DE102006021771A1 - Vorrichtung, Verfahren sowie Computerprogrammprodukt zur Erstellung einer Bestrahlungsplanung - Google Patents

Vorrichtung, Verfahren sowie Computerprogrammprodukt zur Erstellung einer Bestrahlungsplanung Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erstellung einer Bestrahlungsplanung, mit zumindest einen von einem Patienten unabhängigen Referenzdatensatz (5), aus dem eine Schwächung von hochenergetischer Strahlung beim Durchtritt durch einen Referenzkörper ermittelbar ist, mit Mitteln zum Abgleichen (17) eines Patienten-MR-Abbildes (25) mit dem Referenzdatensatz (5), und mit Mittel zur Erstellung (21) einer Bestahlungsplanung unter Berücksichtigung des Patienten-MR-Abbildes (15) und der patientenspezifischen Abschwächung von hochenergetischer Strahlung beim Durchtritt durch den Patienten, wobei die patientenspezifische Abschwächung von hochenergetischer Strahlung anhand des Abgleichs des Patienten-MR-Abbildes (15) mit dem Referenzdatensatz (5) ermittelbar ist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren und ein Computerprogrammprodukt zur Durchführung des Verfahrens, bei dem ein Patienten-MR-Abbild (15) mit einem von dem Patienten unabhängigen Referenzdatensatz (5), aus dem eine Schwächung von hochenergetischer Strahlung beim Druchtritt durch einen Referenzkörper ermittelt werden kann, abgeglichen wird, und darauf basierend eine Bestrahlungsplanung erstellt wird, wobei die patientenspezifische Abschwächung von hochenergetischer Strahlung beim Durchtritt durch den Patienten anhand des Abgleichs des Patienten-MR-Abbildes (15) mit dem Referenzdatensatz (5) ermittelt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erstellung einer Bestrahlungsplanung, ein Verfahren zur Erstellung einer Bestrahlungsplanung sowie ein Computerprogrammprodukt.
  • Eine mögliche Therapieoption für viele Tumorarten, beispielsweise für Malignome der Prostata, des Kolons, der Brust, der Schilddrüse oder des zentralen Nervensystems, ist die Strahlentherapie. Hierunter wird Tumorgewebe mit ionisierenden, hochenergetischen Strahlen (vorwiegend hochenergetische Gammastrahlung oder Röntgenstrahlung, aber auch Elektronen, Neutronen, Protonen) bestrahlt. Die Wirkung der Bestrahlung beruht bei allen genannten Strahlenarten physikalisch meist auf der Energieübertragung in Streuprozessen, die zu einem Untergang von Tumorgewebe führt. Dabei wird die Tatsache ausgenutzt, dass Tumorgewebe meist strahlenempfindlicher ist als das umgebende Normalgewebe. Die Heilwirkung erfordert hohe Dosen von üblicherweise 20 bis 100 Gray in Abhängigkeit der Tumorart.
  • Um die Nebenwirkungen gering zu halten, wird die Bestrahlung oftmals auf mehrere tägliche Einzeldosen aufgeteilt (Fraktionierung) und über mehrere Wochen verabreicht (Protrahierung). Darüber hinaus wird die Bestrahlung derart räumlich und energetisch abgestimmt, dass die Strahlung vorwiegend nur den maligne entarteten Bereich trifft.
  • Hierzu wird üblicherweise ein Bestrahlungsplan mit Hilfe einer Abbildung des Patienten erstellt, die mit einem dreidimensionalen bildgebenden Verfahren erstellt wurde. Üblicherweise werden hierfür computertomographische Abbilder (CT-Abbilder) eingesetzt. Anhand der CT-Abbilder kann einerseits das Zielvolumen der Bestrahlung festgelegt werden, und ande rerseits ein umliegendes, zu schonendes Gewebe – beispielsweise neuronales Gewebe – lokalisiert werden.
  • Darüber hinaus bilden die Intensitätswerte der Bildvoxel einer CT-Abbildung (gemessen in sogenannten „Hounsfield Units") in guter Näherung die Elektronendichte am korrespondierenden Ort im Körper des Patienten ab, da die Intensitätswerte der Bildvoxel auf einer Absorption der Röntgenstrahlung an den zugehörigen Orten beruhen. Da bei einer Bestrahlung die Intensität der Wechselwirkung der Strahlung mit der Elektronendichte im Körper korreliert, kann aus einem CT-Abbild vergleichsweise einfach die Schwächung der Strahlung beim Durchtritt durch den Körper errechnet werden. Aufgrund dieser Eigenschaft wurden CT-Abbilder bisher bei der Erstellung einer Bestrahlungsplanung bevorzugt eingesetzt.
  • In letzter Zeit sind jedoch immer präzisere Bestrahlungsmethoden entwickelt worden, sodass die Abgabe eines Großteils der Energie der Strahlung auf einen wenige Millimeter großen Fokus eingeschränkt werden kann und – im Rahmen der sogenannten intensitätsmodulierten Strahlentherapie – sogar noch innerhalb des Fokus moduliert werden kann. Dieser möglichen Präzision einer Bestrahlung wird der Weichteilkontrast einer CT-Abbildung unterdessen immer seltener gerecht. Es besteht daher die Forderung, andere bildgebende Verfahren in der Bestrahlungsplanung einzusetzen, die einen besseren Weichteilkontrast aufweisen.
  • Ein mögliches Bildgebungsverfahren, das der Forderung nach einem besseren Weichteilkontrast gerecht wird, ist die Magnet-Resonanz-Bildgebung (MR-Bildgebung). Bei einer derartigen Bildgebung hängt der Kontrast von der Verteilung der Spindichte, der Wechselwirkung der Spins untereinander und/oder mit ihrer Umgebung ab. Hierdurch kann ein Weichteilkontrast erreicht werden, der deutlich über dem mit einem Computer-Tomographen erreichbaren Kontrast liegt. Bei der Erstellung einer Bestrahlungsplanung weisen Magnet-Resonanz-Abbilder allerdings den großen Nachteil auf, dass die Intensitätswerte der einzelnen Bildvoxel nicht mit der Elektronendichte an den zugehörigen Orten korrelieren, sodass aus einem Magnet-Resonanz-Abbild allein die Schwächung der Strahlung auf dem Weg durch den Körper nicht hinreichend genau ermittelt werden kann.
  • Eine Möglichkeit, dieses Problem zu lösen, ist es, sowohl ein CT-Abbild als auch ein MR-Abbild von einem Patienten für eine Bestrahlungsplanung aufzuzeichnen. Diese beiden Bilder werden zueinander registriert, damit die Bildinformationen der beiden Abbilder zueinander in Beziehung gesetzt werden kann. Aus dem MR-Abbild kann aufgrund des guten Weichteilkontrastes das zu bestrahlende Zielvolumen genau lokalisiert werden, aus dem CT-Abbild hingegen die Schwächung der Strahlung auf dem Weg durch den Körper zum Zielvolumen hin genau ermittelt werden. Nachteilig hierbei ist jedoch die Notwendigkeit, mit zwei unterschiedlichen bildgebenden Verfahren parallel zu arbeiten. Neben einer erhöhten Strahlenbelastung für den Patienten bedeutet die parallele Verwendung der zwei bildgebenden Verfahren einen deutlich erhöhten Zeit- und Kostenaufwand bei der Erstellung eines Bestrahlungsplans. Vor allem, wenn eine fraktionierte Bestrahlung durchgeführt wird, ist oftmals ein Anpassen der Bestrahlungsplanung notwendig. In diesem Falle werden wiederholt CT- und MR-Abbilder des Patienten aufgezeichnet, wodurch die Nachteile des geschilderten Verfahrens besonders deutlich hervortreten.
