Die Strahlentherapie ist heute ein wesentliches Verfahren zur
Behandlung von Krebserkrankungen. Sie wird vorwiegend dort
angewandt wo Operationen zu risikoreich erscheinen,
insbesondere wenn die Größe oder die Lage eines Tumors ein
chirurgisches Entfernen ohne lebenswichtige Strukturen zu verletzen
nicht zulassen oder ein Organverlust wie beispielsweise bei
Brustkrebs, Kehlkopfkrebs oder Prostatakrebs vermieden
werden soll. Ziel der Strahlentherapie ist das Ausschalten
malignen tumorösen Gewebes bei gleichzeitiger Schonung gesunden
Gewebes um therapieinduzierte Nebenwirkungen auf ein Minimum
zu reduzieren. Tumoröses Gewebe soll durch hochenergetische
Strahlung zerstört, umliegendes gesundes Gewebe aber
weitgehend erhalten bleiben.
Das Zielvolumen wird bei einer Strahlenbehandlung aus
mehreren Richtungen bestrahlt. Für jedes Strahlenbündel einer
bestimmten Strahlorientierung ist dabei die Dosis so gering
gehalten, dass das durchstrahlte gesunde Gewebe keinen
Schaden nimmt. Die unterschiedlich orientierten Strahlenbündel
sind alle auf das Zielvolumen des Krankheitsherdes gerichtet,
so dass sich hier die geringen Strahlendosen der einzelnen
Strahlenbündels zu einer hohen Dosis aufsummieren.
Um eine hohe Strahlenbelastung gesunden Gewebes in der
Umgebung des Krankheitsherdes zu vermeiden ist das Grundprinzip
jeder Bestrahlungsplanung das Behandlungsvolumen, wie es
durch die Überlagerung der unterschiedlich orientierten
Strahlenbündel gegeben ist dem Zielvolumen, wie es durch das
tumoröse Gewebe vorgegeben ist, durch adäquate
Bestrahlungstechniken anzugleichen. Moderne Bestrahlungssysteme mit
Multi-Leaf-Kollimatoren gestatten komplexe Bestrahlungstechniken
mit sehr präzisen Strahlgeometrien, wobei auch
Intensitätsmodulationen möglich sind. Durch die individuelle Abschirmung
gesunden Gewebes im Strahlenfeld eines jeden Strahlenbündels
wird hierbei die hohe Strahlendosis ausschließlich auf das
Zielvolumen konzentriert.
Vor Beginn einer therapeutischen Strahlenbehandlung wird auf
Grundlage pre-operativ erstellter tomographischer
Bilddatensätze eine präzise Bestrahlungsplanung und
Bestrahlungssimulation durchgeführt. Diese Bilddatensätze zur exakten
Darstellung von Tumor und Organsystemen werden i.A. mit Mitteln
der Computertomographie, der Kernspintomographie oder der
Positronenemissions-Tomographie gewonnen. Die
strahlentherapeutisch relevanten Objekte wie das tumoröse Gewebe und die
Risikoorgane werden in den Bilddaten markiert um daraus die
optimalen Orientierungen und Positionierungen der einzelnen,
von der Bestrahlungseinrichtung des Bestrahlungssystems zur
Strahlentherapie emittierten Strahlenfelder zu bestimmen und
zu einer präzisen Abschätzung der anzuwendenden
Dosisportionen zu gelangen.
Eine genaue Abschätzung der Dosis-Volumen-Beziehung sowohl
für das Zielgebiet wie für die Risikoorgane erfordert eine
exakte Übertragung der Ergebnisse der Bestrahlungsplanung auf
die jeweils aktuelle reale Situation einer
Strahlenbehandlung. Da im Rahmen einer Strahlentherapie mehrere
Behandlungen erforderlich sind, muss damit gerechnet werden, dass sich
die strahlentherapeutisch relevanten Objekte nicht immer in
der selben Position befinden. Unterschiedliche Lagerung eines
Patienten bei den Planungs- und Behandlungsphasen aber auch
Einflüsse wie z. B. ein Gewichtsverlust des Patienten
innerhalb eines Behandlungszeitraums führen zu einer Verlagerung
der Organe relativ zu den für die Bestrahlungsplanung
zugrundegelegten Positionen. In der Folge ist zu befürchten, dass
zum einen das Zielvolumen nicht genügend bestrahlt wird und
zum anderen die Strahlenbelastung der Risikoorgane die
festgelegten Dosiswerte überschreitet.
