mittel zur Trennung oder Aufteilung 702' des Behandlungsstrahles 500' in mehrere Strahlensegmente 510'–514' umfasst vorzugsweise ein Gehäuse 705', dafür eingerichtet, an der Unterseite des Beschleunigerkopfes 312 befestigt zu werden, wie in 15 gezeigt. Das Gehäuse 705' enthält mehrere Fächer 820, die sich von der Oberseite 821 zur Unterseite 822 des Gehäuses 705' erstrecken; zur Illustration sind sechzehn Fächer 820 verwendet worden, wie 12 zeigt. Wie hierunter im Einzelnen in Verbindung mit den 16 und 18 beschrieben wird, kann eine größere oder kleinere Anzahl an Fächern 820 innerhalb des Gehäuses 705' vorgesehen werden. Die im Gehäuse 705' angeordneten Fächer 820 werden im Allgemeinen durch mehrere Trennorgane 823 umgrenzt, die im Gehäuse 705' angeordnet sind. Vorzugsweise sind die Trennorgane 823 mehrere dünne Trennstangen 824 in beliebiger, geeigneter Anzahl, die aus einem steifen, Strahlung nicht abschirmenden oder strahlungsdurchlässigen Werkstoff, wie einem beliebigen, geeigneten, strahlungsdurchlässigen Kunststoff, geformt sind, und können zueinander versetzt angeordnet sein, wie in Verbindung mit dem linkesten Fach 820 gezeigt.
Wie die 11–14 zeigen, umfasst das Mittel zur unabhängigen Modulation 600' der Strahlungsintensität der mehreren Strahlensegmente 510'–514' vorzugsweise mehrere ausdehnbare, strahlendurchlässige Organe 825 und jedem Fach 820 ist ein ausdehnbares, strahlendurchlässiges Organ 825 zugeordnet. Eine gewisse Menge fließfähigen, strahlenundurchlässigen Materials 826 (16 und 18) befindet sich innerhalb des Gehäuses 705' und in jedem Fach 820, wenn die ausdehnbaren Organe 825 nicht ausgedehnt sind, wie in den 17 und 18 dargestellt. Ein Behälter 830 für das fließfähige, strahlenundurchlässige Material 826 ist mit dem Gehäuse 705' verbunden, indem das Gehäuse 705' mit Auslassrohren 831 versehen ist, die in Fluidaustausch mit dem Inneren 832 des Gehäuses 705' und dem Behälter 830 stehen (16 und 18). Bei Ausdehnung der ausdehnbaren Organe 825 verdrängen die ausdehnbaren Organe 825 das fließfähige, strahlenundurchlässige Material 826 aus dem Fach 820 hinaus, das zu dem ausdehnbaren Organ 825 gehört, und in den Behälter 830, so dass je ein Strahlensegment 510'–514' das Fach 820, das mit dem jeweiligen strahlendurchlässigen Organ 825 verbunden ist, in Richtung eines Bereiches des zu behandelnden Tumors 306' (4) durchqueren kann.
Jedes ausdehnbare, strahlendurchlässige Organ 825 (siehe 11–14) ist vorzugsweise ein aufblasbarer Ballon 835, der aus einem dünnen, strahlendurchlässigen Material, wie etwa Latexgummi, geformt ist. Vorzugsweise beträgt die Dicke der Wände 836, die die aufblasbaren Ballons 835 bilden, ungefähr 0,004–0,006 Zoll, wodurch die aufblasbaren Ballons 835 sehr flexibel sind. Bei Entleeren bewegen sich die Wände 836 der aufblasbaren Ballons 835 einwärts aufeinander zu und bilden etwas, was als nicht lineare, einwandige Fläche 836' betrachtet werden kann, die eine wellenartige Form hat, wie sie in den 16 und 18 gezeigt wird. In 11 sind vier aufblasbare Ballons 835 in ihrer ausgedehnten, aufgeblasenen Form innerhalb ihrer zugehörigen Fächer 820 im Gehäuse 705' dargestellt. Ähnlich sind in 16 fünf aufblasbare Ballons 835 in ihrer ausgedehnten, aufgeblasenen Form innerhalb ihrer jeweiligen Fächer 820 im Gehäuse 705' schematisch dargestellt. In 16 sind weitere fünf ausdehnbare, strahlendurchlässige Organe 825 oder aufblasbare Ballons 835 in ihrer oben beschriebenen unausgedehnten oder entleerten Form dargestellt.
