DE102006015683A1

DE102006015683A1 - Medizintechnisches Gerät

Info

Publication number: DE102006015683A1
Application number: DE102006015683A
Authority: DE
Inventors: Konstanze Dr. Gunzert-Marx; Tim Use
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2006-04-04
Filing date: 2006-04-04
Publication date: 2007-11-08
Also published as: US20070263230A1

Abstract

Ein medizintechnisches Gerät (1), insbesondere Strahlentherapiegerät, arbeitet mit einem optischen Koordinatenanzeigesystem (4), welches mindestens eine Strahlenquelle (5) sowie eine Strahlendetektoreinrichtung (6) umfasst, die eine aus einer Reihe Photozellen (9) aufgebaute Photozeile (8, 10) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft ein medizintechnisches Gerät, insbesondere Strahlentherapiegerät, mit einem optischen Koordinatenanzeigesystem sowie ein Verfahren zum Einstellen und Überprüfen eines Koordinatensystems, insbesondere Laser-Raumkoordinatensystems, eines medizintechnischen Gerätes.
Die Verwendung von Laser-Messsystemen bei medizinischen Diagnose- oder Therapiegeräten ist beispielsweise aus der DE 102 32 681 A1 bekannt.
Die korrekte Positionierung des Patienten relativ zu einem medizintechnischen Gerät ist insbesondere in der Strahlentherapie von höchster Bedeutung. Grundvoraussetzung hierfür ist die exakte Bestimmung eines Raumkoordinatensystems. Typischerweise wird ein Laserkoordinatenanzeigesystem bei der Installation und einmal jährlich mit einem Theodoliten eingemessen. Das Laserkoordinatenanzeigesystem umfasst üblicherweise mindestens drei orthogonal zueinander ausgerichtete, linienförmige Laserfächer oder Laserbündel, deren Schnittpunkt den Ort des sogenannten Isozentrums angibt. Bei regelmäßigen, in der Regel täglichen Überprüfungen wird eine Kontrolle anhand von Markierungen vorgenommen, die jeweils an einer einem Laserstrahler gegenüberliegenden Wand angebracht sind. Bei Bedarf können mit Justageschrauben Änderungen am Laserkoordinatenanzeigesystem vorgenommen werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Einstellen sowie die Überprüfung eines Koordinatensystems eines medizintechnischen Gerätes zu vereinfachen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Im Folgenden im Zusammenhang mit der Vorrichtung erläuterte Ausgestaltungen und Vorteile gelten sinngemäß auch für das Verfahren und umgekehrt.
Das medizintechnische Gerät, insbesondere Strahlentherapiegerät, beispielsweise Partikel-Bestrahlungsgerät, nach Anspruch 1 weist ein optisches Koordinatenanzeigesystem, insbesondere ein Laser-Raumkoordinatensystem, auf, welches mindestens eine zur Emission eines insbesondere fächerartigen Strahlenbündels vorgesehene Strahlenquelle sowie eine Strahlendetektoreinrichtung umfasst, wobei die Strahlendetektoreinrichtung eine aus einer Reihe von Photozellen aufgebaute sogenannte Photozeile aufweist.
Die Detektion des von der Strahlenquelle des Koordinatenanzeigesystem emittierten Strahls, insbesondere Laserstrahls, mittels einer aus aneinander gereihten Photozellen aufgebauten Photozeile hat den Vorteil, dass eine unmittelbare visuelle Kontrolle durch das Bedienpersonal des medizintechnischen Gerätes entbehrlich wird. Damit sind entsprechende Fehlerquellen eliminiert, wobei auch die Genauigkeit der Überprüfung des Koordinatensystems bei Verwendung entsprechend hochauflösender Photozellen erhöht ist. Zudem sind die von der Photozeile aufgenommenen Signale automatisch durch eine zur Ansteuerung des medizintechnischen Gerätes vorgesehene Rechenanlage weiterverarbeitbar.