Um eine identische Lagerung des Patienten in der
Behandlungsphase wie in der Planungsphase zu erzielen, sind gegenwärtig
mehrere Verfahren gebräuchlich.
Ein Verfahren besteht im Aufbringen von Markierungspunkten
auf, manchmal auch in die Hautoberfläche des Patienten. In
der Bestrahlungsplanung werden geometrische Beziehungen
zwischen den Positionen der Markierungen und den
strahlentherapeutisch relevanten Objekten festgelegt. Laserlichtvisiere
verifizieren die Lage der Markierungen bei der Behandlung und
schätzen daraus die aktuelle Lage der strahlentherapeutisch
relevanten Objekte ab. Die Grenzen dieses Verfahrens sind
immer dann gegeben, wenn sich ein Organ, beispielsweise auf
Grund einer veränderten Patientenlagerung relativ zu den
Markierungspunkten verschiebt oder seine geometrische Form bzw.
körperliche Ausprägung gegenüber der Planungsphase verändert.
Ein anderes, Portal-Imaging genanntes Verfahren zur
reproduzierbaren Patientenlagerung nutzt die hochenergetische
Strahlung des Bestrahlungsgerätes zur Bildgebung mittels einer
Photoplatte oder eines Detektors. Aktuelle Organpositionen
können so bestimmt werden. Da es sich um ein projektives
Bildgebungsverfahren handelt, wird die Darstellung der
strahlentherapeutisch relevanten Objekte nachteilig von anderen
Organen im Strahlengang überlagert. Auch können
Weichteilobjektkanten wegen der hohen Strahlenergie nur schwer in den
Bilddaten verifiziert werden, so dass nur Knochenkanten
deutlich identifizierbar sind.
In der Radiochirurgie wird ein stereotaktisch geführtes
Strahlenbündel aus vielen unterschiedlichen Richtungen von
außen in den Körper auf das tumoröse Gewebe gerichtet. Hierzu
wird am Kopf des Patienten ein stereotaktischer Rahmen
befestigt, der als Bezugspunkt für die Bestrahlungspositionierung
verwendet wird. Da ein fester geometrischer Bezug zwischen
dem Zielvolumen und dem stereotaktischen Rahmen gegeben sein
muss, funktioniert dieses Verfahren nur bei rigiden Objekten
wie z. B. einem Schädel. Für Anwendungen wie beispielsweise im
Abdomenbereich eines Patienten ist es nicht geeignet. Darüber
hinaus muss der Rahmen bei jeder der Serie von
Bestrahlungsbehandlungen mit großem Aufwand präzise in der ursprünglichen
Position am Patienten montiert werden.
Prototypisch wird versucht einem Bestrahlungsgerät einen
Computertomographen so beizustellen, dass beide die selbe
Patientenliege verwenden. Auf diese Weise lassen sich aktuelle
Bilddaten vom Patienten ermitteln und in der Bestrahlung
berücksichtigen ohne dass größere Veränderungen in Position und
Geometrie strahlentherapeutisch relevanter Objekte befürchtet
werden müssen. Wegen der geringen Auslastung des hierfür
bereitgestellten Computertomographen und den zusätzlichen
konstruktiven Anforderungen an die Patientenliege fallen enorme
Kosten an, die nicht ohne weiteres amortisiert werden können.
Weiterhin ist auch bei diesem Verfahren eine Veränderung der
Patientenlagerung auf dem Wege vom Computertomographen zur
Bestrahlungseinrichtung des Bestrahlungssystems nicht
gänzlich ausgeschlossen.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine
Vorrichtung anzugeben, die eine Überprüfung der aktuellen Lage und
der aktuellen geometrischen Form strahlentherapeutisch
relevanter Objekte in Geräten zur Strahlentherapie bei geringer
Strahlenbelastung und geringem Arbeitsaufwand kostengünstig
ermöglicht.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine radiographische
Bildaufnahmevorrichtung für die Verwendung in Geräten zur
Strahlentherapie mit einer Röntgenquelle zur Emission von
Röntgenstrahlen, einem Röntgendetektor zum Nachweis von der
Röntgenquelle emittierter Röntgenstrahlung und zur Umsetzung der
Röntgenstrahlung in elektrische Signale für eine weitere
Verarbeitung und einer Steuereinrichtung für das Verarbeiten der
elektrischen Signale des Röntgendetektors zu einem
dreidimensionalen Bilddatensatz und zum Ermitteln von Daten zur
Kennzeichnung der aktuellen räumlichen Position und der aktuellen
räumlichen Geometrie strahlentherapeutisch relevanter Objekte
aus dem dreidimensionalen Bilddatensatz.
