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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren
zur Durchführung
einer stereotaktischen Strahlenbehandlung und/oder Strahlentherapie
an einem bestimmten Zielbereich innerhalb eines Patienten unter
Verwendung von vorher erhaltenen Referenzdaten, die die Position
des Zielbereichs in Bezug auf sein umgebendes Gebiet anzeigen, das
auch gewisse Referenzpunkte in der Nähe enthält. Eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1 ist durch die US-A-5 207 223 (Adler) offenbart.
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Der
Ausdruck stereotaktische Strahlenbehandlung bezieht sich auf eine
Prozedur, bei der ein Strahlungsstrahl benutzt wird, um einen Zielbereich, das
heißt,
ein bestimmtes Gewebevolumen, besonders tumoröses Gewebe, nekrotisch zu machen,
wie bekannt. Typischerweise erfordert dies in der Nähe von 2000
bis 3000 rad Strahlung. Der Ausdruck stereotaktische Strahlentherapie
bezieht sich auf eine Prozedur, bei der ein Strahlungsstrahl zu
therapeutischen, nichtnekrotischen Zwecken auf den Zielbereich angewendet
wird. Die in diesem letzteren Fall benutzte Strahlungsmenge ist
typischerweise eine Größenordnung
kleiner als eine nekrotische Dosis, zum Beispiel zwischen 200 und
300 rad Strahlung. Zielbereich bedeutet ein besonderes Volumen von bestimmter
Gestalt, das zu dem beabsichtigten Zweck mit der erforderlichen
Strahlungsdosis zu behandeln ist. Der Zielbereich kann zum Beispiel
auch als Dosiskontur bezeichnet werden.
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Wie
nachfolgend deutlich werden wird, sind die verschiedenen Merkmale
der vorliegenden Erfindung gleichermaßen sowohl auf stereotaktische Strahlenbehandlung
als auch auf stereotaktische Strahlentherapie anwendbar. Der Einfachheit
halber wird hier aber der Ausdruck stereotaktische Strahlenbehandlung
verwendet (sowohl in der Beschreibung als auch in den beigefügten Ansprüchen), um
sowohl stereotaktische Strahlenbehandlung als auch stereotaktische
Strahlentherapie zu bezeichnen. Daher soll zum Beispiel ein hierin
rezitierter Strahlenbehandlungsstrahl so einen Strahl und auch einen
Strahlentherapiestrahl bezeichnen.
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Die
US-A-5 207 223 offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren zur
Durchführung
von stereotaktischer Behandlung. Darin angegeben sind ein Verfahren
und eine Vorrichtung, um ein Ziel innerhalb eines Patienten selektiv
zu bestrahlen. Von einem das Ziel umgebenden Abbildungsbereich wird
eine dreidimensionale Abbildung erzeugt.
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Eine
Strahlvorrichtung emittiert einen kollimierten Strahl. Diagnosestrahlen
in einem bekannten Winkel ungleich null zueinander gehen durch den
Abbildungsbereich hindurch. Sie erzeugen Bilder von Projektionen
innerhalb des Abbildungsbereichs. Elektronische Darstellungen der
Bilder werden mit den Referenzdaten verglichen, wodurch das Ziel
lokalisiert wird. Die Relativpositionen der Strahlvorrichtung und
des lebenden Organismus werden so justiert, dass der kollimierte
Strahl auf den Zielbereich fokussiert wird. Der Vergleich wird in
kleinen Zeitabständen
wiederholt, und wenn es der Vergleich anzeigt, wird der Justierschritt
nach Bedarf wiederholt, derart, dass der kollimierte Strahl auf
den Zielbereich fokussiert bleibt.
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So
weit nachfolgend der Ausdruck "Verfahren
zur Durchführung
einer stereotaktischen Strahlenbehandlung" (oder Strahlentherapie) verwendet wird,
ist die Bedeutung "Verfahren
zur Steuerung einer Vorrichtung zur Durchführung einer stereotaktischen
Strahlenbehandlung" beabsichtigt.
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Die
US 5,078,140 mit dem Titel "Imaging Device – aided
robotic stereotaxis system" offenbart ebenfalls
eine Vorrichtung und ein Verfahren zur rechnergesteuerten stereotaktischen
Behandlung. Darin erlaubt es eine Handsteuereinheit dem Benutzer,
den Roboterarm in mehreren Betriebsarten zu betätigen. Wird ein Notabschaltknopf
gedrückt,
der Teil der Handsteuereinheit ist, werden alle Prozesse angehalten
und wird jedes Gelenk des Roboterarms eingefroren.
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Wie
oben angezeigt, wird die ebenfalls anhängige Patentanmeldung von Adler
durch Bezugnahme hierin aufgenommen. Wie nachfolgend detaillierter
beschrieben wird, ist jede in der Anmeldung von Adler offenbarte
stereotaktische Strahlenbehandlungsvorrichtung dafür konstruiert,
unter Verwendung von vorher erhaltenen Referenzdaten, zum Beispiel
dreidimensionalen Abbildungsdaten, die die Position des Zielbereichs
in Bezug auf sein umgebendes Gebiet anzeigen, das auch gewisse Referenzpunkte
in der Nähe
enthält,
z.B. vorhandene Knochenstruktur oder implantierte Marken, Strahlenbehandlung
an einem bestimmten Zielbereich innerhalb eines Patienten durchzuführen. In Übereinstimmung
mit dieser Prozedur ist eine Einrichtung vorgesehen, um einen Strahlungsstrahl
für Strahlenbehandlung
in den Zielbereich zu richten. Um sicherzustellen, dass dieser Strahlenbehandlungsstrahl
genau in den Zielbereich gerichtet wird, werden eine Anzahl von
Diagnosestrahlungsstrahlen, tatsächlich Ziellokalisierungsstrahlen,
in und durch das umgebende Gebiet des Zielbereichs gesteuert, und
die aus diesen letzteren Strahlungsstrahlen gewonnene Information
wird zusammen mit den vorher erhaltenen Referenzdaten benutzt, um
den Strahlenbehandlungsstrahl genau in den Zielbereich zu zielen.
Diese gesamte Prozedur ist für
ihren beabsichtigten Zweck zwar recht zufriedenstellend, die vorliegende
Erfindung sorgt aber für
eine Anzahl von Verbesserungen.
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Die
vorliegende Erfindung ist in den unabhängigen Ansprüchen angegeben.
Bevorzugte Ausführungsformen
davon sind in den abhängigen
Ansprüchen
angegeben.
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Wie
nachfolgend detaillierter beschrieben wird, ist hierin eine Vorrichtung
zur Durchführung
einer stereotaktischen Strahlenbehandlung (oder Strahlentherapie)
an einem bestimmten Zielbereich innerhalb eines Patienten, insbesondere
einem Zielbereich mit unregelmäßiger Form
im Gegensatz zu einem typischen kugelförmigen Zielbereich, offenbart.
