DE102011077909B4

DE102011077909B4 - A method and apparatus for assisting a user in preparing a plan for irradiating a target area of a patient with therapy radiation

Info

Publication number: DE102011077909B4
Application number: DE201110077909
Authority: DE
Inventors: Thomas Boettger; Johannes Fieres; Alexander Gemmel; Iwan Kawrakow
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2011-06-21
Filing date: 2011-06-21
Publication date: 2013-06-13
Anticipated expiration: 2031-06-22
Also published as: DE102011077909A1

Abstract

Verfahren zur Unterstützung eines Anwenders bei einer Erstellung eines Plans für eine Bestrahlung eines Zielbereichs eines Patienten mit Therapiestrahlung, wobei die Erstellung des Plans auf Basis zumindest eines Bilddatensatzes erfolgt, der durch Abtastung des Patienten mittels eines bildgebenden Systems erzeugt wurde, mit folgenden Schritten: 1.1. Ermitteln des Zielbereichs in dem zumindest einen Bilddatensatz, 1.2. Ermitteln eines ersten Plans zur Bestrahlung des Zielbereichs, sowie Ermitteln einer sich daraus ergebenden ersten Dosisverteilung im Zielbereich und in der Umgebung des Zielbereichs, 1.3. in dem zumindest einen Bilddatensatz Segmentieren von Organen und/oder Organstrukturen, die den Zielbereich umgeben, in einer Grob-Bildauflösung, 1.4. Vorgeben eines jeweiligen ersten Dosisgrenzwertes für jede/s ermittelte Organ/Organstruktur, 1.5. Ermitteln derjenigen segmentierten Organe/Organstrukturen als Risikoorgane/Risikoorganstrukturen, deren erste Dosisgrenzwerte durch die erste Dosisverteilung erreicht oder überschritten werden, 1.6. in dem zumindest einen Bilddatensatz Segmentieren der Risikoorgane/Risikoorganstrukturen in einer Fein-Bildauflösung, und 1.7. Anzeigen der Risikoorgane/Risikoorganstrukturen in der Fein-Bildauflösung.A method of assisting a user to create a plan for irradiating a target area of a patient with therapy radiation, wherein the plan is generated based on at least one image data set generated by scanning the patient using an imaging system, comprising the steps of: 1.1. Determining the target area in the at least one image data set, 1.2. Determining a first plan to irradiate the target area, and determining a resulting first dose distribution in the target area and in the vicinity of the target area, 1.3. in the at least one image data set, segmenting organs and / or organ structures surrounding the target region in a coarse image resolution, 1.4. Specifying a respective first dose limit value for each determined organ / organ structure, 1.5. Determine those segmented organs / organ structures as risk organs / risk organ structures whose first dose limits are reached or exceeded by the first dose distribution, 1.6. in the at least one image data set, segmenting the risk organs / risk organ structures in a fine image resolution, and 1.7. Display the risk organs / risk organ structures in the fine screen resolution.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Unterstützung eines Anwenders bei einer Erstellung eines Plans für eine Bestrahlung eines Zielbereichs eines Patienten mit Therapiestrahlung. Eine Erstellung eines solchen Plans (d. h. eine Bestrahlungsplanung) in der Strahlentherapie bezieht sich im allgemeinen auf die Optimierung der zeitlichen und räumlichen Dosisverteilung bei der Festlegung eines Strahlentherapieverfahrens, mit der ein bestimmter klinischer Effekt, meist die Zerstörung eines Tumors, erzielt werden soll. Das Ziel der Bestrahlungsplanung besteht darin, eine möglichst homogene und zur Erzielung des klinischen Effektes ausreichend hohe Strahlendosis in den Zielbereich einzubringen und gleichzeitig die Strahlendosis im umgebenden gesunden Gewebe möglichst minimal zu halten. Das Zielvolumen wird allgemein ein Tumor sein, der gegebenenfalls mit einem entsprechenden Sicherheitsbereich umgeben ist. Das Zielvolumen, das bestrahlt werden soll, wird dabei durch klinische Untersuchungen, insbesondere durch den Einsatz bildgebender Verfahren, wie beispielsweise die Computertomographie, definiert. Bezüglich der Berechnungsmethoden der Bestrahlungsplanung nach Kenntnis der geometrischen Vorgaben sei auf das Buch „Bestrahlungsplanung”, Thieme-Verlag, ISBN 3137850029, hingewiesen.The present invention relates to a method and a device for assisting a user in preparing a plan for irradiation of a target area of a patient with therapy radiation. Establishing such a plan (i.e., radiotherapy planning) in radiotherapy generally refers to optimizing the temporal and spatial dose distribution in determining a radiotherapy procedure to achieve a particular clinical effect, usually destruction of a tumor. The aim of treatment planning is to introduce a dose of radiation that is as homogeneous as possible and sufficiently high to achieve the clinical effect in the target area and at the same time to minimize the radiation dose in the surrounding healthy tissue. The target volume will generally be a tumor, possibly surrounded by a corresponding security area. The target volume to be irradiated is thereby defined by clinical examinations, in particular by the use of imaging techniques, such as computed tomography. With regard to the calculation methods of irradiation planning to the knowledge of geometric specifications, reference is made to the book "irradiation planning", Thieme-Verlag, ISBN 3137850029.