Das Koordinatenanzeigesystem arbeitet vorzugsweise mit mehreren einen Winkel, insbesondere einen rechten Winkel, miteinander einschließenden Photozeilen. Des Weiteren sind bevorzugt verschiedene Photozeilen parallel zueinander angeordnet. Diese parallel zueinander angeordneten Photozeilen sind in vorteilhafter Ausgestaltung dazu vorgesehen, ein und dasselbe Strahlenbündel, insbesondere eine einzige Laserlinie, zu detektieren. Auf diese Weise ist es möglich, nicht nur eine Verschiebung der Strahlenquelle relativ zur Strahlendetektoreinrichtung, sondern auch eine Verdrehung zu erfassen. Die Winkelauflösung ist dabei umso höher, je weiter die Photozeilen voneinander beabstandet sind. Der annähernd rechteckige und insbesondere linienförmige Querschnitt eines Strahlenbündels oder Fächers ist bei korrekter Einstellung des Raumkoordinatensystems vorzugsweise orthogonal zur jeweils zugeordneten Photozeile ausgerichtet.
Unabhängig davon, ob eine Photozeile zur Orts- und/oder Winkelbestimmung vorgesehen ist, sind deren einzelne Photozellen in Relation zum Querschnitt des Strahlenbündels vorzugsweise derart angeordnet und bemessen, dass das auf die Photozeile treffende Strahlenbündel auf mehrere Photozellen trifft. Zugleich ist die Photozeile vorzugsweise derart dimensioniert, dass sie vom Strahlenbündel nur auf einem Teil ihrer Länge belichtet wird, das heißt nur ein Teil der Photozellen ein Signal, insbesondere ein eine einstellbare Schwelle überschreitendes Signal, liefert.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Hierin zeigen jeweils in schematischer Darstellung:
1 Ein medizintechnisches Gerät mit einem optischen Koordinatenanzeigesystem,
2 eine Photozeile des Koordinatenanzeigesystems nach 1 sowie beispielhafte Verläufe damit aufgenommener Signale,
3 eine Anordnung mehrerer Photozeilen des Koordinatenanzeigesystems nach 1 sowie ein erstes Beispiel zweier Strahlenbündel, und
4 die Anordnung mehrerer Photozeilen nach 3 sowie ein zweites Beispiel zweier Strahlenbündel.
Einander entsprechende Teile und Parameter sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Ein in 1 symbolisiert dargestelltes medizintechnisches Gerät 1, nämlich ein mit Partikelstrahlung, beispielsweise Protonenstrahlung oder Schwerionenstrahlung, arbeitendes Strahlentherapiegerät, sendet einen Partikelstrahl 2 aus, der in einem Isozentrum 3 auf zu bestrahlendes Gewebe eines nicht dargestellten Patienten trifft.
Das medizintechnische Gerät 1 weist ein optisches Koordinatenanzeigesystem 4 auf, das einen Laserstrahler als Strahlenquelle 5 sowie eine Strahlendetektoreinrichtung 6 zur unmittelbaren Erfassung des von der Strahlenquelle 5 emittierten Strahlenbündels 7 umfasst. Es ist also keine Abschattung des Strahlenbündels 7, etwa durch ein Messobjekt, vorgesehen. In 1 ist schematisch lediglich ein einziges Paar einer Strahlenquelle 5 und einer Strahlendetektoreinrichtung 6 dargestellt. Tatsächlich sind mindestens drei die Achsen eines Koordinatensystems beschreibende Laserstrahler 5 sowie die zugehörigen Strahlendetektoreinrichtungen 6 vorhanden. Sämtliche Laserstrahler 5 und Strahlendetektoreinrichtungen 6 sind als Teile des Koordinatenanzeigesystems 4 datentechnisch mit weiteren Komponenten des medizintechnischen Gerätes 1, insbesondere mit einem Anzeigeelement verbunden, welches anzeigt, ob das Koordinatenanzeigesystem noch innerhalb der Spezifikation liegt.
Jede Strahlendetektoreinrichtung 6 weist mindestens eine Photozeile 8 auf, die aus mehreren geometrisch in Reihe angeordneten Photozellen 9 zusammengesetzt ist. Als Photozellen 9 werden beispielsweise CCD-Zellen (charge coupled device) verwendet. Ebenso sind jegliche sonstige photosensitive Sensoren geeignet.
In 2 ist zusätzlich zu einer Photozeile 8 ein von dieser geliefertes elektrisches Signal S bei zwei unterschiedlichen Belichtungen mit einem Strahlenbündel 7 dargestellt. Die Verschiebung des Strahlenbündels 7, kurz auch als Laserstrahl bezeichnet, von einer ersten Einstrahlposition – in 2 unten dargestellt – in eine zweite Einstrahlposition ist durch einen Pfeil veranschaulicht. Während in den Photozellen 9, die direkt durch das Strahlenbündel 7 belichtet werden, eine hohe Signalstärke erzeugt wird, fällt das Signal S mit zunehmender Entfernung von dem Zentrum des Strahlenbündels 7 ab. In nicht dargestellter Weise ist eine Schwelle einstellbar, die überschritten sein muss, um ein Signal S als durch die Einstrahlung eines Laserstrahls 7 zu werten.