Obige Aufgabe wird weiterhin gelöst durch eine Vorrichtung
zur Strahlentherapie mit einer Bestrahlungseinrichtung zur
therapeutischen Bestrahlung von Patienten, einer
Lagerungseinrichtung zur Lagerung eines Patienten während der
Bestrahlung und zum Positionieren strahlentherapeutisch relevanter
Objekte des Patienten in den Strahlengang der
Bestrahlungseinrichtung und einer erfindungsgemäßen radiographischen
Bildaufnahmevorrichtung, wobei das von der Röntgenquelle
durchstrahlte und vom Röntgendetektor erfasste Volumen in
einem Patienten das von der Bestrahlungseinrichtung
bestrahlte Volumen in dem Patienten für jede Bestrahlungseinstellung
umfasst.
Damit können die Daten einer Bestrahlungsplanung vorteilhaft
an gegenüber der ursprünglichen Planung veränderte
Situationen, wie sie beispielsweise durch eine abweichende Lagerung
eines Patienten oder durch physische Veränderungen am
Patienten selbst gegeben sind, angepasst werden. Die Qualität der
Bestrahlung wird signifikant gesteigert und moderne Verfahren
wie die Intensitätsmodulation können damit exakt eingesetzt
werden.
Da der Mediziner das Strahlenbündel zur Therapie kontrolliert
in das Zielvolumen leiten kann, erhält er eine größere
Flexibilität bei der Vorbereitung und Durchführung einzelner
Bestrahlungen und kann die zur Therapie notwendige
Strahlenbelastung deutlich reduzieren. Ferner ist eine reproduzierbare
Lagerung des Patienten nicht mehr erforderlich, womit sich
der Aufwand zur Vorbereitung der Bestrahlung deutlich
reduziert. Als Folge kann der Durchsatz an den Geräten zur
Strahlentherapie in spürbarem Maße gesteigert werden wodurch sich
die Kosten für eine einzelne Strahlenbehandlung spürbar
senken lassen.
Weitere vorteilhafte Ausführungen sind in den entsprechenden
Unteransprüchen definiert.
Der Röntgendetektor zum Nachweis einer von der Röntgenquelle
emittierten Röntgenstrahlung und zur Umsetzung der
Röntgenstrahlung in elektrische Signale ist vorteilhaft als
Flachbild-Detektor oder als Bildverstärker ausgeführt, so dass ein
zweidimensionales Projektionsbild des Untersuchungsbereichs
erhalten wird.
Vorzugsweise enthält die Steuereinrichtung eine erste
Steuereinheit zum Ansteuern der Röntgenquelle und eine zweite
Steuereinheit zum Ansteuern des Röntgendetektors. Auf diese Weise
kann die Röntgenbelastung des Patienten auf das zum Erzielen
der notwendigen Bildinformation minimale Maß gesenkt werden.
Weiterhin referenziert die Steuereinrichtung
vorteilhafterweise den dreidimensionalen Bilddatensatz und/oder die Daten
zur Kennzeichnung der aktuellen räumlichen Position und der
aktuellen räumlichen Geometrie strahlentherapeutisch
relevanter Objekte im Koordinatensystem der Bestrahlungseinrichtung
um einen unmittelbaren Vergleich der aktuellen Daten mit den
Daten eines Bestrahlungsplans für die Bestrahlungseinrichtung
zu erhalten.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung ermittelt die Steuereinrichtung aus den Daten zur
Kennzeichnung der aktuellen räumlichen Position und der aktuellen
räumlichen Geometrie strahlentherapeutisch relevanter Objekte
Korrekturdaten für die Bestrahlungseinrichtung, die eine
direkte Anpassung des Bestrahlungsplans an die jeweils aktuelle
Situation erlauben.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Strahlentherapie kann
auch so ausgeführt werden, dass die Bestimmung der aktuellen
räumlichen Position und der aktuellen räumlichen Geometrie
strahlentherapeutisch relevanter Objekte simultan zur
therapeutischen Bestrahlung der strahlentherapeutisch relevanten
Objekte erfolgt. Auf dieser Basis eröffnet sich die
Möglichkeit einer unmittelbaren Anpassung der therapeutischen
Bestrahlungseinstellung, wie z. B. Dosis, Strahlgeometrie,
Bestrahlungswinkel oder dergleichen, an momentane Veränderungen
in Lage und Ausprägung eines Zielvolumens und der betroffenen
Risikoorgane während einer Strahlenbehandlung.