Die bekannten Verfahren zur Bestrahlungsplanung erfordern eine intensive Interaktion mit dem Bedienpersonal. So erfolgt nach der in der klinischen Praxis zumeist manuellen Ermittlung des Zielbereichs und der zumeist computergestützten Ermittlung einer entsprechenden Bestrahlungsplanung ein sogenanntes „Plan-Review” sowie ggf. ein „Plan Approval” durch das Bedienpersonal. Bei dem Plan-Review wird der ermittelte Bestrahlungsplan durch das Bedienpersonal überprüft und im Falle einer positiven Überprüfung im Plan-Approval genehmigt. Er kann bei der Therapiesitzung am Patienten ausgeführt werden. Dieses Plan-Review erfolgt auf Basis der Erfahrungen und des Wissens des Bedienpersonals und ist daher je nach eingesetztem Bedienpersonal in seiner Qualität schwankend.The known methods for irradiation planning require intensive interaction with the operating personnel. Thus, according to the clinical determination of the target area, which is usually manual, and the usually computer-assisted determination of a corresponding irradiation planning, a so-called "plan review" and possibly a "plan approval" are carried out by the operating personnel. In the plan review, the identified treatment plan is reviewed by the operating staff and approved in the case of a positive review in the plan approval. It can be performed on the patient during the therapy session. This plan review is based on the experience and knowledge of the operating staff and is therefore fluctuating depending on the operating personnel used in its quality.

Aus der DE 10 2009 040 390 A1 geht ein Verfahren zur Erstellung eines Bestrahlungsplans hervor, bei dem in einem ersten Schritt Bilddaten einer niederen Auflösung und in einem zweiten Schritt Bilddaten einer höheren Auflösung benutzt werden. Weiterhin ist aus dem Artikel „Display of Organs and isodoses as shaded 3-D objects for 3-D Therapy Planning” von BAUER-KIRPES, B. et al., Int. J. Radiation Oncology Biol. Phys. Vol. 13, 1987, S. 135–140 ein Verfahren bekannt, bei dem in CT-Bilddatensätzen das Zielvolumen festgelegt wird und dann eine Dosisverteilung vorab berechnet wird. Weiterhin ist aus dem Artikel „Evaluation of an atlas-based automatic segmentation software for the delineation of brain Organs at risk in a radiation therapy clinical context” von ISAMBERT, A. et al, Radiotherapy and Oncology 87, 2008, S. 93–99 ein Verfahren zur Segmentierung von Risiko-Organen bekannt. Aus der US 2009/0297014 A1 ist schließlich ein Verfahren zur Segmentierung bekannt, wobei die Segmentierung zwei Segmentierungsschritte umfasst.From the DE 10 2009 040 390 A1 shows a method for creating an irradiation plan, in which image data of a low resolution and in a second step image data of a higher resolution are used in a first step. Furthermore, from the article "Display of Organs and isodoses as shaded 3-D objects for 3-D Therapy Planning" by BAUER-KIRPES, B. et al., Int. J. Radiation Oncology Biol. Phys. Vol. 13, 1987, pp. 135-140 discloses a method in which the target volume is determined in CT image data records and then a dose distribution is calculated in advance. Further, from the article "Evaluation of an atlas-based automatic segmentation software for the delineation of brain organs at risk in a radiation therapy clinical context" by ISAMBERT, A. et al., Radiotherapy and Oncology 87, 2008, pp. 93-99 a method for segmentation of risk organs known. From the US 2009/0297014 A1 Finally, a method for segmentation is known, wherein the segmentation comprises two segmentation steps.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Unterstützung eines Anwenders bei der Bestrahlungsplanung anzugeben, das/die die Qualität der Bestrahlungsplanung verbessert. Weiterhin soll der mit bekannten Verfahren verbundene Rechen- und Zeitaufwand bei der Bestrahlungsplanung verringert werden.The object of the present invention is to provide a method and a device for assisting a user in the treatment planning, which improves the quality of the treatment planning. Furthermore, the computation and time required for irradiation planning associated with known methods should be reduced.

Die Aufgabe wird mit dem Verfahren sowie der Vorrichtung gemäß den Patentansprüchen 1 und 7 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sowie der Vorrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche oder lassen sich der nachfolgenden Beschreibung sowie den Ausführungsbeispielen entnehmen.The object is achieved by the method and the device according to claims 1 and 7. Advantageous embodiments of the method and the device are the subject of the dependent claims or can be found in the following description and the embodiments.

Der verfahrensgemäße Aspekt der Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Unterstützung eines Anwenders bei einer Erstellung eines Plans für eine Bestrahlung eines Zielbereichs eines Patienten mit Therapiestrahlung gelöst, wobei die Erstellung des Plans auf Basis zumindest eines Bilddatensatzes erfolgt, der durch Abtastung des Patienten mittels eines bildgebenden Systems erzeugt wurde. Das bildgebende System kann bspw. ein Ultraschallsystem, ein CT-System, ein NMR-System, etc. sein. Der von dem bildgebenden System erzeugte Bilddatensatz kann zwei-(2D) oder dreidimensionale (3D) Bilddaten umfassen. Der Bilddatensatz kann ebenso als Zeitreihe zwei-(2D) oder dreidimensionaler (3D) Bilddaten vorliegen. Der Bilddatensatz liegt bevorzugt mit einer sehr hohen Bildauflösung A1 vor.The method aspect of the object is achieved by a method of assisting a user in preparing a plan for irradiating a target area of a patient with therapy radiation, wherein the plan is generated based on at least one image data set obtained by scanning the patient using an imaging system was generated. The imaging system may be, for example, an ultrasound system, a CT system, an NMR system, etc. The image data set generated by the imaging system may comprise two (2D) or three-dimensional (3D) image data. The image data set can also be present as a time series of two (2D) or three-dimensional (3D) image data. The image data set is preferably present with a very high image resolution A1.

Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
Erstens, Ermitteln des Zielbereichs in dem Bilddatensatz. Das Ermitteln des Zielbereichs im Bilddatensatz (insbesondere dessen Lage und Ausdehnung) kann manuell bspw. durch Konturierung (Markieren, Nachziehen) des Zielbereichs mittels eines Eingabemittels (bspw. einer Computermaus, etc.) in einer oder mehreren Bilddarstellungen des Bilddatensatzes oder Teilen davon erfolgen. Bevorzugt erfolgt die Bestimmung des Zielbereichs jedoch durch eine voll- oder teilautomatisierte Bilddatenauswertung des Bilddatensatzes.The method according to the invention comprises the following steps:
First, determine the target area in the image data set. The determination of the target area in the image data set (in particular its position and extent) can be done manually, for example by contouring (marking, retightening) the target area by means of an input means (eg a computer mouse, etc.) in one or more image representations of the image data set or parts thereof. However, the destination area is preferably determined by fully or partially automated image data evaluation of the image data set.

Zweitens, Ermitteln eines ersten Plans zur Bestrahlung des Zielbereichs sowie Ermitteln einer sich daraus ergebenden ersten Dosisverteilung im Zielbereich und in der Umgebung des Zielbereichs. Die erste Dosisverteilung gibt die ortsaufgelöste Dosis an Therapiestrahlung an, welche nach Ausführung des ersten Plans zur Bestrahlung des Zielbereichs in den Zielbereich selbst, aber auch in die Umgebung des Zielbereichs eingetragen wird. Verfahren zur Ermittlung eines Be- strahlungsplans, wie auch einer sich daraus ergebenden Dosisverteilung im bestrahlten Bereich sind im Stand der Technik bekannt, auf den hierzu verwiesen wird.Second, determine a first plan to irradiate the target area and determine a resulting first dose distribution in the target area Target area and in the vicinity of the target area. The first dose distribution indicates the spatially resolved dose of therapy radiation which, after execution of the first plan for irradiation of the target area, is registered in the target area itself, but also in the surroundings of the target area. Methods for determining a radiation plan as well as a resulting dose distribution in the irradiated area are known in the art, to which reference is made.

Drittens, in dem Bilddatensatz Segmentieren von Organen und/oder Organstrukturen, die den Zielbereich umgeben, in einer Grob-Bildauflösung. Dieser Schritt dient dazu, die in der Umgebung des Zielbereichs angeordneten Organe und/oder Organstrukturen zumindest grob zu erfassen, so dass sie positiv erkannt und identifiziert werden können. Die Segmentierung der Organe/Organstrukturen kann dabei teil- oder vollautomatisiert insbesondere autonom erfolgen, wobei die Segmentierung lediglich in einer Grob-Bildauflösung A2 erfolgt, die geringer ist, insbesondere erheblich geringer ist, als die Bildauflösung A1 in der die Bilddaten im Bilddatensatz zur Verfügung stehen. Dies hat den Vorteil, dass der Aufwand, insbesondere der Rechenaufwand, für diese Segmentierung gering gehalten wird, bei der es wie erwähnt, lediglich darum geht, in der Umgebung des Zielbereichs angeordnete Organe/Organstrukturen und deren Umrisse grob zu identifizieren.Third, in the image data set, segment organs and / or organ structures surrounding the target area in a coarse image resolution. This step serves at least roughly to detect the organs and / or organ structures arranged in the vicinity of the target area, so that they can be positively recognized and identified. The segmentation of the organs / organ structures can thereby be partially or fully automated, in particular autonomously, the segmentation taking place only in a coarse image resolution A2 which is smaller, in particular considerably smaller, than the image resolution A1 in which the image data are available in the image data set , This has the advantage that the expense, in particular the computational effort, is kept low for this segmentation, in which, as already mentioned, it is merely a question of roughly identifying organs / organ structures arranged in the surroundings of the target area and their outlines.

