DE102005059210B4

DE102005059210B4 - Radiotherapeutische Vorrichtung

Info

Publication number: DE102005059210B4
Application number: DE102005059210A
Authority: DE
Inventors: Michael Maschke
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2005-12-12
Filing date: 2005-12-12
Publication date: 2008-03-20
Anticipated expiration: 2025-12-13
Also published as: DE102005059210A1; US20070153969A1

Abstract

Radiotherapeutische Vorrichtung (1, 1', 1'') mit
– einer radiotherapeutischen Bestrahlungseinheit (2) mit einer Strahlungsquelle zur Erzeugung von radiotherapeutischer Strahlung und einer Strahlführungs- und/oder Strahlformungseinrichtung, um die radiotherapeutische Strahlung definiert auf einen bestimmten Bestrahlungsbereich zu richten,
– einer Bildgebungseinheit (3, 3', 3''), welche eine Radionuklid-Emissions-Tomographie-Aufnahmeeinheit (4, 6) und eine Computertomographie-Aufnahmeeinheit (5, 7) umfasst,
– einer Lagerungseinrichtung (8) mit einer Positioniereinrichtung (9), um die Lagerungseinrichtung (8) in einer Bildaufnahmeposition, in welcher sich ein zu bestrahlender Körperbereich eines auf oder in der Lagerungseinrichtung (8) gelagerten Patienten (P) in einem Aufnahmebereich der Bildaufnahmeeinheit (3) befindet, oder in einer Bestrahlungsposition zu positionieren, in welcher sich der zu bestrahlende Körperbereich des Patienten (P) zumindest teilweise in Überdeckung mit dem Bestrahlungsbereich der Bestrahlungseinheit (2) befindet,
– und einer Koordinatenregistrierungseinrichtung (14), um bei einem Verfahren der Lagerungseinrichtung (8) zwischen der Bildaufnahmeposition und der Bestrahlungsposition die Änderungen aller Positionskoordinaten der Lagerungseinrichtung (8) zu registrieren.

Description

Die Erfindung betrifft eine radiotherapeutische Vorrichtung mit einer radiotherapeutischen Bestrahlungseinheit mit einer Strahlungsquelle, beispielsweise einem Linearbeschleuniger, zur Erzeugung von radiotherapeutischer Strahlung und einer Strahlführungs- und/oder Strahlformungseinrichtung, um die radiotherapeutische Strahlung definiert auf einen bestimmten Bestrahlungsbereich zu richten.
In den stärker entwickelten Ländern weltweit ist Krebs die zweithäufigste Todesursache, bei steigender Tendenz in anderen Ländern, insbesondere in Asien. In der Krebstherapie ist seit Jahren die Bestrahlungstherapie von Tumoren und Metastasen etabliert. In den ersten Jahren wurden Strahlungsbehandlungen meist mit Hilfe von radioaktiven Quellen durchgeführt. Seit einigen Jahren werden hierfür Linearbeschleuniger verwendet, die unter Ausnutzung der Bremsstrahlung und schneller Elektronen arbeiten. Daneben gibt es nach wie vor Hochspannungs-Radiotherapiegeräte zur Behandlung von weniger gefährlichen Krebsarten. Bei jeder Strahlungsbehandlung ist es für die Planung und Kontrolle der Therapie außerordentlich wichtig, genaue Informationen über die Größe und den Ort des zu behandelnden Tumors und der Metastasen sowie der umgebenden Gewebe und Organe zu haben. Nur so kann der Tumor mit einer ausreichend hohen Strahlungsdosis zerstört werden und dabei eine Schädigung von gesundem Gewebe und Organen vermieden werden.
Daher werden vor einer solchen Bestrahlungsbehandlung mittels geeigneter bildgebender Verfahren, in der Regel mit Hilfe eines Computertomographen, Bilder des zu bestrahlenden Körperbereichs des Patienten angefertigt, denen dann die notwendigen Daten für die Planung der Bestrahlungsbehandlung entnommen werden können. Bei der Umlagerung des Patienten vom bildgebenden System zum radiotherapeutischen Gerät muss dafür gesorgt werden, dass der Patient am radiotherapeutischen Gerät passend positioniert wird. Nur so kann innerhalb des Koordi natensystems der radiotherapeutischen Vorrichtung der Bestrahlungsbereich mit Hilfe der im Koordinatensystem des bildgebenden Systems erzeugten Positionsdaten, die angeben, an welcher Stelle sich z.B. ein Tumor exakt befindet und welche Ausmaße er hat, exakt festgelegt werden. Hierzu sind relativ umständliche Verfahren notwendig, die aufwendige Markierungen am bzw. auf dem Patienten einschließen. Das gesamte Verfahren ist nicht nur zeitaufwändig, sondern für den Patienten auch in höchstem Maße unangenehm.
Zur Lösung dieses Problems wird in der JP 2001299943 A vorgeschlagen, einen Computertomographen und eine radiotherapeutische Bestrahlungsvorrichtung so zueinander zu positionieren, dass der Patient auf ein und derselben Patientenliege sowohl durch den Computertomographen gefahren werden kann, um dort die notwendigen Aufnahmen zu erzeugen, als auch direkt in der radiotherapeutischen Vorrichtung positioniert werden kann. Ein Umlagern des Patienten ist dann nicht mehr notwendig. Ein Problem hierbei ist, dass Computertomographaufnahmen zwar sehr gute anatomische Bilder erzeugen, jedoch zur exakten Identifizierung verschiedener Tumore und Metastasen nicht immer gut zu verwenden sind.
Weiterhin wird in der US 2005/0197564 A1 eine radiotherapeutische Vorrichtung mit einer radiotherapeutischen Bestrahlungseinheit offenbart. Zusätzlich weist diese radiotherapeutische Vorrichtung eine Bildgebungseinheit in Form eines Magnetresonanzgeräts auf. Dieses MR-Gerät kann während der Radiotherapie betrieben werden.
Die US 2003/0128801 A1 behandelt ein mehrfach verwendbares bildgebendes System, welches als Kombination aus einer Radionuklid-Emissions-Thomographie-Aufnahmeeinheit und einer Computertomographie-Aufnahmeeinheit gebildet ist.
US 2005/0171396 A1 offenbart eine Möglichkeit zur Behandlung chronisch obstruktiver Lungenerkrankungen (COPD) mit Hilfe einer radiotherapeutischen Bestrahlung. Während des Vorgangs werden eine Röntgenquelle und zwei Bildaufnehmer genutzt. Weiterhin wird hier eine Planung der Behandlung mit Hilfe von zuvor auf anderen Geräten erstellten CT- oder MR-Bildern beschrieben.
Die US 2004/0138548 A1 beschäftigt sich ganz allgemein damit, Bilder, die in einem ersten Koordinatensystem erzeugt wurden, mit Bildern, die in einem zweiten Koordinatensystem erzeugt wurden, zu registrieren.
Aus dem Artikel, W. Enghardt et al., „Charged hadron tumour therapy monitoring by means of PET", Nucl. Instr. Meth. Phys. Res. A 525 (2004), S. 284-288, ist darüber hinaus eine radiotherapeutische Vorrichtung bekannt, welche eine PET-Bildgebungseinheit aufweist. Vor der eigentlichen Therapie müssen CT-Bilder gefertigt werden, um diese Bilder dann mit den PET-Bildern zu registrieren.
