DE102015213730B4

DE102015213730B4 - Qualitätskontrolle einer Bestrahlungsplanung durch Vergleich erster und zweiter MR-basierter Dosisverteilungen im Planungsvolumen

Info

Publication number: DE102015213730B4
Application number: DE102015213730.9A
Authority: DE
Inventors: Bernd Schweizer
Original assignee: Siemens Healthcare GmbH
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2015-07-21
Filing date: 2015-07-21
Publication date: 2017-03-23
Anticipated expiration: 2035-07-22
Also published as: US20170021195A1; US9878178B2; DE102015213730A1

Abstract

Verfahren zur Qualitätskontrolle einer Planung einer Bestrahlung eines Patienten, umfassend folgende Verfahrensschritte: – Erfassen von Magnetresonanz-Bilddaten des Patienten aus einem Planungsvolumen, – Ermitteln einer ersten Elektronendichtekarte des Planungsvolumens unter Verwendung der Magnetresonanz-Bilddaten, – Berechnen einer zweiten Elektronendichtekarte unter Verwendung der ersten Elektronendichtekarte, wobei ein Verringern eines zweiten Werts der Elektronendichte in der zweiten Elektronendichtekarte gegenüber einem ersten Wert der Elektronendichte in der ersten Elektronendichtekarte für zumindest eine Knochenregion im Planungsvolumen erfolgt, – Bereitstellen eines Bestrahlungsplans für eine Bestrahlung eines Zielvolumens, das im Planungsvolumen lokalisiert ist, – Ermitteln einer ersten Dosisverteilung im Planungsvolumen aus dem Bestrahlungsplan und der ersten Elektronendichtekarte, – Ermitteln einer zweiten Dosisverteilung im Planungsvolumen aus dem Bestrahlungsplan und der zweiten Elektronendichtekarte, – Vergleichen der ersten Dosisverteilung mit der zweiten Dosisverteilung und – Generieren einer Ausgabeinformation anhand eines Ergebnisses des Vergleichs.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Qualitätskontrolle einer Planung einer Bestrahlung eines Patienten, eine Bestrahlungsplanungseinheit, ein Magnetresonanzgerät und ein Computerprogrammprodukt.
Bei einer Strahlentherapie wird ein Zielgewebe, beispielsweise ein Tumor, eines Patienten mit ionisierender Strahlung bestrahlt. Hierbei ist eine externe Strahlentherapie, welche eine Bestrahlung eines Körpers des Patienten von außerhalb des Körpers umfasst, bekannt. Ebenfalls ist eine interne Strahlentherapie, auch Brachytherapie genannt, bekannt. Bei einer Brachytherapie werden Strahlenquellen, welche radioaktive Substanzen umfassen, in den Körper eines Patienten eingebracht, um dort lokal das Zielgewebe zu schädigen oder zu vernichten.
Es ist bekannt, eine Strahlentherapie eines Patienten mittels einer Bildgebung zu planen und/oder zu überwachen. Hierzu wird üblicherweise ein Bestrahlungsplan mit Hilfe von medizinischen Bilddaten des Patienten erstellt, die mit einem dreidimensionalen bildgebenden Verfahren erstellt wurden. Üblicherweise werden hierfür computertomographische Bilddaten (CT-Bilddaten) eingesetzt. Anhand der CT-Bilddaten kann einerseits das Zielvolumen der Bestrahlung festgelegt werden, und andererseits ein umliegendes, zu schonendes Gewebe – beispielsweise neuronales Gewebe – lokalisiert werden. Darüber hinaus bilden die Intensitätswerte der Bildvoxel der Bilddaten (gemessen in sogenannten „Hounsfield Units”) in guter Näherung eine Elektronendichte am korrespondierenden Ort im Körper des Patienten ab, da die Intensitätswerte der Bildvoxel auf einer Absorption der Röntgenstrahlung an den zugehörigen Orten beruhen. Derart können die CT-Bilddaten besonders einfach für die Bestrahlungsplanung in eine Elektronendichtekarte umgerechnet werden. Da bei einer Bestrahlung die Intensität der Wechselwirkung der Strahlung mit der Elektronendichte im Körper korreliert, kann aus den CT-Bilddaten vergleichsweise einfach die Schwächung der Strahlung beim Durchtritt durch den Körper errechnet werden. Aufgrund dieser Eigenschaft wurden CT-Bilddaten bisher bei der Erstellung einer Bestrahlungsplanung bevorzugt eingesetzt.
Es besteht allerdings die Forderung, andere bildgebende Verfahren in der Bestrahlungsplanung einzusetzen, die einen besseren Weichteilkontrast aufweisen, um eine verbesserte Identifikation von Zielorganen und/oder Risikoorganen zu ermöglichen. Ein solches Bildgebungsverfahren, das der Forderung nach einem besseren Weichteilkontrast gerecht wird, ist die Magnetresonanz-Bildgebung (MR-Bildgebung) mittels eines Magnetresonanzgeräts. 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.
In einem Magnetresonanzgerät, auch Magnetresonanztomographiesystem genannt, wird üblicherweise der zu untersuchende Körper einer Untersuchungsperson, insbesondere eines Patienten, mit Hilfe eines Hauptmagneten einem relativ hohen Hauptmagnetfeld, beispielsweise von 1,5 oder 3 oder 7 Tesla, ausgesetzt. Zusätzlich werden mit Hilfe einer Gradientenspuleneinheit Gradientenpulse ausgespielt. Über eine Hochfrequenzantenneneinheit werden dann mittels geeigneter Antenneneinrichtungen Hochfrequenz-Pulse, insbesondere Anregungspulse, ausgesendet, was dazu führt, dass die Kernspins bestimmter, durch diese Hochfrequenz-Pulse resonant angeregter Atome um einen definierten Flipwinkel gegenüber den Magnetfeldlinien des Hauptmagnetfelds verkippt werden. Bei der Relaxation der Kernspins werden Hochfrequenz-Signale, so genannte Magnetresonanz-Signale, abgestrahlt, die mittels geeigneter Hochfrequenzantennen empfangen und dann weiterverarbeitet werden. Aus den so akquirierten Rohdaten können schließlich die gewünschten Bilddaten rekonstruiert werden.