Viertens, Vorgeben eines ersten Dosisgrenzwertes für jedes ermittelte Organ/jede ermittelte Organstruktur. Der Dosisgrenzwert gibt jeweils eine maximale Therapiestrahlen-Dosis für ein Organ/eine Organstruktur an. Der Dosisgrenzwert kann dabei einen Grenzwert pro Gewebevolumen des Organs/der Organstruktur oder einen Summendosiswert (Integrale Dosis) über das Organ/die Organstruktur angeben. Diese Dosisgrenzwerte sollen durch eine Strahlentherapie nicht überschritten werden. Die Dosisgrenzwerte sind bevorzugt für alle Organe/Organstrukturen des Körpers eines Patienten in einer Datenbank gespeichert und werden in Abhängigkeit der in der Umgebung des Zielbereichs segmentierten Organe/Organstrukturen bereitgestellt.Fourth, predetermining a first dose threshold for each identified organ / organ structure. The dose threshold will each indicate a maximum therapy radiation dose for an organ / organ structure. The dose limit may indicate a threshold value per tissue volume of the organ / organ structure or a sum dose value (integral dose) via the organ / organ structure. These dose limits should not be exceeded by radiotherapy. The dose limits are preferably stored in a database for all organs / organ structures of the body of a patient and are provided as a function of the organs / organ structures segmented in the surroundings of the target area.

Fünftens, Ermitteln derjenigen segmentierten Organe/Organstrukturen als Risikoorgane/Risikoorganstrukturen, für die die vorgegebenen ersten Dosisgrenzwerte durch die erste Dosisverteilung erreicht oder überschritten werden. Mit anderen Worten, werden diejenigen Organe/Organstrukturen als Risikoorgane/Risikoorganstrukturen erkannt, deren Dosiseintrag aufgrund der ersten Dosisverteilung gleich oder größer ist als der jeweilige erste Dosisgrenzwert. Sechstens, in dem Bilddatensatz Segmentieren der ermittelten Risikoorgane/Risikoorganstrukturen in einer Fein-Bildauflösung. Nachdem nun im fünften Schritt die Risikoorgane/Risikoorganstrukturen ermittelt wurden, werden nun diese Risikoorgane/Risikoorganstrukturen im Bilddatensatz mit einer Fein-Bildauflösung A3 segmentiert, die höher ist, als die Grob-Bildauflösung A2 und bevorzugt der Bildauflösung A1 entspricht. Bevorzugt ist die Fein-Bildauflösung um einen Faktor aus einem Bereich 2–100, 5–75, 10–50, 20–30 höher als die Grob-Bildauflösung A2. Die Fein-Bildauflösung A3 kann sogar höher sein, als die Bildauflösung A1, wenn entsprechende Interpolationsalgorithmen zur künstlichen Erhöhung der ursprünglichen Bildauflösung A1 des Bilddatensatzes angewandt werden.Fifth, to identify those segmented organs / organ structures as risk organs / risk organ structures for which the given first dose limits are reached or exceeded by the first dose distribution. In other words, those organs / organ structures are recognized as risk organs / risk organ structures whose dose entry due to the first dose distribution is equal to or greater than the respective first dose limit value. Sixth, in the image data set, segment the determined risk organs / risk organ structures in a fine image resolution. After the risk organs / risk organ structures have now been determined in the fifth step, these risk organs / risk organ structures are now segmented in the image data set with a fine image resolution A3 which is higher than the coarse image resolution A2 and preferably corresponds to the image resolution A1. Preferably, the fine image resolution is higher than the coarse image resolution A2 by a factor of a range of 2-100, 5-75, 10-50, 20-30. The fine image resolution A3 may even be higher than the image resolution A1 if appropriate interpolation algorithms are applied for artificially increasing the original image resolution A1 of the image data set.

Siebtens, Anzeigen der Risikoorgane/Risikoorganstrukturen in der Fein-Bildauflösung.Seventh, display the risk organs / risk organ structures in the fine image resolution.

Eine bevorzugten Weiterbildung zeichnet sich dadurch aus, dass die Verfahrensschritte erstens (Schritt 1.1.) bis siebtens (Schritt 1.7.) des erfindungsgemäßen Verfahrens automatisiert, insbesondere autonom durchgeführt werden.A preferred development is distinguished by the fact that the method steps are first of all automated (in particular, autonomously) (step 1.1.) To the seventh (step 1.7.) Of the method according to the invention.

Eine weitere bevorzugte Weiterbildung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass im fünften Verfahrensschritt (Schritt 1.5.) zu erwartende zeitabhängige Formänderungen bei der Ermittlung der segmentierten Organe/Organstrukturen als Risikoorgane/Risikoorganstrukturen berücksichtigt werden. Dies spielt bei der Ermittlung der aufgrund der ersten Dosisverteilung von sich während der Strahlentherapie bewegenden Organen/Organstrukturen aufgenommenen Dosis eine entscheidende Rolle. Die zu erwartenden Formänderungen werden bevorzugt über entsprechende in der Praxis validierte Bewegungsmodelle ermittelt.A further preferred development of the method is characterized in that in the fifth method step (step 1.5.) Expected time-dependent shape changes in the determination of the segmented organs / organ structures are considered as risk organs / risk organ structures. This plays a decisive role in the determination of the dose absorbed by the first dose distribution of organs / organ structures moving during radiotherapy. The expected changes in shape are preferably determined via corresponding motion models validated in practice.