  • Weiterhin gibt es Verfahren, bei denen anatomischen Strukturen in MR-Bildern Schwächungskoeffizienten zugeordnet werden. Sie beruhen auf der Annahme, dass Abweichungen von Schwächungskoeffizienten für die bestimmten Strukturen (z.B. Knochen) zwischen Patienten vernachlässigbar sind. Zudem ist es vergleichsweise aufwändig, die verschiedenen Gewebearten in einem MR-Abbild zu lokalisieren – beispielsweise durch interaktive und/oder teilautomatisierte Segmentierungsverfahren – und den Gewebearten jeweils den passenden Schwächungskoeffizient zuzuordnen. Um den damit verbundenen Aufwand einzuschränken, beschränkt man sich in der Praxis häufig auf le diglich drei Gewebearten – Luft, Knochen und Weichteile. Diese Beschränkung erlaubt jedoch nicht immer die gewünschte Genauigkeit in der Bestrahlungsplanung.
  • Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung, ein Verfahren und ein Computerprogrammprodukt anzugeben, mit denen eine Bestrahlungsplanung durchgeführt werden kann, die Kosten sparend und Patienten schonend ist und einen hohen Grad an Genauigkeit hinsichtlich der Lokalisation des Zielvolumens und der Ermittelung der Strahlungsdosis aufweist.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1, durch ein Verfahren gemäß Anspruch 12, und durch ein Computerprogrammprodukt gemäß Anspruch 24 gelöst.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erstellung einer Bestrahlungsplanung bei einem menschlichen oder tierischen Patienten umfasst:
    • – zumindest einen von dem Patienten unabhängigen Referenzdatensatz, aus dem eine Schwächung von hochenergetischer Strahlung beim Durchtritt durch einen Referenzkörper ermittelbar ist,
    • – Mittel zum Abgleichen eines Patienten-Magnet-Resonanz-Abbildes des Patienten mit dem Referenzdatensatz, und
    • – Mittel zur Erstellung einer Bestrahlungsplanung unter Berücksichtigung des Patienten-Magnet-Resonanz-Abbildes und der patientenspezifischen Abschwächung von hochenergetischer Strahlung beim Durchtritt durch den Patienten, wobei die patientenspezifische Abschwächung von hochenergetischer Strahlung beim Durchtritt durch den Patienten anhand des Abgleichs des Patienten-Magnet-Resonanz-Abbildes mit dem Referenzdatensatz ermittelbar ist.
  • Anhand der Vorrichtung kann nun ein Bestrahlungsplan auch dann erstellt werden, wenn bei einem Patienten lediglich eine Magnet-Resonanz-Abbild (ein Patienten-MR-Abbild) vorliegt. Das Patienten-MR-Abbild weist dabei einen für die Bestrah lungsplanung vorteilhaften Weichteilkontrast auf, sodass die Lokalisation des Zielvolumens am Patienten-MR-Abbild genau durchgeführt werden kann.
  • Die für die Ermittelung der Abschwächung hochenergetischer Strahlung notwendigen Informationen liegen für einen Referenzkörper vor und sind in dem dem Referenzkörper korrespondierenden Referenzdatensatz hinterlegt. Damit diese zunächst patientenunabhängige Information auch bei der Erstellung der Bestrahlungsplanung für den Patienten berücksichtigt werden kann, weist die Vorrichtung Mittel zum Abgleichen des Patienten-MR-Abbildes mit dem Referenzdatensatz auf. Durch den Abgleich (engl.: „adaptation") wird das Patienten-MR-Abbild dem Referenzdatensatz – und damit auch dem Referenzkörper – angepasst, sodass die zunächst patientenunabhängige Information über die Schwächung der hochenergetischen Strahlung mit Hilfe des Abgleichs auf das Patienten-MR-Abbild übertragen werden kann, sodass die patientenspezifische Abschwächung von hochenergetischer Strahlung beim Durchtritt durch den Patienten ermittelt werden kann. In einem nächsten Schritt kann dann die Bestrahlungsplanung anhand des Patienten-MR-Abbildes und der patientenspezifischen Abschwächung durchgeführt werden.
  • Der Referenzkörper bzw. der Referenzdatensatz wird dabei üblicherweise nicht der gesamten Körper widerspiegeln, sondern lediglich denjenigen Teil, der für die Bestrahlungsplanung für einen bestimmten Tumor relevant ist. Dieser Teil ist dabei unter anderem dem Patienten-MR-Abbild angepasst. Beispielsweise ist für die Bestrahlungsplanung für den Primärtumor der Prostata lediglich die Information der Abschwächung der Strahlung im kleinen Becken notwendig; entsprechend liegt als Patienten-MR-Abbild lediglich ein MR-Abbild des kleinen Beckens vor. Im Referenzdatensatz sind daher üblicherweise nur die Informationen über die Abschwächung der Strahlung im Bereich des kleinen Beckens im Referenzkörper hinterlegt.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst der zumindest eine Referenzdatensatz ein computertomographisches Abbild des Referenzkörpers.
  • Da ein CT-Abbild in guter Näherung die Elektronendichte im Körper des Patienten abbildet und da die Elektronendichte zugleich ein Maß für die Abschwächung hochenergetischer Strahlung darstellt, lässt sich aus einem Referenzdatensatz, der ein CT-Abbild umfasst, die Abschwächung der Strahlung durch den Referenzkörper vergleichsweise einfach ermitteln. Der Abgleich des Patienten-MR-Abbildes erfolgt dabei mit dem computertomographischen Abbild des Referenzkörpers.
  • Bevorzugterweise umfasst der zumindest eine Referenzdatensatz ein Magnet-Resonanz-Abbild, wobei das Magnet-Resonanz-Abbild ein zu dem computertomographischen Abbild korrespondierendes Abbild des Referenzkörpers ist.
  • Dadurch, dass im Referenzdatensatz auch ein Magnet-Resonanz-Abbild hinterlegt ist, kann der Abgleich des Patienten-MR-Abbildes mit dem Referenzdatensatz auf vergleichsweise einfache Weise durchgeführt werden, da nun im Referenzdatensatz ein MR-Abbild hinterlegt ist, das einen dem Patienten-MR-Abbild ähnlicheren Bildkontrast als das CT-Abbild aufweist.
  • Bevorzugterweise sind die Mittel zum Abgleichen des Patienten-Magnet-Resonanz-Abbildes mit dem Referenzdatensatz als Mittel zum Abgleichen des Patienten-Magnet-Resonanz-Abbildes mit dem Magnet-Resonanz-Abbild des Referenzdatensatzes ausgebildet.
  • Auf diese Weise kann der ähnliche Bildkontrast zwischen dem Patienten-MR-Abbild und dem MR-Abbild des Referenzdatensatzes ausgenutzt werden, sodass die Mittel zum Abgleichen einfacher ausgebildet werden können. Wenn beispielsweise die Mittel zum Abgleichen als Programmalgorithmus auf einer Rechnereinheit verwirklicht werden, kann so Rechnerleistung eingespart werden.
  • Mit Vorteil sind das Magnet-Resonanz-Abbild und das hierzu korrespondierende computertomographische Abbild des patientenunabhängigen Referenzdatensatzes zueinander registriert.
  • Wenn das MR-Abbild und das CT-Abbild des Referenzdatensatzes zueinander bereits registriert sind, kann die Information über die Schwächung der hochenergetischen Strahlung, die aus dem CT-Abbild ermittelt wird, unmittelbar auf das MR-Abbild des Referenzdatensatzes übertragen werden. Insbesondere, wenn der Abgleich des Patienten-MR-Abbildes mit dem MR-Abbild des Referenzdatensatzes erfolgt, kann so die Information über die Schwächung von Strahlung vom CT-Abbild über das MR-Abbild des Datensatzes direkt auf das Patienten-MR-Abbild übertragen werden.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Mittel zum Abgleichen als Mittel zum Registrieren des Patienten-Magnet-Resonanz-Abbildes mit dem Referenzdatensatz anhand einer rigiden und/oder elastischen Registrierung ausgebildet.
  • Die Registrierung erlaubt es, einen topographische Beziehung von den Bildvoxel des Patienten-MR-Abbildes zu dem Referenzdatensatz – also zu dem dort hinterlegten CT-Abbild oder MR-Abbild herzustellen, wodurch die Information der Schwächung der hochenergetischen Strahlung auf das Patienten-MR-Abbild direkt übertragen werden kann.