Bekannt ist derart ein kombinierter Einsatz von CT-Bildgebung und Magnetresonanz-Bildgebung zur Bestrahlungsplanung (Planung einer Bestrahlung). Für die Bestrahlungsplanung werden dann typischerweise die akquirierten CT-Bilddaten und Magnetresonanz-Bilddaten durch Bildregistrierung überlagert. Der Hauptnutzen der CT-Bilddaten in der Bestrahlungsplanung besteht dann typischerweise im Bereitstellen von Elektronendichten und geometrischer Präzision, während die Magnetresonanz-Bilddaten typischerweise bessere klinische Informationen zu Zielorganen und/oder Risikoorganen bereitstellen.
Eine Entwicklung der letzten Jahre unter dem Stichwort ausschließlich Magnetresonanz-basierter Bestrahlungsplanung („MR-only RT Planning”, MRORTP) sieht vor, die CT-Bilddaten für geeignete klinische Anwendungsfälle aus dem Planungsprozess zu eliminieren. Derart soll die Bestrahlungsplanung ausschließlich anhand von vom Patienten akquirierten Magnetresonanz-Bilddaten erfolgen. Derart kann beispielsweise die Anzahl an benötigten Patientenaufnahmen (nur Magnetresonanz-Aufnahmen statt CT-Aufnahmen und Magnetresonanz-Aufnahmen) verringert werden und/oder es können mögliche Registrierungsfehler zwischen den CT-Bilddaten und Magnetresonanz-Bilddaten vermieden werden.
Allerdings wirft die ausschließlich Magnetresonanz-basierte Bestrahlungsplanung neue Herausforderungen auf. So lässt sich eine für die Bestrahlungsplanung benötigte Elektronendichtekarte für die Dosisberechnung nur mit größerem algorithmischem Aufwand aus Magnetresonanz-Bilddaten als aus CT-Bilddaten bestimmen. Im Gegensatz zu CT-Bilddaten weisen Bildkontraste in Magnetresonanz-Bilddaten nämlich typischerweise keine eindeutige physikalische Relation zur Elektronendichte und damit zur Photonenschwächung auf. Beispielsweise zeigen sowohl Knochen- als auch Luft-Regionen in üblichen Magnetresonanz-Kontrasten keinerlei Signal. Derart sind typischerweise sowohl Knochenregionen als auch Luftregionen in den Magnetresonanz-Bilddaten beide schwarz, obwohl sie eine unterschiedliche Elektronendichte und somit eine unterschiedliche Photonenschwächung aufweisen.
Aus der Schrift von Zahra et al., „Semiquantitative and quantitative dynamic contrast-enhanced magnetic resonance imaging measurements predict radiation response in cervix cancer”, Int. J. Radiat. Oncol. Biol. Phys., 74 (2009) S. 766–773 ist ein Vergleich von akquirierten Magnetresonanz-Daten vor und nach einer Bestrahlung bekannt.
Aus der nachveröffentlichten DE 10 2014 217 283 A1 ist ein Verfahren zu einer Überwachung einer Strahlentherapie eines Patienten mittels einer MR-Fingerprinting-Methode bekannt.
Aus der Schrift von Roy et al., „PET attenuation correction using synthetic CT from ultrashort echo-time MR imaging”, J. Nucl. Med. 55 (2014), S. 2071–2077 ist eine Möglichkeit zur Erstellung von Elektronendichtekarten aus MR-Messdaten bekannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Qualitätskontrolle einer, insbesondere ausschließlich, basierend auf Magnetresonanz-Bilddaten erfolgenden Bestrahlungsplanung zu ermöglichen. Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Qualitätskontrolle einer Planung einer Bestrahlung eines Patienten umfasst folgende Verfahrensschritte:

– Erfassen von Magnetresonanz-Bilddaten des Patienten aus einem Planungsvolumen,
– Ermitteln einer ersten Elektronendichtekarte des Planungsvolumens unter Verwendung der Magnetresonanz-Bilddaten
– Berechnen einer zweiten Elektronendichtekarte unter Verwendung der ersten Elektronendichtekarte, wobei ein Verringern eines zweiten Werts der Elektronendichte in der zweiten Elektronendichtekarte gegenüber einem ersten Wert der Elektronendichte in der ersten Elektronendichtekarte für zumindest eine Knochenregion im Planungsvolumen erfolgt,
– Bereitstellen eines Bestrahlungsplans für eine Bestrahlung eines Zielvolumens, das im Planungsvolumen lokalisiert ist,
– Ermitteln einer ersten Dosisverteilung im Planungsvolumen aus dem Bestrahlungsplan und der ersten Elektronendichtekarte,
– Ermitteln einer zweiten Dosisverteilung im Planungsvolumen, aus dem Bestrahlungsplan und der zweiten Elektronendichtekarte,
– Vergleichen der ersten Dosisverteilung mit der zweiten Dosisverteilung und
– Generieren einer Ausgabeinformation anhand eines Ergebnisses des Vergleichs.

Die generierte Ausgabeinformation kann anschließend bereitgestellt werden. Das Bereitstellen der Ausgabeinformation kann eine Anzeige der Ausgabeinformation für einen Benutzer auf einer Anzeigeeinheit umfassen. Alternativ oder zusätzlich kann das Bereitstellen der Ausgabeinformation ein Abspeichern der Ausgabeinformation in der Datenbank umfassen. Alternativ oder zusätzlich kann das Bereitstellen der Ausgabeinformation ein Übertragen der Ausgabeinformation an ein weiteres Rechensystem umfassen, wobei das weitere Rechensystem die Ausgabeinformation dann weiter verarbeiten kann.
Das Planungsvolumen umfasst insbesondere das Zielvolumen der Bestrahlung und zumindest ein Risikovolumen für die Bestrahlung. In den vom Planungsvolumen erfassten Magnetresonanz-Bilddaten und/oder in der ersten Elektronendichtekarte kann semiautomatisch oder manuell eine Markierung des Zielvolumens und/oder des zumindest einen Risikovolumens erfolgen, beispielsweise mittels Einzeichnen eines Punktes oder einer 2D bzw. 3D Region-of-Interest (ROI). Das Planungsvolumen wird demzufolge typischerweise ausreichend groß gewählt, so dass das Zielvolumen und das zumindest eine Risikovolumen auf jeden Fall im Planungsvolumen enthalten ist. Ist für die Bestrahlung beispielsweise die Prostata des Patienten ausgewählt, so kann das Planungsvolumen den gesamten Beckenbereich des Patienten umfassen. Das Zielvolumen umfasst insbesondere diejenigen Zielstrukturen im Körper des Patienten, welche mittels der Strahlentherapie bestrahlt werden sollen. Im Zielvolumen ist typischerweise das sogenannte Zielgewebe lokalisiert. Dem Zielvolumen kann eine Strahlendosis bei einer Bestrahlungsplanung zugewiesen werden. Das Zielvolumen wird typischerweise abgegrenzt von dem zumindest einen Risikovolumen. Das zumindest eine Risikovolumen umfasst insbesondere Risikogewebe für die Bestrahlung. Dem zumindest einen Risikovolumen kann bei der Bestrahlungsplanung eine Maximaldosis zugewiesen werden, welche bei der Strahlentherapie nicht überschritten werden darf.