Eine bessere Diagnosemöglichkeit zur Identifizierung von Tumoren und Metastasen wird durch das sogenannte PET-Verfahren (PET = Positron Emission Tomographie) erreicht. PET-Verfahren sind in der Nuklearmedizin bereits seit Jahren etabliert. Dabei werden geringe Mengen von bestimmten, mit radioaktiven Stoffen versehenen Substanzen, sogenannte „Tracer", in den menschlichen Körper injiziert, um verschiedene Metabolismen im Körper durch Messung der radioaktiven Strahlung zu erkennen. Die Menge der injizierten Substanz ist extrem gering und liegt im subphysiologischen Bereich. Daher kommt es nicht zu einer Beeinflussung des zu untersuchenden Metabolismenprozesses und auch nicht zu toxischen Reaktionen. Die schwach radioaktive Strahlung (γ-Strahlung) wird mit Hilfe von Szintillationsdetektoren registriert und daraus ein Bild erzeugt. Der Tracer akkumuliert sich in bestimmten Organen und/oder Tumoren und erlaubt so eine sehr gute Diagnose der Metabolismen und insbesondere eine sehr leichte und exakte Erkennung von Tumoren und Metastasen im umliegenden Gewebe. Auch eine Beurteilung der Durchblutung des Herzmuskels ist beispielsweise mit solchen Verfahren möglich. Die vom Tracer im Tumor emittierte Strahlung ist isotrop, d.h. die γ-Strahlung wird gleichmäßig in alle Richtungen ausgesendet. Für das PET-Verfahren werden bevorzugt Radionuklide mit einer kurzen Halbwertzeit verwendet. Ein Beispiel ist O₁₅, welches eine Halbwertzeit von 2 Minuten aufweist. Ein weiterer, häufig verwendeter Tracer ist 18-FDG (FDG = Fluordeoxyglukose).
Eine hierzu ähnliche Bildgebungstechnologie, welche ebenfalls mit Radionukliden arbeitet, ist das sogenannte SPECT-Verfahren (SPECT = Single Photon Emission Computertomography). Dieses Verfahren wird jedoch erst seit wenigen Jahren angewandt. Die hierzu verwendeten Radionuklide senden beim Zerfall ebenfalls individuelle γ-Quanten aus. Diese Radionuklide haben jedoch gegenüber den im PET-Verfahren verwendeten Radionukliden den Vorteil, dass sie eine längere Halbwertzeit aufweisen und daher nicht in unmittelbarer Nähe zum Untersuchungsort projiziert werden müssen. Typische Tracer zur Verwendung in SPECT-Aufnahmen sind Tc99m-MDP (Tc = Technetium) für Knochen sowie Tl 201 oder Tc99M-MlBl für die Untersuchung von Herzdurchblutungen oder Jod 131 zur Tumorerkennung.
Um derartige sehr genaue Tumorerkennungsverfahren für die Planung von Tumorbestrahlungsbehandlungen nutzen zu können, ist wiederum eine Zuordnung der aufgenommenen Bilddaten in das Koordinatensystem der radiologischen Bestrahlungseinrichtung erforderlich. Sofern – wie zuvor beschrieben – eine Einrichtung verwendet wird, bei der ein Computertomograph mit der radiotherapeutischen Anlage gekoppelt ist, kann hierzu eine sogenannte softwarebasierte Registrierung erfolgen, wobei die mittels des radionuklid-emissions-tomographischen Verfahrens erzeugten Bilder den computertomographischen Bildern überlagert werden. Verschiedene Verfahren für eine solche softwarebasierte Registrierung von PET-Bildern und CT-Bildern sind dem Fachmann bekannt. Ein wesentlicher Nachteil einer softwarebasierten Registrierung ist jedoch, dass diese bisher nur mit Hilfe von manuellen Interaktionen eines Experten durchgeführt werden kann, was entsprechendes Personal und Zeit erfordert. Dadurch ergeben sich weitere Unsicherheiten, beispielsweise dass sich während der langen Zeitdauer der Patient zwischen den Aufnahmen und der eigentlichen Behandlung geringfügig bewegt und damit seine Position verändert.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine radiotherapeutische Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der auf möglichst schnelle Weise mit möglichst hoher Sicherheit die Lage und die Abmessungen von Tumoren oder anderen zu bestrahlenden Objekten erkannt werden können und entsprechend dieser Daten die Bestrahlung sehr exakt durchgeführt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch eine radiotherapeutische Vorrichtung gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
Erfindungsgemäß weist die radiotherapeutische Vorrichtung neben der radiotherapeutischen Bestrahlungseinheit eine Bildgebungseinheit auf, die eine Radionuklid-Emissions-Tomographie-Aufnahmeeinheit und eine Computertomographie-Aufnahmeeinheit umfasst. Außerdem besitzt die radiotherapeutische Vorrichtung eine Lagerungseinrichtung, beispielsweise eine Patientenliege, einen Sitz oder dergleichen, mit einer Positioniereinrichtung, welche so ausgebildet ist, dass sich die Lagerungseinrichtung entweder in einer Bildaufnahmeposition, in der sich ein zu bestrahlender Körperbereich eines auf oder in der Lagerungseinrichtung gelagerten Patienten in einem Aufnahmebereich der Bildgebungseinheit befindet, oder in einer Bestrahlungsposition positionierbar ist, in welcher sich der zu bestrahlende Körperbereich des Patienten zumindest teilweise in Überdeckung mit dem Bestrahlungsbereich der radiotherapeutischen Strahlungseinheit befindet. Schließlich weist die radiotherapeutische Vorrichtung eine Koordinaten-Registrierungseinrichtung auf, um bei einem Verfahren der Lagerungseinrichtung zwischen der Bildaufnahmeposition und der Bestrahlungsposition die Änderung aller Positionskoordinaten der Lagerungseinrichtung zu registrieren.
Ein großer Vorteil dieser erfindungsgemäß vorgeschlagenen radiotherapeutischen Vorrichtung besteht darin, dass sie eine Anfertigung von Aufnahmen der betreffenden Körperregion des Patienten mittels eines Verfahrens erlaubt, mit dem gerade diejenigen Objekte, um die es bei der nachfolgenden Bestrahlungsbehandlung geht, mit möglichst hoher Präzision erkannt und vermessen werden können. Die dabei gewonnenen Daten können dabei unmittelbar bei der Bestrahlung herangezogen werden, ohne dass menschliche Interaktionen, welche naturgemäß mit Fehlern und Zeitverlusten einhergehen können, erforderlich sind.
Weitere besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfasst die Radionuklid-Emissions-Tomographie-Aufnahmeeinheit eine PET-Aufnahmeeinheit. Wie eingangs beschrieben, sind PET-Aufnahmeverfahren bereits seit längerem in der medizinischen Bildgebung etabliert, und es besteht daher ein reicher Erfahrungsschatz in der Anwendung solcher Bildgebungsverfahren.
Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel umfasst die Radionuklid-Emissions-Tomographie-Aufnahmeeinheit eine SPECT-Aufnahmeeinheit. Der Vorteil eines SPECT-Verfahrens besteht insbesondere darin, dass die Tracer nicht unmittelbar vor Ort erzeugt werden müssen, da sie eine erheblich längere Halbwertzeit aufweisen.
Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Detektoreinheit der Radionuklid-Emissions-Tomographie-Aufnahmeeinheit so ausgebildet, dass sie sowohl für Messungen in SPECT-Aufnahmeverfahren als auch für Messungen in PET-Aufnahmeverfahren verwendet werden kann. Grundsätzlich können nämlich in beiden Verfahren die gleichen Szintillationsdetektoren verwendet werden. Die Szintillationsdetektoren müssen zur Verwendung in einem SPECT-Bildgebungsverfahren nur zusätzlich mit einem Kollimator ausgestattet werden, um die Richtungsinformationen zu gewinnen.
Solange erfindungsgemäß dafür gesorgt ist, dass bei dem Verfahren bzw. Umpositionieren der Lagerungseinrichtung zwischen der Bildaufnahmeposition und der Bestrahlungsposition sämtliche Positionskoordinaten registriert werden, ist es letztlich unerheblich, welchen Weg die Lagerungseinrichtung zwischen der Bildaufnahmeposition und der Bestrahlungsposition zurücklegen muss. Ebenso ist es auch unerheblich, ob das Verfahren der Lagerungseinrichtung manuell oder automatisch erfolgt. Im manuellen Fall können die Koordinatenänderungen beispielsweise durch entsprechende Sensoren erfasst werden. Bei einer automatischen Steuerung liegen die notwendigen Koordinatenänderungen ja bereits in der Steuerung vor und können einfach übernommen werden.
Vorzugsweise ist die radiotherapeutische Vorrichtung mit ihrer radiotherapeutischen Strahlungseinheit und ihrer Bildgebungseinheit jedoch so aufgebaut, dass der Bestrahlungsbereich und der Bildaufnahmebereich an verschiedenen Positionen entlang einer gemeinsamen Achse angeordnet sind und die Lagerungseinrichtung linear entlang dieser Achse verfahrbar gelagert ist. In diesem Fall muss lediglich die Änderung der Positionskoordinate der Lagerungseinrichtung entlang der betreffenden Achse registriert werden.
Hierzu ist vorzugsweise die Strahlungsquelle der radiotherapeutischen Bestrahlungseinheit um ein erstes Isozentrum rotierbar gelagert. Dieses Isozentrum liegt im Bestrahlungsbereich bzw. bildet letztlich den Bestrahlungsbereich. Ebenso ist die Radionuklid-Emissions-Tomographie-Aufnahmeeinheit mit einer Detektoreinheit ausgestattet, die ringförmig um ein zweites Isozentrum herum angeordnet ist oder zumindest ein um ein zweites Isozentrum rotierendes Detektorelement aufweist. Das erste Isozentrum und das zweite Isozentrum sind dabei auf der gemeinsamen Achse angeordnet, entlang deren die Lagerungseinrichtung verfahrbar ist.
Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel umfasst die Bildgebungseinheit zusätzlich zur Radionuklid-Emissions-Tomographie-Aufnahmeeinheit eine Computertomographie-Aufnahmeeinheit. Besonders bevorzugt befinden sich dabei die Radionuklid-Emissions-Tomographie-Aufnahmeeinheit und die Computertomographie-Aufnahmeeinheit in einem gemeinsamen Gehäuse. Zumindest sollten aber entweder die Aufnahmebereiche der beiden Aufnahmeeinheiten in Überdeckung liegen oder – durch die Patientenlagerungseinrichtung erreichbar – nebeneinander angeordnet sein. Dieses bevorzugte Ausführungsbeispiel vereinigt die Vorteile der verschiedenen Bildgebungsverfahren. So sind mit einem computertomographischen Verfahren im Grundsatz bessere anatomische Bilder des Patienten erreichbar als mit einem Radionuklid-Emissions-Tomographie-Verfahren, welches dagegen – wie eingangs erläutert – bessere Ergebnisse bei der Erkennung und Vermessung von Tumoren bietet. Mit einer derart ausgestatteten radiotherapeutischen Vorrichtung, welche in der Bildgebungseinheit eine Radionuklid-Emissions-Tomographie-Aufnahmeeinheit und eine Computertomographie-Aufnahmeeinheit vereinigt, können sowohl Computertomographie-Bilder als auch beispielsweise PET- oder SPECT-Bilder erzeugt werden. Die Bilder können dann mittels eines vollautomatisch durchführbaren, hardwarebasierten Registrierungsverfahrens einander überlagert werden, um so ideale Bilder für die weitere Planung der Bestrahlung zu erreichen. Kombinierte PET/CT-Geräte sind bereits aus der Praxis bekannt. Ein Gerät wird beispielsweise in der DE 103 39 493 erläutert. In ähnlicher Weise wie dort beschrieben, kann auch in der erfindungsgemäßen radiotherapeutischen Vorrichtung eine Kombination eines Computertomographen mit einer Radionuklid-Emissions-Tomographie-Aufnahmeeinheit erfolgen.
Bevorzugt weisen dabei die Radionuklid-Emissions-Tomographie-Aufnahmeeinheit und die Computertomographie-Aufnahmeeinheit eine gemeinsame Detektoreinheit auf. Dadurch sind erhebliche Kosteneinsparungen möglich.
Die radiotherapeutische Vorrichtung weist vorzugsweise außerdem eine Bildfusionseinheit auf, um mittels der Radionuklid-Emissions-Tomographie-Aufnahmeeinheit aufgenommene Bilder mit Computertomographiebildern, vorzugsweise mit den mittels der eigenen Computertomographie-Aufnahmeeinheit aufgenommenen Bildern, oder mit Magnetresonanzbildern zu Gesamtbildern zu kombinieren, d. h. die Bilder geeignet zu überlagern.
Bevorzugt arbeiten die radiotherapeutische Bestrahlungseinheit und die Bildgebungs-Aufnahmeeinheit der radiotherapeutischen Vorrichtung in einem gemeinsamen Koordinatensystem. Sofern es aber steuerungstechnisch und/oder unter Kostengesichtspunkten günstiger sein sollte, dass die beiden Teileinheiten separate Koordinatensysteme verwenden, weist die radiotherapeutische Vorrichtung vorzugsweise eine geeignete Koordinaten-Verarbeitungseinrichtung auf, um automatisch Positionskoordinaten des zu bestrahlenden Körperbereichs des Patienten zwischen den Koordinatensystemen auf Basis der registrierten Positionskoordinaten-Änderungen der Patientenlagerungseinrichtung umzurechnen.
Vorzugsweise weist die Koordinaten-Registrierungseinrichtung ein Bewegungssensorsystem zur Erfassung einer Bewegung der Patientenlagerungseinrichtung auf. Hiermit können auch manuelle Bewegungen der Lagerungseinrichtungen sicher registriert werden. Auch bei einer automatischen Steuerung der Lagerungseinrichtung hat ein solches Bewegungssensorsystem Vorteile, da hierüber eine Kontrolle der von der automatischen Steuereinrichtung ausgegebenen Daten möglich ist, um Fehler, die durch falsche Koordinatenerfassung oder -übergabe auftreten könnten, sicher auszuschließen.