Eine weitere bevorzugte Weiterbildung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass im siebten Verfahrensschritt (Schritt 1.7.) zusätzlich diejenigen Organe/Organstrukturen in der Grob-Bildauflösung angezeigt werden, für die die ersten Dosisgrenzwerte durch die erste Dosisverteilung nicht erreicht werden, wobei diese Organe durch einen ersten Marker und die Risikoorgane/Risikoorganstrukturen durch einen zweiten Marker gekennzeichnet werden. Das Bedienpersonal erhält damit auf einen Blick eine vollständige Information über alle in der Umgebung des Zielbereichs liegende/n Organe/Organstrukturen, wobei diejenigen Organe/Organstrukturen (= Risikoorgane/Risikoorganstrukturen) bevorzugt hervorgehoben dargestellt sind, für die die ersten Dosisgrenzwerte überschritten sind.A further preferred embodiment of the method is characterized in that in the seventh method step (step 1.7.) In addition those organs / organ structures are displayed in the coarse image resolution for which the first dose limits are not reached by the first dose distribution, said organs a first marker and the risk organs / risk organ structures are characterized by a second marker. The operating staff thus receives complete information about all organs / organ structures lying in the vicinity of the target area at a glance, whereby those organs / organ structures (= risk organs / risk organ structures) are preferably highlighted, for which the first dose limits have been exceeded.

Eine weitere besonders bevorzugte Weiterbildung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass nach Ausführung des siebten Verfahrensschrittes (Schritt 1.7.) ein Ermitteln eines zweiten Plans zur Bestrahlung des Zielbereichs, sowie ein Ermitteln einer sich daraus ergebenden zweiten Dosisverteilung im Zielbereich und in der Umgebung des Zielbereichs erfolgt, wobei die zweite Dosisverteilung die ersten Dosisgrenzwerte für alle oder vorgegebene einzelne Risikoorgane/Risikoorganstrukturen unterschreitet, und/oder wobei die zweite Dosisverteilung vom Anwender für die Risikoorgane/Risikoorganstrukturen vorgegebene zweite Dosisgrenzwerte nicht überschreitet. Dieser Verfahrensschritt kann autonom und automatisiert ausgeführt werden und direkt auf den siebten Verfahrensschritt folgen. Dieser Verfahrensschritt ermöglicht der Bedienperson auch eine bspw. manuelle Vorgabe von zweiten Dosisgrenzwerten, die von den ersten Dosisgrenzwerten abweichen. Nach Ausführung dieses Verfahrensschrittes liegt ein zweiter Bestrahlungsplan vor, der die vorgegebenen ersten bzw. zweiten Dosisgrenzwerte einhält.A further particularly preferred embodiment of the method is characterized in that after execution of the seventh method step (step 1.7.) Determining a second plan for irradiation of the target area, and determining a resulting second dose distribution in the target area and in the environment of Target range occurs, the second dose distribution falls below the first dose limits for all or predetermined individual risk organs / risk organ structures, and / or the second dose distribution by the user for the risk organs / risk organ structures does not exceed predetermined second dose limits. This process step can be carried out autonomously and automatically and directly follow the seventh process step. This method step also allows the operator to, for example, manually specify second dose limit values which deviate from the first dose limit values. After execution of this method step, there is a second treatment plan that complies with the predetermined first and second dose limits.

Da im dritten Verfahrensschritt lediglich eine Segmentierung mit der Grob-Bildauflösung erfolgt und erst für die ermittelten Risikoorgane/Risikoorganstrukturen im sechsten Verfahrensschritt eine Segmentierung mit Fein-Bildauflösung erfolgt, wird gegenüber heute bekannten Verfahren zur Ermittlung einer Bestrahlungsplans erheblich an Rechenzeit gespart, so dass das Verfahren einerseits zu einer Steigerung der Qualität der Bestrahlungsplanung, und andererseits zu einer Verringerung der hierfür benötigten Zeit bzw. zu einer Verringerung des entsprechenden Rechenaufwandes führt.Since only a segmentation with the coarse image resolution takes place in the third method step and segmentation with fine image resolution takes place only for the determined risk organs / risk organ structures in the sixth method step, considerable savings are made in computation time compared with methods known today for determining an irradiation plan, so that the method on the one hand to an increase in the quality of the treatment planning, and on the other hand leads to a reduction in the time required for this purpose or to a reduction of the corresponding computational effort.

Der vorrichtungsgemäße Aspekt der Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zur Unterstützung eines Anwenders bei einer Erstellung eines Plans für eine Bestrahlung eines Zielbereichs eines Patienten mit Therapiestrahlung. Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst eine Schnittstelle, mittels der ein Bilddatensatz bereitstellbar ist, der durch Abtastung des Patienten mittels eines bildgebenden Systems erzeugt wurde, ein erstes Mittel, mit dem der Zielbereich in dem Bilddatensatz ermittelbar ist, ein zweites Mittel, mit dem ein erster Plan zur Bestrahlung des Zielbereichs, sowie eine sich daraus ergebende erste Dosisverteilung im Zielbereich und in der Umgebung des Zielbereichs ermittelbar sind, ein drittes Mittel, mit dem in dem Bilddatensatz den Zielbereich umgebende Organe und/oder Organstrukturen in einer Grob-Bildauflösung segmentierbar sind, ein viertes Mittel, mit dem zumindest ein erster Dosisgrenzwert für jede/s ermittelte Organ/Organstruktur vorgebbar ist, ein fünftes Mittel, mit dem diejenigen Organe/Organstrukturen als Risikoorgane/Risikoorganstrukturen ermittelbar sind, für die aufgrund der ersten Dosisverteilung die ersten Dosisgrenzwerte erreicht oder überschritten werden, ein sechstes Mittel, mit dem in dem Bilddatensatz die Risikoorgane/Risikoorganstrukturen in einer Fein-Bildauflösung segmentierbar sind, und ein Anzeigemittel, mit dem die Risikoorgane/Risikoorganstrukturen anzeigbar sind.The device-related aspect of the object is achieved by a device for assisting a user in preparing a plan for irradiating a target area of a patient with therapy radiation. The device according to the invention comprises an interface, by means of which an image data set can be provided, which was generated by scanning the patient by means of an imaging system, a first means, with which the target area in the image data set can be determined, a second means, with which a first plan for Irradiation of the target area, as well as a resulting first dose distribution in the target area and in the vicinity of the target area can be determined, a third means, with which in the image data set surrounding the target area organs and / or organ structures are segmentable in a coarse image resolution, a fourth means , with which at least a first dose limit value can be predetermined for each determined organ / organ structure, a fifth means with which those organs / organ structures can be determined as risk organs / risk organ structures for which the first dose limits are reached or exceeded on account of the first dose distribution sixth Means with which in the image data set the risk organs / risk organ structures can be segmented in a fine image resolution, and a display means with which the risk organs / risk organ structures can be displayed.