Diese in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung konstruierte Vorrichtung benutzt
eine Einrichtung zur Erzeugung eines Strahlungsstrahls für Strahlenbehandlung
und eine Strahlzieleinrichtung. Die Strahlzieleinrichtung enthält in einer
bevorzugten Ausführungsform
einen Roboterarm und dient dazu, die Strahlgeneratoreinrichtung
derart zu halten, dass der Strahlenbehandlungsstrahl entlang eines
Strahlweges durch den Zielbereich gesteuert wird.
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In Übereinstimmung
mit einem Merkmal der vorliegenden Erfindung enthält die hierin
offenbarte Strahlenbehandlungsvorrichtung eine Einrichtung zum Bewegen
der Strahlzieleinrichtung entlang eines festgelegten, nichtkreisförmigen und
nichtlinearen Weges quer zum Strahlweg, während gleichzeitig der Strahlweg
in den Zielbereich gerichtet wird. Auf diese Weise kann der Strahlenbehandlungsstrahl
von bestimmten Behandlungspunkten entlang des nichtkreisförmigen und
nichtlinearen Weges durch den Zielbereich gesteuert werden, um einen
besonderen nichtkugelförmigen
Zielbereich zu definieren. In der hierin offenbarten tatsächlichen
Ausführungsform
ist dieser festgelegte, nichtkreisförmige und nichtlineare Weg
ein besonderer spiralförmiger
Weg, der so gewählt
wurde, dass der nichtkugelförmige
Zielbereich die Form eines besonderen Ellipsoides hat. Auf diese Weise
kann ein unregelmäßig geformter
Tumor wirksamer als bisher möglich
behandelt werden, indem ein Zielbereich oder eine Dosiskontur vorgesehen wird,
der bzw. die dem unregelmäßig geformten
Tumor nahe kommt, aber ihn vollständig umgibt. Früher erforderte
ein Tumor mit dieser Form eine Reihe von kugelförmigen Dosiskonturen, die in
vielen Fällen mehr
oder weniger von dem Tumor als notwendig abdeckten.
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In
einer bevorzugten, tatsächlich
arbeitenden Ausführungsform
der hierin offenbarten Vorrichtung enthält ihre Strahlzieleinrichtung
einen Roboterarm, der sich in mindestens drei Dimensionen frei bewegen
kann, um dem gerade rezitierten nichtkreisförmigen, nichtlinearen Querweg
zu folgen. Zum Schutz des Patienten enthält die Vorrichtung folglich
in Übereinstimmung
mit einem zweiten Merkmal der vorliegenden Erfindung eine von der
Strahlzieleinrichtung und ihrem Roboterarm getrennte und unabhängige Nothalteinrichtung
zum automatischen Anhalten jeder Bewegung des Roboterarms und automatischen Ausschalten
des Strahlenbehandlungsstrahls, wenn der Roboterarm von seinem beabsichtigten
nichtkreisförmigen,
nichtlinearen Querweg abweicht.
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Zusätzlich zu
den gerade erörterten
Merkmalen umfasst die hierin offenbarte Vorrichtung eine einzigartige
Prozedur, um sicherzustellen, dass der Strahlenbehandlungsstrahl
im Wesentlichen in jedem Zeitpunkt während der Strahlenbehandlung,
das heißt,
im Wesentlichen in Echtzeit, genau in den Zielbereich gerichtet
wird. Wie die in der vorher rezitierten Anmeldung von Adler offenbarte
Vorrichtung wird die hierin offenbarte Vorrichtung mit vorher erhaltenen
Referenzdaten versorgt, die die Position des Zielbereichs in Bezug
auf sein umgebendes Gebiet anzeigen, das auch gewisse Referenzpunkte
in der Nähe
enthält.
Die offenbarte Vorrichtung benutzt wie die von Adler außerdem mehrere
Diagnose- oder Ziellokalisierungs-Strahlungsstrahlen, um im Wesentlichen
Echtzeit-Lokalisierungsdaten zu erhalten, die mit den vorher erhaltenen
Referenzdaten verglichen werden, um den Ort des Zielbereichs im
Wesentlichen in Echtzeit zu bestimmen. Wie nachfolgend detaillierter
beschrieben wird, führt
die hierin offenbarte Vorrichtung diese Ziellokalisierungsprozedur
jedoch in Übereinstimmung
mit einer einzigartigen, besonderen zeitlichen Abfolge durch, die
es der Vorrichtung ermöglicht,
auf eine schnelle, aber zuverlässige
Weise zu arbeiten.
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Es
folgt eine detailliertere Beschreibung der vorliegenden Erfindung
in Verbindung mit den Zeichnungen, in denen:
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1 eine Ausführungsform
der in der vorher rezitierten Patentanmeldung von Adler beschriebenen
Vorrichtung in isometrischer Sicht darstellt;
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2 diagnostische Röntgenbildsynthese- und
Beschleunigerfokussieraspekte der Anordnung von Adler schematisch
darstellt;
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3 eine alternative Ausführungsform
einer in der Anmeldung von Adler beschriebenen Vorrichtung in einer 1 ähnlichen Ansicht darstellt;
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4 ein Systemblockdiagramm
in Übereinstimmung
sowohl mit der Vorrichtung von Adler als auch mit der in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung konstruierten Vorrichtung schematisch darstellt;
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5 einen Teil der in 3 vorgefundenen Anordnung
in einer 3 ähnlichen
Ansicht darstellt, die aber so modifiziert ist, dass sie ein Merkmal
der vorliegenden Erfindung enthält,
besonders eine Anordnung zum automatischen Anhalten jeder Bewegung
des Roboterarms, der einen Teil der in 3 gezeigten Anordnung bildet, im Falle,
dass der Roboterarm von seiner Bewegung entlang eines festgelegten
Querweges abweicht;
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6 ein Blockdiagramm entsprechend dem
in 5 gezeigten Nothaltmerkmal
schematisch darstellt;
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7 und 8 die Art und Weise schematisch darstellen,
auf die sich der Roboterarm der Anordnung, wie in 3 gezeigt, entlang eines nichtkreisförmigen,
nichtlinearen Weges bewegt, insbesondere eines spiralförmigen Weges,
um einen nichtkugelförmigen
Zielbereich zu erzeugen, insbesondere einen ellipsoidförmigen Zielbereich;
und
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9 die Art und Weise schematisch
darstellt, auf die die Vorrichtung in Übereinstimmung mit der vorliegenden
Erfindung betrieben wird, zeitlich betrachtet.
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Nun
zu den Zeichnungen, worin überall
in den Figuren gleiche Bestandteile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet
sind. Zuerst wird die Aufmerksamkeit auf 1 gerichtet, die eine stereotaktische
Strahlenbehandlungsvorrichtung darstellt, die in Übereinstimmung
mit einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung konstruiert und allgemein mit dem Bezugszeichen 10 angezeigt
ist. Wie vorher angezeigt, ist die vorliegende Erfindung auf eine
Anzahl von Verbesserungen bei der in der vorher rezitierten Patentanmeldung
von Adler beschriebenen stereotaktischen Strahlenbehandlungsvorrichtung
gerichtet. Mit besonderem Bezug auf die Vorrichtung 10 sind daher
die meisten der Bestandteile, die diese Vorrichtung bilden, mit
entsprechenden Bestandteilen der in 1 der
Anmeldung von Adler dargestellten Vorrichtung identisch. Um die
verschiedenen Merkmale der vorliegenden Erfindung voll erkennen zu önnen, werden
diese entsprechenden Bestandteile zuerst erörtert.