Entsprechend einer vorteilhaften Weiterentwicklung der
vorliegenden Erfindung werden aus einzelnen Bildaufnahmen der
radiographischen Bildaufnahmevorrichtung während einer
therapeutischen Bestrahlung kurzfristige Veränderungen in der
räumlichen Position und der räumlichen Geometrie
strahlentherapeutisch relevanter Objekte nachgewiesen und die
therapeutische Bestrahlung den nachgewiesenen Veränderungen
entsprechend angepasst, so dass eine exakte
Konformationsradiotherapie basierend auf der unmittelbaren Nachführung der
Bestrahlungseinstellungen an Veränderungen des Zielvolumens und der
benachbarten Gebiete durchgeführt werden kann.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand eines
Ausführungsbeispiels näher beschrieben, wobei auf folgende
Figuren verwiesen wird, von denen
Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Gerät zur Strahlentherapie
zeigt und
Fig. 2 ein Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen
Steuereinrichtung zur Ermittlung der räumlichen Daten
strahlentherapeutisch relevanter Objekte zeigt.
Einander entsprechende Objekte besitzen in den verschiedenen
Figuren gleiche Bezugszeichen.
Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung zur Strahlentherapie
100 gibt einen Überblick über die Komponenten des
erfindungsgemäßen therapeutischen Bestrahlungssystems. Es setzt sich
aus der "Gantry" genannten Bestrahlungseinrichtung 110, dem
verfahrbaren Patiententisch 120 und der erfindungsgemäßen
radiographischen Bildaufnahmevorrichtung mit dem
Röntgenstrahldetektor 102 und der Röntgenquelle 101 zur Emission
eines Röntgenstrahlbündels 104 in Richtung des
Röntgenstrahldetektors 102 sowie der Steuereinrichtung 103 für das
Ermitteln der Positions- und Geometriedaten der
strahlentherapeutisch relevanten Objekte eines Patienten zusammen.
Im Strahlerkopf 111 der Gantry 110 befindet sich entweder
eine Gammastrahlenquelle oder eine Quelle zur Erzeugung
hochenergetischer Photonenstrahlung und Elektronen. Erste kann
beispielsweise in Form eines Kobaltpräparats ausgeführt sein,
letztere z. B. als Linearbeschleuniger. Welche Strahlenart im
Einzelfall zum Einsatz kommt hängt von Art und Lage des
Krankheitsherdes ab und wird im Behandlungsplan festgelegt.
Gammastrahlen eignen sich für die kurative Strahlenbehandlung
eher halbtief gelegener, ultraharte Röntgenstrahlung wie die
hochenergetische Photonenstrahlung für die Therapie
tiefliegenderer und Elektronenstrahlen als Maßnahme gegen
oberflächennahe Krankheitsherde.
Damit das tumoröse Gewebe eines Patienten aus
unterschiedlichen Richtungen bestrahlt werden kann, besitzt die Gantry
einen Freiheitsgrad der Rotation um die Rotationsachse 112.
Zur exakten Positionierung des zu bestrahlenden Volumens
eines Patienten in den Strahlengang der Gantry ist der
Patiententisch in drei translatorischen Freiheitsgraden verfahrbar.
In weiteren Ausführungsformen kann der Patiententisch gekippt
und in der Liegeebene gedreht werden. Alternativ zur
Darstellung der Fig. 1 kann auch eine Ausstattung der Gantry 110 mit
translatorischen Verfahrmöglichkeiten verwendet werden, so
dass die Patientenliege stationär benutzt werden kann.