Eine besonders bevorzugte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass das Anzeigemittel derart ausgelegt und eingerichtet ist, dass zusätzlich diejenigen Organe/Organstrukturen in Grob-Bildauflösung anzeigbar sind, für die die ersten Dosisgrenzwerte durch die erste Dosisverteilung nicht erreicht werden, wobei diese Organe/Organstrukturen durch einen ersten Marker und die Risiko-Organe/Risikoorganstrukturen durch einen zweiten Marker gekennzeichnet werden.A particularly preferred embodiment of the device according to the invention is characterized in that the display means is designed and set up in such a way that those organs / organ structures can be displayed in coarse image resolution for which the first dose limits are not reached by the first dose distribution, these organs / Organ structures are characterized by a first marker and the risk organs / risk organ structures by a second marker.

Eine besonders bevorzugte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Vorrichtung weiterhin umfasst: ein Eingabemittel, mit dem die Risikoorgane/Risikoorganstrukturen einzeln auswählbar oder markierbar sind, ein Eingabemittel zu Eingabe zweiter Dosisgrenzwerte, und ein siebtes Mittel, mit dem ein zweiter Plan zur Bestrahlung des Zielbereichs, sowie eine sich daraus ergebende zweite Dosisverteilung im Zielbereich und in der Umgebung des Zielbereichs ermittelbar sind, wobei die zweite Dosisverteilung die ersten Dosisgrenzwerte für alle oder vorgegebene einzelne Risikoorgane/Risikoorganstrukturen unterschreitet, und/oder wobei die zweite Dosisverteilung für die Risikoorgane/Risikoorganstrukturen die vorgegebenen zweiten Dosisgrenzwerte nicht überschreitet.A particularly preferred development of the device according to the invention is characterized in that the device further comprises: an input means with which the risk organs / risk organ structures are individually selectable or markable, an input means for input of second dose limits, and a seventh means with which a second plan for the irradiation of the target area, as well as a resulting second dose distribution in the target area and in the vicinity of the target area can be determined, the second dose distribution falls below the first dose limits for all or predetermined individual risk organs / risk organ structures, and / or wherein the second dose distribution for the risk organs / Risk organ structures does not exceed the prescribed second dose limits.

Die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gemachten Ausführungen lassen sich analog auf die erfindungsgemäße Vorrichtung übertragen. Es sei hierzu auf die vorstehenden Ausführungen verwiesen.The statements made in connection with the method according to the invention can be analogously transferred to the device according to the invention. Reference is made to the above statements.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen nochmals kurz erläutert. Hierbei zeigen:The present invention will be briefly explained again with reference to exemplary embodiments in conjunction with the drawings. Hereby show:

1 ein Ablaufschema eines erfindungsgemäßen Verfahrens, und 1 a flow chart of a method according to the invention, and

2 einen schematisierten Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. 2 a schematic structure of a device according to the invention.