Eine Elektronendichtekarte umfasst insbesondere eine ortsaufgelöste Verteilung einer Elektronendichte. Eine Elektronendichtekarte kann dabei zweidimensional oder dreidimensional ausgebildet sein. Die Einträge in einer Elektronendichtekarte können beispielsweise Einheiten haben, welche eine Elektronendichte charakterisieren, wie beispielsweise ein linearer Abschwächungskoeffizient mit einer Einheit von 1/m. So stellt insbesondere die erste Elektronendichtekarte die ortsaufgelöste Verteilung der Elektronendichte im Planungsvolumen, welche ausschließlich auf Grundlage der Magnetresonanz-Bilddaten bestimmt wird, dar. Das Ermitteln der ersten Elektronendichtekarte erfolgt insbesondere ausschließlich unter Verwendung der der Magnetresonanz-Bilddaten. Es werden insbesondere keine weiteren medizinischen Bilddaten außer den Magnetresonanz-Bilddaten zum Ermitteln der ersten Elektronendichtekarte hinzugezogen. Das Ermitteln der ersten Elektronendichtekarte kann eine Erstellung von sogenannten „synthetischen CT-Bilddaten” aus den Magnetresonanz-Bilddaten umfassen. Die synthetischen CT-Bilddaten, welche insbesondere ausschließlich unter Verwendung der Magnetresonanz-Bilddaten generiert werden, sind dann insbesondere medizinische Bilddaten in der gleichen Patientengeometrie der Magnetresonanz-Bilddaten, allerdings mit einer Grauwertverteilung, welche vorliegen würde, wenn CT-Bilddaten des gleichen Patienten akquiriert worden wären. Für die ausschließlich Magnetresonanz-basierte Bestrahlungsplanung können dann die synthetischen CT-Bilddaten bzw. die erste Elektronendichtekarte verwendet werden.
Beispielhafte Verfahren zum Ermitteln der ersten Elektronendichtekarte aus den Magnetresonanz-Bilddaten basieren beispielsweise auf einer automatischen, semiautomatischen oder manuellen Segmentierung der Magnetresonanz-Bilddaten in verschiedene Gewebeklassen, wie beispielsweise Wasser, Fett, Luft, evtl. Knochen. Es ist auch denkbar, atlasbasierte Verfahren zum Ermitteln der ersten Elektronendichtekarte aus den Magnetresonanz-Bilddaten einzusetzen. Dafür können mehrere zueinander koregistrierte Paare von Atlas-Magnetresonanz-Bilddaten und Atlas-CT-Bilddaten in dem Atlas vorliegen und unter Hinzuziehung des Atlas aus den Magnetresonanz-Bilddaten die erste Elektronendichtekarte berechnet werden. Es ist auch denkbar, dass die Magnetresonanz-Bilddaten mittels einer speziellen Magnetresonanz-Sequenz, welche insbesondere ultrakurze Echozeiten einsetzt, akquiriert werden, so dass Magnetresonanz-Signale von Knochen des Patienten empfangen werden können. Derart ist beispielsweise eine Maskierung der Magnetresonanz-Bilddaten zum Ermitteln von Knochen- und/oder Luftmasken für die Berechnung der ersten Elektronendichtekarte möglich. Auch eine Multi-Kontrast Magnetresonanz-Bildgebung kann eine vorteilhafte Grundlage für die Segmentierung der Magnetresonanz-Bilddaten zur Erstellung der ersten Elektronendichtekarte bereitstellen. Weitere mögliche Verfahren zum Ermitteln der ersten Elektronendichtekarte aus den Magnetresonanz-Bilddaten können beispielsweise auf Mustererkennung und/oder Bildnormalisierung und/oder Klassifizierung und/oder Bias-Field-Abschätzung basieren. Verfahren zum Ermitteln der synthetischen CT-Bilddaten, also der ersten Elektronendichtekarte, aus den Magnetresonanz-Bilddaten sind dabei dem Fachmann bekannt, so dass hier nicht genauer auf sie eingegangen werden soll.
Methoden zum Ermitteln der ersten Elektronendichtekarte aus den Magnetresonanz-Bilddaten weisen jedoch eine unterschiedliche Präzision und/oder Robustheit, insbesondere in Knochenregionen im Patienten, auf. So kann es bei vielen Algorithmen zu Fehlzuordnungen von Knochen, Weichgewebe oder Luft in spezifischen Regionen kommen. Auch bei Lufteinschlüssen im Patienten (sogenannten Luftregionen bzw. Lufttaschen) kann es zu Problemen bei der korrekten Zuordnung der Elektronendichte zu den Magnetresonanz-Bilddaten kommen. In einigen Fällen kann eine Fehlzuordnung von Knochen- und/oder Luftregionen bei der Berechnung der ersten Elektronendichtekarte nur zu kleinen Abweichungen in berechneten Dosisverteilungen gegenüber einer realen (mit realen CT-Bilddaten berechneten) Dosisverteilung führten. Allerdings kann es für knochennahe Tumore zu größeren Fehlern in der Dosisverteilung kommen, wenn die Elektronendichte in den synthetischen CT-Bilddaten in der Nähe des Tumors fehlgeschätzt wird. Es ist daher bei einer ausschließlich Magnetresonanz-basierten Strahlentherapie häufig nötig, eine Abschätzung zu treffen, ob auf der berechneten ersten Elektronendichtekarte, also den synthetischen CT-Bilddaten, eine verlässliche Dosisberechnung für die Bestrahlungsplanung durchgeführt werden kann oder ob in einem speziellen Einzelfall zur Sicherheit eine Aufnahme von weiteren Planungsbilddaten, insbesondere von realen CT-Bilddaten, durchzuführen ist, um eventuelle Fehler bei der ausschließlich Magnetresonanz-basierten Bestrahlungsplanung auszuschließen.