Die Lagerungseinrichtung weist wie oben erwähnt vorzugsweise einen automatischen Antrieb auf. Besonders bevorzugt umfasst die Positioniereinrichtung eine Steuerung, um den Antrieb koordiniert mit der Bestrahlungseinheit anzusteuern. Das heißt, es werden der Antrieb und die Positioniereinrichtung der Lagerungseinrichtung nicht nur zum Verfahren des Patienten vom Aufnahmebereich in den Bestrahlungsbereich genutzt, sondern auch dazu verwendet, um den Bestrahlungsbereich innerhalb der radiotherapeutischen Bestrahlungseinheit, bei dem es sich üblicherweise um einen sehr kleinen punktartigen Bereich handelt, so relativ zum Patienten zu verfahren bzw. umgekehrt den Patienten relativ zum Bestrahlungsbereich zu verfahren, dass durch die Verschiebung des Bestrahlungsbereichs letztlich der gesamte zu bestrahlende Bereich – beispielsweise ein Tumor mit einer sehr komplexen Form – exakt bestrahlt und zerstört wird, ohne die umliegenden Gewebe zu stark zu schädigen.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung kann vorzugsweise zusätzlich auch eine Ablationseinheit aufweisen, beispielsweise einen Katheter, mit dem Tumore, Metastasten und sonstige zu entfernenden Objekte lokal, beispielsweise durch Überhitzung mit Hilfe von Hochfrequenzstrahlung oder Lasern, durch Unterkühlung mittels Cryoverfahren oder durch Einbringung von Medikamenten zerstört werden können. Es ist dann eine kombinierte Behandlung des Patienten mit hochenergetischer Strahlung und mit einem klassischen Ablationsverfahren möglich.
Vorzugsweise weist die radiotherapeutische Vorrichtung auch eine Ultraschall-Bildgebungseinheit auf. Diese Ultraschall-Bildgebungseinheit ermöglicht die Erzeugung weiterer für die radiotherapeutische Behandlung nutzbarer Bilder. Sie ermöglicht außerdem die Kontrolle der Positionierung eines Katheters einer Ablationseinheit.
Besonders bevorzugt weist die radiotherapeutische Vorrichtung auch ein Bewegungssensorsystem zur Erfassung von Patientenbewegungssignalen auf, die eine Bewegung des Patienten oder ei ne Bewegung von Körperteilen des Patienten relativ zur Patientenlagerungseinrichtung repräsentieren. Die Patientenbewegungssignale können dann zur Korrektur der mittels der von Bildgebungseinheit ermittelten Positionsdaten herangezogen werden.
Ein Problem ist nach wie vor eine Bestrahlung von Tumoren, welche sich innerhalb oder in der Nähe bewegter Organe befinden. Dies betrifft sämtliche Tumore im Brust- und Bauchraum des Patienten, da sich hier durch die Herzbewegung und die Atembewegung die gesamten Organe und somit auch die Lage der Tumore ständig verändern. Daher weist die radiotherapeutische Vorrichtung besonders bevorzugt auch ein Organbewegungs-Sensorsystem auf, um Organbewegungssignale zu erfassen, die eine Bewegung von Organen des Patienten repräsentieren. Bei solchen Organbewegungs-Sensorsystemen kann es sich beispielsweise um EKG-Geräte, Atmungssensoren etc. handeln, mit denen entsprechende Organbewegungssignale ermittelt werden können. Solche Sensorsysteme sind dem Fachmann insbesondere aus der Intensivmedizin zur Überwachung der lebenswichtigen Funktionen eines Patienten bereits bekannt.
Vorzugsweise weist die radiotherapeutische Vorrichtung eine Synchronisationseinheit auf, welche die Bildgebungseinheit auf Basis der Organbewegungssignale so ansteuert, dass Aufnahmen des zu bestrahlenden Körperbereichs des Patienten in einem bestimmten Bewegungszustand erzeugt werden, und welche dann die radiotherapeutische Bestrahlungseinheit auf Basis der Organbewegungssignale so ansteuert, dass der zu bestrahlende Körperbereich des Patienten in einem bestimmten Bewegungszustand bestrahlt wird. Ein Beispiel hierfür ist, dass mit einem EKG die Herz- und Atembewegung des Patienten bei der Aufnahme kontrolliert wird und die Signale für ein sogenanntes „Gating" verwendet werden, um Aufnahmen des Tumors in einem bestimmten Bewegungszustand des Herzens und der Lunge zu erzeugen. Anschließend wird der Patient dann von der Bildgebungseinheit zur radiotherapeutischen Bestrahlungseinheit verfahren, wobei nach wie vor die EKG-Signale aufgezeichnet werden. Mit Hilfe dieser EKG-Signale erfolgt dann über die Synchronisationseinheit ein entsprechendes Gating bei der Bestrahlung, so dass die Bestrahlung an den mit Hilfe der von der Bildgebungseinheit erfassten Bildern bzw. den daraus berechneten Koordinaten immer dann erfolgt, wenn die Organe in dem gleichen Bewegungszustand sind wie bei der Bilderzeugung.
Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Figuren anhand von Ausführungsbeispielen noch einmal näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Übersicht über ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen radiotherapeutischen Vorrichtung einschließlich verwendeter Peripheriegeräte,
2 eine schematische Übersicht über ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen radiotherapeutischen Vorrichtung einschließlich verwendeter Peripheriegeräte,
3 eine Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen radiotherapeutischen Vorrichtung,
4 eine Darstellung des Funktionsprinzips einer kombinierten CT/PET-Aufnahmeeinheit gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
5 eine Darstellung des Funktionsprinzips einer kombinierten CT/PET-Aufnahmeeinheit gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, und
6 eine Darstellung der zeitlichen Lage der Detektorauslesezeiten und Bestrahlungspuls-Zeiten bei einer bevorzugten Synchronisation der verschiedenen Aktionen.
Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel weist die radiotherapeutische Einrichtung 1 eine radiotherapeutische Bestrahlungseinheit 2 mit einem Linearbeschleuniger 10 zur Erzeugung eines hochenergetischen Elektronen- oder Innenstrahls auf. Durch geeignete Strahlführungs- bzw. Strahlformungseinrichtungen, beispielsweise Lamellenblenden oder Ähnliches, wird dieser Hochenergiestrahl passend geformt und geführt. Entsprechende Techniken und Einrichtungen hierfür sind dem Fachmann bekannt und daher nicht weiter dargestellt. Die Bestrahlungseinheit 2 ist dabei so aufgebaut, dass die Strahlenquelle um ein Isozentrum IZ₁, welches dem Bestrahlungsbereich entspricht, rotiert und so der Strahl zeitlich nacheinander aus verschiedenen Richtungen auf den Bestrahlungsbereich trifft. Auf diese Weise wird dafür gesorgt, dass im Bestrahlungsbereich bzw. im Isozentrum IZ₁ eine sehr hohe Intensität erreicht wird, während im umliegenden Gewebe die Intensität erheblich geringer ist.
Mit Hilfe einer Patientenliege 8 kann ein Patient P relativ zum Isozentrum IZ₁ der Bestrahlungseinheit 2 bewegt werden. Damit kann der Bestrahlungsbereich, bei dem es sich um einen relativ kleinen Punkt im Raum handelt, zeitlich nach und nach über den gesamten zu bestrahlenden Bereich bewegt werden, um so z.B. einen Tumor im Körper des Patienten P so weit wie möglich vollständig zu zerstören.
Parallel zu der Bestrahlungseinheit 2 ist eine Bildgebungseinheit 3 angeordnet. Diese Bildgebungseinheit 3 umfasst hier eine einzelne PET-Aufnahmeeinheit 4. Alternativ kann auch eine andere Radionuklid-Emissions-Tomographie-Aufnahmeeinheit, beispielsweise eine SPECT-Aufnahmeeinheit, eingesetzt werden. Die PET-Aufnahmeeinheit 4 weist einen Detektorring 11 auf, welcher um ein zweites Isozentrum IZ₂ herum angeordnet ist.
