DE102005058871B3 - Medizinische Bestrahlungseinrichtung mit Diagnosegerät zur Darstellung von Bestrahlungscharakteristika sowie Betriebsverfahren - Google Patents
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Abstract
Description
- Medizinische Bestrahlungseinrichtung mit Diagnosegerät zur Darstellung von Bestrahlungscharakteristika sowie Betriebsverfahren
- Die Erfindung betrifft eine medizinische Bestrahlungseinrichtung sowie ein Verfahren zur Einstellung von Betriebsparametern einer medizinischen Bestrahlungseinrichtung.
- Eine medizinische Bestrahlungseinrichtung ist beispielsweise aus der
DE 35 02 776 A1 bekannt. Diese Bestrahlungseinrichtung umfasst einen Linearbeschleuniger als Strahlenquelle sowie einen so genannten Simulator mit Röntgenröhre für eine präzise Positionierung des Patienten. - Aus der
DE 100 25 913 A1 ist eine mit Partikelstrahlen, nämlich Ionenstrahlen, arbeitende Bestrahlungseinrichtung bekannt, wobei vorgesehen ist, in einem Bestrahlungsplan die Energie sowie die Dosis der Ionen festzulegen und damit die Eindringtiefe der Ionenstrahls und die Bestrahlungsmenge zu bestimmen. Zur Überwachung der Bestrahlung ist im Bestrahlungsraum eine PET-Kamera installiert. - Aus der US 2003/0147495 ist ein Verfahren zur Darstellung einer überlagerten Dosisverteilung unter Berücksichtigung einer gemischten Bestrahlung mit einem Partikelstrahler und einem Röntgenstrahler zu entnehmen.
- Bei medizinischen Bestrahlungseinrichtungen wird allgemein angestrebt, ausschließlich zu behandelndes Gewebe der Strahlung auszusetzen und umgebendes Gewebe weitestmöglich zu schonen. Dieses Ziel ist mit Partikelstrahlung aufgrund des in diesem Fall gegebenen inversen Dosisprofils mit besonders guter Näherung erreichbar. Im Gegensatz zu elektromagnetischer Strahlung geben Partikel typischerweise am Ende ihrer Reichweite am meisten Energie ab. Diese Eigenschaft von Partikelstrahlen erweitert die Möglichkeiten der Behandlung von Tumoren, die an Risikoorgane grenzen. In einem solchen Fall ist eine präzise Erstellung und Einhaltung eines Bestrahlungsplanes von besonderer Bedeutung. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass sich Form und Dichte des bestrahlten Gewebes im Laufe der Strahlentherapie, insbesondere durch die Wirkung der Bestrahlung, stark ändern können. Es kann daher erforder lich werden, während der Strahlentherapie einen neuen Bestrahlungsplan zu erstellen.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine insbesondere mit Partikelstrahlung arbeitende medizinische Bestrahlungseinrichtung anzugeben, welche besonders dazu geeignet ist, die Bestrahlung an sich im Laufe der Therapie ändernde Bedingungen anzupassen. Des Weiteren ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren anzugeben, mit welchem Betriebsparameter einer medizinischen Bestrahlungseinrichtung an sich mit Fortschritt der Therapie ändernde therapeutische Erfordernisse anpassbar sind.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine medizinische Bestrahlungseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 12. Im Folgenden im Zusammenhang mit der Vorrichtung genannte Ausgestaltungen und Vorteile gelten sinngemäß auch für das Verfahren und umgekehrt.
- Die Bestrahlungseinrichtung umfasst eine Strahlenquelle, insbesondere eine Partikelstrahlenquelle, und eine Ablenkeinrichtung, worunter jegliche Einrichtung verstanden wird, die die Strahlung, insbesondere die Energie und Richtung der Teilchen, steuerbar beeinflusst. Zur Ansteuerung der Bestrahlungseinrichtung ist eine Datenverarbeitungsvorrichtung vorgesehen, welche Betriebsparameter der Strahlenquelle und der Ablenkeinheit entsprechend einem Bestrahlungsplan einstellt. Der Bestrahlungsplan wurde zuvor auf Grundlage einer mit einem bildgebenden medizintechnischen Diagnosegerät, insbesondere Computertomographie-Gerät, erstellten Aufnahme des zu bestrahlenden Gewebes generiert. Die Datenverarbeitungsvorrichtung ist programmtechnisch derart eingerichtet, dass Charakteristika der gemäß unterschiedlicher Bestrahlungsszenarien auf das Gewebe einwirkenden Strahlung in einer gemeinsamen Darstellung visualisierbar sind. Bei den mit Hilfe der Datenverarbeitungsvorrichtung darstellbaren Charakteristika der Strahlung handelt es sich insbesondere um die im Gewebe deponierte Energie. Ebenso ist die Reichweite der Strahlung darstellbar. Die Darstellung umfasst dabei ein vergangenheitsbezogenes Bestrahlungsszenario und ein zukunftsbezogenes Bestrahlungsszenario. Die graphische Darstellung von Eigenschaften der gemäß Bestrahlungsplan zu applizierenden Strahlung ist in vorteilhafter Weise eingebunden in eine zwei- oder dreidimensionale Darstellung des zu bestrahlenden Gewebes.