1 zeigt ein Ablaufschema eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Unterstützung eines Anwenders bei einer Erstellung eines Plans für eine Bestrahlung eines Zielbereichs eines Patienten mit Therapiestrahlung, wobei die Erstellung des Plans auf Basis zumindest eines Bilddatensatzes erfolgt, der durch Abtastung des Patienten mittels eines bildgebenden Systems erzeugt wurde. Das Verfahren umfasst folgende Schritte. In Schritt 101 erfolgt ein Ermitteln des Zielbereichs in dem Bilddatensatz. In Schritt 102 erfolgt ein Ermitteln eines ersten Plans zur Bestrahlung des Zielbereichs, sowie Ermitteln einer sich daraus ergebenden ersten Dosisverteilung im Zielbereich und in der Umgebung des Zielbereichs. In Schritt 103 erfolgt in dem Bilddatensatz ein Segmentieren von Organen und/oder Organstrukturen, die den Zielbereich umgeben, in einer Grob-Bildauflösung. In Schritt 104 werden erste Dosisgrenzwerte für jede/s ermittelte Organ/Organstruktur vorgegeben. In Schritt 105 erfolgt ein Ermitteln derjenigen segmentierten Organe/Organstrukturen als Risikoorgane/Risikoorganstrukturen, deren erste Dosisgrenzwerte durch die erste Dosisverteilung erreicht oder überschritten werden. In Schritt 106 erfolgt in dem Bilddatensatz ein Segmentieren der Risikoorgane/Risikoorganstrukturen in einer Fein-Bildauflösung. In Schritt 107 erfolgt ein Anzeigen der Risikoorgane/Risikoorganstrukturen in der Fein-Bildauflösung. In Schritt 108 erfolgt ein Vorgeben zweiter Dosisgrenzwerte für alle oder für einige der in Schritt 103 ermittelten Organe/Organstrukturen. In Schritt 109 erfolgt ein Ermitteln eines zweiten Plans zur Bestrahlung des Zielbereichs, sowie ein Ermitteln einer sich daraus ergebenden zweiten Dosisverteilung im Zielbereich und in der Umgebung des Zielbereichs, wobei die zweite Dosisverteilung die ersten Dosisgrenzwerte für alle der ermittelten Risikoorgane/Risikoorganstrukturen unterschreitet, und zusätzlich die zweite Dosisverteilung die vom Anwender für einzelne oder alle Risikoorgane/Risikoorganstrukturen vorgegebene zweite Dosisgrenzwerte nicht überschreitet. In Schritt 110 erfolgt ein Ausgeben des zweiten Plans. In Schritt 111 erfolgt ein Anzeigen der von Risikoorganen/Risikoorganstrukturen bei einer Ausführung des zweiten Plans aufgenommenen Therapiestrahlendosis. 1 FIG. 12 shows a flowchart of a method of the invention for assisting a user in preparing a plan for irradiating a target area of a patient with therapy radiation, wherein the plan is generated based on at least one image data set generated by scanning the patient using an imaging system. The method comprises the following steps. In step 101 the target area is determined in the image data record. In step 102 a determination is made of a first plan for irradiating the target area, and determining a resulting first dose distribution in the target area and in the surroundings of the target area. In step 103 In the image data set, a segmentation of organs and / or organ structures surrounding the target area is performed in a coarse image resolution. In step 104 First dose limits are set for each determined organ / organ structure. In step 105 the segmented organs / organ structures are determined as risk organs / risk organ structures whose first dose limits are reached or exceeded by the first dose distribution. In step 106 In the image data record, the risk organs / risk organ structures are segmented in a fine image resolution. In step 107 the risk organs / risk organ structures are displayed in the fine screen resolution. In step 108 a second dose limit is set for all or some of the in step 103 determined organs / organ structures. In step 109 a determination is made of a second plan for irradiating the target area, and determination of a resulting second dose distribution in the target area and in the vicinity of the target area, the second dose distribution falling short of the first dose limit values for all of the determined risk organs / risk organ structures, and additionally the second dose distribution the user does not exceed the second dose limit values specified by the user for individual or all risk organs / risk organ structures. In step 110 the second plan is output. In step 111 An indication of the therapy beam dose taken by risk organs / risk organ structures when executing the second plan is displayed.

2 zeigt einen schematisierten Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Unterstützung eines Anwenders bei einer Erstellung eines Plans für eine Bestrahlung eines Zielbereichs eines Patienten mit Therapiestrahlung. Die Vorrichtung umfasst eine Schnittstelle 201, mittels der ein Bilddatensatz bereitstellbar ist, der durch Abtastung des Patienten mittels eines bildgebenden Systems erzeugt wurde; ein erstes Mittel 202, mit dem der Zielbereich in dem Bilddatensatz ermittelbar ist; ein zweites Mittel 203, mit dem ein erster Plan zur Bestrahlung des Zielbereichs, sowie eine sich daraus ergebende erste Dosisverteilung im Zielbereich und in der Umgebung des Zielbereichs ermittelbar sind; ein drittes Mittel 204, mit dem in dem Bilddatensatz den Zielbereich umgebende Organe und/oder Organstrukturen in einer Grob-Bildauflösung segmentierbar sind; ein viertes Mittel 205, mit dem zumindest ein erster Dosisgrenzwert für jede/s ermittelte Organ/Organstruktur vorgebbar ist; ein fünftes Mittel 206, mit dem diejenigen Organe/Organstrukturen als Risikoorgane/Risikoorganstrukturen ermittelbar sind, für die aufgrund der ersten Dosisverteilung die ersten Dosisgrenzwerte erreicht oder überschritten werden; ein sechstes Mittel 207, mit dem in dem Bilddatensatz die Risikoorgane/Risikoorganstrukturen in einer Fein-Bildauflösung segmentierbar sind; und ein Anzeigemittel 208, mit dem die Risikoorgane/Risikoorganstrukturen anzeigbar sind. Die Pfeile geben den Daten- und Informationsaustausch zwischen den vorgenannten Einheiten der erfindungsgemäßen Vorrichtung wieder. 2 shows a schematic structure of an inventive device to assist a user in creating a plan for irradiation of a target area of a patient with therapy radiation. The device includes an interface 201 by means of which an image data set is provided, which was generated by scanning the patient by means of an imaging system; a first remedy 202 with which the target area can be determined in the image data record; a second means 203 with which a first plan for irradiation of the target area as well as a resulting first dose distribution in the target area and in the vicinity of the target area can be determined; a third remedy 204 with which the organs and / or organ structures surrounding the target area in the image dataset can be segmented in a coarse image resolution; a fourth means 205 with which at least a first dose limit can be specified for each determined organ / organ structure; a fifth remedy 206 with which those organs / organ structures can be identified as risk organs / risk organ structures for which the first dose limits are reached or exceeded due to the first dose distribution; a sixth means 207 with which the risk organs / risk organ structures can be segmented in a fine image resolution in the image data record; and a display means 208 with which the risk organs / risk organ structures can be displayed. The arrows represent the data and information exchange between the aforementioned units of the device according to the invention.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