Zur Aufnahme von PET-Bildern wird der Patient P mit Hilfe der Patientenliege 8 und der Positioniereinrichtung 9 so positioniert, dass das Isozentrum IZ₂, d. h. der Aufnahmebereich der PET-Aufnahmeeinheit 4, mit dem zu untersuchenden Bereich des Patienten P in Überdeckung ist. Außerdem wird dem Patienten P zuvor ein Tracer T, beispielsweise O₁₅ oder 18-FDG, injiziert, welcher sich in den interessierenden Organen bzw. im Tumorgewebe besonders stark anreichert. Nach und nach zerfallen die Radionuklide innerhalb des Tracers T und senden dabei γ-Strahlen aus. Bei jedem Zerfallsereignis werden genau zwei γ-Quanten in exakt gegenüberliegende Richtungen ausgesendet, die von dem Detektorring 11 erfasst werden. Das heißt, es werden auf gegenüberliegenden Detektorseiten auftreffende Ereignisse in Koinzidenz gemessen. Aufgrund dieser Koinzidenz kann dann eine Richtungsinformation, aus welcher Richtung die betreffenden γ-Quanten auf den Detektor aufgetroffen sind, ermittelt werden und daraus auf den Ort des Zerfalls zurückgerechnet werden. Mit den üblichen Verfahren kann auf diese Weise vom Körperinneren des Patienten ein Bild erzeugt werden, in welchem Tumore, Metastasen etc. besonders gut zu erkennen sind.
Die Behandlung eines Patienten P in einer solchen radiotherapeutischen Vorrichtung 1 kann wie folgt erfolgen:
Der Patient P wird zunächst auf der Patientenliege 8 positioniert und zur Bildgebung in die PET-Aufnahmeeinheit 4 verfahren. Dort werden die PET-Aufnahmen erzeugt. Auf Basis dieser Aufnahmen wird dann der zu bestrahlende Bereich innerhalb des Körpers des Patienten P exakt festgelegt. Anschließend wird die Patientenliege 8 mit Hilfe der Positioniereinrichtung 9 entlang einer z-Achse, auf welcher die Isozentren IZ₁, IZ₂ der PET-Aufnahmeeinheit 4 und der radiotherapeutischen Bestrahlungseinheit 2 liegen, verfahren und so der Patient P im Bereich der Bestrahlungseinheit 2 positioniert. Es erfolgt dann eine Ansteuerung der Positioniereinrichtung 9 so, dass exakt der mit Hilfe der PET-Aufnahme definierte Bereich bestrahlt wird, in dem sich der Tumor befindet. Die Bewegung der Patientenliege 8 wird dabei mit Hilfe eines Bewegungsdetektors überwacht.
Außerdem befindet sich oberhalb der Patientenliege 8 ein weiterer Bewegungssensor 37, welcher die Bewegungen des Patienten P auf der Patientenliege 8 detektiert. Ein solcher Bewegungssensor 37 kann auf verschiedenen Prinzipien beruhen. So kann ein solcher Bewegungssensor 37 beispielsweise auf elektrische, kapazitive, magnetische, akustische oder visuelle Weise arbeiten. Eine Alternative ist auch ein „mathematischer Bewegungsdetektor", welcher beispielsweise aus Bildsignalen der Bildgebungseinheit 3 eine Bewegung des Patienten P erkennt. Diese Bewegungsdaten können dann benutzt werden, um Korrekturen bei der Bestimmung der Position von Tumoren auf Basis der erzeugten PET-Aufnahmen durchzuführen.
Zur Steuerung der gesamten Vorrichtung 1 benötigt diese eine Vielzahl von Komponenten. So ist, wie in 1 dargestellt, der Linearbeschleuniger 10 an eine Linearbeschleuniger-Steuerung 17 angeschlossen. Ebenso weist die PET-Aufnahmeeinheit 4 eine Systemsteuereinrichtung 13 auf. Die Bewegung der Bestrahlungseinheit wird außerdem von einer Bewegungs-Steuerungseinheit 16 kontrolliert. Diese wiederum ist mit der Systemsteuereinrichtung 13 für die PET-Aufnahmeeinheit 4 – und somit mit der Positioniereinrichtung 9 und der Patientenliege 8 – verbunden. Innerhalb der Systemsteuereinrichtung 13 für die PET-Aufnahmeeinheit 4 befindet sich auch eine Koordinatenregistrierungseinrichtung 14, um die Änderung der Position der Patientenliege 8 genau zu registrieren, wenn die Patientenliege 8 zwischen der Bildaufnahmeposition innerhalb der PET-Aufnahmeeinheit 4 und der Bestrahlungsposition an der Bestrahlungseinheit 2 verfahren wird. Die Koordinatenregistrierungseinrichtung 14 kann beispielsweise in Form von geeigneter Software innerhalb eines Prozessors der Systemsteuereinrichtung 13 realisiert sein.
Die PET-Aufnahmeeinheit 4 ist außerdem mit einer PET-Daten-Vorverarbeitungseinheit 15 verbunden, in der die PET-Bildrohdaten für die weitere Auswertung vorbereitet werden.
Während der Bildaufnahme bzw. der späteren Bestrahlung wird der Patient P außerdem durch weitere Sensoren, beispielsweise ein EKG-Gerät, einen Pulsmesser, ein Atmungsmessgerät, ein Blutdruckgerät etc., überwacht (nicht dargestellt), welche an einen Physiologiesignalprozessor 28 angeschlossen sind. Um Atmungsartefakte zu vermeiden, kann beispielsweise ein Brustband verwendet werden, welches die Atemamplitude und -frequenz ermittelt. Das Pulsieren von Adern kann außerdem durch Auswertung des EKGs oder der Blutdruckkurven ermittelt werden.
Sämtliche bisher genannten Komponenten sind über ein Bussystem 30 untereinander sowie mit weiteren Komponenten der radiotherapeutischen Vorrichtung 1 verbunden. Hierzu zählt u.a. eine Bildverarbeitungseinheit 22, um die PET-Aufnahmen zu rekonstruieren, sowie eine Bedienerschnittstelle 20, beispielsweise eine übliche Konsole bzw. ein Terminal, zur Bedienung sämtlicher Komponenten der radiotherapeutischen Vorrichtung 1. Mit dieser Bedienerschnittstelle 20 ist auch eine Displayeinheit 19 gekoppelt, um dem Bediener die aufgenommenen Bilder bzw. weitere Informationen anzuzeigen.
Als weitere Komponente weist die radiotherapeutische Vorrichtung eine Behandlungsplanungseinheit 21 auf. Diese kann auch Teil der Bedienerschnittstelle 20 sein. Sie dient dazu, mit Hilfe der Bedienerschnittstelle 20 und auf Basis der erzeugten PET-Bilder die Behandlungsplanung vorzunehmen und bestimmte Bereiche zu spezifizieren, auf die bei der Strahlenbehandlung die radiotherapeutische Strahlung gerichtet werden soll.
Die radiotherapeutische Vorrichtung 1 weist außerdem eine Bewegungs- und Gating-Steuerung 18 auf, welche die Daten des Bewegungsdetektors 37 sowie die Daten des Physiologiesignalprozessors 28 erhält. Mit Hilfe dieser als Synchronisationseinrichtung 18 dienenden Bewegungs- und Gating-Steuerung 18 kann dafür gesorgt werden, dass die Bestrahlung des Patienten soweit wie möglich in den gleichen Bewegungszuständen der einzelnen Organe erfolgt, bei denen die PET-Aufnahmen erzeugt wurden, um so mit größtmöglicher Sicherheit dafür zu sorgen, dass der Bestrahlungsbereich sich auch im Tumorgewebe und nicht im angrenzenden umliegenden Gewebe befindet.