- Im erstgenannten Bestrahlungsszenario wird ausgegangen von einer ersten mit dem bildgebenden medizintechnischen Diagnosegerät erstellten Aufnahme des zu bestrahlenden Gewebes, welche vor Beginn der Strahlentherapie gewonnen wurde. Auf Grundlage dieser Aufnahme wurde rechnergestützt ein erster Bestrahlungsplan generiert. Die diesem Bestrahlungsplan entsprechenden Betriebsparameter der medizinischen Bestrahlungseinrichtung werden zunächst nicht geändert. Vielmehr wird mit diesen Betriebsparametern ein zweites Bestrahlungsszenario betrachtet, das nicht von der ursprünglichen Aufnahme des zu bestrahlenden Gewebes ausgeht, sondern von einer neueren, nach Bestrahlung des Gewebes gewonnenen Aufnahme.
- Aufgrund der geänderten Geometrie und/oder Zusammensetzung des zu bestrahlenden Gewebes ergibt sich eine geänderte Charakteristik, insbesondere Reichweite, der Strahlung. Diese Charakteristik wird rechnergestützt in eine Darstellung der ursprünglichen Charakteristik eingeblendet. In diesem Schritt wird somit ein zweiter Bestrahlungsplan simuliert, wobei sich zunächst nur die Form und/oder Art des bestrahlten Gewebes ändert. Der die Bestrahlungseinrichtung einschließlich Datenverarbeitungsanlage nutzende Bediener wird durch das zweite Bestrahlungsszenario in die Lage versetzt, sich ein Bild von den Wirkungen der Strahlung unter den geänderten Bedingungen zu machen, wobei die geänderten Wirkungen visuell unmittelbar den Wirkungen laut ursprünglichem Bestrahlungsplan gegenübergestellt werden.
- In einem nächsten Schritt hat der Bediener die Möglichkeit, ein Szenario mit geänderten Parametereinstellungen der Bestrahlungseinrichtung zu simulieren. Hierbei ist es besonders vorteilhaft, dass der Bediener von geometrisch darstellbaren Charakteristiken der Bestrahlung, insbesondere Reichweiten und/oder Dosisverteilungen, ausgehen kann. Aus vom Benutzer vargebbaren geänderten Charakteristiken ermittelt die Datenverarbeitungsanlage geeignete neue Betriebsparameter der Bestrahlungseinrichtung. Die Bestrahlung ist im folgenden mit der neuen Parametereinstellung simulierbar, wobei die Resultate wiederum, den Resultaten einer bereits durchgeführten Bestrahlung und/oder eines anderen Szenarios gegenübergestellt, angezeigt werden können. Dem Bediener wird damit eine sehr rasche sowie sachgerechte Anpassung des Bestrahlungsplans an geänderte Gegebenheiten ermöglicht.
- Nach einer bevorzugten Ausgestaltung ist eine Visualisierung der Charakteristika der Strahlung unter Nutzung des volume rendering (VR) Verfahrens und/oder des surface rendering (SR) Verfahrens vorgesehen. Das VR Verfahren ermöglicht eine semitransparente Darstellung von Strukturen und ist beispielsweise in der Firmenschrift "electro medica", Heft 1, 2003, Seiten 50–57, der Siemens AG beschrieben. Weitere Informationen, auch zum SR Verfahren, enthält die Dissertation "Dreidimensionale Darstellung der Hirnnerven V-VIII mittels virtueller Zisternoskopie" (Christian Nikolaus Heine, Medizinische Fakultät der Charité – Universitätsmedizin Berlin, 2004). Mit Hilfe des VR Verfahrens sind Abweichungen zwischen verschiedenen Bestrahlungsszenarien dreidimensional über das gesamte relevante Volumen darstellbar. Zusätzlich oder alternativ ist auch eine schichtweise vergleichende Darstellung möglich.