  • Mit Vorteil ist der Referenzdatensatz Teil einer Datenbank, die weitere gleichartige Datensätze umfasst. Die Vorrichtung weist vorteilhafterweise Mittel zur Verwaltung der Datenbank auf.
  • Die weiteren gleichartigen Datensätze in der Datenbank können dabei von unterschiedlichen Referenzpersonen stammen und decken die Bandbreite der zu erwartenden unterschiedlichen anatomischen Gegebenheiten möglichst gut ab, wobei sich die Referenzpersonen beispielsweise in ihrer Größe, Gewicht, Ge schlecht, evtl. auch in ihrer ethnischen Herkunft und in ihrem Alter unterscheiden.
  • Bevorzugterweise weist die Vorrichtung Mittel zum Auswählen eines bestimmten Datensatzes als Referenzdatensatz aus den Datensätzen der Datenbank auf, wobei der bestimmte Datensatz die größte Übereinstimmung mit dem Patienten-Magnet-Resonanz-Abbild aufweist.
  • Auf diese Weise kann zu dem Patienten-MR-Abbild aus der Datenbank ein bestimmter Datensatz ausgewählt werden, der mit dem Patienten-MR-Abbild die größte Übereinstimmung hinsichtlich bestimmter Merkmale aufweist. Wenn die Datensätze der Datenbank beispielsweise CT-Abbilder und MR-Abbilder von Referenzpersonen enthalten, der Referenzdatensatz durch ein Abstimmen der Patientengröße, des Patientengewichtes, des Geschlechtes, der ethnischen Herkunft des Patienten und/oder seines Alters mit den entsprechenden Daten der Referenzpersonen ausgewählt werden. Es ist aber auch möglich, das Patienten-MR-Abbild und die MR-Abbilder der Datensätze grob hinsichtlich übereinstimmender Merkmale (Größe, Ausdehnung der dargestellten Organe, Intensitätswertverteilungen) auszuwerten und daraufhin den Datensatz mit der größtmöglichen Übereinstimmung als Referenzdatensatz auszuwählen.
  • Eine andere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass der Referenzdatensatz ein aus weiteren Datensätzen gemittelter Referenzdatensatz ist.
  • Hierdurch können anatomische Besonderheiten, die zu einem gewissen Grad immer bei auftreten, durch die Mittelung verringert werden. Der Referenzkörper, der dem Referenzdatensatz zugeordnet ist, ist in diesem Fall ebenfalls kein Körper einer einzigen Person, sondern ein virtueller Körper (oder auch Atlas). Vor Mittelung können die weiteren Datensätze zueinander jeweils registriert werden, sodass die Mittelung genauer durchgeführt wird.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung Mittel zum Bewerten eines Abgleichs auf, mit dem der Abgleich des Patienten-Magnet-Resonanz-Abbildes mit dem Referenzdatensatz bewertet werden kann.
  • Durch diese Bewertung kann vor weiterer Durchführung des Verfahrens angezeigt werden, ob der Abgleich des Patienten-MR-Abbildes mit dem Referenzdatensatz für eine Bestrahlungsplanung hinreichend genau war. Beispielsweise kann das Verfahren an seine Grenzen stoßen, wenn der Patient bzw. das Patienten-MR-Abbild derart große abweichende anatomische Besonderheiten aufweist, dass ein Abgleich mit einem Referenzdatensatz – und damit auch die Bestrahlungsplanung – nur unzureichend durchgeführt werden kann. Durch die Bewertung wird ein Anwender auf mögliche Probleme aufmerksam gemacht, sodass er eingreifen kann und beispielsweise weitere Untersuchungen – wie z.B. eine CT-Untersuchung – für die Bestrahlungsplanung anordnen kann.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Erstellung einer Bestrahlungsplanung bei einem menschlichen oder tierischen Patienten umfasst folgende Schritte:
    • – Abgleichen eines Patienten-Magnet-Resonanz-Abbildes eines Patienten mit einem von dem Patienten unabhängigen Referenzdatensatz, aus dem eine Schwächung von hochenergetischer Strahlung beim Durchtritt durch einen Referenzkörper ermittelt werden kann,
    • – Erstellen einer Bestrahlungsplanung unter Berücksichtigung des Patienten-Magnet-Resonanz-Abbildes und der patientenspezifischen Abschwächung von hochenergetischer Strahlung beim Durchtritt durch den Patienten, wobei die patientenspezifische Abschwächung von hochenergetischer Strahlung beim Durchtritt durch den Patienten anhand des Abgleichs des Patienten-Magnet-Resonanz-Abbildes mit dem Referenzdatensatz ermittelt wird.
  • Vorteilhafterweise umfasst der zumindest eine Referenzdatensatz ein computertomographisches Abbild, das mit dem Patienten-Magnet-Resonanz-Abbild abgeglichen wird.
  • Mit Vorteil umfasst der zumindest eine Referenzdatensatz weiterhin ein Magnet-Resonanz-Abbild, wobei das Magnet-Resonanz-Abbild ein zu dem computertomographischen Abbild korrespondierendes Abbild des Referenzkörpers ist.
  • In diesem Fall erfolgt der Abgleich des Patienten-Magnet-Resonanz-Abbildes mit dem Referenzdatensatz bevorzugterweise durch einen Abgleich des Patienten-Magnet-Resonanz-Abbildes mit dem Magnet-Resonanz-Abbildes des Referenzdatensatzes.
  • Vorteilhafterweise werden weiterhin das Magnet-Resonanz-Abbild und das hierzu korrespondierende computertomographische Abbild des patientenunabhängigen Referenzdatensatzes zueinander registriert. Diese Registrierung kann einmalig durchgeführt werden und im Referenzdatensatz hinterlegt werden, sodass Rechenleistung eingespart wird, da diese Registrierung nicht jedes Mal erneut durchgeführt werden muss.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt der Abgleich des Patienten-Magnet-Resonanz-Abbildes mit dem Referenzdatensatz dadurch, dass das Patienten-Magnet-Resonanz-Abbild zu dem Referenzdatensatz mit einer rigiden und/oder elastischen Registrierung registriert wird.
  • Eine vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass der Referenzdatensatz Teil einer Datenbank ist, die weitere gleichartige Datensätze umfasst.
  • Bevorzugterweise wird dann der Referenzdatensatz in Abhängigkeit des Patienten-Magnet-Resonanz-Abbildes aus der Datenbank derart ausgewählt, dass das Patienten-Magnet-Resonanz-Abbild und der Referenzdatensatz hinsichtlich bestimmter Merkmale eine größtmögliche Übereinstimmung aufweisen.
  • Eine andere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass der Referenzdatensatz aus weiteren Datensätzen gemittelt wird.
  • Bei einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird nach dem Abgleich des Patienten-Magnet-Resonanz-Abbildes mit dem Referenzdatensatz der Abgleich bewertet, wobei das Verfahren in Abhängigkeit der Bewertung fortgeführt wird.
  • Bei einer vorteilhaften Fortbildung des Verfahrens
    • – liegt bei einem Patienten neben dem Patienten-Magnet-Resonanz-Abbild auch ein computertomographisches Patienten-Abbild vor,
    • – wird ein erster Bestrahlungsplan mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 21 erstellt,
    • – wird ein zweiter Bestrahlungsplan unter gemeinsamer Verwendung des Patienten-Magnet-Resonanz-Abbildes und des computertomographischen Patienten-Abbildes erstellt, und
    • – erfolgt eine Verifizierung über einen Vergleich des ersten und des zweiten Bestrahlungsplanes erfolgt.