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Wie
in 1 dargestellt, enthält die gesamte Vorrichtung 10 einen
Datenspeicher in zum Beispiel einem Datenprozessor wie z.B. einem
Mikroprozessor 12 oder in einer Hilfseinrichtung wie z.B.
einer Platte oder einer Speichereinheit 13 (4). In dem Mikroprozessor 12 oder
der Speichereinheit 13 gespeichert ist eine dreidimensionale
Abbildung von mindestens einem Teil eines lebenden Organismus, d.h.
eines Patienten 14. Wenn die Speichereinheit 13 vorhanden
ist, werden die Daten der dreidimensionalen Abbildung, normalereise
in digitaler Form, im Allgemeinen zu Vergleichszwecken in den Mikroprozessor 12 geladen.
Die Abbildung deckt einen Abbildungsbereich 16 (siehe 2) ab, der einen Zielbereich 18 innerhalb
des Patienten, der selektiv bestrahlt wird, enthält und größer ist. Der Abbildungsbereich 16 von 2 ist im Wesentlichen ein
Teil des Schädels 15 des
Patienten 14, in dem Knochenstruktur vorhanden ist, um
als Ausrichtungsreferenz zu dienen. Wenn gewünscht, können drei oder mehr Marken 19 implantiert
werden, in welchem Fall man keine Knochenstruktur als Ausrichtungsreferenz
benutzen muss. Dies könnte
für Behandlungen
des Gehirns geschehen, könnte
aber in weniger knochenreichen Gebieten des Körpers besonders wünschenswert
oder notwendig sein.
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Die
dreidimensionale Abbildung kann durch konventionelle Techniken erhalten
werden. Zum Beispiel kann ein CAT-Scan (CT) benutzt werden, um dieses
Bild zu erhalten, oder es kann Kernspintomografie (MRI) benutzt
werden, um diese Abbildung zu erhalten. Bekanntermaßen arbeitet
CT oder Computertomografie durch Messung der differentiellen Absorption
von Röntgenstrahlen
und behandelt die sich ergebenden Daten mittels Fourier-Transformationen. MRI
benutzt die Kernspinresonanzeigenschaft, um eine dreidimensionale
Abbildung zu erhalten. Vorrichtungen zur Durchführung beider Prozeduren sind im
Handel erhältlich.
Weiterhin sind die Daten in digitaler Form verfügbar, wodurch sie leicht in
der Speichereinheit 13 und/oder im Mikroprozessor 12 gespeichert
werden können.
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Es
ist eine Strahlvorrichtung 20 vorgesehen, die, wenn aktiviert,
einen kollimierten ionisierenden Behandlungsstrahl von genügend Stärke emittiert, um
den Zielbereich 18 nekrotisch werden zu lassen. Eine Strahlvorrichtung,
die benutzt werden kann, ist dem Wesen nach ein Linearbeschleuniger,
vorzugsweise ein Röntgenlinearbeschleuniger,
obwohl auch andere ionisierende Strahlungsquellen wie auch andere
ionisierende Strahlungen benutzt werden können. Dies wurde auch beschrieben
in einer Anzahl von Texten einschließlich "The Physics Of Radiology", 3. Ausgabe, 5.
Druck, von A.E. Johns und J.R. Cunningham, 1974, Charles C. Thomas,
Herausgeber, Springfield, Illinois. Eine Funkfrequenzwelle wird von
einer Stromversorgung, einem Modulator und einer Leistungsröhre erzeugt
und über
einen Wellenleiter 22 in den Beschleuniger 20 eingespeist.
Die Geschwindigkeit der Welle nimmt zu, wenn sie die Röhre hinab
läuft.
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Zum
Beispiel kann in einer 2 Meter langen Röhre Elektronen eine Energie
von 6 MeV gegeben werden. Die Elektronen können auf ein Ziel aufprallen
gelassen werden, wo Röntgenstrahlen
in einem in einer gewünschten
Richtung kollimierten Strahl erzeugt werden. So eine Vorrichtung
ist von verschiedenen Herstellern einschließlich zum Beispiel Varian erhältlich.
Die bevorzugte Vorrichtung, ein Röntgenlinearbeschleuniger, bevorzugt
wegen ihrer relativ geringen Größe und ihres
relativ geringen Gewichts, wird unter der Handelsmarke MINAC von
der Fa. Schonberg Radiation Corporation in Santa Clara, Kalifornien,
hergestellt.
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Durch
Bedienerbetätigung
eines Schalters, zum Beispiel eines Schalters 23 auf einem
Schaltpult 24, kann die Strahlvorrichtung 20 aktiviert
werden.
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Wie
in 1 und 2 dargestellt, sind Einrichtungen vorgesehen,
um erste und zweite Diagnose- oder Ziellokalisierungsstrahlen 26 und 28 durch
den Abbildungsbereich 16 laufen zu lassen, wobei die Strahlen
seitlich ausgedehnt genug sind, um Projektionen des Abbildungsbereichs
zu liefern. Die ersten und zweiten Diagnosestrahlen 26 und 28 liegen
in einem bekannten Winkel ungleich null zueinander. In der in 1 und 2 dargestellten besonderen Ausführungsform
sind die Strahlen 26 und 28 zueinander senkrecht.
Jedoch kann ein beliebiger Winkel verwendet werden, so lange er
ungleich null ist. Die Strahlen 26 und 28 werden
jeweils durch eine Diagnoseröntgenstrahl-Generatoreinrichtung 30 bzw. 32 erzeugt.
Bildempfänger 34 bzw. 36 in
der Ausführungsform
von 1 und 2, Bildverstärker, empfangen
die Strahlen 26 und 28 und leiten die resultierenden
elektrischen Signale, wenn gewünscht
mit Verstärkung,
zum Mikroprozessor 12, wo sie mit der dreidimensionalen
Abbildung verglichen werden.
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Wie
in 4 gezeigt, sind die
Bildempfänger 34 und 36 mit
dem Mikroprozessor 12 verbunden. Die Bildempfänger 34 und 36 können selbst
Digitalsignale liefern, oder es kann ein A/D-Wandler als Teil oder
in Verbindung mit dem Mikroprozessor vorhanden sein, wodurch von
den Bildempfängern 34 und 36 detektierte
Bilder, die zwei verschiedene ebene Bereiche des Abbildungsbereichs 16 repräsentieren, in
digitaler Form mit der dreidimensionalen Abbildung (in digitaler
Form) des Abbildungsbereichs 16 verglichen werden können. Unter
Verwendung von konventionellen geometrischen Rechentechniken ist
dadurch der exakte Ort des zu bestrahlenden Zielbereichs 18 vollständig bekannt.