Die kombinierten Bewegungsmöglichkeiten von Gantry 110 und
Patiententisch definieren ein Koordinatensystem der
Bestrahlungseinrichtung in dem ein Mediziner die Position und
Orientierung jedes einzelnen therapeutischen Bestrahlungsbündels
festlegt. In diesem Koordinatensystem sind daher auch die
räumliche Position und die räumliche Geometrie der zu
bestrahlenden Tumor und Organsysteme bei der
Bestrahlungsplanung definiert und eventuelle Veränderungen in Lage und
Ausprägung der strahlentherapeutisch relevanten Objekte müssen
daher in diesem Koordinatensystem ausgedrückt werden.
In der Darstellung der Fig. 1 ist die Röntgenquelle 101 der
erfindungsgemäßen radiographischen Bildaufnahmevorrichtung am
unteren Rand der Stirnseite des auskragenden Arms der Gantry
110 angebracht. Der Strahlenkegel 104 der Röntgenquelle 101
ist so ausgerichtet, dass er den Bereich des vom Strahlerkopf
111 emittierten Strahlenbündels in Höhe der Lage der
strahlentherapeutisch relevanten Objekte umfasst, so dass das
gesamte Volumen des behandlungsrelevanten Gebiets überwacht
werden kann.
Der Zentralstrahl des von der Röntgenquelle 101 emittierten
diagnostischen Strahlenkegels ist daher nicht deckungsgleich
mit dem des vom Strahlerkopf 111 ausgehenden therapeutischen
Strahlenbündels. Dies bietet Vorteile bei Verwendung von im
Energiebereich der angewandten therapeutischen Strahlung
empfindlichen Röntgendetektoren 102, da hierbei eine
Überlagerung zweier Abbildungen aus unterschiedlichen
Projektionsrichtungen vermieden wird. Bei Verwendung von
Röntgendetektoren 102 die keine störende Empfindlichkeit gegenüber der
therapeutischen Strahlung aufweisen kann die Röntgenquelle im
Strahlerkopf 111 integriert werden, so dass eine koaxiale
bzw. angenähert koaxiale Anordnung des diagnostischen und
therapeutischen Strahlenbündels erzielt wird. In anderen
Worten, die Blickrichtung der diagnostischen
Bildaufnahmevorrichtung entspricht in diesem Falle der therapeutischen
Bestrahlungsorientierung.
Eine koaxiale Anordnung von Röntgenquelle 101 und
Strahlerkopf 111 erlaubt eine Kontrolle des Zielgebiets während der
Bestrahlungsbehandlung. Verändert sich z. B. auf Grund einer
Bewegung des Patienten während der Bestrahlung die Lage des
gerade bestrahlten tumorösen Gewebes, so kann bei der
koaxialen Anordnung die Auswirkung dieser Veränderung auf die
Querschnittsgeometrie des therapeutischen Strahlenbündels
unmittelbar gemessen und auf dieser Basis die Strahlgeometrie
sofort nachgeführt werden.
Auch bei nicht koaxial angeordneten diagnostischen und
therapeutischen Strahlenbündeln kann eine Nachführung der
Querschnittsgeometrie des Therapiestrahls während der Bestrahlung
selbst über eine Transformation zwischen den
unterschiedlichen Projektionsorientierungen realisiert werden. Besonders
bei unregelmäßig geformten Tumoren jedoch muss hierbei auf
die Kenntnis der dreidimensionalen Ausprägung des Tumors
zurückgegriffen werden, so dass sich der Rechenaufwand
gegenüber der koaxialen Bedingung leicht erhöht.
Die Anordnung des Röntgendetektors 102 an der Gantry 110
ergibt sich aus der oben erwähnten Bedingung, dass die Einheit
aus Röntgenquelle 101, Strahlenkegel 104 und Röntgendetektor
102 zumindest das von der therapeutischen Strahlung erfasste
Zielvolumen, besser aber auch das gesamte von der
therapeutischen Strahlung im Patienten erfasste Bestrahlungsvolumen
abbildet. Vorzugsweise ist der Röntgendetektor ausfahr- oder
ausklappbar am Fuß der Gantry 110 angeordnet, so dass für
alle Positionierungszustände des Patiententisches und
Orientierungen der Gantry 110 eine Durchleuchtung des gewünschten
Bereichs eines Patienten möglich ist. Vorteilhaft überwacht
ein Kollisionsdetektor, dass es zu keinen Beschädigungen des
Röntgendetektors 102 bei Verfahren von Patiententisch 120 und
Gantry 110 kommt.