  • Mit dieser Fortbildung des Verfahrens kann das Verfahren zur Erstellung eines Bestrahlungsplanes verifiziert werden, und zwar bei Patienten, bei denen sowohl ein Patienten-MR-Abbild als auch ein Patienten-CT-Abbild vorliegt. Einerseits kann nun – ausgehend von dem Patienten-MR-Abbild – ein erster Bestrahlungsplan mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 21 erstellt werden. Andererseits kann ein zweiter Bestrahlungsplan unter gemeinsamer Verwendung des Patienten-Magnet-Resonanz-Abbildes und des computertomographischen Patienten-Abbildes erstellt werden. Diese Art stellt bislang die beste Methode zur Erstellung eines Bestrahlungsplanes dar, weist aber die bereits geschilderten Nachteile auf. Durch einen Vergleich des ersten und des zweiten Bestrahlungsplanes kann nun eine Verifizierung und damit eine Qualitätskontrolle des Verfahrens nach einem der Ansprüche 12 bis 21 erfolgen, beispielsweise indem der Unterschied zwischen dem ersten und zweiten Bestrahlungsplan bewertet wird und innerhalb eines Toleranzbereiches liegen muss.
  • Bei einer anderen vorteilhaften Fortbildung des Verfahrens
    • – wird aus der Datenbank ein Datensatz als Verifizierungsdatensatz, umfassend ein Verifizierungs-MR-Abbild und ein Verifizierungs-CT-Abbild, bestimmt,
    • – wird ein erster Bestrahlungsplan am Verifizierungs-MR-Abbild nach Anspruch 18 oder 19 erstellt, wobei an Stelle des Patienten-Magnet-Resonanz-Abbild das Verifizierungs-MR-Abbild verwendet wird,
    • – wird ein zweiter Bestrahlungsplan unter gemeinsamer Verwendung des Verifizierungs-MR-Abbildes und des Verifizierungs-CT-Abbildes erstellt, und
    • – erfolgt eine Verifizierung über einen Vergleich des ersten und des zweiten Bestrahlungsplanes.
  • Bei dieser Fortbildung des Verfahrens kann ein Verfahren nach Anspruch 18 oder 19 verifiziert werden, wobei die Verifizierung anhand der in der Datenbank gespeicherten Datensätze erfolgt. Der als Verifizierungsdatensatz bestimmte Datensatz steht dabei beim Auswählen eines bestimmten Datensatzes als Referenzdatensatz nicht mehr zur Verfügung. Da aber die Datenbank mehrere Datensätze – üblicherweise eine Vielzahl von Datensätzen – aufweist, wird der dem Verifizierungs-MR-Abbild nächstkommende Datensatz als Referenzdatensatz ausgewählt. Auch hier erfolgt die Verifizierung über einen Vergleich des ersten und zweiten Bestrahlungsplan, indem der Unterschied der beiden Bestrahlungspläne bewertet wird und innerhalb eines Toleranzbereiches liegen muss.
  • Das erfindungsgemäße Computerprogrammprodukt ist so ausgebildet, dass mit ihm ein Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 23 durchführbar ist.
  • Ausführungsformen der Erfindung sowie vorteilhafte Ausgestaltungen gemäß den Merkmalen der Unteransprüche werden im Folgenden anhand der Zeichnung dargestellt, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein.
  • Es zeigen
  • 1 ein Verfahren nach dem Stand der Technik, mit dem die Erstellung eines Bestrahlungsplanes anhand eines Vergleiches von MR-Bilddaten und CT-Bilddaten erfolgt,
  • 2 ein Verfahren nach dem Stand der Technik, mit dem die Erstellung eines Bestrahlungsplanes anhand einer Segmentierung eines MR-Abbildes erfolgt,
  • 3 eine als Rechnereinheit ausgebildete erfindungsgemäße Vorrichtung,
  • 4 die einzelnen Verfahrensschritte eines Verfahrens, das zur Erstellung der Bestrahlungsplanung mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung durchgeführt werden.
  • 5 ein Verifizierungsverfahren zur Qualitätskontrolle, das mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung durchgeführt wird, und
  • 6 eine weitere Ausführungsform der Rechnereinheit.
  • 1 und 2 zeigen ein erstes Verfahren 10 und ein zweites Verfahren 20, die aus dem Stand der Technik bekannt sind, mit denen die Erstellung einer Bestrahlungsplanung anhand eines MR-Abbildes des Patienten, im Folgenden als Patienten-MR-Abbild 15 bezeichnet, durchgeführt werden kann.
  • Bei dem ersten Verfahren 10 wird zusätzlich zu dem Patienten-MR-Abbild 15 ein computertomographisches Abbild desselben Patienten, als Patienten-CT-Abbild 61 bezeichnet, angefertigt. Um evtl. auftretende geometrische Verzerrungen oder eine leicht abweichende Lage von Organen zwischen dem Patienten-MR-Abbild 15 und dem Patienten-CT-Abbild 61 auszugleichen, wird eine Registrierung 63 der beiden Abbildungen zueinander durchgeführt. Anhand der zueinander registrierten Abbildungen kann nun eine Bestrahlungsplanung 65 für den Patienten durch geführt werden, wobei die Tumorlokalisation und damit der Fokus der Bestrahlung anhand des Patienten-MR-Abbildes 15 aufgrund des guten Weichteilkontrastes bestimmt wird, wohingegen die Abschwächung der hochenergetischen Strahlung auf dem Weg durch den Patienten anhand des Patienten-CT-Abbildes 61 errechnet und bei der Bestrahlungsplanung 65 berücksichtigt wird.
  • Bei der Registrierung wird üblicherweise das Patienten-MR-Abbild 15 auf das Patienten-CT-Abbild 61 registriert, d.h. das Patienten-MR-Abbild 15 wird derart transformiert, dass dessen Bildvoxel mit den Bildvoxel des Patienten-CT-Abbildes 61 korrespondieren. Dies bringt mehrere Vorteile mit sich. Einerseits sind abbildungssystembedingte Verzeichnungen bei Computer-Tomographen geringer als bei Magnet-Resonanz-Geräten, bei denen zusätzliche Verzeichnungen in einem MR-Abbild durch Magnetfeldinhomogenitäten auftreten können. Andererseits ist mit einem Therapiegerät zur Strahlentherapie meist ein Durchleuchtungsgerät verbunden, mit dem die exakte Patientenpositionierung für die Behandlung kontrolliert werden kann. Dieses Durchleuchtungsgerät weist einen dem Patienten-CT-Abbild 61 ähnlicheren Kontrast auf, sodass ein hiermit aufgenommenes Abbild mit dem Patienten-CT-Abbild 61 direkt ohne zeitraubende Registrierung abgeglichen werden kann.
  • Dem zweiten Verfahren 20 liegt alleine das Patienten-MR-Abbild 15 zugrunde. Nach einer Segmentierung 67 des Patienten-MR-Abbildes 15 erfolgt eine Zuordnung 69 von Schwächungskoeffizienten zu den einzelnen Segmenten. Nach dieser Zuordnung 69 kann die Bestrahlungsplanung 65 durchgeführt werden, bei der die Lokalisation des Bestrahlungsfokus anhand des Patienten-MR-Abbildes 15 durchgeführt wird, und bei der die Abschwächung der hochenergetischen Strahlung auf dem Weg durch den Patienten anhand der zu den einzelnen Segmenten zugeordneten Schwächungskoeffizienten berücksichtigt wird.
  • Beide Verfahren weisen die bei der Beschreibung des Standes der Technik aufgeführten Nachteile auf.
  • 3 zeigt eine als Rechnereinheit 1 ausgebildete, erfindungsgemäße Vorrichtung, mit der eine Bestrahlungsplanung durchgeführt werden kann.
  • Die spezielle Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung als Rechnereinheit 1 ist vorteilhaft, da die Rechnereinheit 1 flexibel an die jeweiligen Bedürfnisse und Erfordernisse der Bestrahlungsplanung angepasst werden kann, indem beispielsweise bestimmte programmierte Algorithmen angepasst und verändert werden. Zudem erlaubt die Rechnereinheit 1 auf einfache Weise eine Interaktion mit einem Anwender, der so wichtige Schritte bei der Erstellung einer Bestrahlungsplanung überwachen und gegebenenfalls eingreifen kann. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die spezielle Ausführungsform als Rechnereinheit 1 beschränkt.