An das Bussystem 30 sind außerdem ein Bild- und Daten-Archiv 27 und ein DICOM-Interface (DICOM = Digital Imaging and Communication in Medicine) angeschlossen, um die Patienten- und Bilddaten mit anderen Anlagen beispielsweise über ein radiologisches Informationssystem RIS oder ein Bilddatenarchivierungs- und -kommunikationssystem (PACS = Picture Archivierung and Communication System) auszutauschen.
Über die DICOM-Schnittstelle 26 können im Übrigen auch bereits vorher von dem Patienten P angefertigte computertomographische Aufnahmen oder Magnetresonanzbilder B übernommen werden. Diese können dann mit Hilfe einer Bildfusionseinrichtung 25 den PET-Aufnahmen überlagert werden. Dies erfolgt unter Nutzung einer Kalibrierungseinheit 23 und einer Bildkorrektureinheit 24, welche die Bilder aufeinander kalibriert und notwendige Korrekturen vornimmt, um so Gesamtbilder zu erzeugen, welche sowohl bezüglich der anatomischen Qualität als auch bezüglich der Tumorbestimmung optimal für die Behandlungsplanung genutzt werden können. Die notwendigen Interaktionen des Bedieners für eine solche softwarebasierte Registrierung erfolgen mit Hilfe der Bedienerschnittstelle 20.
Es wird an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass die verschiedenen Komponenten, insbesondere die PET-Aufnahmeeinheit 4 und die Bestrahlungseinheit 2, selbstverständlich auch alle weiteren Teilkomponenten aufweisen, die üblicherweise für den Betrieb derartiger Geräte notwendig sind, wie beispielsweise eine oder mehrere Spannungsversorgungseinheiten, welche zur Energieversorgung der verschiedenen dargestellten Komponenten dienen. Diese sind aber der besseren Übersichtlichkeit wegen in den Figuren nicht detailliert dargestellt.
2 zeigt eine Variante der radiotherapeutischen Bestrahlungsvorrichtung 1 gemäß 1. In großen Teilen stimmt diese radiotherapeutische Vorrichtung 1' mit der zuvor beschriebenen Vorrichtung 1 überein. Daher werden die in beiden Vorrichtungen identischen Komponenten nicht noch einmal erläutert.
Ein wesentlicher Unterschied besteht jedoch darin, dass die Bild-Aufnahmeeinheit 3' außer der PET-Aufnahmeeinheit 4 auch eine CT-Aufnahmeeinheit aufweist. Das heißt, es handelt sich bei der Bild-Aufnahmeeinheit 3' um ein kombiniertes PET/CT-Gerät. Hierzu ist in der Bild-Aufnahmeeinheit 3, vorzugsweise in einem das Isozentrum IZ₂ ringförmig umschließenden Gantry-Gehäuse, ein Röntgenstrahler 5 angeordnet, welcher um das Isozentrum IZ₂ rotiert. Dies ist schematisch auch in 4 dargestellt. Über einen Motor 35 wird der Röntgenstrahler 5 angetrieben. Die Detektoreinheiten 33 des Detektorrings 11 zur Erfassung der PET-Strahlung sind so aufgebaut, dass sie auch die von der Röntgenquelle erzeugte Röntgenstrahlung messen. Das heißt, es können in der gleichen Detektoranordnung 11 sowohl PET-Bilder als auch Röntgen-CT-Bilder aufgezeichnet werden. Die Detektoreinheiten 33 weisen hierzu übliche Szintillatorelemente mit in Strahlungsrichtung dahinter angeordneten Detektorelementen und Vorverstärker auf. Der Aufbau solcher Detektoreinheiten ist dem Fachmann aber bekannt und daher der Übersichtlichkeit wegen hier nicht im Detail dargestellt. Alternativ ist es auch möglich, benachbarte separate Detektorsysteme zu verwenden.
Zum Betrieb der Röntgenquelle 5 weist die Vorrichtung 1' einen Hochspannungsgenerator 31 auf. Dementsprechend ist auch die Systemsteuereinrichtung 13' für die Bildgebungseinheit 3' zur Ansteuerung des Hochspannungsgenerators 31 ausgerüstet und weist die entsprechenden Mittel auf, um ein solches kombiniertes PET/CT-Gerät anzusteuern. Auch hier weist die Systemsteuereinrichtung 13' wieder eine Koordinatenregistrierungseinrichtung 14 auf.
Außerdem werden eine weitere CT-Daten-Vorverarbeitungseinheit 29 zur Vorverarbeitung der CT-Rohdaten und eine Bildverarbeitungseinheit 39 benötigt, um die CT-Aufnahmen zu rekonstruieren.
Bei dieser radiotherapeutischen Bestrahlungsvorrichtung 1' können die mit der Bild-Aufnahmeeinheit 3' erzeugten CT-Bilder und PET-Bilder mit Hilfe der Bildfusionseinrichtung 25 unmittelbar kombiniert werden, d. h. es ist nicht notwendig, über die DICOM-Schnittstelle externe, vorher angefertigte CT- oder MR-Bilder heranzuziehen und in einer manuell unterstützten softwarebasierten Registrierung aneinander anzupassen. Vorteilhafterweise können aber über die DICOM-Schnittstelle 26 beliebige CT-, MR-, PE-, SPECT-Voraufnahmen des Patienten aus vorhergehenden Untersuchungen herangezogen werden, um so z. B. durch einen Vergleich mit aktuellen Aufnahmen ein Tumorwachstum zu überwachen.
Als weitere zusätzliche Einrichtung weist die Vorrichtung 1' eine Tumor-Ablationseinheit 32 und eine Ultraschall-Bildgebungseinheit 38 auf. Die Ablationseinheit 32 umfasst beispielsweise einen Katheter, mit dem gezielt Hochfrequenz- oder Laserstrahlung zur Überhitzung eines Tumorgewebes an den Ort des Tumors gebracht werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann die Ablationseinheit 32 auch mit einem Katheter ausgerüstet sein, um mit extremer Kälte, beispielsweise flüssigem Stickstoff, das Tumorgewebe durch Unterkühlung zum Absterben zu bringen, oder einen Katheter aufweisen, um das Tumorgewebe gezielt durch Einspritzung von Medikamenten abzutöten.
Mit Hilfe der Ultraschall-Bildgebungseinheit 38, welche einen üblichen Ultraschallkopf sowie andere, üblicherweise notwendige Komponenten aufweist, können weitere Bilder vom Inneren des Patienten erzeugt werden. Insbesondere kann damit eine Überwachung des Katheters der Ablationseinrichtung 32 erfolgen.