Die radiographische Bildaufnahmevorrichtung kann als punkt-
bzw. zeilenweise abtastendes oder als projektives
Abbildungssystem verwirklicht werden. Erstere zeichnen sich gegenwärtig
durch einen geringeren Rauschanteil, letztere durch kürze
Messzeiten aus. Bevorzugt wird für die vorliegende Erfindung
ein Flachbild-Detektor oder ein Bildverstärker verwendet, da
sie bei geringer Röntgenstrahlbelastung sofort ein
zweidimensionales Projektionsbild des Untersuchungsbereiches liefern.
Zur genauen Bestimmung der Lage und der Geometrie der
strahlentherapeutisch relevanten Objekte ist eine dreidimensionale
Bildinformation erforderlich. Bei einem Projektionsbild
erhält man die laterale Verteilung der Schwächung des von der
Röntgenquelle 101 emittierten Strahlenbündels 104 nach einem
Durchtritt durch die Untersuchungsobjekte in
Projektionsrichtung. Für die dreidimensionale Rekonstruktion der
Untersuchungsobjekte werden mehrere Projektionsbilder der
Untersuchungsobjekte aus unterschiedlichen Projektionsrichtungen
bzw. Winkeln aufgenommen. Aus den so erhaltenen
zweidimensionalen Daten wird ein dreidimensionaler Bilddatensatz
berechnet, der die räumliche Geometrie der Untersuchungsobjekte
wiedergibt. Die dafür notwendige räumliche Kalibrierung, also
die Zuordnung der räumlicher Koordinaten zu den Blickpunkten
der Projektionsbilder der jeweiligen Projektionsrichtungen
erfolgt üblicherweise mit Hilfe geeigneter Kalibrierphantome.
Um eine feste Relation der Orientierungen der
Projektionsbilder mit den Orientierungen des therapeutischen
Strahlenbündels zu erhalten, ist die radiographische
Bildaufnahmevorrichtung während der Aufnahmen vorzugsweise starr mit der
Bestrahlungseinrichtung 110 verbunden.
Alternativ kann die radiographische Bildaufnahmevorrichtung
als eigenständiges System in einem festen geometrischen Bezug
zur Gantry 110 aufgestellt werden, so dass die
Projektionsrichtungen des diagnostischen Strahlenkegels in einer
definierten Beziehung zu denen des therapeutischen
Strahlenbündels stehen. Damit kann unmittelbar vor Bestrahlungsbeginn
eine genaue Bestimmung von Lage und Form der
strahlentherapeutisch relevanten Objekte vorgenommen werden.
Zur Kontrolle der Objekte während der Bestrahlung wird bei
freistehender radiographischer Bildaufnahmevorrichtung eine
Steuerung verwendet, welche deren Projektionsrichtung mit der
Projektionsrichtung der therapeutischen
Bestrahlungseinrichtung 110 synchronisiert.
Das Blockdiagramm der Fig. 2 zeigt die Funktionseinheiten der
erfindungsgemäßen Steuereinrichtung 103 der radiographischen
Bildaufnahmevorrichtung und ihr Zusammenwirken mit der
Röntgenquelle 101, dem Röntgendetektor 102 und weiteren Einheiten
der Strahlentherapievorrichtung.
Um die Strahlenbelastung eines Patienten auf das notwendige
Minimum zu beschränken, wird die Röntgenquelle 101 nur zum
Zwecke einer Aufnahme betrieben. Hierzu besitzt die
Steuereinrichtung 103 eine Quellen-Steuereinheit 201 zur
Ansteuerung der Röntgenquelle, die neben der Steuerung der Emission
von Röntgenstrahlung 104 auch die Einstellung deren
Betriebsparameter wie beispielsweise die Strahlenergie, Röntgenfokus
und Raumwinkel des Strahlkegels vornimmt und kontrolliert.
Eine Detektor-Steuereinheit 202 der Steuereinrichtung 103
übernimmt die Ansteuerung des Röntgendetektors 102. Neben
eventueller mechanischer Steuerung des Ausfahr- bzw.
Ausklappmechanismus versorgt und kontrolliert die Detektor-
Steuereinheit 202 den Röntgendetektor 102 mit den zum
Erzielen eines optimalen Kontrastes notwendigen Betriebsmitteln.