Um eine Qualitätskontrolle der ersten Elektronendichtekarte zu ermöglichen, wird nun vorgeschlagen, zunächst die zweite Elektronendichtekarte auf Grundlage der ersten Elektronendichtekarte zu berechnen. Die zweite Elektronendichtekarte wird insbesondere mittels eines Algorithmus erstellt, welcher als Eingangsparameter, insbesondere ausschließlich, die erste Elektronendichtekarte aufweist. Der Algorithmus prozessiert dann die erste Elektronendichtekarte, um die zweite Elektronendichtekarte zu erstellen. Bei der Prozessierung wird insbesondere ein zweiter Wert der Elektronendichte in der zweiten Elektronendichtekarte gegenüber einem ersten Wert der Elektronendichte in der ersten Elektronendichtekarte für zumindest eine Knochenregion im Planungsvolumen verringert. Vorteilhafterweise wird dabei, wie in einem der folgenden Abschnitte noch genauer beschrieben, der Wert der Elektronendichte für die zumindest eine Knochenregion auf einen Wert einer Elektronendichte von Weichteilgewebe gesetzt. Die zweite Elektronendichtekarte kann man dann insbesondere als durchgängige Weichteilgewebekarte ansehen.
Um einen Einfluss der Veränderungen zwischen der ersten Elektronendichtekarte und der zweiten Elektronendichtekarte zu bestimmen, wird ein Bestrahlungsplan für die Bestrahlung des Zielvolumens bereitgestellt. Der Bestrahlungsplan wird dabei insbesondere aus einer Datenbank geladen und/oder mittels eines Planungsprogramms erstellt. Der Bestrahlungsplan umfasst insbesondere Einstellungen für ein Bestrahlungssystem, mittels welchem eine Bestrahlung des Zielvolumens durchgeführt werden kann. Im Fall einer externen Bestrahlung des Zielvolumens mittels eines Linearbeschleunigers kann der Bestrahlungsplan beispielsweise Bestrahlungswinkel, Einstellungen von Kollimatoren, Bestrahlungsenergien, Bestrahlungsdauern, usw. umfassen. Wie in einem der folgenden Abschnitte noch genauer beschrieben, kann der Bestrahlungsplan entweder konkret auf die Bestrahlung des Patienten abgestimmt oder ein Standard-Bestrahlungsplan sein.
Es wird nun, insbesondere mittels des gleichen bereitgestellten Bestrahlungsplans, die erste Dosisverteilung und die zweite Dosisverteilung berechnet. Der ersten Dosisverteilung liegt dabei insbesondere die erste Elektronendichtekarte zugrunde, während der zweiten Dosisverteilung die zweite Elektronendichtekarte zugrunde liegt. Die erste Dosisverteilung kann derart eine ortsaufgelöste Verteilung von Dosiswerten angeben, welche vorliegt, wenn der der Patient anhand des Bestrahlungsplans bestrahlt wird und wenn Elektronendichte im Planungsvolumen gemäß der ersten Elektronendichtekarte ausgebildet ist. Die zweite Dosisverteilung kann derart eine ortsaufgelöste Verteilung von Dosiswerten angeben, welche vorliegt, wenn der der Patient anhand des Bestrahlungsplans bestrahlt wird und wenn die Elektronendichte im Planungsvolumen gemäß der zweiten Elektronendichtekarte ausgebildet ist.
Der Vergleich der ersten Dosisverteilung und der zweiten Dosisverteilung kann eine Bestimmung von Abweichungen und/oder Übereinstimmungen zwischen der ersten Dosis-verteilung und der zweiten Dosisverteilung umfassen. Beispielsweise können relevante Werte der beiden Dosis-verteilungen miteinander verglichen werden. Dabei können beispielsweise, wie in einem der folgenden Abschnitte noch genauer beschrieben, Unterschiede im maximalen Dosiswert im Zielvolumen, in der mittleren Zielvolumendosis oder im Verlauf des Dosis-Volumen-Histogramms zwischen den beiden Dosisverteilungen berechnet werden. Anhand des Vergleichs der ersten Dosisverteilung und der zweiten Dosisverteilung kann so besonders vorteilhaft ein Einfluss der Elektronendichtewerte der zumindest einen Knochenregion auf eine Dosis, welche bei der Bestrahlung appliziert wird, festgestellt werden.
Die Abweichungen und/oder Übereinstimmungen, welche im Vergleich ermittelt worden sind, können dann ein Teil der generierten Ausgabeinformation sein. Die Ausgabeinformation kann beispielsweise verarbeitete Magnetresonanz-Bilddaten umfassen, wobei in den verarbeiteten Magnetresonanz-Bilddaten ein Unterschied und/oder eine Übereinstimmung zwischen der ersten Dosisverteilung und der zweiten Dosisverteilung gekennzeichnet ist. Die Ausgabeinformation kann auch eine abstrahierte Information umfassen. Beispielsweise kann die Ausgabeinformation auch Zahlenwerte umfassen, welche einen Grad einer Abweichung und/oder Übereinstimmung zwischen der ersten Dosisverteilung und der zweiten Dosisverteilung charakterisieren.
Sind die Abweichungen, die sich im Vergleich zwischen der ersten Dosisverteilung und der zweiten Dosisverteilung ergeben, groß, so kann davon ausgegangen werden, dass die Anwesenheit der Knochen im Planungsvolumen einen großen Einfluss auf die mittels der Bestrahlung applizierte Dosis hat. Es kann in diesem Fall beispielsweise sinnvoll sein, die ausschließlich basierend auf Magnetresonanz-Bilddaten generierte erste Elektronendichtekarte nochmals manuell zu überprüfen, ob eine korrekte Zuordnung der Elektronendichte zu der Knochenregion in der ersten Elektronendichtekarte erfolgt ist. Sind die Abweichungen, die sich im Vergleich zwischen der ersten Dosisverteilung und der zweiten Dosisverteilung ergeben, eher gering, so kann von einem geringen Einfluss der Anwesenheit der Knochen auf die mittels der Bestrahlung applizierte Dosis ausgegangen werden. In diesem Fall kann von einer Validität der ausschließlich mittels Magnetresonanz-Bilddaten erstellten ersten Elektronendichtekarte für die spezifische Bestrahlung des Patienten ausgegangen werden.