  • Die Rechnereinheit 1 steht mit einer Datenbank 3 in Verbindung. In dieser Datenbank 3 sind mehrere Datensätze gespeichert. Schematisch dargestellt ist ein einzelner Referenzdatensatz 5, der ein MR-Abbild 7 und ein CT-Abbild 9 enthält, die an einer selben, von dem Patienten unterschiedlichen Referenzperson aufgezeichnet worden sind – beispielsweise an einem schon behandelten Patienten. Weiterhin sind das MR-Abbild 7 sowie das CT-Abbild 9 zueinander registriert (koregistriert); diese erste Registrierung 11 ist im Referenzdatensatz 5 mit abgespeichert.
  • Die weiteren Datensätze in der Datenbank 3 sind analog aufgebaut, können dabei von unterschiedlichen Referenzpersonen stammen und decken die Bandbreite der zu erwartenden unterschiedlichen anatomischen Gegebenheiten möglichst gut ab, wobei sich die Referenzpersonen beispielsweise in ihrer Größe, Gewicht, Geschlecht, evtl. auch in ihrer ethnischen Herkunft und in ihrem Alter unterscheiden. In dem später in 4 beschriebenen Verfahren wird unter anderem eine Möglichkeit näher erläutert, wie die Datenbank 3 verwaltet und gegebenenfalls erweitert werden kann.
  • Unter einer Registrierung (engl.: „registration" oder „matching") – z.B. der ersten Registrierung 11, die im Referenzdatensatz 5 abgespeichert ist – werden hierbei verschiedenste Verfahren verstanden, mit denen bei zwei Abbildern, die denselben oder einen ähnlichen Gegenstand wiedergeben, eine eindeutige topographische Beziehung oder Korrelation zwischen ihren Bildelementen (Pixel bzw. Voxel) hergestellt wird. Die Ermittelung der Korrelation erfolgt zumeist über markante Merkmale, sogenannten Landmarken („engl.: „landmarks"), die entweder vom Benutzer interaktiv oder von einem System automatisch ermittelt werden. Die Landmarken können dabei eindimensionale Strukturen, wie z.B. spezielle anatomische Punkte, oder mehrdimensionale Strukturen, wie z.B. Oberflächen bestimmter Organe, die zuvor in den Abbildern segmentiert wurden, sein. Die Registrierung kann aber auch über in den Abbildern gespeicherte Intensitätswertverteilungen erfolgen.
  • Die im Referenzdatensatz 5 – sowie die jeweiligen Registrierungen in den anderen Datensätzen – gespeicherte Registrierung 11 kann dabei eine starre Registrierung und/oder elastische Registrierung sein. Bei einer starren Registrierung (oder auch Starrkörper-Registrierung genannt) werden üblicherweise jeweils drei Translations- und drei Rotations-Variablen bestimmt, anhand derer die unterschiedliche Positionierung des Patienten während der CT- und der MR-Datenaufnahme beschrieben wird und damit ausgeglichen werden kann. In einem nächsten Schritt erlaubt eine elastische Registrierung des CT-Abbildes 9 und/oder des MR-Abbildes 7 auch Veränderungen in der Lage und Orientierung einzelner Organe bis hin zu Stauchungen von Einzelorganen oder des Gesamtköpers auszugleichen. Die gewählte Art und die Genauigkeit der Registrierung sind dabei der medizinischen Fragestellung und dem abzubildenden Organsystem angepasst und stellten einen Kompromiss zwischen Genauigkeit der Korrelation zwischen den beiden Abbildern und Rechenzeit zur Ermittlung der Korrelation dar.
  • Die passende Registrierung 11 muss dabei nicht wie in 3 dargestellt zusätzlich zu dem MR-Abbild 7 und zu dem CT-Abbild 9 in einem der Datensätze hinterlegt sein. Es ist z.B. auch möglich, eines der beiden Abbilder, beispielsweise das CT-Abbild 9 mit der Registrierung zu transformieren und das transformierte CT-Abbild an Stelle des ursprünglichen CT-Abbildes 9 im Referenzdatensatz 5 zu hinterlegen. Bei ausreichender Rechnerleistung kann die Registrierung auch immer dann „online" errechnet werden, wenn eine Transformation der beiden Abbilder benötigt wird.
  • Die Rechnereinheit 1 verfügt außerdem über einen Auswahlalgorithmus 13, mit dem aus der Datenbank 3 ein spezieller Datensatz als Referenzdatensatz 1 für den Abgleich mit einem Patienten-MR-Abbild 15 gewählt werden kann. Der Referenzdatensatz 5 weist dabei mit dem Patienten-MR-Abbild 15 eine größtmögliche Übereinstimmung auf. Beispielsweise kann der Referenzdatensatz 5 durch einen Abgleich der Patientengröße, des Patientengewichtes, des Geschlechtes, der ethnischen Herkunft des Patienten und/oder seines Alters mit den entsprechenden Daten der Referenzpersonen erfolgen. Es ist aber auch möglich, das Patienten-MR-Abbild 15 und die MR-Abbilder 7 der Datensätze grob hinsichtlich übereinstimmender Merkmale (Größe, Ausdehnung der dargestellten Organe, Intensitätswertverteilungen) auszuwerten und daraufhin den Datensatz mit der größtmöglichen Übereinstimmung als Referenzdatensatz 5 auszuwählen.
  • Weiterhin verfügt die Rechnereinheit 1 über einen Abgleichsalgorithmus 17, mit dem das Patienten-MR-Abbild 15 mit dem Referenzdatensatz 5 abgeglichen werden kann. In der hier vorgestellten Ausführungsform geschieht dies dadurch, dass eine Registrierung ermittelt wird, die das Patienten-MR-Abbild 15 mit dem MR-Abbild 7 des Referenzdatensatzes 5 koregistriert.
  • Auch hier kann für die Registrierung ein ähnlicher Algorithmus eingesetzt werden, mit dem ebenso das CT-Abbild 7 und das MR-Abbild 9 des Referenzdatensatzes 5 zueinander registriert worden sind. Durch eine starre Registrierung (also durch Translationen und/oder Rotationen) können zunächst eine unterschiedliche Positionierung des Patienten und der Referenzperson bei der Aufnahme der Bilddaten ausgeglichen werden, durch eine elastische Registrierung kann die unterschiedliche Anatomie des Patienten und der Referenzperson miteinander korreliert und ineinander übergeführt werden.
  • Dies funktioniert deshalb, da in einem Abbild, das für die Bestrahlungsplanung eingesetzt wird, die pathologische Veränderung – die interindividuell sehr unterschiedlich ausfallen kann – oftmals nur einen kleinen Teil des Bildvolumens einnimmt, sodass im Bild genügend weitere Strukturen mit abgebildet sind, die eine geringe interindividuelle Variationsbreite aufweisen, sodass die Registrierung anhand dieser interindividuell ähnlichen Strukturen durchgeführt werden kann. Lediglich wenn die pathologische Veränderung einen zu großen Anteil im Bildvolumen einnimmt (beispielsweise wenn eine Tumorerkrankung weit fortgeschritten ist), oder wenn eine individuelle, stark abweichende anatomische Normvariante vorliegt, wird das Verfahren an seine Grenzen stoßen.