Abhängig von der Ausgestaltung des Röntgendetektors 102 ist
die in Form von Bildsignalen vom Röntgendetektor erhältliche
Bildinformation unterschiedlich. Bei punkt- und zeilenweise
abtastenden Detektorsystemen muss jedes Bild aus den
Teilbild-Informationen zusammengesetzt werden, wobei die
Identifikation des Teilbildes aus den Steuerdaten der Quellen- bzw.
der Detektor-Steuereinheiten 201 bzw. 202 erfolgt, die über
den Datenbus 208 erhalten werden. Im Gegensatz hierzu
erzeugen flächenförmige Detektoren die Bildinformation eines
zweidimensionalen Projektionsbildes in einem Arbeitsgang, so dass
eine schnelle Bildaufzeichnung gewährleistet ist.
Die Detektorsignal-Verarbeitungseinheit 203 der
Steuereinrichtung 103 wandelt die Bildsignale des Röntgendetektors 102
in zweidimensionale Bilddatensätze um, von denen ein jeder
ein Projektionsbild in digitaler Form wiedergibt. Als
kennzeichnende Identifikation wird jeder einzelne Bilddatensatz
zumindest mit einem Datensatz zur Kennzeichnung der ihm
zugrundeliegenden Projektionsbedingung referenziert.
Auf der Basis dieser Referenzen berechnet die
Rekonstruktionseinheit 204 der Steuereinheit 103 aus den
zweidimensionalen Bilddatensätzen einer Aufnahmeserie einen
dreidimensionalen Bilddatensatz, der die räumliche Verteilung der
Absorptions- bzw. Schwächungswerte der untersuchten Objekte
wiedergibt.
In einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung werden in einer Referenzierungseinheit 205 der
Steuereinrichtung 103 die dreidimensionalen Bilddatensätze im
Koordinatensystem der Bestrahlungseinrichtung referenziert. Unter
Koordinatensystem ist hierbei nicht unbedingt ein
Koordinatensystem im mathematisch-physikalischen Sinne zu verstehen.
Statt dessen kann die Referenzierung in den Steuereinheiten
von Gantry und Patiententisch vorgenommen werden, wobei die
Koordinatenachsen in diesem Fall den verwendeten
Freiheitsgraden der Bewegungsmodalitäten dieser Geräte entsprechen.
Von Vorteil ist eine Referenzierung des dreidimensionalen
Bilddatensatzes insbesondere im Hinblick auf seine
Vergleichbarkeit mit den während der Bestrahlungsplanung und
-simulation erstellten Bestrahlungsdaten.
In der Geometrie-Analyseeinheit 206 werden Risiko- und
Zielobjekte der Bestrahlungsbehandlung identifiziert und die
räumliche Lage und geometrische Ausprägung der Objekte
ermittelt.
Die Identifikation der einzelnen Objekte im dreidimensionalen
Bilddatensatz kann sich beispielsweise auf für diese Objekte
charakteristische Röntgenschwächungswerte oder auf aus dem
Bilddatensatz segmentierte Hüllflächen der Objekte oder auf
eine Kombination beider Verfahren stützen oder auch auf
dergleichen Methoden wie sie auf Basis üblicher
Segmentierungsverfahren verfügbar sind.
Wird ein Objekt anhand seiner Form identifiziert, so kann
dies anhand spezieller Formcharakteristiken erfolgen, so dass
ein detailliertes Herausarbeiten einer Form aus dem Datensatz
durch ein mit geringerem Rechenaufwand möglichem Extrahieren
der Formcharakteristik ersetzt wird. Die zugrundegelegten
Formcharakteristika können als Standards für bestimmte Organe
und Tumorformen verfügbar gehalten werden oder aus dem
preoperativ gemessenen Bilddatensätzen abgeleitet werden. Die
Identifikation kann weiterhin auch auf der Basis von
Plausibilitätsvergleichen zwischen den pre-operativen
Bilddatensätzen der Bestrahlungsplanung und dem aktuellen Bilddatensatz
vorgenommen werden.
Die Form, respektive die räumliche Ausprägung der einzelnen
Objekte wird durch Segmentieren der entsprechenden Objekte
aus dem dreidimensionalen Bilddatensatz ermittelt. Die
resultierende Formbeschreibung kann dabei die Darstellung eines
Volumenkörpers oder Flächenkörpers, der nur die umhüllende
Oberfläche des Objekts widerspiegelt, annehmen.