Jeder aufblasbare Ballon 835 (siehe 11–13) hat über die Längsachse 837 jedes Ballons 835 einen im Wesentlichen quadratischen Querschnitt. In seiner ausgedehnten, aufgeblasenen Form vergrößert sich sein Querschnitt von seiner Ober- 838 zu seiner Unterseite 839. Der untere Bereich 839 jedes Ballons 835 kann ein rohrförmiges Organ geringen Durchmessers 840 enthalten, das dafür eingerichtet ist, mit einer Druckmittelquelle in Fluidaustauschverbindung zu stehen, wie hierunter beschrieben wird, um jeden aufblasbaren Ballon 835 wahlweise aufzublasen oder zu entleeren. Ähnlich hat jedes Fach 820, das innerhalb des Gehäuses 705' angeordnet ist und von den mehreren Trennorganen 823 begrenzt wird, einen im Wesentlichen quadratischen Querschnitt, und die Größe des quadratischen Querschnittes jedes Faches 820 divergiert, oder vergrößert sich, von der Oberseite 821 zur Unterseite 822 im Gehäuse 705'. Wenn das zu jedem Fach gehörende ausdehnbare Organ 825, oder Ballon 835, in seiner ausgedehnten oder aufgeblasenen Form ist, passt der Querschnitt jedes Ballons 835 im Wesentlichen in den Querschnitt jedes Faches 820 und füllt ihn aus. Bekanntlich divergiert der Strahl 311, der in das Gehäuse 705' eintritt und aus dem Beschleunigerkopf 312 (15) stammt, auswärts, während er vom Beschleunigerkopf oder der Strahlquelle 312 abwärts durch das Gehäuse 705' auf den Patienten fällt. Der Divergenzgrad jedes Faches 820 ist proportional zur Divergenz des Strahles 311, wie er vom Beschleuniger 312 durch das Gehäuse 705' auf den Patienten auf dem Patiententragetisch 303 fällt (15). Für einen gegebenen Beschleunigerkopf 312 ist die Divergenz des Strahles 311 bekannt, wodurch der Grad der Divergenz der Fächer für die Vorrichtung 700' leicht bestimmt werden kann. Es ist zu beachten, dass die oberen und unteren Wände 841, 842 des Gehäuses 705' aus einem nicht Strahlen abschirmenden, oder strahlendurchlässigen, Werkstoff ausgebildet sind, um dem Strahl 311 zu erlauben, das Gehäuse 705' zu durchqueren.
Wie in 12 zu sehen, kann die untere Wand 842 des Gehäuses 705' mit einem Raster aus Löchern oder Öffnungen 843 versehen sein, durch die Ballons 835 im Gehäuse 705' angeordnet werden können. Die Oberseite 838 jedes Ballons kann von der oberen Wand 841 des Gehäuses 705' beabstandet sein, wie in 11 gezeigt, oder alternativ dazu kann der obere Teil 838 jedes Ballons 835 an der Unterseite 845 der oberen Wand 841 des Gehäuses 705' in irgendeiner geeigneten Weise verankert oder befestigt sein, wie etwa durch Klebstoff, ein kleines Latexband oder durch Festklemmen des Oberteils 838 jedes Ballons in einer kleinen, in der oberen Wandfläche 841 des Gehäuses 705' ausgebildeten Öffnung. Der Oberteile 838 des Ballons 835 kann mit einem länglichen, rohrförmigen Fortsatz oder Spitze 838' ausgebildet sein, in dem ein kleiner Kunststoffball 838'' angeordnet ist, wobei der rohrförmige Fortsatz 838' und der Ball 838'' in der oberen Wandfläche 841 des Gehäuses 705' festgeklemmt ist, wie in Verbindung mit dem linkesten Ballon 835 der 11 dargestellt.