  • Um diese Fälle zu erkennen, verfügt die Rechnereinheit 1 über einen Bewertungsalgorithmus 19, bei der der gefundene Abgleich – in diesem Falle die ermittelte Registrierung – bewertet wird. Die Bewertung kann dabei auf unterschiedliche Weise erfolgen. Beispielsweise kann die Stärke der Registrierung bewertet werden, die das Patienten-MR-Abbild 15 und das MR-Abbild 7 des Referenzdatensatzes 5 ineinander überführt, z.B. durch Bestimmung der mittleren Warpdistanz, die korrespondierende Bildvoxel ineinander überführt. Wenn die Registrierung zu kompliziert ist – d.h. wenn zu große Transformationen angewendet werden müssen, um die beiden Abbilder miteinander zu korrelieren –, kann das ein Hinweis darauf sein, dass der Abgleich für die Bestrahlungsplanung unzureichend durchgeführt wurde. Andererseits kann auch der verbleibende Unterschied nach einem Abgleich des Patienten-MR-Abbildes 15 mit dem MR-Abbild 7 des Referenzdatensatzes 5 bewertet werden. Wenn noch zu große Restunterschiede vorhanden sind, deu tet dies ebenso darauf hin, dass der Abgleichsalgorithmus an seine Grenzen gestoßen ist. In beiden Fällen kann dann ein Signal erzeugt werden, das den Anwender auf mögliche Probleme hinweist, sodass ein Anwender manuell intervenieren kann.
  • Durch Anwenden des Auswahlalgorithmus 13 und des Abgleichsalgorithmus 17 wird das Patienten-MR-Abbild 15 mit dem MR-Abbild 7 des Referenzdatensatzes 5 und über die im Referenzdatensatz 5 hinterlegte Registrierung 11 auch mit dem CT-Abbild 9 koregistriert. Auf diese Weise können nun die Schwächungskoeffizienten für hochenergetische Strahlung, die aus dem CT-Abbild 9 entnommen werden können, dem Patienten-MR-Abbild 15 zugeordnet werden. Da interindividuelle Unterschiede in den Schwächungskoeffizienten für denselben Gewebetyp vernachlässigbar sind, hat man durch den Abgleich des Patienten-MR-Abbildes 15 des Patienten mit dem Referenzdatensatz 5 ebenso die Schwächungskoeffizienten für den aktuellen Patienten bestimmt, wobei alle Nuancen des CT-Abbildes 9 für die Bestimmung der Abschwächung der Strahlung erhalten bleiben, ohne dass der Patient einer Computer-Tomographie zugeführt werden muss, sodass hierdurch Zeit und Kosten eingespart und die Patientenbelastung verringert werden.
  • Weiterhin umfasst die Rechnereinheit 1 einen Algorithmus 21 für die Erstellung der Bestrahlungsplanung, bei dem nun der Weichteilkontrast des MR-Abbildes 15 des Patienten zur Lokalisation des Zielvolumens der Bestrahlung ausgenutzt wird, und bei dem die dem MR-Abbild 15 des Patienten zugeordneten Schwächungskoeffizienten des CT-Abbildes 9 des Referenzdatensatzes 5 für die Bestimmung der Abschwächung der Strahlung beim Durchtritt durch den Patientenkörper ermittelt wird. Aufgrund dieser Kenntnisse kann nun die Bestrahlungsplanung nach bekannten Methoden erstellt werden.
  • Hierzu gehören unter anderem das Festlegen eines Zielvolumens, das Festlegen der Referenzdosis (derjenigen Dosis, die im Zielvolumen als repräsentativ angesehen wird), das Festlegen der Grenzdosis (der Dosis, die in einem Risikobereich nicht überschritten werden darf), die Berechnung der Minimal-Maximal- bzw. mittleren Dosis im Zielvolumen und der Dosis in Risikobereichen. Ein erstellter Bestrahlungsplan kann mit einer Simulation überprüft und gegebenenfalls abgeändert werden. Zu den relevanten topographisch-anatomischen Daten für einen Bestrahlungsplan gehören unter anderem Lage und Ausdehnung des Zielvolumens, der Risikoorgane, der Gewebeinhomogenitäten sowie Körperumrisse bzw. -Oberflächen, die durch das Patienten-MR-Abbild 15 aufgrund des guten Weichteilkontrastes wesentlich genauer ermittelt werden können als mit einem CT-Abbild.
  • 4 zeigt ein drittes Verfahren 30, das bevorzugterweise bei einer Bestrahlungsplanung eingesetzt wird und bei dem die erfindungsgemäße Vorrichtung Verwendung findet.
  • In einem ersten Verfahrensschritt 31 wird ein MR-Abbild des Patienten (Patienten-MR-Abbild 15) angefertigt.
  • Das Patienten-MR-Abbild 15 wird in den Speicher der Rechnereinheit 1 geladen, die in einem zweiten Verfahrensschritt 33 unter Anwendung des Auswahlalgorithmus 17 einen passenden Datensatz als Referenzdatensatz 5 aus der Datenbank 3 auswählt.
  • Nach Auswahl des Referenzdatensatzes 5 erfolgt in einem dritten Verfahrensschritt 35 der Abgleich des Patienten-MR-Abbildes 15 mit dem Referenzdatensatz 5 unter Anwendung des Abgleichsalgorithmus 17. Hierbei wird das Patienten-MR-Abbild 15 mit dem MR-Abbild 7 des Referenzdatensatzes 5 wie oben beschrieben zueinander registriert.
  • In einem vierten Verfahrensschritt 37 erfolgt eine Bewertung des Abgleichs mit dem Bewertungsalgorithmus 19 und in Abhängigkeit hiervon eine Entscheidung über das weitere Vorgehen. Die Bewertung kann dabei – wie oben geschildert – den Grad oder die Stärke der Registrierung und/oder die verbleibenden Unterschiede zwischen dem Patienten-MR-Abbild 15 und dem MR-Abbild 7 des Referenzdatensatzes 5 nach erfolgter Registrie rung bewerten, wenn der Abgleichsalgorithmus eine Registrierung des Patienten-MR-Abbildes 15 auf den Referenzdatensatz 5 verwendet.
  • Die Bewertung kann dabei beispielsweise mit einem Maß erfolgen; wenn das Maß innerhalb eines vordefinierten Toleranzbereiches liegt, wird der Abgleich als hinreichend genau angesehen. In diesem Falle liegt nun ein Patienten-MR-Abbild 15 vor, bei dem zusätzlich die Abschwächung von hochenergetischer Strahlung beim Durchtritt durch den Patient berechnet werden kann, da das Patienten-MR-Abbild 15 über das MR-Abbild 7 des Referenzdatensatzes 5 mit dem CT-Abbild 9 des Referenzdatensatzes 5 korreliert ist, und da so den einzelnen Bildvoxeln des Patienten-MR-Abbildes 15 Schwächungskoeffizienten zugeordnet werden können.
  • In einem fünften Verfahrensschritt 39 kann nun der Algorithmus 21 für die Erstellung einer Bestrahlungsplanung durchgeführt werden.
  • Falls im vierten Verfahrensschritt 37 die Bewertung zu dem Ergebnis kommt, dass der Abgleich für eine Bestrahlungsplanung nicht hinreichend genau ist, wird ein anderer Weg eingeschlagen. In einem sechsten Verfahrensschritt 41 wird von dem Patienten ein CT-Abbild angefertigt, da man sonst die Abschwächung der Strahlung bei Erstellung einer Bestrahlungsplanung für den Patienten nur unzulänglich ermitteln und berücksichtigen kann. Um dennoch die Information des Patienten-MR-Abbildes 15 verwenden zu können, wird in einem siebten Verfahrensschritt 43 das Patienten-MR-Abbild 15 und das CT-Abbild des Patienten zueinander registriert, sodass die Bestrahlungsplanung anhand der beiden koregistrierten Abbilder erfolgen kann (achter Verfahrensschritt 45).
  • Darüber hinaus liegt nun ein weiteres koregistriertes Paar eines MR-Abbildes und eines CT-Abbildes derselben Person vor, nämlich das Patienten-MR-Abbild 15 und das angefertigte CT-Abbild des Patienten. Da die Rechnereinheit 1 mit der Daten bank 3 in Verbindung steht und die Datenbank 3 verwalten kann, wird in einem neunten Verfahrensschritt 47 die Datenbank 3 um dieses Paar erweitert. Auf diese Weise wird die Datenbank 3 immer dann sukzessive erweitert, wenn die Bestrahlungsplanung für einen Patienten vorgenommen wird, dessen anatomische Eigenschaften keinen hinreichend genauen Abgleich mit einem der Datensätze der Referenzpersonen erlauben. Im Laufe der Zeit erweitert sich hierdurch die Datenbank 3, sodass die Wahrscheinlichkeit, für einen neuen Patienten einen passenden Referenzdatensatz 5 zu finden, größer wird.