- Die Erfindung hat insbesondere den Vorteil, dass mit Hilfe einer vergleichenden Visualisierung, die unterschiedliche Bestrahlungsszenarien abdeckt, eine sehr schnelle und für den Bediener unkomplizierte Einstellung von Parametern eines Bestrahlungsplanes möglich ist.
- Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen jeweils in vereinfachter Darstellung:
-
1 eine medizinische Bestrahlungseinrichtung sowie ein mit dieser datentechnisch verknüpftes bildgebendes medizintechnisches Diagnosegerät, -
2 ein mit der medizinischen Bestrahlungseinrichtung nach1 zu bestrahlendes Volumen, und -
3 in einem Flussdiagramm ein Verfahren zur Einstellung von Betriebsparametern der medizinischen Bestrahlungseinrichtung nach1 . - Einander entsprechende Teile oder Parameter sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
- Die
1 zeigt in symbolisierter Darstellung eine medizinische Bestrahlungseinrichtung1 , welche eine Strahlenquelle2 , nämlich Partikelstrahlenquelle, sowie eine allgemein als Ablenkeinrichtung3 bezeichnete Einrichtung zur Beeinflussung der Energie und/oder Richtung der Strahlung umfasst. Die Strahlrichtung des Partikelstrahls ist mit S angegeben. Ein nicht dargestellter Patient mit einem zu bestrahlenden Gewebe befindet sich auf einer Patientenliege4 . Die Bestrahlung erfolgt gemäß eines Bestrahlungsplanes, der Parametereinstellungen der Strahlenquelle2 sowie der Ablenkeinrichtung3 und damit zusammenhängend Parameter der Partikelbestrahlung wie Strahlgeometrie, Energie der Partikel und Dosis der Bestrahlung vorgibt. Die Speicherung der zur Umsetzung des Bestrahlungsplans erforderlichen Daten sowie die Ansteuerung der Strahlenquelle2 und der Ablenkeinrichtung3 erfolgt mittels einer Datenverarbeitungsvorrichtung5 , die datentech nisch auch mit einem bildgebenden medizintechnischen Diagnosegerät6 , nämlich einem Computertomographen, verbunden ist. Alternativ kann es sich bei dem bildgebenden medizintechnischen Diagnosegerät6 beispielsweise um ein Magnetresonanzgerät handeln. - Eine mit dem bildgebenden medizintechnischen Diagnosegerät
6 gewonnene Aufnahme des zu bestrahlenden Gewebes sowie umgebender Gewebebereiche des Patienten dient als Grundlage zur Erstellung des Bestrahlungsplans. Die Datenverarbeitungsvorrichtung5 ermöglicht eine dreidimensionale Darstellung des zu bestrahlenden Gewebes. - Die
2 zeigt eine grob schematisierte, mittels der Datenverarbeitungsvorrichtung5 wiedergebbare Darstellung7 möglicher Formen eines zu bestrahlenden Volumens. Ein in der Darstellung quaderförmiges erstes Volumen8 ist laut Bestrahlungsplan der in Strahlrichtung S eintreffenden Partikelstrahlung ausgesetzt. Dieses erste Volumen8 entspreche der mit Hilfe des bildgebenden medizintechnischen Diagnosegerätes6 festgestellten Gestalt eines Tumors. Die minimale und maximale Energie der von der Strahlenquelle2 emittierten Partikel ist derart bemessen, dass die Teilchen mit bestmöglicher Näherung ausschließlich in dem durch eine proximale Grenzfläche9 und eine distale Grenzfläche10 begrenzten ersten Volumen8 ihre Energie abgeben. In der Darstellung7 kann in einer dreidimensionalen Ansicht auch die Dosisverteilung der mittels der Strahlenquelle2 deponierten Strahlung angezeigt werden. Hierbei werden unterschiedliche Dosen beispielsweise durch verschiedene Farben angezeigt. - Eine erhöhte Übersichtlichkeit ist gegeben, wenn in der Darstellung
7 nur Grenzflächen, insbesondere die proximale Grenzfläche9 und die distale Grenzfläche10 visualisiert werden. Fallen die Grenzflächen9 ,10 genau mit Oberflächen des zu bestrahlenden Gewebes zusammen, was idealerweise der Fall sein sollte, so ergibt sich die in2 gezeigte An sicht. Hierfür sind das volume rendering Verfahren und das surface rendering Verfahren besonders geeignet. Beide Verfahren stellen Rekonstruktionstechniken dar, wobei nach dem surface rendering Verfahren in der Regel weniger als 10 % der Bilddaten genutzt werden, während das volume rendering Verfahren nahezu alle Daten nutzt und mit wesentlich geringerer Wahrscheinlichkeit Artefakte bildet. Die in der Darstellung7 sichtbaren Grenzflächen9 ,10 entsprechen der sogenannten proximalen beziehungsweise distalen Kante der Partikelstrahlung. - Durch die Bestrahlung des Tumors verringert sich im Laufe der Zeit dessen Volumen, was mit Hilfe des Diagnosegerätes