Derart beschreibt das beschriebene Vorgehen insbesondere eine Methode, die einen Qualitätsindikator für die Dosisberechnung, welche ausschließlich auf Grundlage von Magnetresonanz-Bilddaten durchgeführt wird, bereitstellt. Das beschriebene Vorgehen kann so dem Anwender eine Entscheidung zwischen klassischer Bestrahlungsplanung unter Verwendung von CT-Bilddaten und ausschließlich Magnetresonanz-basierter Bestrahlungsplanung erleichtern. Das beschriebene Vorgehen kann einen Indikator für die Robustheit einer Bestrahlungsplanung auf lediglich synthetischen CT-Bilddaten bereitstellen. Die beschriebenen Schritte können dabei vollautomatisch oder semiautomatisch ablaufen. Eine subjektive, auf qualitativen Erfahrungen des Radio-Onkologen basierende Entscheidung kann mittels des vorgeschlagenen Vorgehens durch quantitative Werte untermauert werden, deren Berechnung nur einen niedrigen Benutzer-Aufwand erfordern. Hierdurch können qualitativ minderwertige Bestrahlungen aufgrund von ausschließlich Magnetresonanz-basierter Bestrahlungsplanung ausgeschlossen werden. Gleichzeitig kann ein Qualitätsniveau der Bestrahlungen durch Identifikation der für Magnetresonanz-basierte und CT-basierte Planung geeigneten Patienten erhöht werden.
Besonders vorteilhaft ist hierbei, dass die Entscheidungsunterstützung spezifisch für den einzelnen Patienten erfolgen kann, da die erste und zweite Elektronendichtekarte anhand der spezifisch vom Patienten akquirierten Magnetresonanz-Bilddaten erstellt wird. Es kann auch in bestimmten Anwendungsfällen der auf den Patienten abgestimmte Bestrahlungsplan in die beschriebene Methode einfließen. Damit wird die Entscheidung für die Planung der Bestrahlung in einem jeweiligen Einzelfall für bestimmte Patienten unterstützt. Eine auf der Ausgabeinformation basierende Benutzerausgabe kann derart spezifisch mit einem Patientenfall verknüpft werden.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass anhand der generierten Ausgabeinformation die Planung der Bestrahlung ausschließlich unter Verwendung der aus dem Planungsvolumen erfassten Magnetresonanz-Bilddaten erfolgt. Dieses Vorgehen ist insbesondere dann sinnvoll, wenn der Vergleich der ersten Dosisverteilung mit der zweiten Dosisverteilung ergibt, dass ein ausreichend kleiner Unterschied zwischen der ersten Dosisverteilung und der zweiten Dosisverteilung vorliegt. Beispielsweise kann bei einem, insbesondere in einem der folgenden Abschnitt genauer beschriebenen, Vergleich von quantitativen Werten der ersten Dosisverteilung und der zweiten Dosisverteilung die quantitative Abweichung kleiner als ein Schwellwert sein. Die Ausgabeinformation kann derart einen automatischen Prozess einleiten, so dass die Planung der Bestrahlung ausschließlich auf Grundlage der Magnetresonanz-Bilddaten weitergeführt wird. Alternativ oder zusätzlich kann die Ausgabeinformation einem Benutzer angezeigt werden. Der Benutzer kann dann der Anzeige entnehmen, dass der Einfluss der korrekten Zuweisung von Knochenbereichen (und optional Luftbereichen, siehe ein folgender Abschnitt) in der ersten Elektronendichtekarte auf die berechnete Dosisverteilung ausreichend klein ist, insbesondere so klein, dass er im Rahmen des Qualitätssystems der Radioonkologie toleriert wird. Der Benutzer kann dann basierend auf der Ausgabeinformation eine Planung der Bestrahlung ausschließlich unter Verwendung der aus dem Planungsvolumen erfassten Magnetresonanz-Bilddaten veranlassen.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass anhand der generierten Ausgabeinformation eine Aufnahme von weiteren Planungsbilddatendes Patienten, insbesondere mit einer anderen Bildgebungsmodalität als der Magnetresonanz-Bildgebung, erfolgt, wobei die weiteren Planungsbilddaten in die Planung der Bestrahlung des Patienten einfließen. Dieses Vorgehen ist insbesondere dann sinnvoll, wenn der Vergleich der ersten Dosisverteilung mit der zweiten Dosisverteilung ergibt, dass ein größerer Unterschied zwischen der ersten Dosisverteilung und der zweiten Dosisverteilung vorliegt. Beispielsweise kann bei einem, insbesondere in einem der folgenden Abschnitt genauer beschriebenen, Vergleich von quantitativen Werten der ersten Dosisverteilung und der zweiten Dosisverteilung die quantitative Abweichung größer als ein Schwellwert sein. Die Ausgabeinformation kann derart einen automatischen Prozess einleiten, so dass die Durchführung der Magnetresonanz-basierten Planung der Bestrahlung gestoppt wird. So kann anhand der Ausgabeinformation automatisch die Akquisition der weiteren Planungsbilddaten angeordnet werden und/oder es können bereits vom Patienten akquirierte weitere Planungsbilddaten zur Bestrahlungsplanung hinzugezogen werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Ausgabeinformation einem Benutzer angezeigt werden. Der Benutzer kann dann den speziellen Fall der Magnetresonanz-basierten Bestrahlungsplanung genauer betrachten. Ihm stehen dann verschiedene Handlungsoptionen offen, wie beispielsweise eine genauere Analyse der vorliegenden synthetischen CT-Bilddaten und/oder eine Anordnung einer Aufnahme der weiteren Planungsbilddaten für den Patienten (Planungs-CT-Aufnahme) für diesen Patienten. Die weiteren Planungsbilddaten werden dann insbesondere mittels CT-Bildgebung aufgenommen.