101101: erster Verfahrensschrittfirst process step
102102: zweiter Verfahrensschrittsecond process step
103103: dritter Verfahrensschrittthird process step
104104: vierter Verfahrensschrittfourth process step
105105: fünfter Verfahrensschrittfifth process step
106106: sechster Verfahrensschrittsixth process step
107107: siebter Verfahrensschrittseventh process step
108108: achter Verfahrensschritteighth process step
109109: neunter Verfahrensschrittninth process step
110110: zehnter Verfahrensschritttenth process step
111111: elfter VerfahrensschrittEleventh process step
201201: Schnittstelle zur Bereitstellung des BilddatensatzesInterface for providing the image data record
202202: erstes Mittelfirst means
203203: zweites Mittelsecond means
204204: drittes Mittelthird means
205205: viertes Mittelfourth means
206206: fünftes Mittelfifth remedy
207207: sechstes Mittelsixth means
208208: Anzeigemitteldisplay means

Claims

A method of assisting a user in preparing a plan for irradiating a target area of a patient with therapy radiation, wherein the plan is generated based on at least one image data set generated by scanning the patient using an imaging system, comprising the steps of: 1.1. Determining the target area in the at least one image data set, 1.2. Determining a first plan for irradiating the target area, and determining a resulting first dose distribution in the target area and in the vicinity of the target area, 1.3. in the at least one image data set, segmenting of organs and / or organ structures surrounding the target area in a coarse image resolution, 1.4. Predetermining a respective first dose limit value for each determined organ / organ structure, 1.5. Determining those segmented organs / organ structures as risk organs / risk organ structures whose first dose limits are reached or exceeded by the first dose distribution, 1.6. in the at least one image data set, segmenting the risk organs / risk organ structures in a fine image resolution, and 1.7. Display the risk organs / risk organ structures in the fine screen resolution.

A method according to claim 1, characterized in that the fine image resolution is higher by a factor of a range of 2-200, 5-100, 10-50, 20-30, than the coarse image resolution.

Method according to claim 1 or 2, characterized in that the steps 1.1. to 1.7. be carried out automatically.

Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that in step 1.5. Expected time-dependent changes in the shape of the segmented organs / organ structures are taken into account.

Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that in step 1.7. in addition those organs / organ structures are displayed in the coarse image resolution for which the first dose limits are not reached by the first dose distribution, these organs being characterized by a first marker and the risk organs / risk organ structures by a second marker.

Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that after step 1.7. determining a second plan for irradiating the target area, and determining a resulting second dose distribution in the target area and in the vicinity of the target area, the second dose distribution falling short of the first dose limits for all or predetermined individual risk organs / risk organ structures, and / or the second dose distribution by the user for the risk organs / risk organ structures does not exceed predetermined second dose limits.

Apparatus for assisting a user in preparing a plan for irradiating a target area of a patient with therapy radiation, comprising: 7.1. an interface ( 201 ) providing an image data set generated by scanning the patient by means of an imaging system, 7.2. a first means ( 202 ), which determines the target area in the image data record, 7.3. a second means ( 203 ) determining a first target area irradiation plan and a resulting first dose distribution in the target area and in the vicinity of the target area, 7.4. a third remedy ( 204 ), with which in the image data set the organs surrounding the target area and / or organ structures are segmented in a coarse image resolution, 7.5. a fourth means ( 205 ), which specifies at least one respective first dose limit value for each determined organ / organ structure, 7.6. a fifth remedy ( 206 ), which identifies those organs / organ structures as risk organs / risk organ structures for which the first dose limits are reached or exceeded due to the first dose distribution, 7.7. a sixth means ( 207 ), in which the risk organs / risk organ structures are segmented in a fine image resolution in the image data record, and 7.8. a display means ( 208 ), which displays the risk organs / risk organ structures.

Device according to claim 7, characterized in that the display means ( 208 ) is designed and arranged such that in addition those organs / organ structures are displayed in coarse image resolution for which the first dose limits are not reached by the first dose distribution, these organs / organ structures by a first marker and the risk organs / risk organ structures by a second Markers are marked.

Device according to claim 7 or 8, characterized in that the device further comprises: An input means with which the risk organs / risk organ structures are individually selected or marked, An input means for input of second dose limits, A seventh means for determining a second plan for irradiation of the target area and a resulting second dose distribution in the target area and in the vicinity of the target area, the second dose distribution falling short of the first dose limits for all or predetermined individual risk organs / risk organ structures, and / or wherein the second dose distribution for the risk organs / risk organ structures does not exceed the predetermined second dose limits.