6 diagnostizierbar ist. Die Ausdehnung des Tumors, welcher sich zurückgebildet hat, entspricht einem zweiten Volumen11 , das in der Darstellung7 gestrichelt eingezeichnet ist. Während die Lage der distalen Grenzfläche10 im Vergleich zum ersten Volumen8 unverändert, nämlich in einer Ebene E liegend, ist, weist das zweite Volumen11 eine in Strahlrichtung S verschobene proximale Grenzfläche12 auf. Diese Verschiebung ist in einem geänderten, dem verkleinerten Tumor angepassten Bestrahlungsplan zu berücksichtigen. Der Bediener der Bestrahlungseinrichtung1 einschließlich der Datenverarbeitungsvorrichtung5 hat die Möglichkeit, Charakteristika, insbesondere Dosisverteilungen sowie die Lage von Grenzflächen9 ,10 ,12 , der Bestrahlung simulieren zu lassen. - Wird beispielsweise bei einer Simulation davon ausgegangen, dass ausschließlich das zweite Volumen
11 zu bestrahlen ist, wobei die Parametereinstellungen des ursprünglichen Bestrahlungsplans beibehalten werden, so würden in der Darstellung7 Grenzflächen der Bestrahlung eingeblendet werden, die deutlich außerhalb des zweiten Volumens11 liegen. Für den Bediener wäre dies ein klarer Hinweis, dass die Parametereinstellungen geändert werden müssen. Mit angepassten Parametereinstellungen kann anschließend die Simulation erneut durchgeführt werden. In vorteilhafter Weise ist die Datenverarbeitungsvorrichtung5 programmtechnisch dazu eingerichtet, bei vorgegebenem zu bestrahlenden Volumen8 ,11 eine für die Partikelbestrahlung geeignete Parametereinstellung der Strahlenquelle2 sowie der Ablenkeinrichtung3 selbsttätig zu finden. In analoger Weise zum ersten Volumen8 werden auch im Fall des zweiten Volumens11 nicht nur Oberflächen des Volumens8 selbst, sondern auch Grenzflächen10 ,12 der Bestrahlung automatisch in die dreidimensionale Darstellung7 eingefügt. Im idealisierten Ausführungsbeispiel nach2 fallen auch beim zweiten, kleineren Volumen11 die Grenzflächen10 ,12 exakt mit Oberflächen des Volumens11 zusammen. Allgemein wird die Simulation automatisch für jede Strahlrichtung S, das heißt für jede Einschussbahn durchgeführt. - Der Ablauf der Einstellung und Anpassung von Betriebsparametern der Bestrahlungseinrichtung
1 wird im Folgenden anhand3 erläutert:
In einem ersten Schritt S1 wird mittels des bildgebenden medizintechnischen Diagnosegerätes6 eine dreidimensionale Aufnahme des zu bestrahlenden Gewebes erstellt. Im zweiten Schritt S2 wird auf Basis dieser Aufnahme rechnergestützt ein erster Bestrahlungsplan generiert. Die Bestrahlung wird im dritten Schritt S3 entsprechend diesem Plan durchgeführt. Zwischen zwei als Fraktionen bezeichneten Bestrahlungen wird in einem vierten Schritt S4 abermals eine Aufnahme des zu bestrahlenden Gewebes mit Hilfe des Diagnosegerätes6 erstellt. Diese zweite Aufnahme (siehe zweites Volumen11 in2 ) wird herangezogen, um in einem fünften Schritt S5 in einer Simulation die Resultate eines zweiten Bestrahlungsplans zu simulieren, in dem zunächst die Parametereinstellungen der Bestrahlungseinrichtung1 unverändert bleiben, jedoch die diagnostizierten Änderungen des zu bestrahlenden Gewebes berücksichtigt sind. Im folgenden sechsten Schritt S6 werden die Ergebnisse der Simulation, das heißt Charakteristika der gemäß der verschiedenen Szenarien durchgeführten beziehungsweise simulierten Bestrahlung, simultan in einer gemeinsamen Darstellung7 (2 ), welche einen direkten Vergleich der verschiedenen Resultate ermöglicht, dargestellt. Im nächsten Schritt S7 werden die Parametereinstellungen der Bestrahlungseinrichtung1 in einer erneuten Simulation geändert, um die Ergebnisse wiederum in einer Darstellung7 (Schritt S6) anzuzeigen. Dieser Vorgang wird, soweit erforderlich, mehrmals wiederholt, bis im Schritt S8 die Bestrahlung nach einem aktualisierten Bestrahlungsplan fortgeführt wird, womit die Konformität der Bestrahlung gewahrt bleibt.