Die am unteren Ende 839 jedes Ballons 835 angeordneten Schläuche 840 durchqueren eine Öffnung 843 im Raster der Löcher oder Öffnungen 843 in der unteren Wand 842 des Gehäuses 705'. Die Latexschläuche 840 können aufwärts zum unteren Wandorgan 842 gerollt werden, wie in 846 gezeigt, um jeden Ballon 835 gegen die untere Wand 842 abzudichten. Eine Dichtungsplatte 847 kann an der unteren Wand 842 des Gehäuses 705' an die aufgerollten Enden 846 der Schläuche 840 anstoßend befestigt werden, wobei die Dichtungsplatte 847 ebenfalls aus einem geeigneten strahlendurchlässigen Material hergestellt wird. Auch die Dichtungsplatte 847 verfügt über ein Raster von Öffnungen oder Löchern 848, die den Stellen der aufgerollten Schlauchenden 846 entsprechen, und eine geeignete rohrförmige Garnitur 849 ist in jedes Loch 848 geschraubt und innerhalb des aufgerollten Endes 846 jedes Schlauches 840 jedes Ballons 835 abgedichtet. Wie in den 16 und 18 zu sehen, ist jede Garnitur 849 an einen Luftschlauch 850 angeschlossen und jeder Luftschlauch 850 ist mit einem Mittel zum wahlweisen Aufblasen oder Entleeren 851 jedes Ballons 835 verbunden. Vorzugsweise ist das Mittel zum wahlweisen Aufblasen oder Entleeren 851 jedes Ballons 835 ein Magnetventil 852, und mit jeder Luftleitung 850, die zu je einem Ballon 835 gehört, ist ein Magnetventil 852 verbunden. Eine Druckluftquelle 853 liefert den verschiedenen Magnetventilen 852 ein Druckmittel oder Druckluft. Wie in 11 dargestellt, kann die obere Wand 841 des Gehäuses 705' mit gewindeten Montagelöchern 854 zur Befestigung des Gehäuses 705' am Beschleunigerkopf 312 durch herkömmliche Bolzen oder Schrauben (nicht dargestellt) versehen sein.
In 15–18 ist zu sehen, dass das Steuerungssystem 760' über eine elektrische Stromleitung 860 verfügt, die zum Gehäuse 705' verläuft, um das Mittel zum wahlweise Aufblasen oder Entleeren 851 der Ballons 835 oder die Magnetventile 852 mit Strom zu versorgen, sowie über eine Luftleitung 861, um den Magnetventilen 852 das Druckmittel, oder Luft, zuzuführen. Eine andere Luftleitung 862 (16) verläuft vom Steuerungssystem 760' über ein Drucksteuermittel 863, oder Magnetventil 864, zum Behälter 830, um eine vorbestimmte Druckkraft auf das im Behälter 830 befindliche strahlenundurchlässige Material 826 auszuüben, wie hierunter beschrieben wird. Wie in den 16 und 18 zu sehen, kann der Behälter 830 die Form einer Kolben-(865)-und-Zylinder-(866)-Anordnung haben, wobei das Drucksteuermittel 863 oder Magnetventil 864 dem Kolben 865 eine vorbestimmte Fluiddruckkraft zuführt. Vorzugsweise ist die Druckkraft auf den Kolben 865 auf einen vorgewählten Wert eingestellt, der dem Gesamtgewicht des strahlenundurchlässigen Materials 826 entspricht, das sich im Gehäuse 705', Behälter 830 und Verbindungsleitungen 831 befindet. Vorzugsweise wird der vorbestimmte Druck, der dem Mittel zum wahlweisen Aufblasen oder Entleeren 851 der Ballons 835 zugeführt wird, auf einem höheren Fluiddruck zugeführt, als die Druckkraft, die auf den Kolben 865 ausgeübt wird. Wenn ein ausgewählter Ballon 835 aufgeblasen wird, wie in 16 gezeigt, verdrängt er dementsprechend das fließfähige, strahlenundurchlässige Material aus seinem zugehörigen Fach 820 hinaus und über das Anschlussrohr 831 in den Behälter 830. Wenn