Da bildlich beschreibende Daten eine große Menge nutzbarer
kombiniert mit nichtnutzbarer Information in sich vereinen,
vor allem aber, da ihr Informationsgehalt nicht in direkt
verwertbarer Form vorliegt, berechnet die Geometrie-
Analyseeinheit 206 aus den bildlichen Formdaten auf der Basis
der Identifikation der einzelnen Objekte die Daten zur
Kennzeichnung der aktuellen räumlichen Position und der aktuellen
räumlichen Geometrie strahlentherapeutisch relevanter Objekte
so dass sie im Hinblick auf eine Korrektur der Bestrahlung
direkt verwendet werden können.
Aufbauend auf diesen Daten können Korrekturwerte zur
Nachführung der Bestrahlungsparameter in den Steuerungen 221 und 220
der Bestrahlungseinrichtung 110 direkt berechnet werden.
Vorzugsweise erfolgt diese Berechnung aber in der
Korrektureinheit 207 der Steuereinheit 103, und die Strahlsteuerung 221
sowie Gantry- und Patiententisch-Steuerung 220 erhalten von
dieser die ermittelten Korrekturdaten zur Nachführung der
Bestrahlungsparameter.
Die Korrekturdaten beinhalten einen Vergleich der
preoperativen, dem Bestrahlungsplan zugrundeliegenden Daten zur
Kennzeichnung der aktuellen räumlichen Position und der
aktuellen räumlichen Geometrie strahlentherapeutisch relevanter
Objekte mit den entsprechenden aktuellen Daten. Die
Nachführung der Bestrahlungsparameter erfolgt so, dass die
Abweichung der objektspezifischen Dosisportion von der in der
Bestrahlungsplanung festgelegten minimiert wird.
Erreicht wird dieses Ziel nicht nur über eine Anpassung der
jeweiligen Querschnittsgeometrie des Therapiestrahls an die
aktuelle Situation wie sie in der Strahlsteuerung 221
vorgenommen wird, sondern auch über eine geeignete Nachführung des
Bestrahlungswinkels sowie der Positionierung und Ausrichtung
des Patiententisches, wie sie mittels der Gantry- und
Patiententisch-Steuerung 220 vorgenommen werden.
Um eine einwandfreie Funktion der Steuereinrichtung 103 zu
gewährleisten, verfügt diese über eine Einheit 209 zur
Ablaufsteuerung, die über einen Datenbus 208 mit den anderen
Einheiten der Steuereinrichtung kommuniziert. Der Datenbus
208 dient auch zur Datenübertragung zwischen den anderen
Einheiten 201 bis 212 der Steuereinrichtung.
Zur Interaktion mit einem Benutzer der
strahlentherapeutischen Vorrichtung 100 ist in der Steuereinrichtung 103 eine
Ein/Ausgabe-Schnittstelle 211 vorgesehen. Diese gestattet die
Eingabe von Daten mittels Eingabehilfen 213 durch einen
Benutzer zur Einflussnahme auf die Wirkungen und Funktionen der
radiographischen Bildaufnahmevorrichtung und die Ausgabe von
Daten dieser Vorrichtung an Speichermedien, Drucker,
Sichtgeräte oder an eine Datenleitung und dergleichen. Für die
Ausgabe von Bilddaten z. B. der Detektorsignal-
Verarbeitungseinheit 203 oder der Rekonstruktionseinheit 204
an ein Datensichtgerät 212 verfügt die Steuereinrichtung 103
über eine Bildverarbeitungseinheit 210 zur Aufbereitung der
Bilddatensätze in vom Datensichtgerät verarbeitbare
Bildsignale.
Die erfindungsgemäße Erweiterung einer therapeutischen
Bestrahlungsvorrichtung um eine radiographische
Bildaufnahmevorrichtung zum Ermitteln von Daten zur Kennzeichnung der
aktuellen räumlichen Position und der aktuellen räumlichen
Geometrie strahlentherapeutisch relevanter Objekte ermöglicht
eine präzise Zielführung der therapeutischen Bestrahlung in
den Krankheitsherd eines Patienten. Damit wird ein Einbringen
der berechneten Dosisportion in das zu zerstörende Gewebe
sichergestellt und die Strahlenbelastung der es umgebenden
Risikoorgane deutlich gesenkt.