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Es
ist eine Einrichtung vorgesehen, um bei Bedarf die Relativpositionen
der Strahlvorrichtung 20 und des Patienten 14 als
Antwort auf Daten zu justieren, die die Echtzeitlokalisierung des
Zielbereichs 18 repräsentieren,
derart, dass der kollimierte Strahl, wenn aktiviert, kontinuierlich
auf den Zielbereich 18 fokussiert wird. In der in 1 dargestellten besonderen
Ausführungsform
enthält
die Einrichtung zum Justieren der Relativpositionen der Strahlvorrichtung und
des Patienten ein Gerüst 40,
an dem die Strahlvorrichtung 20, die Diagnoseröntgenstrahlgeneratoren 30 und 32 und
die Bildempfänger 34 und 36 angebracht
sind, zusammen mit einer konventionellen Vorrichtung zum Senken
und Heben des Operationstisches 38 und zu dessen Drehung
um eine Achse 42 und zum Kippen der Oberseite 44 des
Operationstisches 38 um eine in Längsrichtung verlaufende Achse,
wie in 2 durch Pfeile
dargestellt. Der weite Justierbereich der Relativpositionen des
Gerüsts 40 und
des Patienten 14 erlaubt es, den kollimierten Strahl kontinuierlich
auf den Zielbereich zu fokussieren, während das gesunde Gewebe wechselt,
durch das der kollimierte Strahl hindurchgeht, indem die Strahlvorrichtung 20 über genau
360° um
den Patienten gedreht wird. Eine frühere Vorrichtung war auf ungefähr 180° Drehung
beschränkt.
Im Allgemeinen wird bevorzugt, den Patienten 14 relativ
ortsfest zu halten und das Gerüst 40 zu
bewegen.
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Die
vorhergehende Erörterung
der Vorrichtung 10 bezog sich auf die mit der entsprechenden Vorrichtung
von Adler (1 in der
Anmeldung von Adler) gemeinsamen Bestandteile dieser Vorrichtung.
Vor Erörterung
der Verbesserungen des Anmelders an der Vorrichtung 10 wird
die Aufmerksamkeit auf eine alternative stereotaktische Strahlenbehandlungsvorrichtung
gelenkt, die in 3 dargestellt
und allgemein mit dem Bezugszeichen 10' bezeichnet ist. Diese besondere
Vorrichtung entspricht in vielerlei Hinsicht der in 3 in der Patentanmeldung von Adler dargestellten
stereotaktischen Strahlenbehandlungsvorrichtung. Wie bei der Vorrichtung 10 werden
die Ähnlichkeiten
zwischen der Vorrichtung 10' und
der Vorrichtung von Adler vor den verschiedenen vom Anmelder geschaffenen
Verbesserungen erörtert.
Am Anfang ist jedoch zu beachten, dass der Hauptunterschied zwischen
der Vorrichtung 10' und der
in 1 dargestellten Vorrichtung 10 darin
besteht, dass die Erstere kein Gerüst 40 verwendet und es
nicht notwendig ist, den Operationstisch 138 zu bewegen.
Wie man erkennt, wird vielmehr eine Strahlgeneratoreinrichtung,
die einen Teil der Vorrichtung 10 bildet, mittels eines
Roboterarms gehalten, der in mindestens drei Dimensionen beweglich ist.
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In 3, der wir uns besonders
zuwenden, ist die Vorrichtung 10' gezeigt, die eine Strahlvorrichtung
oder einen Strahlgenerator 120 enthält, der durch einen prozessorsteuerbaren
Roboterarm-Mechanismus 46 mit sechs Bewegungsachsen und sechs
Freiheitsgraden (drei Translations- und drei Rotations-) gehalten
und positioniert wird, wodurch der Strahlgenerator frei um den Körper des
Patienten, auf und ab, in Längsrichtung
entlang des Körpers des
Patienten oder seitlich entlang des Körpers des Patienten bewegt
werden kann. Solche Roboterarm-Mechanismen sind im Handel erhältlich,
zum Beispiel von GMF Robotics in Santa Fe Springs, Kalifornien,
und werden unter der Bezeichnung S-420F verkauft. Andere solche
leicht erhältlichen
Roboterarm-Mechanismen
sind von der Adept Robotics, San Jose, und Cincinnati Milicron erhältlich.
Unter Verwendung so eines Mechanismus kann der Strahlungsstrahl,
der ein kollimierter ionisierender Strahlungsstrahl ist, aus im
Wesentlichen jeder gewünschten
Richtung auf den Ort der Behandlung, das heißt, den Zielbereich, gezielt
werden. Somit ermöglicht
es diese Ausführungsform,
den kollimierten Strahl viel weniger lange durch irgendeinen bestimmten
Bereich des gesunden Gewebes laufen zu lassen als es bei der Vorrichtung
nach dem Stand der Technik der Fall war.
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Die
Einrichtung zum Leiten von ersten und zweiten Diagnosestrahlen 126 und 128 durch
den Abbildungsbereich 18 in der Ausführungsform von 3 ist dem Wesen nach ein Paar Röntgenstrahlgeneratoren 130 und 132,
die zum Beispiel permanent an der Decke angebracht sein können (nicht
gezeigt). Geeignete Bildempfänger 134 und 136 dienen zur
Erzeugung von elektronischen Bildern, die die jeweiligen ersten
und zweiten Bilder der jeweiligen ersten und zweiten Projektionen
innerhalb des Abbildungsbereichs 16 im Patienten repräsentieren.
Die elektronischen Bilder werden zum Mikroprozessor 12 geleitet,
wobei sie einen A/D-Wandler durchlaufen, wenn die Bilder selbst
nicht schon digital sind, woraufhin ein Vergleich stattfinden kann.
Von einem zweiten Prozessor 12' (dem Controller für den Mechanismus 46),
der als entfernte Nebenstelle des Multiprozessors 12 dient,
werden dann Signale erzeugt, um die Positionierung des Gesamtbetriebs des
Roboterarms und eines Mechanismus zu steuern, durch den die Positionierung
der Strahlvorrichtung 120 justiert wird, um sicherzustellen,
dass der kollimierte Behandlungsstrahl, den sie erzeugt, auf den
zu bestrahlenden Zielbereich 18 fokussiert wird. In 3 ist der Prozessor oder
Controller 12' getrennt
und verschieden von dem Prozessor 12 gezeigt, da in einer
tatsächlichen
Ausführungsform
der Controller 12' einen
Teil des Gesamtmechanismus 46 bildet. Der Controller könnte jedoch
direkt in den Prozessor 12 eingegliedert sein. Somit könnte im Blockdiagramm
von 4 der Controller 12' entweder als
Teil des Computers oder Prozessors 12 oder als Teil des
LINAC-Manipulators 46 (welcher der Robotermechanismus 46 in 3 ist) gezeigt sein.
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4 stellt in Form eines Systemblockdiagramms
den Betrieb der Logik dar, durch die die Vorrichtung von 1 oder 3 gesteuert werden kann. Die dreidimensionale
Abbildung, die einen Abbildungsbereich 16 abdeckt, wird
zum Beispiel auf einem Band im Bandlaufwerk 13 gespeichert.