In einer Photozelle 9 als lichtempfindlicher Photodiode entsteht bei Belichtung eine Ladung, die zur Intensität des auftreffenden Lichts proportional ist. In einer ersten Weise der Signalverarbeitung wird lediglich erfasst, ob die Intensität des von der Photozelle 9 detektierten Lichts die vorzugsweise einstellbare Schwelle überschreitet. Der Ort der Einstrahlung des Strahlenbündels 7 ist dann durch die Koordinaten der Photozelle 9 beziehungsweise – bei mehreren belichteten Photozellen 9 – durch die gemittelten Koordinaten der betreffenden Photozellen 9 definiert.
Nach einer alternativen Methode der Signalverarbeitung wird nicht nur die Überschreitung einer Schwelle, sondern – in feinerer Auflösung, insbesondere mit einer digitalen Skala – auch die Stärke des Signals S bei jeder belichteten Photozelle 9 erfasst. Auf diese Weise ist das Zentrum der Einstrahlung des Strahlenbündels 7 mit einer Genauigkeit bestimmbar, die die Ortsauflösung der einzelnen Photozellen 9, das heißt die Dimensionierung der typischerweise quadratischen Photozellen in Erstreckungsrichtung der Photozeile 8, 10, übertrifft.
In der Anordnung nach 3 sind zwei Photozeilen 8 parallel zueinander angeordnet, wobei der Abstand zwischen den gleichartigen Photozeilen 8 mit D angegeben ist. Zusätzlich sind zwei weitere Photozeilen 10 ebenfalls parallel zueinander angeordnet. Diese Photozeilen 10 sind orthogonal zu den Photozeilen 8 angeordnet, so dass die insgesamt vier Photozeilen 8, 10 an den Seiten eines gedachten Rechtecks angeordnet sind. In der Mitte dieses Rechtecks befindet sich das Isozentrum 3, in welchem das mit dem Partikelstrahl 2 zu behandelnde Gewebe des Patienten zu positionieren ist.
Jedes Paar an Photozeilen 8, 10 wird von einem Strahlenbündel 7 belichtet, welches einen langgestreckten rechteckigen Querschnitt aufweist und auch als Laserlinie bezeichnet wird. Die in 3 sichtbaren Laserlinien 7 schneiden die zugeordneten Photozeilen 8, 10 jeweils exakt rechtwinklig. Das Isozentrum 3 liegt im Schnittpunkt der beiden Laserlinien 7. Jede Laserlinie 7 schneidet die zugeordnete Photozeile 8, 10 nur auf einem kleineren Teil, im dargestellten Ausführungsbeispiel weniger als einem Viertel, deren Länge L.
Die 4 zeigt ebenfalls die Photozeilen 8, 10 in der Anordnung nach 3. Lediglich die Geometrie der Strahlenbündel 7 unterscheidet sich vom anhand der 3 erläuterten Fall: Gemäß 4 werden beide Paare an Photozeilen 8, 10 vom jeweiligen Strahlenbündel 7 nicht orthogonal geschnitten. Dies veranschaulicht in besonderer Weise, dass das Koordinatenanzeigesystem 4 nicht nur zur Detektion von Verschiebungen, sondern auch zur quantitativen Erfassung von Verdrehungen der Strahlenbündel 7 relativ zu den zugeordneten Photozeilen 8, 10 geeignet ist. Je größer der Abstand D zwischen zueinander parallelen Photozeilen 8 ist, desto größer ist die Winkelauflösung des optischen Messsystems 4.
Im in 4 dargestellten Fall liegt das Isozentrum 3 nicht, wie zum Betrieb des medizintechnischen Gerätes 1 gefordert, im Schnittpunkt der beiden Strahlenbündel 7. Dieser unzulässige Zustand wird automatisch erkannt und angezeigt. Vor Beginn der Bestrahlung des Patienten ist eine Justage des Laserkoordinatensystems vorzunehmen, um die in 3 dargestellte räumliche Korrelation zwischen den Strahlenbündeln 7 und der Strahlendetektoreinrichtung 6 zu erreichen.
Statt aus einzelnen Photozeilen 8, 10 kann die Strahlendetektoreinrichtung 6 auch aus einem Array an Photozellen 9 aufgebaut sein. Die Verwendung separater, einreihiger Photozeilen 8, 10 hat jedoch den Vorteil, dass insgesamt weniger Photozellen 9 benötigt werden. Zudem ist im Vergleich zu matrixförmig angeordneten Photozellen 9, abhängig vom Abstand D zwischen einzelnen Photozeilen 8, 10, eine wesentlich erhöhte Winkelsensitivität erreichbar.