Zusammenfassend kann daher anhand der generierten Ausgabeinformation die Planung der Bestrahlung ausschließlich unter Verwendung der aus dem Planungsvolumen erfassten Magnetresonanz-Bilddaten erfolgen oder anhand der generierten Ausgabeinformation eine Aufnahme von weiteren Planungsbilddaten von dem Patienten, insbesondere mit einer anderen Bildgebungsmodalität als der Magnetresonanz-Bildgebung erfolgen, wobei die weiteren Planungsbilddaten in die Planung der Bestrahlung des Patienten einfließen.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass das Berechnen der zweiten Elektronendichtekarte eine Schwellwert-Segmentierung der ersten Elektronendichtekarte zum Identifizieren der zumindest einen Knochenregion in der ersten Elektronendichtekarte umfasst. Derart kann besonders einfach die zumindest eine Knochenregion in der ersten Elektronendichtekarte erkannt werden. Diesem Vorgehen liegt die Überlegung zugrunde, dass Knochen zumeist deutlich höhere Elektronendichtewerte als anderen Gewebearten zugewiesen werden, so dass mittels der Schwellschwertsegmentierung die bei dem Ermitteln der ersten Elektronendichtekarte bestimmten Knochenregionen besonders einfach identifiziert werden können. Selbstverständlich sind auch andere Vorgehensweisen zum Identifizieren der zumindest einen Knochenregion, welche bei dem Generieren der zweiten Elektronendichtekarte modifiziert werden soll, denkbar. Beispielsweise kann man bei dem Identifizieren der zumindest einen Knochenregion auch auf bei dem Ermitteln der ersten Elektronendichtekarte gewonnene Informationen zurückgreifen.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass das Verringern des zweiten Wertes der Elektronendichte in der zweiten Elektronendichtekarte gegenüber dem ersten Wert der Elektronendichte in der ersten Elektronendichtekarte umfasst, dass der zweite Wert der Elektronendichte in der zumindest einen Knochenregion auf einen Wert der Elektronendichte von Weichteilgewebe gesetzt wird. Insbesondere wird bei dem Ermitteln der zweiten Elektronendichtekarte für alle Pixel bzw. Voxel in der zumindest einen Knochenregion der Elektronendichtewert auf den Wert der Elektronendichte von Weichteilgewebe gesetzt. Derart ist in der zweiten Elektronendichtekarte insbesondere die zumindest eine Knochenregion nicht mehr unterscheidbar von umliegenden Weichteilregionen. Die zweite Elektronendichtekarte kann so mit einer durchgängigen Weichteilbelegung belegt werden. Mit Weichteilgewebe ist dabei beispielsweise Muskelgewebe, Wassergewebe, Fettgewebe, usw. gemeint. Weichteilgewebe weist typischerweise eine niedrigere Elektronendichte und derart eine niedrigere Absorption von Photonen als Knochengewebe auf. Mittels des vorgeschlagenen Vorgehens kann so beim Vergleich der ersten mit der zweiten Dosisverteilung besonders einfach ein Einfluss der Anwesenheit der zumindest einen Knochenregion auf die Bestrahlungsplanung bestimmt werden.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass das Berechnen der zweiten Elektronendichtekarte unter Verwendung der ersten Elektronendichtekarte ein Erhöhen eines vierten Werts der Elektronendichte in der zweiten Elektronendichtekarte gegenüber einem dritten Wert der Elektronendichte in der ersten Elektronendichtekarte für zumindest eine Luftregion im Planungsvolumen umfasst. Mittels dieses Vorgehens kann zusätzlich zum Einfluss der zumindest einen Knochenregion auf die Bestrahlungsplanung besonders vorteilhaft ebenfalls ein Einfluss der zumindest einen Luftregion auf die Bestrahlungsplanung analysiert werden. Die zumindest eine Luftregion kann beispielsweise durch Lufteinschlüsse im Darm des Patienten, welche sich stark verändern können, gebildet werden. Dieses beschriebene Vorgehen ist insbesondere dann sinnvoll, wenn eine räumliche Lage der zumindest einen Luftregion in den Magnetresonanz-Bilddaten bzw. in der ersten Elektronendichtekarte in Relation zur Lage des Zielvolumens und/oder des zumindest einen Risikovolumens als kritisch oder verdächtig eingestuft wird.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass das Erhöhen des vierten Werts der Elektronendichte in der zweiten Elektronendichtekarte gegenüber dem dritten Wert der Elektronendichte in der ersten Elektronendichtekarte umfasst, dass der vierte Wert der Elektronendichte in der zumindest einen Luftregion auf einen Wert der Elektronendichte von Weichteilgewebe gesetzt wird. Derart kann der zumindest eine Luftbereich in der zweiten Elektronendichtekarte analog wie der zumindest eine Knochenbereich mit der Elektronendichte von Weichteilgewebe belegt werden. Damit kann eine besonders homogene zweite Elektronendichtekarte erhalten werden.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass der Bestrahlungsplan, welcher für das Ermitteln der ersten Dosisverteilung der zweiten Dosisverteilung verwendet wird, ein konkret auf den Patienten angepasster Bestrahlungsplan ist. Es kann sich dabei besonders vorteilhaft um den Bestrahlungsplan des Patienten handeln, welcher für seine Bestrahlung anhand der Magnetresonanz-Bilddaten erstellt worden ist. Damit kann der Vergleich der ersten Dosisverteilung mit der zweiten Dosisverteilung besonders gut auf den jeweiligen Patientenfall abgestimmt durchgeführt werden.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass der Bestrahlungsplan, welcher für das Ermitteln der ersten Dosisverteilung der zweiten Dosisverteilung verwendet wird, ein Standard-Bestrahlungsplan ist, welcher typische Einstellungen eines Bestrahlungssystems umfasst. Solch ein Standard-Bestrahlungsplan kann typische im klinischen Anwendungsfall für die Art von Zielregion verwendete Bestrahlungseinstellungen umfassen. Die Verwendung des Standard-Bestrahlungsplans kann in vielen Fällen zum Identifizieren des Einflusses der zumindest einen Knochenregion auf eine applizierte Strahlendosis ausreichen, auch wenn der Standard-Bestrahlungsplan typischerweise nicht auf den Patienten abgestimmt ist. Die Verwendung des Standard-Bestrahlungsplans kann den Vorteil haben, dass noch kein individuell auf den Patienten angepasster Bestrahlungsplan für die Überprüfung der Validität der ersten Elektronendichtekarte vorliegen muss. Derart kann mittels der Verwendung des Standard-Bestrahlungsplans ein besonders einfacher Workflow ermöglicht werden.