Signale von den Bildempfängern 34, 134 und 36, 136 werden zum
Prozessor 12 geleitet. Steuersignale vom Prozessor 12 werden
zurück
zu den Bildempfängern 34, 134 und 36, 136 und/oder
der Diagnoseröntgenstrahl-Generatoreinrichtung 30, 130 und 32, 132 geleitet,
um diese in gewünschten
Zeitintervallen oder auf Bedienerbefehl zu aktivieren, wie alles
in 4 angezeigt. Signale
vom Prozessor 12 werden zum Roboterarm-Mechanismus 46 (tatsächlich seinem Controller 12') oder zum Gerüst 40 geleitet,
so dass dessen Position mit Rückmeldesignalen
vom Gerüst 40 oder
Roboterarm-Mechanismus 46 gesteuert wird, die dessen Positionierungszustand
anzeigen und zum Prozessor 12 zurückgeleitet werden. Die Strahlvorrichtung 20, 120 wird
normalerweise nur dann vom Prozessor 12 aktiviert, wenn
sie richtig auf den Zielbereich 18 fokussiert ist, und
wird anderenfalls normalerweise nicht aktiviert. Jedoch kann man die
Strahlvorrichtung 20, 120 so lange eingeschaltet lassen,
wie die Belichtungszeit von Nicht-Zielbereichen im Patienten 14 genügend beschränkt ist,
um Strahlennekrose von Nicht-Zielgewebe auszuschließen. Der
kollimierte Strahl kann aus irgendeiner gewählten Richtung neu auf den
Zielbereich gezielt werden, was die Möglichkeit gibt, aus mehreren
Richtungen zu bestrahlen. Das Bedienersteuerpult 24, das
eine Bedieneranzeige 48 enthält, ermöglicht Bedienersteuerungen.
Außerdem
gibt es Sicherheitssperren 50 für diskontinuierlichen Betrieb
des Prozessors 12 und der Strahlvorrichtung 20, 120 in
Fällen,
in denen so etwas notwendig ist.
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Grundsätzlich liefern
die Bildempfänger 34, 134 und 36, 136 Bilder,
die durch gewählte
Zeitintervalle zeitlich getrennt sind. Diese Bilder werden im Prozessor 12 mit
dem CT-Scan verglichen,
der im Allgemeinen aus dem Plattenlaufwerk 13 in den Prozessor 12 geladen
worden ist, und die Positionierung des Gerüsts 40 oder Roboterarm-Mechanismus 46 wird
erforderlichenfalls justiert, um die Fokussierung des von der Strahlvorrichtung 20, 120 erzeugten Strahls
auf den Zielbereich 18 innerhalb des Abbildungsbereichs 16 im
Patienten beizubehalten. Das Gerüst 40 oder
der Roboterarm-Mechanismus 46 kann nach Wunsch entweder
kontinuierlich oder in Schritten bewegt werden, während der
kollimierte Strahl auf den Zielbereich 18 fokussiert gehalten wird,
was das Ausmaß minimiert,
in dem gesundes Gewebe im Weg des Strahls ionisierender Strahlung ausgesetzt
wird.
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Im
Allgemeinen ist zu beachten, dass die Vorrichtung und das Verfahren
der vorliegenden Erfindung im Wesentlichen an einem beliebigen Ort
am Körper
benutzt werden können.
In Bereichen, in denen kein Knochen vorhanden ist, um notwendige Markierungen
zu liefern, an denen der Zielbereich 18 lokalisiert werden
kann, kann es notwendig sein, die drei Marken 19 einzuführen, um
künstliche
Markierungen zu schaffen. Außerdem
kann man eine oder zwei Marken verwenden, wenn sie so geformt sind, dass
sie Richtungsanzeigen ihrer räumlichen
Orientierung liefern und/oder wenn genügend Knochen vorhanden ist,
um eine oder mehrere Teilmarkierungen zu liefern. Die Verwendung
von Marken kann auch an Stellen im Körper wünschenswert sein, an denen
genügend
Knochen vorhanden ist, da die Marken ein besseres oder genaueres
System zur Lokalisierung des zu bestrahlenden Zielbereichs 18 liefern können.
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Nach
Beschreibung der Vorrichtung 10 und der Vorrichtung 10', inwieweit
sie jeder in der ebenfalls anhängigen
Patentanmeldung von Adler beschriebenen stereotaktischen Strahlenbehandlungsvorrichtung
entsprechen, wird die Aufmerksamkeit nun auf eine Anzahl von Verbesserungen
an dieser Vorrichtung gelenkt, die der Anmelder in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung geschaffen hat. Diese Verbesserungen
umfassen (1) eine Nothaltanordnung, die auf die Vorrichtung 10' anwendbar ist
und die in 5 und 6 dargestellt ist, (2) eine
einzigartige Technik zur Herstellung eines nichtkugelförmigen Zielbereichs 18,
die ebenfalls insbesondere auf die Vorrichtung 10' anwendbar ist,
und (3) eine einzigartige zeitliche Vorgehensweise zum Betrieb
des Strahlenbehandlungsstrahls und des Diagnose-Ziellokalisierungsstrahls,
um den Zielbereich im Wesentlichen in Echtzeit kontinuierlich zu
lokalisieren. Dieses letztere Merkmal ist sowohl auf die Vorrichtung 10 als
auch auf die Vorrichtung 10' anwendbar,
und das relevante Zeitdiagramm ist in 9 dargestellt.
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5, der wir uns besonders
zuwenden, zeigt einen prozessorsteuerbaren Roboterarm-Mechanismus 46,
der einen Teil der Gesamtvorrichtung 10' bildet und die Strahlvorrichtung 120 über einem Patienten 136 hält. Der
Rest der in 3 dargestellten
Gesamtvorrichtung ist in 5 der
Deutlichkeit halber weggelassen. Andererseits enthält die in 5 gezeigte Vorrichtung 10' drei Einrichtungen
A, B und C, die in Abständen
voneinander fest an einem Turm 200 angebracht sind, der
durch geeignete Mittel selbst fest an der Decke angebracht ist,
wie bei 202 angezeigt. Gleichzeitig sind mindestens drei
und vorzugsweise mehr als drei Einrichtungen 1, 2, 3 und so
weiter von einem anderen Typ am hinteren Körper 204 der Generatorvorrichtung 120 montiert,
welche mechanisch betrachtet eine Verlängerung eines Roboterarms 206 bilden,
der wiederum einen Teil des gesamten Roboterarm-Mechanismus 46 aufweist. Jede
der Einrichtungen A, B und C dient als eine Kombination aus Sender
und Empfänger,
die alternativ codierte Infrarotimpulssignale sendet und codierte Ultraschallimpulssignale
zurückempfängt. Andererseits
dient jede der Einrichtungen 1, 2, 3 und
so weiter als ein Sender/Empfänger,
der insbesondere dafür
konstruiert ist, ein eindeutiges codiertes Infrarotimpulssignal
von jeder der Einrichtungen A, B, C zu empfangen und ein entsprechendes
codiertes Ultraschallimpulssignal zurückzusenden. Diese verschiedenen
Einrichtungen arbeiten in der zu beschreibenden Weise zusammen,
um die exakte Position und Orientierung der Strahlgeneratoreinrichtung 120 und
daher des Strahlenbehandlungsstrahls selbst kontinuierlich zu überwachen,
um die Vorrichtung abzuschalten, wenn der Strahl von seinem beabsichtigten
Weg abweicht. Zu diesem Zweck ist aus noch deutlich werdenden Gründen die
Vorrichtung 10' mit
acht dieser letzteren Sende-/Empfangseinrichtungen versehen, Einrichtungen 1, 2, 3,
die an der Vorderfläche
des Körpers 204 angebracht
sind, Einrichtungen 4 und 5, die an seiner Seitenfläche angebracht
sind, einer Einrichtung 6 auf seiner Rückseite und zwei zusätzlichen
Einrichtungen 7 und 8, die auf der entgegengesetzten
Seitenfläche
des Körpers 204 angebracht
sind, obwohl in 5 nicht
gezeigt.