3 zeigt eine weitere Kombination einer radiotherapeutischen Bestrahlungseinheit 2 mit einer Bildgebungseinheit 3'' , wobei die Bildgebungseinheit 3'' hier aus einer Kombination eines Computertomographen 7 und einer SPECT-Aufnahmeeinheit 6 besteht. Hierbei sind die SPECT-Aufnahmeeinheit 6 und die CT-Aufnahmeeinheit 7 parallel in bzw. an ein und demselben Gehäuse angeordnet. Die Patientenliege 8 kann mit der Positioniereinrichtung 9 wahlweise in den Aufnahmebereich der CT-Aufnahmeeinheit 7 oder in den Aufnahmebereich der SPECT-Aufnahmeeinheit 6 verfahren werden.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel benutzen die SPECT-Aufnahmeeinheit und die CT-Aufnahmeeinheit ein und dieselbe Detektoranordnung. Dieses Konzept ist in 5 schematisch dargestellt. Die Detektoranordnung 12 umfasst hier vier Detektoreinheiten 34, welche in der Lage sind, sowohl γ-Quanten als auch Röntgen-Quanten zu messen. Diese Detektoranordnung 12 rotiert mit Hilfe eines Motors 36 um ein Isozentrum IZ₂. Über einen weiteren Motor 35 wird innerhalb des Gantry-Gehäuses ein Röntgenstrahler 5 um das Isozentrum IZ₂ rotiert. Zur Messung der γ-Quanten aus den Radionukliden des Tracers weisen die Detektoreinheiten 34 jeweils einen Kollimator (nicht dargestellt) auf, der dafür sorgt, dass nur die γ-Quanten erfasst werden, welche vertikal durch den Kollimator kommen und den Detektor treffen. Dadurch können Informationen über die Richtungen gewonnen werden, aus denen die jeweiligen Teilchen gekommen sind. Durch Rückprojektionen kann so in üblicher Weise ein entsprechendes Bild erzeugt werden. Die Kollimatoren für die SPECT-Aufnahme reduzieren zwar die Sensitivität der Detektoren und somit die Bildauflösung. Dies wird jedoch durch die längere Halbwertzeit der verwendeten Tracer wieder wettgemacht. Zur Messung der CT-Aufnahmen können die Kollimatoren entfernt bzw. weit geöffnet werden.
Anstelle mehrerer Detektorelemente 34 kann aber im Prinzip bei dieser Variante auch nur ein Detektorelement 34 verwendet werden, welches um das Isozentrum IZ₂ rotiert. Die Verwendung von gegenüberliegenden Detektorelementen hat jedoch den Vor teil, dass prinzipiell mit diesem Verfahren sogar eine Messung von PET-Aufnahmen möglich ist, da in Koinzidenz in Richtungen verlaufende Ereignisse gemessen werden können.
Ein typischer Untersuchungs- und Behandlungsablauf kann in einer erfindungsgemäßen radiotherapeutischen Vorrichtung wie folgt ablaufen:
Zunächst werden PET- bzw. SPECT-Aufnahmen erzeugt. Sofern es sich bei der Bildgebungseinheit 3, 3', 3'' um eine Einheit handelt, welche zusätzlich eine CT-Aufnahmeeinheit enthält, können entsprechende CT-Bilder erzeugt werden. Alternativ können vorher aufgezeichnete CT- oder Magnetresonanz-Bilder übernommen werden. Es könnten dann die SPECT- bzw. PET-Aufnahmen mit den erzeugten oder übernommenen CT- oder Magnetresonanzaufnahmen überlagert werden. Bei der nachfolgenden Behandlungsplanung wird dann das zu behandelnde Objekt innerhalb der Bilder genau lokalisiert und eingegrenzt. Diese Daten werden an die Steuereinrichtung der radiotherapeutischen Bestrahlungseinheit 2 übergeben und der Patient P wird auf der Patientenliege 8 zur radiotherapeutischen Bestrahlungseinheit 2 verfahren. Dabei werden, sofern die radiotherapeutische Bestrahlungseinheit 2 ein anderes Koordinatensystem als die Bildgebungseinheit 3, 3', 3'' benutzt, die Koordinaten entsprechend automatisch umgerechnet. Es beginnt dann die Bestrahlungstherapie. Optional können zusätzliche Behandlungen, z. B. eine Brachytherapie, durchgeführt werden. Anschließend kann der Patient P auf der Patientenliege 8 wieder zurück zur Bildgebungseinheit 3, 3', 3'' verfahren werden, um neue Bilder aufzuzeichnen und so den Behandlungserfolg zu kontrollieren bzw. zu protokollieren.
Mit einer kombinierten Bildgebungseinheit, welche neben einer Radionuklid-Emissions-Tomographie-Aufnahmeeinheit auch eine CT-Einheit umfasst, ist es auch möglich, die Bilder parallel zu erzeugen. Dabei sollte jedoch auf ein synchronisiertes Auslesen der Detektoren und ein synchronisiertes Aussenden der Röntgenstrahlen geachtet werden. Gleichzeitig kann mit Hilfe eines EKG-Signals für ein geeignetes Gating gesorgt werden, so dass die Bilder jeweils nur in bestimmten Bewegungszuständen erzeugt werden. Dies wird am Beispiel einer kombinierten PET/CT-Aufnahme in 6 erläutert.
6 stellt den zeitlichen Verlauf verschiedener digitaler Steuersignale dar, wie sie bei der synchronisierten Steuerung eines Bilderzeugungs- und Bestrahlungsvorgangs auftreten können. Ein erstes Steuersignal 40 bewirkt dabei durch einen hohen Signalpegel beispielsweise das Auslesen der γ-Quanten zur PET-Aufnahme. Ein zweites Steuersignal 41 bewirkt hier durch einen hohen Signalpegel das Auslesen eines EKGs und/oder Atmungssensors. Weiterhin dargestellt ist ein drittes Steuersignal 42, welches bei einem hohen Signalpegel das Aussenden eines Röntgenstrahlpulses für die CT-Aufnahme auslöst. Ein viertes Steuersignal 43 bewirkt hier durch einen hohen Signalpegel das Auslesen der Detektoren zur Erfassung der Röntgenstrahlung für die CT-Aufnahme. Schließlich zeigt 6 noch ein fünftes Steuersignal 44, welches bei einem hohen Signalpegel einen Strahlungspuls der Therapiestrahlung auslöst. Durch eine derart ausgestaltete getaktete Steuerung wird in vorteilhafter Weise erreicht, dass sich die verschiedenen Signale gegenseitig nicht nachteilig beeinflussen.
Auf eine Synchronisation der Therapiestrahlung mit dem Auslesen der PET-Detektoren bzw. der Röntgendetektoren des CTs ist zu achten, wenn beispielsweise parallel in einer Körperregion des Patienten bereits bestrahlt wird und in einer anderen Körperregion noch Aufnahmen erzeugt werden. Eine Synchronisierung der Bestrahlungspulse auf ein EKG-Signal ist aber auch sinnvoll, wenn eine solche parallele Aufnahme und Bestrahlung nicht erfolgt, um dafür zu sorgen, dass auch die Bestrahlung in den gleichen Bewegungszuständen erfolgt, wie sie bei der Anfertigung der Aufnahmen vorlagen. In diesem Fall würde dafür gesorgt, dass der Bestrahlungspuls relativ zu einem EKG-Triggerpuls an der gleichen Position liegt wie die Auslesezeiten für die PET- bzw. die CT-Aufnahme.
Wie die vorstehenden Ausführungsbeispiele zeigen, kann die erfindungsgemäße radiotherapeutische Vorrichtung 1, 1', 1'' sehr universell eingesetzt werden. So ist es selbstverständlich auch möglich, bei bestimmten Anwendungen nur den Bestrahlungsteil oder für einzelne Untersuchungen ohne anschließende Bestrahlung nur die Bildgebungseinheit zu verwenden. Dennoch hat eine solche kombinierte radiotherapeutische Vorrichtung den Vorteil, dass viele Komponenten der radiotherapeutischen Bestrahlungseinheit und der Bildgebungseinheit doppelt genutzt werden können. Dies betrifft insbesondere die Benutzerschnittstelle. Bei Verwendung einer kombinierten Bildgebungseinheit aus Radionuklid-Emissions-Tomographie-Aufnahmeeinheit und CT-Einheit können mit ein und demselben Gerät zudem gute anatomische Bilder und funktionelle Bilder erzeugt werden, wobei Registrierungsprobleme vermieden werden.