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass der Vergleich der ersten Dosisverteilung mit der zweiten Dosisverteilung einen Vergleich von zumindest einem ersten Dosiswert in der ersten Dosisverteilung mit zumindest einem zweiten Dosiswert in der zweiten Dosisverteilung umfasst. Besonders vorteilhaft kann dabei der zumindest eine erste Dosiswert einen ersten maximalen Dosiswert im Zielvolumen der ersten Dosisverteilung und der zumindest eine zweite Dosiswert einen zweiten maximalen Dosiswert im Zielvolumen der zweiten Dosisverteilung umfassen. Weiterhin kann auch der zumindest eine erste Dosiswert einen ersten mittleren Dosiswert im Zielvolumen der ersten Dosisverteilung und der zumindest eine zweite Dosiswert einen zweiten mittleren Dosiswert im Zielvolumen der zweiten Dosisverteilung umfassen. Selbstverständlich sind weitere Dosiswerte zum quantitativen Vergleich zwischen der ersten Dosisverteilung und der zweiten Dosisverteilung denkbar. Derart kann ein besonders vorteilhaftes quantitatives Maß für eine Übereinstimmung und/oder Abweichung zwischen der ersten Dosisverteilung und der zweiten Dosisverteilung bereitgestellt werden.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass der Vergleich der ersten Dosisverteilung mit der zweiten Dosisverteilung einen Vergleich eines Verlaufs eines ersten Dosis-Volumen-Histogramms der ersten Dosisverteilung mit einem Verlauf eines zweiten Dosis-Volumen-Histogramms der zweiten Dosisverteilung umfasst. Ein Dosis-Volumen-Histogramm gibt typischerweise für das Zielvolumen und/oder das zumindest eine Risikovolumen an, welcher Anteil des Volumens mit welcher Mindestdosis bestrahlt wird. Ein Dosis-Volumen-Histogramm ist ein gebräuchliches Instrument zur objektiven Beurteilung der Qualität eines Bestrahlungsplans und zum Vergleich von Bestrahlungsplänen. Das Dosis-Volumen-Histogramm ist derart auch für den Vergleich der ersten Dosisverteilung mit der zweiten Dosisverteilung besonders vorteilhaft geeignet.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass ein quantitativer Wert berechnet wird, welcher den Vergleich der ersten Dosisverteilung mit der zweiten Dosisverteilung charakterisiert, wobei die Ausgabeinformation den quantitativen Wert umfasst. Insbesondere kann der quantitative Wert dem Benutzer auf einer Anzeigeeinheit angezeigt werden. Der Benutzer kann so eine Anzeige einer Größe der Unterschiede zwischen der ersten Dosisverteilung und der zweiten Dosisverteilung erhalten. Gegebenenfalls kann die Anzeige des quantitativen Wertes gekoppelt mit einer, möglicherweise benutzerdefinierten, Klassifizierung des Unterschiedeserfolgen. Beispielsweise können geringe Abweichungen der Dosiswerte, welche insbesondere unter einem Schwellwert (z. B. 2 Prozent) liegen, mit einer ersten Farbe (beispielsweise Grün) und große Abweichungen der Dosiswerte, welche insbesondere über einem Schwellwert (z. B. 2 Prozent) liegen, mit einer zweiten Farbe (beispielsweise Rot) markiert werden. Insgesamt kann mittels dieses Vorgehens ein objektiver Indikator über die Zuverlässigkeit der ersten Elektronendichtekarte für die ausschließlich Magnetresonanz-basierte Bestrahlungsplanung bereitgestellt werden.
Die erfindungsgemäße Bestrahlungsplanungseinheit umfasst eine Erfassungseinheit, eine erste Ermittlungseinheit, eine Berechnungseinheit, eine Bereitstellungseinheit, eine zweite Ermittlungseinheit, eine dritte Ermittlungseinheit, eine Vergleichseinheit und eine Generierungseinheit. Derart ist die Bestrahlungsplanungseinheit zum Ausführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet.
Die Erfassungseinheit ist zum Erfassen von Magnetresonanz-Bilddaten des Patienten aus einem Planungsvolumen ausgebildet. Die erste Ermittlungseinheit ist zum Ermitteln einer ersten Elektronendichtekarte des Planungsvolumens unter Verwendung der Magnetresonanz-Bilddaten ausgebildet. Die Berechnungseinheit ist zum Berechnen einer zweiten Elektronendichtekarte unter Verwendung der ersten Elektronendichtekarte, wobei ein Verringern eines zweiten Werts der Elektronendichte in der zweiten Elektronendichtekarte gegenüber einem ersten Wert der Elektronendichte in der ersten Elektronendichtekarte für zumindest eine Knochenregion im Planungsvolumen erfolgt, ausgebildet. Die Bereitstellungseinheit ist zum Bereitstellen eines Bestrahlungsplans für eine Bestrahlung eines Zielvolumens, das im Planungsvolumen lokalisiert ist, ausgebildet.
Die zweite Ermittlungseinheit ist zum Ermitteln einer ersten Dosisverteilung im Planungsvolumen aus dem Bestrahlungsplan und der ersten Elektronendichtekarte ausgebildet. Die dritte Ermittlungseinheit ist zum Ermitteln einer zweiten Dosisverteilung im Planungsvolumen aus dem Bestrahlungsplan und der zweiten Elektronendichtekarte ausgebildet. Die Vergleichseinheit ist zum Vergleichen der ersten Dosisverteilung mit der zweiten Dosisverteilung ausgebildet. Die Generierungseinheit ist zum Generieren einer Ausgabeinformation anhand eines Ergebnisses des Vergleichs ausgebildet.
Das erfindungsgemäße Magnetresonanzgerät umfasst eine erfindungsgemäße Bestrahlungsplanungseinheit. Die Bestrahlungsplanungseinheit kann dazu ausgebildet sein, Steuerungssignale an das Magnetresonanzgerät zu senden und/oder Steuerungssignale zu empfangen und/oder zu verarbeiten, um ein erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen. Die Bestrahlungsplanungseinheit kann in das Magnetresonanzgerät integriert sein. Die Bestrahlungsplanungseinheit kann auch separat von dem Magnetresonanzgerät installiert sein. Die Bestrahlungsplanungseinheit kann mit dem Magnetresonanzgerät verbunden sein. Das Erfassen der Magnetresonanz-Bilddaten kann eine Aufnahme der Magnetresonanz-Bilddaten mittels einer Aufnahmeeinheit des Magnetresonanzgeräts umfassen. Die Magnetresonanz-Bilddaten können dann an die Bestrahlungsplanungseinheit zur Weiterverarbeitung übergeben werden. Die Bestrahlungsplanungseinheit kann die Magnetresonanz-Bilddaten dann mittels der Erfassungseinheit erfassen.