  • Im Folgenden wird nun anhand von 5 ein Verifizierungsverfahren 50 geschildert, das ebenfalls mit der in 3 dargestellten Rechnereinheit 1 durchgeführt wird, und mit dem das in 4 geschilderte dritte Verfahren 30 zur Erstellung eines Bestrahlungsplans hinsichtlich seiner Qualität überprüft werden kann.
  • Zunächst wird aus der Datenbank 3 ein Datensatz herausgegriffen, mit dessen Hilfe das Verifizierungsverfahren 50 durchgeführt wird; im Folgenden wird dieser Datensatz als Verifizierungsdatensatz 51 bezeichnet. Dieser Verifizierungsdatensatz 51 umfasst ein CT-Abbild und ein MR-Abbild einer Referenzperson, die zueinander registriert sind; im Folgenden werden diese beiden Abbilder als Verifizierungs-CT-Abbild 54 bzw. Verifizierungs-MR-Abbild 53 bezeichnet. Für den Verifizierungsdatensatz 51 kann folglich mit einem herkömmlichen Verfahren, dem sowohl ein CT-Abbild als auch ein MR-Abbild zu Grunde liegen (im Folgenden als CT-MR-Kombinationsmethode 55 bezeichnet), ein Bestrahlungsplan erstellt werden, z.B. nach in 1 erläuterten ersten Verfahren 10. Die CT-MR-Kombinationsmethode 55 stellt bezüglich der Genauigkeit der Bestrahlungsplanung den Standard dar, an dem nun die Genauigkeit des dritten Verfahrens 30 (4) gemessen wird.
  • Für Verifizierungs-MR-Abbild 53 des Verifizierungsdatensatzes 51 wird nun ein Bestrahlungsplan nach einem modifizierten dritten Verfahren 40 erstellt, wobei an Stelle des Patienten-MR-Abbildes 15 das Verifizierungs-MR-Abbild 53 genommen wird.
  • Die Verfahrensschritte des modifizierten dritten Verfahrens 40 stimmen im Wesentlichen mit dem in 4 gezeigten dritten Verfahren 30 überein, jedoch mit dem Unterschied, dass das beim modifizierten dritten Verfahren 40 zwar die Bewertung des Abgleichs erfolgt, dass das Verfahren aber nicht abgebrochen wird, wenn die Bewertung einen nicht hinreichend genauen Abgleich anzeigen würde. Auf diese Weise wird am Ende des Verfahrens immer ein erster Bestrahlungsplan 57 erhalten. Diese Bestrahlungsplanung wird nun mit dem zweiten Bestrahlungsplan 59, der mit der CT-MR-Kombinationsmethode 55 erstellt wurde, verglichen.
  • Wenn der erste Bestrahlungsplan 57 und der zweite Bestrahlungsplan 59 innerhalb eines vorher definierten Toleranzbereiches übereinstimmen (Übereinstimmung 71), liefert das modifizierte dritte Verfahren 40 (und damit auch das dritte Verfahren 30) einen hinreichend genauen Bestrahlungsplan.
  • In beiden Fällen wird die Übereinstimmung 71 der beiden Bestrahlungspläne 57, 59 mit dem Ergebnis 73 der Bewertung des Abgleichs korreliert (Korrelation 75). Das dritte Verfahren 30 zur Erstellung einer Bestrahlungsplanung (4) ist dann hinreichend genau, falls die das Ergebnis 73 der Bewertung des Abgleichs auch dann zu einer Fortführung des dritten Verfahrens 30 (Entscheidung „Ja" bei dem vierten Verfahrensschritt 37 in 4) geführt hätte, wenn die beiden Bestrahlungspläne innerhalb des Toleranzbereiches übereinstimmen – und umgekehrt zu einem Abbruch des dritten Verfahrens 30 (Entscheidung „Nein" bei dem vierten Verfahrensschritt 37 in 4) geführt hätte, wenn die beiden Bestrahlungspläne innerhalb des Toleranzbereiches nicht übereinstimmen.
  • Wenn das Verifizierungsverfahren 50 keine Korrelation 75 des Ergebnisses 73 der Bewertung mit der Übereinstimmung 71 des ersten und des zweiten Bestrahlungsplans ergibt, kann das dritte Verfahren 30 zur Erstellung einer Bestrahlungsplanung bzw. die Rechnereinheit 1, mit der das dritte Verfahren 30 durchgeführt wird, verbessert werden (Modifikation 77). Beispielsweise kann der Abgleichsalgorithmus 17, mit dem das MR-Abbild 15 des Patienten zu dem Referenzdatensatz 5 registriert wird, verbessert werden, indem das Registrierungsverfahren genauer ausgebildet wird. Es kann aber auch der Bewertungsalgorithmus 19 modifiziert werden – beispielsweise durch Anpassen der Toleranzbereiche oder durch eine modifizierte Bewertung des Abgleichs – sodass anhand der Bewertung des Abgleichs im Vorfeld genauer erkannt wird, ob ein hinreichend genauer Bestrahlungsplan erstellt wird. Wenn das Verifizierungsverfahren 50 hingegen eine gute Korrelation 75 des Ergebnisses 73 der Bewertung mit der Übereinstimmung 71 des ersten und des zweiten Bestrahlungsplans ergibt, zeigt dies ein hinreichend genaues drittes Verfahren 30 an (Verifikation 79).
  • Eine Möglichkeit, den Toleranzbereich für die Bewertung der Unterschiede festzulegen, ist es beispielsweise, mehrere erfahrene Anwender an dem Verifizierungsdatensatz 51 einen Bestrahlungsplan mit der CT-MR-Kombinationsmethode 55 erstellen zu lassen. Da die Erstellung einer Bestrahlungsplanung immer auch zu einem gewissen Grad von der Interaktion eines Anwenders abhängt, werden die erstellten Bestrahlungspläne eine geringe Abweichung untereinander aufweisen, die jedoch keinen entscheidenden Einfluss auf den Erfolg einer Bestrahlung hat. Diese Bandbreite dieser Abweichungen kann dann den Toleranzbereich definieren, innerhalb dessen ein mit dem dritten Verfahren 30 gemäß 4 (bzw. mit dem modifizierten dritten Verfahren) erstellter Bestrahlungsplan liegen muss.
  • 6 zeigt eine weitere Ausführungsform der Rechnereinheit 1. Während bei der in 3 gezeigten Rechnereinheit 1 aus der Datenbank 3 ein spezieller Datensatz als Referenzdatensatz 5 gewählt wird, wird bei der in 5 gezeigten Rechnereinheit 1 der Referenzdatensatz 5 dadurch bestimmt, dass die in der Datenbank 3 gespeicherten Datensätze 4 gemittelt werden. Vor einer Mittelung können die Datensätze 4 auch zueinander registriert werden.
  • Hierdurch erhält man einen Referenzdatensatz 5, der zwar weniger detailliert ist, der aber weitgehend frei von individuellen anatomischen Besonderheiten ist. Zudem kann die Mittelung für eine bestehende Datenbank 3 einmalig vorgenommen werden, sodass der Zeitaufwand der Mittelung, gegebenenfalls mit vorheriger Registrierung, nur einmalig investiert werden muss. Weiterhin benötigt die Rechnereinheit 1 nun keinen Auswahlalgorithmus 13 (vgl. 4), sodass das Verfahren auch dann funktioniert, wenn der Auswahlalgorithmus 13 fehlschlagen sollte, da beispielsweise Daten für das Durchführen der Auswahl (Größe, Gewicht, Alter, usw. der Referenzpersonen) nicht vollständig vorhanden sind.