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Die
Einrichtungen A, B und C und die Einrichtungen 1 bis 8 bilden
einen Teil einer Gesamt-Nothaltanordnung 208, die schematisch
in 6 dargestellt ist.
Wie nachstehend in Verbindung mit 7 und 8 beschrieben wird, ist die
Vorrichtung 10' in Übereinstimmung
mit einem zweiten Merkmal der vorliegenden Erfindung so konstruiert,
dass sich ihre Strahlgeneratoreinrichtung 120 und daher
ihr Strahl entlang eines festgelegten, dreidimensionalen Weges quer
zum Weg des Strahls bewegen soll. Der prozessorsteuerbare Roboterarm-Mechanismus 46 und
der Multiprozessor-Computer 12 sind dafür konstruiert, zusammenzuarbeiten,
um dies zu bewerkstelligen. Im Falle, dass ein Computerfehler die Strahlgeneratoreinrichtung 120 von
ihrem Weg abweichen lässt,
könnte
der Patient jedoch in Gefahr gebracht werden, wenn man kein Sicherungssystem zum
Abschalten der Vorrichtung unter solchen Umständen hat. Die Anordnung 208 dient
als diese Sicherung.
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Die
Nothaltanordnung 208 enthält nicht nur die drei fest
angebrachten Einrichtungen A, B und C und die Einrichtungen 1 bis 8,
die zur Bewegung mit der Strahlgeneratoreinrichtung 120 angebracht
sind, sondern auch den Multiprozessor-Computer 12, wie in 6 gezeigt. Wenn der Roboterarm 206 dazu
gebracht wird, die Strahlgeneratoreinrichtung 120 entlang
ihres beabsichtigten Bewegungsweges zu bewegen, sendet die Einrichtung
A Infrarotimpulssignale, die speziell codiert sind, an die Einrichtung 1. Wenn
die Einrichtung 1 in diesem Zeitpunkt im Sichtfeld der
Einrichtung A liegt, empfängt
sie die Signale und sendet als Antwort darauf ein entsprechend codiertes
Ultraschallimpulssignal zurück,
das von der Einrichtung A empfangen und mit leicht bereitstellbaren,
konventionellen Mitteln unter Verwendung von Laufzeitinformation
durch den Computer 12 verarbeitet wird, um die Position
der Einrichtung 1 in Bezug auf die Einrichtung A in diesem
Augenblick zu ermitteln. Danach führt die Einrichtung A unter
Verwendung von für
die Einrichtung 2 eindeutigen codierten Infrarotimpulssignalen
die gleiche Prozedur in Zusammenarbeit mit der Einrichtung 2 durch,
und dann mit der Einrichtung 3, Einrichtung 4 und
so weiter. Nachdem die Einrichtung A eine vollständige Sequenz von Positionsüberwachungs-Datenübertragungen
mit den Einrichtungen 1 bis 8 durchgeführt hat
(wobei die Einrichtungen B und C ausgeschaltet sind), wird die Einrichtung
A zusammen mit der Einrichtung C ausgeschaltet, und die Einrichtung
B wird die gleiche Prozedur durchführen gelassen, und danach die
Einrichtung C (wobei die Einrichtungen A und B ausgeschaltet sind).
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Jeder
der Einrichtungen A, B und C kann nur mit denjenigen Einrichtungen 1 bis 8 kommunizieren, die
in ihrem Sichtfeld liegen. Im Falle der Gesamtanordnung 208 werden
die Einrichtungen 1 bis 8 so positioniert, dass
in jeder möglichen
Position des Roboterarms 206 mindestens drei der Einrichtungen 1 bis 8 immer
im Sichtfeld der arbeitenden Einrichtungen A, B oder C liegen. Auf
diese Weise werden für
jede Einrichtung A, B und C mindestens drei Punkte auf der Strahlgeneratoreinrichtung
lokalisiert, wenn die Nothaltanordnung 208 einen vollständigen Überwachungszyklus
durchläuft
(eine vollständige
Sequenz A, Sequenz B und Sequenz C). Mit einem geeigneten und leicht
bereitstellbaren Algorithmus im Computer 12 wird diese
Positionsinformation benutzt, um zu bestimmen, ob die Strahlgeneratoreinrichtung
tatsächlich
auf ihrem beabsichtigten Bewegungsweg in diesem Zeitpunkt ist oder
von ihrem beabsichtigten Weg abgewichen ist. Im letzteren Fall wird
der Computer mit dem Roboterarm-Mechanismus 46 und mit
der Strahlgeneratoreinrichtung 120 verbunden, um die Vorrichtung
automatisch abzuschalten, das heißt, um mindestens die Bewegung
des Roboterarms automatisch anzuhalten und den Strahlenbehandlungsstrahl
auszuschalten. Dies wird völlig
unabhängig von
der Servorückkoppelungsbeziehung
zwischen dem Roboterarm-Mechanismus 46 und
seinem Controller oder Prozessor 12' durchgeführt, der als primäre Einrichtung
zum Lenken der Strahlgeneratoreinrichtung 120 entlang ihres
beabsichtigten Weges benutzt wird. In einer tatsächlichen Ausführungsform überwacht
die Anordnung 208 kontinuierlich die Position der Vorrichtung 120 während ihrer
Bewegung, indem sie die Überwachungssequenzen
A, B und C drei mal pro Sekunde durchläuft, wenn sich die Vorrichtung
mit einer Geschwindigkeit von 1 cm/s bis 5 cm/s bewegt.
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Insbesondere
im Hinblick auf die Nothaltanordnung 208 versteht sich,
dass die vorliegende Erfindung nicht auf die spezielle Positionsbeziehung zwischen
den fest angebrachten Einrichtungen A, B und C und den beweglichen
Einrichtungen 1, 2, 3 und so weiter oder
auf die Geschwindigkeit, mit der die Anordnung ihre Überwachungssequenzen
durchläuft,
beschränkt
ist. Auch ist die vorliegende Erfindung nicht auf die spezielle
Anzahl solcher Einrichtungen oder die speziellen benutzten Einrichtungen beschränkt. Geeignete
zusammenarbeitende Einrichtungen können angesichts der Lehren
hierin leicht bereitgestellt werden. In einer tatsächlich arbeitenden
Ausführungsform
wurden die Einrichtungen A, B und C und die Einrichtungen 1, 2, 3 und
so weiter alle von der Fa. Litek Advances Systems erworben, über deren
Vertragshändler
Celusco Transducers in Los Angeles, Kalifornien, unter der Modell-Nr. VS-110PRO.