umgekehrt ein Magnetventil 852, das zu einem bestimmten Ballon 835 gehört, ausgeschaltet wird, fällt der Fluid- oder Luftdruck in einem ausgewählten Ballon 835 und die Druckkraft, die auf den Kolben 865 einwirkt, wird größer, als der Fluiddruck im Ballon 835. Das strahlenundurchlässige Material 826 fließt dann vom Behälter 830 ins Fach 820, in dem es einen unausgedehnten, entleerten Ballon 835 gibt, wodurch das bestimmte Fach 820 mit dem strahlenundurchlässigen Material 826 gefüllt wird und der entleerte Ballon 835 in sich zusammenfällt, wie in 836' dargestellt. Wenn sich die Vorrichtung 700' in ihrer normalen Ruhestellung befindet, sind alle Magnetventile 852 ausgeschaltet, und der die Ballons 835 umgebende Fluiddruck aus dem Gewicht des strahlenundurchlässigen Materials 826 und der Fluiddruckkraft auf den Kolben 865 veranlasst alle Ballons 835 dazu, in sich zusammenzufallen, und alle Fächer 820 werden mit dem strahlenundurchlässigen Material 826 gefüllt, wie in den 17 und 18 dargestellt. Da das Gehäuse 705' vollständig mit dem strahlenundurchlässigen Material 826 gefüllt ist, ist der Strahl 311 nicht in der Lage, das Gehäuse 705' zu durchqueren. 15 und 16 zeigen, wie dadurch, dass ausgewählte Ballons 835 aufgeblasen wurden, der Behandlungsstrahl 500, bestehend aus mehreren Strahlensegmenten 510'–514', in der Lage ist, das Gehäuse 705' zu durchqueren, um den Tumor des Patienten zu behandeln.
Durch wahlweises Füllen mindestens eines Teils jedes der Fächer 820 mit dem fließfähigen, strahlundurchlässigen Material 826 oder durch Entfernen mindestens eines Teils des fließfähigen, strahlenundurchlässigen Materials 826 aus ausgewählten Fächern 820, kann die Strahlungsintensität der durchfallenden Strahlensegmente räumlich moduliert werden. Durch Steuerung der Arbeit des Mittels zum wahlweisen Aufblasen oder Entleeren 851, oder der Magnetventile 852, kann jedes beliebige räumliche Muster zur Modulation der Intensitäten der einzelnen Strahlensegmente erhalten werden. Die Strahlintensität jedes Strahlensegmentes wird moduliert, um eine Strahlintensität zu erhalten, die einerseits mit der Dicke des Bereiches des Tumors in Beziehung steht, den der Strahl durchquert, und die andererseits zu anderen Faktoren in Beziehung steht, zu denen gehören: die gewünschte Strahlendosis, die das Strahlensegment abgeben soll; die Anwesenheit oder Abwesenheit empfindlicher Strukturen, wie etwa gesunden Gewebes oder Körperorgane, die am Weg jedes Strahlensegmentes liegen; und im Fall von Rotationsstrahlentherapiebehandlungen der Einfluss anderer Strahlensegmente und ihrer Strahlintensitäten, wenn sie den Tumor und gesundes Gewebe und Körperorgane auf anderen Strahlwegen aus anderen Richtungen durchqueren.
Es ist zu beachten, dass trotz dessen, dass die ausdehnbaren Organe 825 oder Ballons 835 aus einem strahlendurchlässigen Material, wie etwa Latexgummi, geformt werden, die Anwesenheit eines leeren Ballons 826, wie in 836' in den 16 und 18 gezeigt, nur geringe Auswirkungen auf die Strahlenabschirmkapazität der Vorrichtung 700' im Bereich der eingefallenen oder leeren Ballons 835 hat, weil sich die Ballons 835, wenn sie entleert werden, in nicht linearer Weise verformen und die wellenartigen Formen annehmen, die in den 16 und 18 dargestellt sind.