Claims (14)
- Medizinische Bestrahlungseinrichtung, mit einer Strahlenquelle (
2 ) und einer Ablenkeinrichtung (3 ), die entsprechend einem unter Nutzung einer mit einem bildgebenden medizintechnischen Diagnosegerät (6 ) erstellten Aufnahme eines zu bestrahlenden Gewebes generierten Bestrahlungsplan mittels einer Datenverarbeitungsvorrichtung (5 ) ansteuerbar sind, welche datentechnisch derart eingerichtet ist, dass Charakteristika der gemäß unterschiedlicher Bestrahlungsszenarien auf das Gewebe einwirkenden Strahlung in einer gemeinsamen Darstellung (7 ) visualisierbar sind, wobei die Darstellung ein vergangenheitsbezogens Bestrahlungsszenario und ein zukunftsbezogenes Bestrahlungsszenario von Bestrahlungen zu unterschiedlichen Zeitpunkten umfasst. - Medizinische Bestrahlungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlenquelle (
2 ) eine Partikelstrahlenquelle ist. - Medizinische Bestrahlungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die verschiedenen Bestrahlungsszenarien unterschiedliche Geometrien des zu bestrahlenden Gewebes umfassen.
- Medizinische Bestrahlungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in den verschiedenen Bestrahlungsszenarien eine zeitliche Veränderung der Geometrie des zu bestrahlenden Gewebes berücksichtigt ist.
- Medizinische Bestrahlungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die visualisierbaren Charakteristika der auf das Gewebe einwirkenden Strahlung Dosisverteilungen sind.
- Medizinische Bestrahlungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass Charakteristika der auf das Gewebe einwirkenden Strahlung zusammen mit dem zu bestrahlenden Gewebe in einer Darstellung (
7 ) visualisiert sind. - Medizinische Bestrahlungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Darstellung (
7 ) die Visualisierung der relevanten geometrischen Reichweiten der auf das Gewebe einwirkenden Strahlung umfasst. - Medizinische Bestrahlungseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Berechnung der relevanten geometrischen Reichweiten der Strahlung auf Basis der minimalen sowie maximalen Energie der auf das Gewebe einwirkenden Strahlung vorgesehen ist.
- Medizinische Bestrahlungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Visualisierung der Charakteristika der Strahlung unter Nutzung des volume rendering Verfahrens vorgesehen ist.
- Medizinische Bestrahlungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Visualisierung der Charakteristika der Strahlung unter Nutzung des surface rendering Verfahrens vorgesehen ist.
- Medizinische Bestrahlungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine schichtweise Visualisierung der Charakteristika der Strahlung vorgesehen ist.
- Verfahren zur Einstellung von Betriebsparametern einer medizinischen Bestrahlungseinrichtung (
1 ), mit folgenden Schritten: – Auf Grundlage einer mit einem bildgebenden medizintechnischen Diagnosegerät (6 ) erstellten ersten Aufnahme eines zu bestrahlenden Gewebes wird rechnergestützt ein erster Bestrahlungsplan erstellt, in welchem Betriebsparameter der medizinischen Bestrahlungseinrichtung (1 ) festgelegt sind, – nach unter Nutzung des Bestrahlungsplanes erfolgter Bestrahlung und Erstellung einer zweiten Aufnahme des zu bestrahlenden Gewebes wird ein zweiter Bestrahlungsplan erstellt, – eine Charakteristik der gemäß erstem Bestrahlungsplan auf das Gewebe einwirkenden Strahlung sowie eine analoge Charakteristik der gemäß zweitem Bestrahlungsplan auf des Gewebe einwirkenden Strahlung werden in einer gemeinsamen Darstellung (7 ) rechnergestützt visualisiert, – Betriebsparameter des zweiten Bestrahlungsplanes werden geändert, um die Charakteristik der nach diesem Bestrahlungsplan auf das Gewebe einwirkenden Strahlung zu modifizieren. - Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmen des zu bestrahlenden Gewebes mit einem Computertomographen als bildgebendem medizintechnischen Diagnosegerät (
6 ) erstellt werden. - Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Erstellung des Bestrahlungsplans unter Berücksichtigung einer zeitlich veränderten Dichteverteilung des zu bestrahlenden Gewebes erfolgt.
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