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Nach
Beschreibung der Nothaltanordnung 208 wird nun die Aufmerksamkeit
auf die 7 und 8 gelenkt, die das zweite
Merkmal der vorliegenden Erfindung darstellen, insbesondere eine
besondere Art und Weise, in der der prozessorsteuerbare Roboterarm-Mechanismus 46 von
dem Computer 12 betätigt
wird, um die Strahlgeneratorein richtung 120 auf eine Weise
zu bewegen, die in der Erzeugung eines nichtkugelförmigen Zielbereichs 18 resultiert.
Wie vorher beschrieben, ist die Vorrichtung 10' so konstruiert,
dass sich ihre Strahlgeneratoreinrichtung 120 mittels des
Roboterarm-Mechanismus 46 entlang eines festgelegten Weges
bewegen kann, der vom Multiprozessor-Computer bestimmt wird und der quer
zum Weg des Strahlenbehandlungsstrahls verläuft, während gleichzeitig der Strahlweg
in den Zielbereich gerichtet wird. Bei der bis jetzt konstruierten Strahlenbehandlungsvorrichtung
war die Bewegung ihrer Strahlgeneratoreinrichtung auf bestimmte
festgelegte Bögen
auf einer Kugel beschränkt,
die einen kugelförmigen
Zielbereich einrichten soll, indem der Strahlenbehandlungsstrahl
durch den Zielbereich gesteuert wird, wenn er entlang dieser Wege
bewegt wird.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist der Multiprozessor-Computer 12 mit einem
Algorithmus versehen, der den Roboterarm-Mechanismus 46 auf eine
Weise betätigt,
die ihn die Strahlgeneratoreinrichtung 120 entlang eines
festgelegten, nichtkreisförmigen
und nichtlinearen Weges quer zum Strahlweg bewegen lässt, während gleichzeitig
der Strahlweg in den Zielbereich gerichtet wird. Auf diese Weise
kann der Strahlenbehandlungsstrahl an bestimmten Behandlungspunkten
entlang des nichtkreisförmigen
und nichtlinearen Weges durch den Zielbereich gesteuert werden,
um einen nichtkugelförmigen Zielbereich
zu definieren. In einer tatsächlich
arbeitenden Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist der Computer 12 mit einem
Algorithmus versehen, der die Strahlgeneratoreinrichtung 120 sich über einen
besonderen spiralförmigen
Weg bewegen lässt, der
auf der Oberfläche
einer Kugel liegt, wie in 7 dargestellt.
Der spiralförmige
Weg ist allgemein mit 210 auf der Oberfläche einer
Kugel 212 angezeigt, die wiederum ihren Mittelpunkt 214 im
Ursprung eines X-, Y-, Z-Koordinatensystems hat. Der Zielbereich 18,
der etwas unregelmäßig und
etwas länglich geformt
gezeigt ist statt kugelförmig
zu sein, umgibt den Mittelpunkt 214.
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Im
tatsächlichen
Betrieb wird die Strahlgeneratoreinrichtung 120 dazu gebracht,
sich entlang des spiralförmigen
Weges 210 zu bewegen, während
ihr Strahl konstant auf den Punkt 214 innerhalb des Zielbereichs 218 gezielt
wird. Der Strahlenbehandlungsstrahl wird intermittierend bewegt,
mit Start zum Beispiel am Behandlungspunkt TP1 und danach Bewegung
zum Behandlungspunkt TP2, dann TP3 und so weiter über den
spiralförmigen
Weg zum letzten Behandlungspunkt TPN. Die Strahlgeneratoreinrichtung richtet
ihren Strahlenbehandlungsstrahl nur an den verschiedenen Behandlungspunkten
in den Zielbereich, und sie tut dies in einer ortsfesten Position. Zwischen
den Behandlungspunkten bleibt die Strahlgeneratoreinrichtung ausgeschaltet.
Durch Wahl eines bestimmten spiralförmigen Weges 210,
der nachstehend im Detail beschrieben wird, und durch Wahl von bestimmten
Behandlungspunkten auf dem Weg kann die Strahlgeneratoreinrichtung
dazu gebracht werden, eine Dosiskontur oder einen Zielbereich 18' zu erzeugen,
die bzw. der ellipsoidförmig
ist und den unregelmäßig geformten
Zielbereich 18 gerade umgibt, wie in 7 dargestellt. Insbesondere liegt der
Punkt 214 im Symmetriezentrum des Ellipsoides, dessen Hauptachse
entlang der Z-Achse verläuft
und dessen Nebenachsen entlang der X- und Y-Achsen verlaufen. Die
ellipsoidförmige
Dosiskontur steht im Gegensatz zum Stand der Technik, der bisher
auf kugelförmige
Zielbereiche beschränkt
war. Im Falle eines unregelmäßigen Zielbereichs 18 würden mehrere
benachbarte kugelförmige
Zielbereiche erforderlich sein, um diesen gesamten Zielbereich zu bestrahlen.
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Der
in 7 dargestellte spiralförmige Weg 210 und
der ellipsoidförmige
Bereich 18' wurden
mit einem X-, Y-, Z-Koordinatensystem beschrieben, das die notwendigen
Positionsreferenzpunkte für
einen besonderen Algorithmus liefert, der den spiralförmigen Weg 210 und
die Behandlungspunkte TP1, TP2 und so weiter aufstellt. In dieser
Hinsicht wird die Kugel 210 in 8 zusammen mit den X-, Y,- Z-Achsen dupliziert.
Außerdem
repräsentiert
der Radius R den Strahlenbehandlungsstrahlweg zwischen dem Mittelpunkt 214 und
dem Ausgangspunkt der Strahlgeneratoreinrichtung 120 (dem
Punkt, an dem der Strahlenbehandlungsstrahl zuerst erzeugt wird).
Der Winkel Θ entspricht
dem Winkel zwischen der Z-Achse und dem Strahlweg R, während der
Winkel Φ zwischen
der X-Achse und der Projektion des Strahlweges R auf die X-Y-Ebene definiert ist.
