DE102004043738B4

DE102004043738B4 - Verfahren zum Betreiben einer Strahlen-Therapieeinrichtung und Strahlen-Therapieeinrichtung

Info

Publication number: DE102004043738B4
Application number: DE200410043738
Authority: DE
Inventors: Andres Sommer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2004-09-09
Filing date: 2004-09-09
Publication date: 2006-11-30
Anticipated expiration: 2024-09-10
Also published as: DE102004043738A1

Abstract

Verfahren zum Betreiben einer Strahlen-Therapieeinrichtung, wobei
• während der Bestrahlung mehrere Kameras (4a, 4b, 4c) auf einen auf einer Patientenliege (2) befindlichen Patienten gerichtet sind,
• die von den Kameras (4a, 4b, 4c) aufgenommenen Bilder zur Überwachung des Zustands des Patienten angezeigt werden,
• gleichzeitig die Bilder an eine Rechen- und Steuereinheit (6) übermittelt werden, welche
– die Positionierung der Patientenliege (2) auswertet,
– die Positionierung des Patienten auswertet,
– bei einer detektierten signifikanten Abweichung einer tatsächlichen Positionierung von einer vorgegebenen Sollpositionierung ein Abweichungssignal generiert, wobei
• bei Detektion einer über einer einstellbaren Schwelle liegenden Abweichung zwischen tatsächlicher Positionierung und Sollpositionierung die Bestrahlung automatisch abgebrochen wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Strahlen-Therapieeinrichtung. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung.

Größere medizintechnische Untersuchungs- oder Behandlungseinrichtungen sind teilweise mit auf den Patienten gerichteten Kameras ausgerüstet. Ein aus der DE 102 32 676 A1 bekanntes medizinisches Diagnose- oder Therapiegerät weist beispielsweise zwei Kameras auf, deren Aufnahmeachsen voneinander unabhängig, vorzugsweise orthogonal zueinander sind. Mit Hilfe dieser Kameras können vor Beginn einer Untersuchung so genannte Scan-Bereiche aufgenommen werden. Während der Untersuchung sind die Kameras nicht mehr in Funktion.

Aus der US 6,2798,579 B1 ist eine Strahlen-Therapieeinrichtung zu entnehmen, bei der während der Behandlung des Patienten dessen Position mit Hilfe von Kameras und auf dem Körper angebrachten Markierungen überwacht und bei Bedarf korrigiert wird. Aus der EP 0 804 943 A2 ist eine weitere Strahlen-Therapieeinrichtung zu entnehmen, bei der die mittels eines Detektors erfasste Strahlendosis mit einer zu erwartenden Strahlendosis verglichen wird, wobei bei Überschreiten eines vorgegebenen Stahlendosisprofils ein Warnsignal abgegeben oder die Behandlung unterbrochen wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nutzbarkeit von Kameras bei medizintechnischen Einrichtungen zu erweitern und die Sicherheit bei der Bestrahlung zu erhöhen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 5. Die im Weiteren im Zusammenhang mit dem Verfahren genannten Vorteile und Ausgestaltungen gelten sinngemäß auch für die Vorrichtung und umgekehrt.

Eine Strahlen-Therapieeinrichtung umfasst mehrere Kameras, die auf den Patienten gerichtet sind, so dass dieser während der Bestrahlung beobachtbar ist. Die Kameras dienen damit zum einen dazu, das Befinden des Patienten während der Bestrahlung zu überwachen. Zum anderen werden die von den Kameras aufgenommenen Bilder an eine Rechen- und Steuereinheit übermittelt, die zusätzliche Funktionen übernimmt. Mittels einer Bildverarbeitung wird sowohl die Positionierung der Patientenliege als auch die Positionierung des Patienten ausgewertet. Wird eine signifikante Abweichung zwischen einer tatsächlichen Positionierung des Patienten und/oder der Patientenliege einerseits und einer vorgegebenen Sollpositionierung des Patienten und/oder der Patientenliege andererseits detektiert, so wird automatisch ein Abweichungssignal generiert. Das Abweichungssignal ist im einfachsten Fall ein vom Bediener der Strahlen-Therapieeinrichtung erkennbares akustisches oder optisches Signal.