Es wird abschließend noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei den vorhergehend detailliert beschriebenen Aufbauten sowie bei dem beschriebenen Verfahrensablauf lediglich um Ausführungsbeispiele handelt, welche vom Fachmann in verschiedenster Weise modifiziert werden können, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Insbesondere können die dargestellten Systeme noch beliebige weitere Komponenten und Gerätschaften aufweisen, beispielsweise Schutzwände oder Schutzvorhänge, um ein Streuen von Strahlung von einer in die andere Komponente zu vermeiden oder auch um medizinisches Personal oder den Patienten zusätzlich vor Streustrahlung zu schützen. Insbesondere kann auch die räumliche Anordnung der radiotherapeutischen Bestrahlungseinheit – die Bildgebungseinheit – unabhängig davon, ob es sich hierbei um eine SPECT-, PET-, SPECT/CT-, PET/CT-Einheit handelt – und der Patientenliege zueinander anders sein als in den Figuren dargestellt. So kann die Patientenliege zwischen Bestrahlungseinheit und Bildgebungseinheit oder auch seitlich neben einer dieser Einheiten angeordnet sein. Wesentlich ist nur, dass mittels der Patientenliege der Patient sowohl in der Bildge bungseinheit als auch in der Bestrahlungseinheit richtig positionierbar ist.
Es wird außerdem darauf hingewiesen, dass, obwohl die Erfindung in erster Linie zur Anwendung im Bereich der Tumorstrahlungsbehandlung beschrieben wird, die Verwendung nicht auf solche Anwendungen beschränkt ist, sondern auch für andere Strahlungsbehandlungen genutzt werden kann. Ebenso kann die Erfindung nicht nur an menschlichen Patienten, sondern auch zur Behandlung von Tieren sinnvoll eingesetzt werden.

Claims

Radiotherapeutische Vorrichtung (1, 1', 1'') mit – einer radiotherapeutischen Bestrahlungseinheit (2) mit einer Strahlungsquelle zur Erzeugung von radiotherapeutischer Strahlung und einer Strahlführungs- und/oder Strahlformungseinrichtung, um die radiotherapeutische Strahlung definiert auf einen bestimmten Bestrahlungsbereich zu richten, – einer Bildgebungseinheit (3, 3', 3''), welche eine Radionuklid-Emissions-Tomographie-Aufnahmeeinheit (4, 6) und eine Computertomographie-Aufnahmeeinheit (5, 7) umfasst, – einer Lagerungseinrichtung (8) mit einer Positioniereinrichtung (9), um die Lagerungseinrichtung (8) in einer Bildaufnahmeposition, in welcher sich ein zu bestrahlender Körperbereich eines auf oder in der Lagerungseinrichtung (8) gelagerten Patienten (P) in einem Aufnahmebereich der Bildaufnahmeeinheit (3) befindet, oder in einer Bestrahlungsposition zu positionieren, in welcher sich der zu bestrahlende Körperbereich des Patienten (P) zumindest teilweise in Überdeckung mit dem Bestrahlungsbereich der Bestrahlungseinheit (2) befindet, – und einer Koordinatenregistrierungseinrichtung (14), um bei einem Verfahren der Lagerungseinrichtung (8) zwischen der Bildaufnahmeposition und der Bestrahlungsposition die Änderungen aller Positionskoordinaten der Lagerungseinrichtung (8) zu registrieren.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Radionuklid-Emissions-Tomographie-Aufnahmeeinheit (4) eine PET-Aufnahmeeinheit (4) umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Radionuklid-Emissions-Tomographie-Aufnahmeeinheit (6) eine SPECT-Aufnahmeeinheit (6) umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Bestrahlungsbereich und der Bildaufnahmebereich an verschiedenen Positionen entlang einer Achse (z) angeordnet sind und die Lagerungseinrichtung (8) linear entlang dieser Achse (z) verfahrbar gelagert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle der radiotherapeutischen Bestrahlungseinheit (2) um ein erstes Isozentrum (IZ₁) rotierbar gelagert ist und die Radionuklid-Emissions-Tomographie-Aufnahmeeinheit (4, 6) eine Detektoreinheit (11, 12) aufweist, die ringförmig um ein zweites Isozentrum (IZ₂) herum angeordnet ist oder zumindest ein um ein zweites Isozentrum (IZ₂) rotierendes Detektorelement (34) aufweist, wobei das erste Isozentrum (IZ₁) und das zweite Isozentrum (IZ₂) auf einer gemeinsamen Achse liegen, entlang deren die Lagerungseinrichtung (8) verfahrbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Radionuklid-Emissions-Tomographie-Aufnahmeeinheit (4, 6) und die Computertomographie-Aufnahmeeinheit (5) eine gemeinsame Detektoreinheit (11, 12) aufweisen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine Bildfusionseinheit (25), um mittels der Radionuklid-Emissions-Tomographie-Aufnahmeeinheit (4, 6) aufgenommene Bilder mit Computertomographie-Bildern oder Magnetresonanzbildern des Patienten zu Gesamtbildern zu kombinieren.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch die Verwendung separater Koordinatensysteme zur Steuerung der radiotherapeutischen Bestrahlungseinheit (2) und zur Steuerung der Bildgebungseinheit (3, 3', 3'') sowie eine Koordinatenverarbei tungseinrichtung, um automatisch Positionskoordinaten des zu bestrahlenden Körperbereichs des Patienten (P) zwischen den Koordinatensystemen auf Basis der registrierten Positionskoordinatenänderungen der Lagerungseinrichtung (8) umzurechnen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch ein Bewegungssensorsystem zur Erfassung einer Bewegung der Lagerungseinrichtung (8).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerungseinrichtung (8) einen automatischen Antrieb aufweist und die Positioniereinrichtung (9) eine Steuerung umfasst, um den Antrieb koordiniert mit der radiotherapeutischen Bestrahlungseinheit (2) anzusteuern.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 10, gekennzeichnet dadurch, dass sie eine Ablationseinheit (32) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet dadurch, dass sie eine Ultraschall-Bildgebungseinheit (38) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch ein Bewegungssensorsystem (37) zur Erfassung von Patienten-Bewegungssignalen, die eine Bewegung des Patienten (P) oder eine Bewegung von Körperteilen des Patienten (P) relativ zur Lagerungseinrichtung (8) repräsentieren.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet durch ein Organbewegungssensorsystem (28) zur Erfassung von Organ-Bewegungssignalen, die eine Bewegung von Organen des Patienten (P) repräsentieren.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, gekennzeichnet durch eine Synchronisationseinheit (18), welche die Bildgebungseinheit (3, 3', 3'') auf Basis der Organ-Bewegungssignale so ansteuert, dass Aufnahmen des zu bestrahlenden Körperbereichs des Patienten (P) in einem bestimmten Bewegungszustand erzeugt werden, und welche die radiotherapeutische Bestrahlungseinheit (2) auf Basis der Organ-Bewegungssignale so ansteuert, dass der zu bestrahlende Körperbereich des Patienten (P) in einem bestimmten Bewegungszustand bestrahlt wird.