  • Weiterhin ist in 6 eine Datenträgereinheit 23 gezeigt, auf der ein Computerprogrammprodukt gespeichert ist, das – in den Speicher einer Rechnereinheit 1 geladen – die Rechnereinheit mit den notwendigen Datenbankschnittstellen und Programmalgorithmen zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 12 bis 23 bzw. eines Verfahrens gemäß 4 oder 5 ausstattet.
  • Diese Möglichkeit, eine Vorrichtung bereitzustellen, ist anhand von 6 dargestellt, jedoch nicht auf die spezielle – in 6 gezeigte – Ausführungsform der Vorrichtung beschränkt.

Claims (24)

  1. Vorrichtung zur Erstellung einer Bestrahlungsplanung bei einem menschlichen oder tierischen Patienten, umfassend: – zumindest einen von dem Patienten unabhängigen Referenzdatensatz (5), aus dem eine Schwächung von hochenergetischer Strahlung beim Durchtritt durch einen Referenzkörper ermittelbar ist, – Mittel zum Abgleichen (17) eines Patienten-Magnet-Resonanz-Abbildes (15) mit dem Referenzdatensatz (5), und – Mittel zur Erstellung (21) einer Bestrahlungsplanung unter Berücksichtigung des Patienten-Magnet-Resonanz-Abbildes (15) und der patientenspezifischen Abschwächung von hochenergetischer Strahlung beim Durchtritt durch den Patienten, wobei die patientenspezifische Abschwächung von hochenergetischer Strahlung beim Durchtritt durch den Patienten anhand des Abgleichs des Patienten-Magnet-Resonanz-Abbildes (15) mit dem Referenzdatensatz (5) ermittelbar ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Referenzdatensatz (5) ein computertomographisches Abbild (9) des Referenzkörpers umfasst.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Referenzdatensatz (5) ein Magnet-Resonanz-Abbild (7) umfasst, wobei das Magnet-Resonanz-Abbild (7) ein zu dem computertomographischen Abbild (9) korrespondierendes Abbild des Referenzkörpers ist.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Abgleichen (17) des Patienten-Magnet-Resonanz-Abbildes (15) mit dem Referenzdatensatz (5) als Mittel zum Abgleichen des Patienten-Magnet-Resonanz-Abbildes (15) mit dem Magnet-Resonanz-Abbildes (7) des Referenzdatensatzes (5) ausgebildet sind.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnet-Resonanz-Abbild (7) und das hierzu korrespondierende computertomographische Abbild (9) des Referenzdatensatzes (5) zueinander registriert sind.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Abgleichen (17) als Mittel zum Registrieren des Patienten-Magnet-Resonanz-Abbildes (15) mit dem Referenzdatensatz (5) anhand einer rigiden und/oder elastischen Registrierung ausgebildet sind.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzdatensatz (5) Teil einer Datenbank (3) ist, die weitere gleichartige Datensätze (4) umfasst.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung Mittel zur Verwaltung der Datenbank (3) aufweist.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung Mittel zum Auswählen (13) eines bestimmten Datensatzes als Referenzdatensatz (5) aus den Datensätzen (4) der Datenbank (5) aufweist, wobei der bestimmte Datensatz die größte Übereinstimmung mit dem Patienten-Magnet-Resonanz-Abbild (15) aufweist.
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzdatensatz (5) ein aus weiteren Datensätzen (4) gemittelter Referenzdatensatz ist.
  11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung Mittel zum Bewerten (19) eines Abgleichs aufweist, mit dem der Abgleich des Patienten-Magnet-Resonanz-Abbildes (15) mit dem Referenzdatensatz (5) bewertet werden kann.
  12. Verfahren zur Erstellung einer Bestrahlungsplanung bei einem menschlichen oder tierischen Patienten, umfassend folgende Schritte: – Abgleichen eines Patienten-Magnet-Resonanz-Abbildes (15) mit einem von dem Patienten unabhängigen Referenzdatensatz (5), aus dem eine Schwächung von hochenergetischer Strahlung beim Durchtritt durch einen Referenzkörper ermittelt werden kann, – Erstellen einer Bestrahlungsplanung unter Berücksichtigung des Patienten-Magnet-Resonanz-Abbildes (15) und der patientenspezifischen Abschwächung von hochenergetischer Strahlung beim Durchtritt durch den Patienten, wobei die patientenspezifische Abschwächung von hochenergetischer Strahlung beim Durchtritt durch den Patienten anhand des Abgleichs des Patienten-Magnet-Resonanz-Abbildes (15) mit dem Referenzdatensatz (5) ermittelt wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Referenzdatensatz (5) ein computertomographisches Abbild (9) umfasst, das mit dem Patienten-Magnet-Resonanz-Abbild (15) abgeglichen wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Referenzdatensatz (5) ein Magnet-Resonanz-Abbild (7) umfasst, wobei das Magnet-Resonanz-Abbild (7) ein zu dem computertomographischen Abbild (9) korrespondierendes Abbild des Referenzkörpers ist.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgleich des Patienten-Magnet-Resonanz-Abbildes (15) mit dem Referenzdatensatz (5) durch einen Abgleich des Patienten-Magnet-Resonanz-Abbildes (15) mit dem Magnet-Resonanz-Abbildes (7) des Referenzdatensatzes (5) erfolgt.
  16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnet-Resonanz-Abbild (7) und das hierzu korrespondierende computertomographische Abbild (9) des patientenunabhängigen Referenzdatensatzes (5) zueinander registriert werden.
  17. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgleich des Patienten-Magnet-Resonanz-Abbildes (15) mit dem Referenzdatensatz (5) dadurch erfolgt, dass das Patienten-Magnet-Resonanz-Abbild (15) zu dem Referenzdatensatz (5) mit einer rigiden und/oder elastischen Registrierung registriert wird.
  18. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzdatensatz (5) Teil einer Datenbank (3) ist, die weitere gleichartige Datensätze (4) umfasst.
  19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzdatensatz (5) in Abhängigkeit des Patienten-Magnet-Resonanz-Abbildes (15) aus der Datenbank (3) derart ausgewählt wird, dass das Patienten-Magnet-Resonanz-Abbild (15) und der Referenzdatensatz (5) hinsichtlich bestimmter Merkmale eine größtmögliche Übereinstimmung aufweisen.
  20. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzdatensatz (5) aus weiteren Datensätzen (4) gemittelt wird.
  21. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgleich des Patienten-Magnet-Resonanz-Abbildes (15) mit dem Referenzdatensatz (5) bewertet wird, und dass das Verfahren in Abhängigkeit der Bewertung fortgeführt wird.
  22. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 21, dadurch gekennzeichnet, – dass bei einem Patienten neben dem Patienten-Magnet-Resonanz-Abbild (15) auch ein computertomographisches Patienten-Abbild (61) vorliegt, – dass ein erster Bestrahlungsplan (57) mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 21 erstellt wird, – dass ein zweiter Bestrahlungsplan (59) unter gemeinsamer Verwendung des Patienten-Magnet-Resonanz-Abbildes und des computertomographischen Patienten-Abbildes erstellt wird, und – dass eine Verifizierung über einen Vergleich des ersten und des zweiten Bestrahlungsplanes (57, 59) erfolgt.
  23. Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, – dass aus der Datenbank (3) ein Datensatz als Verifizierungsdatensatz (51), umfassend ein Verifizierungs-MR-Abbild (53) und ein Verifizierungs-CT-Abbild (54), bestimmt wird, – dass ein erster Bestrahlungsplan (57) am Verifizierungs-MR-Abbild (53) nach Anspruch 18 oder 19 erstellt wird, wobei an Stelle des Patienten-Magnet-Resonanz-Abbild (15) das Verifizierungs-MR-Abbild (53) verwendet wird, – dass ein zweiter Bestrahlungsplan (59) unter gemeinsamer Verwendung des Verifizierungs-MR-Abbildes (53) und des Verifizierungs-CT-Abbildes (54) erstellt wird, und – dass eine Verifizierung über einen Vergleich des ersten und des zweiten Bestrahlungsplanes (57, 59) erfolgt.
  24. Computerprogrammprodukt, mit dem ein Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 23 durchführbar ist.
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