Weiterhin wird die Bestrahlung automatisch abgebrochen, sobald eine über einer einstellbaren Schwelle liegende Abweichung zwischen tatsächlicher Positionierung und Sollpositionierung des Patienten oder der Patientenliege detektiert wird. Die Schwelle wird dabei zweckmäßigerweise derart eingestellt, dass bei einem Überschreiten der Schwelle anzunehmen ist, dass sich trotz Nachführung der Patientenliege das zu bestrahlende Gewebe des Patienten nicht mehr zuverlässig in die gewünschte Position verlagern lässt oder sonstige Umstände vorliegen, die eine weitere Bestrahlung nicht mehr sinnvoll erscheinen lassen. Die Höhe der Schwelle kann auf die Art der Bestrahlung im Einzelfall, insbesondere auf das zu bestrahlende Zielgewebe sowie auf Eigenschaften des dem Zielgewebe benachbarten Gewebes, abgestimmt werden.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung wird bei einer detektierten signifikanten Abweichung zwischen der Sollposition und der Istposition des Patienten und/oder der Patientenliege automatisch die Position der Patientenliege korrigiert, so dass stets sichergestellt ist, dass das Zielgebiet der Bestrahlung richtig eingestellt ist. Die Patientenliege ist hierzu mittels beispielsweise elektrisch angetriebener Stellmittel, welche mit einer auch mit den Kameras verknüpften Rechen- und Steuereinheit gekoppelt sind, vorzugsweise dreidimensional verstellbar.

Die Positionierung des Patienten kann entweder durch Auswertung von natürlichen Körpermerkmalen des Patienten, beispielsweise Konturen von Kopf, Rumpf und Extremitäten, oder durch Auswertung von auf dem Patienten angebrachten Markern bestimmt werden. Während im erstgenannten Fall der Patient nicht in eventuell vom ihm als belastend empfundener Weise markiert werden muss, hat die letztgenannte Methode den Vorteil einer leichteren Anwendbarkeit eines Bildverarbeitungsprogramms und einer höheren geometrischen Präzision. Auch eine Kombination der optischen Auswertung natürlicher Körpermerkmale mit der Ortsbestimmung von künstlichen Markierungen ist möglich.

Zur dreidimensionalen Bestimmung der Patientenlage sind vorzugsweise mindestens zwei Kameras mit sich überlappenden Aufnahmebereichen auf die Patientenliege gerichtet. Mindestens eine der Kameras ist dabei derart eingestellt, dass damit das Gesicht des Patienten beobachtbar ist. Die mindestens eine Anzeigevorrichtung, beispielsweise ein konventioneller Bildschirm, welche die von den Kameras aufgenommenen Bilder anzeigt, wird vorzugsweise zugleich dazu genutzt, Daten anzuzeigen, die von der Rechen- und Steuereinheit zur Verfügung gestellt werden. Dies sind beispielsweise Daten zur gemesse nen Istposition des Patienten und der Patientenliege sowie zur Abweichung zwischen Ist- und Sollposition und gegebenenfalls zur automatischen Korrektur der Position der Patientenliege.