Zeitliche Modulation der Strahlungsintensitäten jedes Strahlensegmentes 510'–514' des Behandlungsstrahles 500 kann durch Variieren der Zeitdauer erreicht werden, in der jedes Fach 820 wahlweise mit dem fließfähigen, strahlenundurchlässigen Material 826 gefüllt ist. Die Strahlungsintensität jedes Strahlensegmentes kann moduliert oder abgeschwächt werden, indem ein ausgewähltes Fach 820 vollständig mit strahlenundurchlässigem Material 826 gefüllt wird, indem ein ausgewählter Ballon 835 vollkommen entleert wird. Die Größe des Behandlungsfeldes des Behandlungsstrahls 500 wird durch die Größe und Anzahl an Fächern 820 bestimmt, mit denen das Gehäuse 705' versehen ist, wonach eine größere Anzahl an vorhandenen Fächern 820 zu einem größeren Behandlungsfeld führt. In vielen Fällen wird vermutlich, je nach der Anzahl an vorhandenen Fächern 820, das Behandlungsfeld ausreichend groß sein, um ein Gewebevolumen 400 (3D und 5) zu übergreifen, das den gesamten zu behandelnden Tumor 306' enthält. Dadurch ist nur eine Drehung des Gantrys 301 des Linearbeschleunigers 300 erforderlich, um die gewünschte Behandlung des Tumors 306' bei einer gegebenen Orientierung des Patienten relativ zur Vorrichtung 700' sicherzustellen, bevor die Orientierung des Tumors 306' relativ zum Beschleunigerkopf 312 geändert wird, etwa durch Drehung des Patiententragetisches 303, wie oben in Verbindung mit 1 beschrieben.
Im Gebrauch der Vorrichtung 700' kann ein statisches Strahlenbehandlungsfeld geschaffen werden, indem eine ausgewählte Anzahl an Fächern 820 mit strahlenundurchlässigem Material 826 gefüllt wird, während die verbleibenden ausgewählten Fächer kein strahlenundurchlässiges Material 826 enthalten, wie in 16 dargestellt. Ein derartiges statisches Strahlenbehandlungsfeld hat gegenüber statischen Strahlenbehandlungsfeldern von herkömmlichen Mehrlamellenkollimatoren deutliche Vorteile, da „Inseln" aus strahlenundurchlässigem Material, wie etwa Insel 870 in 16, die von den Strahlensegmenten 511' und 512' gebildet werden, innerhalb des Strahlenbehandlungsfeldes angeordnet werden können. Derartige „Inseln" sind mit herkömmlichen Mehrlamellenkollimatoren nicht möglich, da diese nur die Außenkanten eines Behandlungsstrahles „formen". Rotationsstrahlentherapiebehandlungen können mit der Vorrichtung 700' ausgeführt werden, wobei während der Drehung des Beschleunigergestells 301 um den Patienten das Steuerungssystem 760' die Arbeit des Mittels zum wahlweisen Aufblasen oder Entleeren 851 der Ballons 835 steuert.
Das Steuerungssystem 760' liefert der Vorrichtung 700' in der oben in Verbindung mit 10 beschriebenen Weise die erforderlichen und angemessenen Steuersignale.
Es versteht sich von selbst, dass die Erfindung nicht auf die präzisen Einzelheiten der Konstruktion, des Betriebes, der exakten Werkstoffe oder Ausführungsformen, die dargestellt und beschrieben wurden, beschränkt ist, da offensichtliche Änderungen und Äquivalente dem Fachmann nahe liegen; beispielsweise könnten die Fächer als permanente, starre Strukturen innerhalb des Gehäuses ausgebildet werden und die Fächer wahlweise durch Pumpen des fließfähigen, strahlenundurchlässigen Materials in oder aus ausgewählten Fächer/n mit dem fließfähigen, strahlenundurchlässigen Material gefüllt oder entleert werden. Entsprechend ist die Erfindung daher nur durch den Umfang der beigefügten Ansprüche einzuschränken.