Claims

Medizintechnisches Gerät, insbesondere Strahlentherapiegerät, mit einem optischen Koordinatenanzeigesystem (4), welches mindestens eine zur Emission eines Strahlenbündels (7) vorgesehene Strahlenquelle (5) sowie eine Strahlendetektoreinrichtung (6) umfasst, wobei die Strahlendetektoreinrichtung (6) eine aus einer Reihe Photozellen (9) aufgebaute Photozeile (8, 10) aufweist.
Medizintechnisches Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Strahlenquelle (5) des Koordinatenanzeigesystems (4) ein Laserstrahler vorgesehen ist.
Medizintechnisches Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlendetektoreinrichtung (6) mehrere einen Winkel, insbesondere rechten Winkel, miteinander einschließende Photozeilen (8, 10) umfasst.
Medizintechnisches Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlendetektoreinrichtung (6) mehrere parallel zueinander angeordnete Photozeilen (8, 10) umfasst.
Medizintechnisches Gerät nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Photozeilen (8, 10) zur Detektion desselben von der Strahlenquelle (5) ausgesandten Strahlenbündels (7) vorgesehen sind.
Medizintechnisches Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Photozeilen (8, 10) derart relativ zum Strahlenbündel (7) angeordnet sind, dass sowohl eine Verschiebung als auch eine Rotation des Strahlenbündels (7) detektierbar ist.
Medizintechnisches Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Strahlenbündel (7) einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweist, wobei eine Längsseite des Querschnitts des Strahlenbündels (7) mit der Photozeile (8, 10) einen zumindest annähernd rechten Winkel einschließt.
Medizintechnisches Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Photozellen (9) der Photozeile (8, 10) derart relativ zum Strahlenbündel (7) bemessen und angeordnet sind, dass das Strahlenbündel (7) gleichzeitig auf mehrere Photozellen (9) der Photozeile (8, 10) trifft.
Medizintechnisches Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Photozellen (9) der Photozeile (8, 10) derart relativ zum Strahlenbündel (7) bemessen und angeordnet sind, dass das Strahlenbündel (7) lediglich auf einen kleineren Teil der Photozellen (9) der Photozeile (8, 10) trifft.
Verfahren zum Einstellen und Überprüfen eines Koordinatenanzeigesystems (4), insbesondere Laser-Raumkoordinatensystems, eines medizintechnischen Gerätes (1), wobei ein von einer Strahlenquelle (5) des Koordinatenanzeigesystems (4) emittiertes Strahlenbündel (7) direkt mittels einer aus einer Reihe Photozellen (9) aufgebauten Photozeile (8, 10) detektiert wird.