Der Vorteil der Erfindung liegt insbesondere darin, dass Kameras in Strahlen-Therapieeinrichtungen einen Mehrfachnutzen haben, nämlich zum einen die Möglichkeit bieten, den Zustand des Patienten während der Bestrahlung visuell zu überwachen, und zum anderen dazu vorgesehen sind, einem Bildverarbeitungssystem Daten für eine automatische Positionskorrektur der Patientenliege zu liefern.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigt die Figur in schematischer Darstellung eine Strahlen-Therapieeinrichtung.
Eine nur ansatzweise dargestellte Strahlen-Therapieeinrichtung 1 umfasst eine Patientenliege 2, auf der sich ein nicht dargestellter Patient in immobilisierter Lage befindet, sowie eine Strahlenquelle 3, die, wie durch eine gestrichelte Linie angedeutet, ein Bestrahlungsfeld, welches den zu therapierenden Bereich des Patienten festlegt, bestrahlt. Auf den Patienten sind drei Kameras 4a, 4b, 4c gerichtet, die nicht nur das Bestrahlungsfeld, sondern insbesondere auch das Gesicht des Patienten beobachten. Die von den Kameras 4a, 4b, 4c aufgenommenen Bilder werden auf einem Bildschirm 5 angezeigt, wobei beispielsweise für jede der Kameras 4a, 4b, 4c ein eigener Bildschirm 5 als Anzeigevorrichtung vorgesehen sein kann. Ebenso ist es möglich, die von den verschiedenen Kameras 4a, 4b, 4c aufgenommenen Bilder auf einem einzigen Bildschirm 5 gleichzeitig einzublenden oder wahlweise eines der Kamerabilder anzuzeigen.
Die von den Kameras 4a, 4b, 4c aufgenommenen Bilder werden gleichzeitig einer Rechen- und Steuereinheit 6 zugeleitet, die mit einer Bildverarbeitungssoftware ausgerüstet ist. Dabei ist die Steuer- und Recheneinheit 6 programmtechnisch derart eingerichtet, dass die Ist-Position der Patientenliege 2 und des Patienten jeweils mit einer vorgebbaren Soll-Position verglichen wird, wobei bei einer detektierten signifikanten Abweichung zwischen Ist-Position und Soll-Position des Patienten und/oder zwischen Ist-Position und Soll-Position der Patientenliege 2 die Erzeugung eines Abweichungssignals vorgesehen ist. Die Empfindlichkeit der Positionskontrolle betreffend die Lage des Patienten und der Patientenliege 2, d.h. die Grenze, ab der eine Abweichung zwischen Ist- und Soll-Position als signifikant eingestuft wird, ist vorzugsweise einstellbar. Dabei wird die Grenze bevorzugt sehr niedrig eingestellt, so dass bereits geringfügige Bewe gungen des Patienten auf der Patientenliege 2 als relevant erkannt werden. Mit einer Veränderung der Position der Patientenliege 2 wird dagegen nur in selteneren Fällen zu rechnen sein.
Von besonderer Bedeutung ist, dass die Position des Patienten nicht nur indirekt über die Position der Patientenliege 2, sondern direkt optisch ausgewertet wird. Die Bildverarbeitungssoftware der Rechen- und Steuereinheit 6 kann durch Markierungen unterstützt werden, die direkt am Patienten angebracht sind. Alternativ ist es auch möglich, ohne Markierungen die Lage des Patienten, beispielsweise durch Erfassung von Konturen und Merkmalen des Gesichts, zu bestimmen.
Am Patiententisch 2 können ebenfalls Markierungen angebracht sein, die die optische Positionserfassung unterstützen. Alternativ kann die Rechen- und Steuereinheit 6 auch ausschließlich die Lage ohnehin vorhandener Konturen und sonstiger optisch erkennbarer Merkmale auswerten. In jedem Fall wird die Positionierung des Patiententisches 2 unabhängig von der Lage des Patienten auf dem Patiententisch 2 erfasst. Sowohl für den Patiententisch 2 als auch für den Patienten ist eine Sollpositionierung für die Bestrahlung definiert. Die Geometrie der Strahlen-Therapieeinrichtung 1 einschließlich der Kameras 4a, 4b, 4c wird dabei als bekannt vorausgesetzt. Im Fall einer durch die Kameras 4a, 4b, 4c in Zusammenwirkung mit der Rechen- und Steuereinheit 6 detektierten signifikanten Abweichung zwischen der tatsächlichen Position des Patienten und dessen Soll-Position oder zwischen der Soll- und Ist-Position der Patientenliege 2 wird ein Abweichungssignal generiert. Dieses kann beispielsweise auf dem Bildschirm 5 der Kameras 4a, 4b, 4c angezeigt werden oder als akustisches Warnsignal ausgegeben werden.
Vorzugsweise wird bereits bei einer nur geringfügigen, jedoch für die Bestrahlung relevanten Abweichung zwischen Soll- und Ist-Position des Patienten die Position der Patientenliege 2 unter Nutzung des von der Rechen- und Steuereinheit 6 generierten Abweichungssignals automatisch korrigiert. Zum Zweck dieser Positionskorrektur ist die Rechen- und Steuereinheit 6 mit Stellmitteln 7 verknüpft, die eine dreidimensionale Verstellung der Patientenliege 2 ermöglichen. Die automatische Verstellung der Patientenliege 2 kann dem Benutzer, beispielsweise auf dem Bildschirm 5, angezeigt werden, so dass sich der Bediener rechtzeitig einen Eindruck von eventuellen kritischen Veränderungen während der Bestrahlung verschaffen kann.
Der Rechen- und Steuereinheit 6 kann durch den Benutzer eine Schwelle vorgegeben werden, anzugeben beispielsweise in einer Anzahl an Millimeter, bis zu der automatische Korrekturen der Position des Patiententisches 2 vorgenommen werden sollen. Wird diese die Abweichung zwischen Ist- und Soll-Position des Patienten und/oder der Patientenliege 2 betreffende Schwelle überschritten, so wird die Bestrahlung des Patienten automatisch abgebrochen. Die Bildverarbeitungssoftware der Rechen- und Steuereinheit 6 weist somit zwei Grenzen bzw. Schwellen bezüglich Abweichungen zwischen Soll- und Ist-Position des Patienten oder der Patientenliege 2 auf, nämlich eine untere Grenze, ab der die automatische Positionskorrektur mittels der Stellmittel 7 in Kraft tritt und eine obere Schwelle, bei deren Überschreitung die Abschaltung der Strahlen-Therapieeinrichtung 1 erfolgt. Beide Grenzen bzw. Schwellen sind in Einheiten von Abmessungen vorgebbar, wobei die obere Schwelle vorzugsweise mindestens das Zehnfache, beispielsweise das Fünfzigfache, der unteren Grenze beträgt. Insbesondere kann die untere Grenze mit der Auflösungsgenauigkeit des mit den Kameras 4a, 4b, 4c arbeitenden optischen Messsystems zusammenfallen. Die untere Grenze sollte jedoch mindestens so hoch eingestellt sein, dass ein durch die Kameras 4a, 4b, 4c und/oder durch die Rechen- und Steuereinheit 6 bedingtes Signalrauschen nicht zur Aktivierung der Positionskorrektur mittels der Stellmittel 7 führt.