Claims

Vorrichtung (700') zur Verwendung bei der konformalen Strahlentherapie eines Tumors mit einem Strahl (311) aus einer Strahlungsquelle, wobei der Strahl eine vorherbestimmte, konstante Strahlungsintensität hat, und wobei die Vorrichtung Folgendes aufweist: a) Mittel (702') zur Trennung des Behandlungsstrahls (311) in eine Mehrzahl von Strahlensegmenten (510'–514'), wobei das Strahlentrennungsmittel aufweist: ein Gehäuse (705') mit einer Oberseite (821) und einer Unterseite (822), wobei das Gehäuse eine Mehrzahl von Fächern (820) enthält, die sich von der Oberseite zur Unterseite des Gehäuses erstrecken, wobei jedes Fach einen Durchgang für ein Strahlensegment definiert; und b) Mittel (600'), um die Strahlungsintensität der mehreren Strahlensegmente (510'–514') unabhängig voneinander zu modulieren, um die Strahlungsintensität des Behandlungsstrahls räumlich über den Tumor zu modulieren, wobei das Mittel zur Modulation der Strahlungsintensität aufweist: ein ausdehnbares, strahlendurchlässiges Element (825), das jedem Fach zugeordnet ist, eine gewisse Menge eines fließfähigen, strahlenundurchlässigen Materials (826), das in dem Gehäuse (705') und in jedem Fach (820) angeordnet ist, wenn das ausdehnbare Element, das einem Fach zugeordnet ist, nicht ausgedehnt ist; und einen Behälter (830) für das fließfähige, strahlenundurchlässige Material, wodurch beim Ausdehnen des ausdehnbaren Elements das ausdehnbare Element das fließfähige, strahlenundurchlässige Material aus dem Fach heraus, das dem ausdehnbaren Element zugeordnet ist, und in den Behälter bewegt, damit ein Strahlensegment durch das Fach in Richtung eines Bereichs des Tumors gelangen kann.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Fächer (820) durch eine Mehrzahl von Trennelementen (823) definiert sind, die in dem Gehäuse angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der jedes Fach (820) einen im Wesentlichen viereckigen Querschnitt hat und das jedem Fach zugeordnete ausdehnbare Element (825) im ausgedehnten Zustand einen im Wesentlichen viereckigen Querschnitt hat, der im Wesentlichen dem Querschnitt des Fachs entspricht.
Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der der Querschnitt jedes Fachs (820) und des diesem zugeordneten ausdehnbaren Elements (825), wenn dieses ausgedehnt ist, sich von der Oberseite (821) des Gehäuses bis zur Unterseite (822) des Gehäuses vergrößert.
Vorrichtung nach Anspruch 4, bei der die ausdehnbaren Elemente (825) aufblasbare Ballons (835) sind, wobei jedem Ballon eine Quelle eines unter Druck gesetzten Fluids (853) zugeordnet ist, und wobei jede Quelle eines unter Druck gesetzten Fluids (853) ein Mittel aufweist, um den zugeordneten Ballon wahlweise aufzublasen bzw. das Fluid abzulassen.
Vorrichtung nach Anspruch 5, bei der das Mittel, mit dem ein Ballon wahlweise aufgeblasen bzw. das Fluid aus ihm abgelassen wird, ein Magnetventil (852) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, mit einer Quelle (862) eines unter Druck gesetzten Fluids, die dem Behälter zugeordnet ist, um eine vorherbestimmte Druckkraft auf das fließfähige, strahlenundurchlässige Material (826) aufrechtzuerhalten.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das fließfähige, strahlenundurchlässige Material (826) Quecksilber ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die außerdem aufweist: c) eine Strahlungsquelle, um den Strahl (311) mit einer vorherbestimmten, konstanten Strahlungsintensität zu erzeugen.