Auf Basis dieser Beziehungen kann der spiralförmige Weg 210 durch
die folgenden Gleichungen definiert werden: Zi = Rcos Θi Xi =
Rsin Θi Cos Φi Yi =
Rsin Θi Sin Φi In
jeder der gerade rezitierten Gleichungen entspricht i einem bestimmten
Behandlungspunkt auf der Kurve. Diese Behandlungspunkte können von
Anwendung zu Anwendung variieren, um den ellipsoidförmigen Zielbereich
fallweise anzupassen. In einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung werden die Behand lungspunkte durch die folgenden Gleichungen
aufgestellt, in denen N die Gesamtzahl von Behandlungspunkten repräsentiert: Θi = π/6 + π/6 · i/N Φi =
2π 5i/N i = 0, 1, 2,..., N Das Vorhergehende
war zwar eine spezielle Beschreibung, wie die Vorrichtung 10' einen bestimmten
ellipsoidförmigen
Zielbereich erzeugten kann, indem sie ihre Strahlgeneratorvorrichtung
entlang eines besonderen spiralförmigen
Weges bewegt, selbstverständlich
ist die vorliegende Erfindung aber nicht auf diese bestimmte Anwendung
beschränkt. Angesichts
der Lehren hierin kann die Strahlgeneratoreinrichtung dazu gebracht
werden, sich entlang irgendeines nichtkreisförmigen, nichtlinearen Weges zu
bewegen, um einen nicht kugelförmigen
Zielbereich aufzustellen. Für
einen gegebenen Patienten wird eine Behandlungsplanungsstrategie
aufgestellt, die die Bestimmung der Form des Behandlungsvolumens
umfasst, das heißt,
der Dosiskontur oder des Zielbereichs und der Strahlungsmenge, das
heißt, die
Dosisverteilung, die innerhalb dieses Volumens abzugeben ist. Zum
Beispiel im Falle der Kurve 210 kann die an den ellipsoidförmigen Zielbereich
abgegebene Strahlungsmenge variiert werden, indem der Radius R variiert
wird oder indem die Stärke
des Strahlenbehandlungsstrahls geändert wird. In den meisten
Fällen
wird bevorzugt, R möglichst
klein zu machen, um die Schattenkomponente des Strahlenbehandlungsstrahls
möglichst
klein zu machen. Indem die Behandlungspunkte TP1,
TP2 und so weiter geändert werden, kann die Ellipsoidform
des Zielbereichs variiert oder fallweise angepasst werden. Die vorliegende
Erfindung dient als ein flexibles Arbeitswerkzeug zur Aufstellung
der besten Behandlungsstrategie für jeden Patienten.
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Nach
Beschreibung der Art und Weise, in der die Vorrichtung 10' betrieben werden
kann, um einen nichtkugelförmigen
Zielbereich einzurichten, indem der Roboterarm entlang eines nichtkreisförmigen, nichtlinearen
Weges bewegt wird, und der Art und Weise, in der der Roboterarm
mittels einer unabhängigen
Nothaltanordnung automatisch angehalten werden kann, wird nun die
Aufmerksamkeit auf eine einzigartige Weise gerichtet, in der die
Vorrichtungen 10 und 10' betrieben werden, um sicherzustellen, dass
ihre Generatorvorrichtungen 20, 120 konstant auf
den Zielbereich zielen. Wie vorher beschrieben, führt jede
Vorrichtung 10, 10' unter
Verwendung von vorher erhaltenen Referenzdaten, die die Position des
Zielbereichs in Bezug auf sein umgebendes Gebiet anzeigen, das auch
gewisse Referenzpunkte in der Nähe
enthält,
stereotaktische Strahlenbehandlung an einem bestimmten Zielbereich
innerhalb eines Patienten durch. Die Vorrichtung benutzt außerdem ein
Paar Diagnosestrahlungsstrahlen oder Ziellokalisierungsstrahlen,
wie sie in dieser Erörterung bezeichnet
werden. Diese Strahlen werden durch das umgebende Gebiet hindurchgehen
gelassen, das den Zielbereich und Referenzpunkte enthält, und nach
Durchgang durch das umgebende Gebiet enthalten sie Daten, die die
Positionen der Referenzpunkte innerhalb des umgebenden Gebiets anzeigen.
Diese Positionsdaten werden von zusammenarbeitenden Detektoren gesammelt,
wie vorher beschrieben, und an den Multiprozessor-Computer abgegeben,
wo sie der Letztere mit vorher erhaltenen Referenzdaten vergleicht,
um während
jedes solchen Vergleichs die Position des Zielbereichs in Bezug
auf jeden Referenzpunkt zu bestimmen. Auf Basis dieser Informationen
wird der Strahlenbehandlungsstrahl im wesentlichen in Echtzeit genau
in den Zielbereich gerichtet.
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In Übereinstimmung
mit einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung werden die
verschiedenen gerade beschriebenen Schritte, um sicherzustellen,
dass der Strahlenbehandlungsstrahl immer in den Zielbereich gerichtet
wird, in einer bestimmten zeitlichen Reihenfolge durchgeführt, wie
in 9 dargestellt. Die
dort angegebene BEHANDLUNGS-Periode bezieht sich auf eine Periode,
während
der die Strahlgeneratoreinrichtung 20 oder 120 ortsfest
ist und ihr Strahl eingeschaltet ist. Die Ziellokalisierungsperiode
bezieht sich auf die Periode zwischen Behandlungsperioden und enthält eine
erste Teilperiode, in der die Ziellokalisierungseinrichtungen eingeschaltet
sind, um Lokalisierungsdaten zu erzeugen, eine zweite Teilperiode,
während
der die Lokalisierungsdaten mit den vorher erhaltenen Referenzdaten
verglichen werden, und schließlich
eine dritte Teilperiode, während
der die Strahlgeneratoreinrichtung den Strahl positioniert, falls
erforderlich, um sicherzustellen, dass der Strahl auf Basis des
letzten Vergleichs in das Ziel gerichtet wird. Man beachte insbesondere,
dass die erste Teilperiode, die zweite Teilperiode und die dritte
Teilperiode, die die gesamte Ziellokalisierungsperiode bilden, aufeinander
folgen und dass die Ziellokalisierungsperiode unmittelbar auf eine
Behandlungsperiode folgt. Während
der Ziellokalisierungsperiode wird die Strahlgeneratoreinrichtung
dazu gebracht, sich entlang ihres Querweges der Bewegung von einem
Punkt zum anderen zu bewegen. In einer tatsächlich arbeitenden Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung hat jede Behandlungsperiode zwischen
ungefähr 0,5
und 1 Sekunde Dauer und hat jede Ziellokalisierungsperiode zwischen
ungefähr
1 und 2 Sekunden Dauer. Somit wird die Generatoreinrichtung 20 oder 120 während des
Betriebs der Gesamtvorrichtung alle ein oder zwei Sekunden ein-
und ausgeschaltet.
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Die
vorliegende Erfindung wurde zwar in Verbindung mit ihrer besonderen
Ausführungsform
beschrieben, selbstverständlich
ist sie aber zu weiteren Modifizierungen fähig, und diese Anmeldung soll
irgendwelche Varianten, Verwendungen oder Adaptionen der Erfindung
abdecken, die den Prinzipien der Erfindung im Allgemeinen folgen,
einschließlich
Abweichungen von der vorliegenden Offenbarung innerhalb der bekannten
oder gebräuchlichen
Praxis in der Technik, zu der die Erfindung gehört, und die auf die vorstehend
angegebenen wesentlichen Merkmale angewendet werden können und
die in den Schutzbereich der Erfindung und die Grenzen der beigefügten Ansprüche fallen.