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Strahlen-Therapieeinrichtung, wobei • während der Bestrahlung mehrere Kameras (4a, 4b, 4c) auf einen auf einer Patientenliege (2) befindlichen Patienten gerichtet sind, • die von den Kameras (4a, 4b, 4c) aufgenommenen Bilder zur Überwachung des Zustands des Patienten angezeigt werden, • gleichzeitig die Bilder an eine Rechen- und Steuereinheit (6) übermittelt werden, welche – die Positionierung der Patientenliege (2) auswertet, – die Positionierung des Patienten auswertet, – bei einer detektierten signifikanten Abweichung einer tatsächlichen Positionierung von einer vorgegebenen Sollpositionierung ein Abweichungssignal generiert, wobei • bei Detektion einer über einer einstellbaren Schwelle liegenden Abweichung zwischen tatsächlicher Positionierung und Sollpositionierung die Bestrahlung automatisch abgebrochen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer detektierten signifikanten Abweichung die Lage der Patientenliege (2) automatisch korrigiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionierung des Patienten durch Auswertung von natürlichen Körpermerkmalen des Patienten bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionierung des Patienten durch Auswertung von auf dem Patienten angebrachten Markern bestimmt wird.
Strahlen-Therapieeinrichtung, umfassend • ein mittels einer Strahlenquelle (3) bestrahlbares Bestrahlungsfeld, • eine Patientenliege (2), welche derart positionierbar ist, dass sich der zu bestrahlende Bereich des Patienten im Bestrahlungsfeld befindet, • Stellmittel (7) zur Positionierung der Patientenliege (2), • mehrere auf den Patienten gerichtete Kameras (4a, 4b, 4c), • eine Anzeigevorrichtung (5) zur Anzeige der mit den Kameras (4a, 4b, 4c) aufgenommenen Bilder, • eine Rechen- und Steuereinheit (6), welche derart mit den Kameras (4a, 4b, 4c) gekoppelt und programmtechnisch eingerichtet ist, dass die Ist-Position der Patientenliege (2) und des Patienten mit einer vorgebbaren Soll-Position verglichen wird, wobei bei einer detektierten, über einer einstellbaren Schwelle liegenden Abweichung zwischen Ist-Position und Soll-Position der Abbruch der Bestrahlung vorgesehen ist.
Strahlen-Therapieeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellmittel (7) derart mit der Rechen- und Steuereinheit (6) gekoppelt sind, dass das Abweichungssignal zur automatischen Korrektur der Position der Patientenliege (2) nutzbar ist.
Strahlen-Therapieeinrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Kameras (4a, 4c, 4c) mit sich überlappenden Aufnahmebereichen auf die Patientenliege (2) gerichtet sind.