Das erfindungsgemäße Computerprogrammprodukt ist direkt in einen Speicher einer programmierbaren Recheneinheit der Bestrahlungsplanungseinheit ladbar und weist Programmcode-Mittel auf, um ein erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen, wenn das Computerprogrammprodukt in der Recheneinheit der Bestrahlungsplanungseinheit ausgeführt wird. Das Computerprogrammprodukt umfasst insbesondere ein Computerprogramm. Dadurch kann das erfindungsgemäße Verfahren schnell, identisch wiederholbar und robust ausgeführt werden. Das Computerprogrammprodukt ist so konfiguriert, dass es mittels der Recheneinheit die erfindungsgemäßen Verfahrensschritte ausführen kann. Die Recheneinheit muss dabei jeweils die Voraussetzungen wie beispielsweise einen entsprechenden Arbeitsspeicher, eine entsprechende Grafikkarte oder eine entsprechende Logikeinheit aufweisen, so dass die jeweiligen Verfahrensschritte effizient ausgeführt werden können. Das Computerprogrammprodukt ist beispielsweise auf einem computerlesbaren Medium gespeichert oder auf einem Netzwerk oder Server hinterlegt, von wo es in den Prozessor einer lokalen Recheneinheit geladen werden kann, der mit der Bestrahlungsplanungseinheit direkt verbunden oder als Teil der Bestrahlungsplanungseinheit ausgebildet sein kann. Weiterhin können Steuerinformationen des Computerprogrammprodukts auf einem elektronisch lesbaren Datenträger gespeichert sein. Die Steuerinformationen des elektronisch lesbaren Datenträgers können derart ausgestaltet sein, dass sie bei Verwendung des Datenträgers in einer Recheneinheit der Bestrahlungsplanungseinheit ein erfindungsgemäßes Verfahren ausführen. Beispiele für elektronische lesbare Datenträger sind eine DVD, ein Magnetband oder ein USB-Stick, auf welchem elektronisch lesbare Steuerinformationen, insbesondere Software (vgl. oben), gespeichert ist. Wenn diese Steuerinformationen (Software) von dem Datenträger gelesen und in eine Steuerung und/oder Recheneinheit des der Bestrahlungsplanungseinheit gespeichert werden, können alle erfindungsgemäßen Ausführungsformen der vorab beschriebenen Verfahren durchgeführt werden. So kann die Erfindung auch von dem besagten computerlesbaren Medium und/oder dem besagten elektronisch lesbaren Datenträger ausgehen.
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Bestrahlungsplanungseinheit, des erfindungsgemäßen Magnetresonanzgeräts und des erfindungsgemäßen Computerprogrammprodukts entsprechen im Wesentlichen den Vorteilen des erfindungsgemäßen Verfahrens, welche vorab im Detail ausgeführt sind. Hierbei erwähnte Merkmale, Vorteile oder alternative Ausführungsformen sind ebenso auch auf die anderen beanspruchten Gegenstände zu übertragen und umgekehrt. Mit anderen Worten können die gegenständlichen Ansprüche auch mit den Merkmalen, die in Zusammenhang mit einem Verfahren beschrieben oder beansprucht sind, weitergebildet sein. Die entsprechenden funktionalen Merkmale des Verfahrens werden dabei durch entsprechende gegenständliche Module, insbesondere durch Hardware-Module, ausgebildet.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert.
Es zeigen:
1 ein Magnetresonanzgerät umfassend eine erfindungsgemäße Bestrahlungsplanungseinheit,
2 eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens und
3 eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
1 stellt ein erfindungsgemäßes Magnetresonanzgerät 11 schematisch dar. Das Magnetresonanzgerät 11 umfasst eine von einer Magneteinheit 13 gebildete Detektoreinheit mit einem Hauptmagneten 17 zu einem Erzeugen eines starken und insbesondere konstanten Hauptmagnetfelds 18. Zudem weist das Magnetresonanzgerät 11 einen zylinderförmigen Patientenaufnahmebereich 14 zu einer Aufnahme eines Patienten 15, wobei der Patientenaufnahmebereich 14 in einer Umfangsrichtung von der Magneteinheit 13 zylinderförmig umschlossen ist. Der Patient 15 kann mittels einer Patientenlagerungsvorrichtung 16 des Magnetresonanzgeräts 11 in den Patientenaufnahmebereich 14 geschoben werden. Die Patientenlagerungsvorrichtung 16 weist hierzu einen Liegentisch auf, der bewegbar innerhalb des Magnetresonanzgeräts 11 angeordnet ist. Die Magneteinheit 13 ist mittels einer Gehäuseverkleidung 31 des Magnetresonanzgeräts nach außen abgeschirmt.
Die Magneteinheit 13 weist weiterhin eine Gradientenspuleneinheit 19 zur Erzeugung von Magnetfeldgradienten auf, die für eine Ortskodierung während einer Bildgebung verwendet werden. Die Gradientenspuleneinheit 19 wird mittels einer Gradientensteuereinheit 28 angesteuert. Des Weiteren weist die Magneteinheit 13 eine Hochfrequenzantenneneinheit 20, welche im gezeigten Fall als fest in das Magnetresonanzgerät 10 integrierte Körperspule ausgebildet ist, und eine Hochfrequenzantennensteuereinheit 29 zur Anregung einer Polarisation, die sich in dem von dem Hauptmagneten 17 erzeugten Hauptmagnetfeld 18 einstellt, auf. Die Hochfrequenzantenneneinheit 20 wird von der Hochfrequenzantennensteuereinheit 29 angesteuert und strahlt hochfrequente Magnetresonanz-Sequenzen in einen Untersuchungsraum, der im Wesentlichen von dem Patientenaufnahmebereich 14 gebildet ist, ein. Die Hochfrequenzantenneneinheit 20 ist weiterhin zum Empfang von Magnetresonanz-Signalen, insbesondere aus dem Patienten 15, ausgebildet.
Zu einer Steuerung des Hauptmagneten 17, der Gradientensteuereinheit 28 und der Hochfrequenzantennensteuereinheit 29 weist das Magnetresonanzgerät 11 eine Recheneinheit 24 auf. Die Recheneinheit 24 steuert zentral das Magnetresonanzgerät 11, wie beispielsweise das Durchführen einer vorbestimmten bildgebenden Gradientenechosequenz. Steuerinformationen wie beispielsweise Bildgebungsparameter, sowie rekonstruierte Magnetresonanz-Bilder können auf einer Bereitstellungseinheit 25, im vorliegenden Fall einer Anzeigeeinheit 25, des Magnetresonanzgeräts 11 für einen Benutzer bereitgestellt werden. Zudem weist das Magnetresonanzgerät 11 eine Eingabeeinheit 26 auf, mittels derer Informationen und/oder Parameter während eines Messvorgangs von einem Benutzer eingegeben werden können. Die Recheneinheit 24 kann die Gradientensteuereinheit 28 und/oder Hochfrequenzantennensteuereinheit 29 und/oder die Anzeigeeinheit 25 und/oder die Eingabeeinheit 26 umfassen.
Das Magnetresonanzgerät 11 umfasst weiterhin eine Aufnahmeeinheit 30. Die Aufnahmeeinheit 30 wird im vorliegenden Fall von der Magneteinheit 13 zusammen mit der Hochfrequenzantennensteuereinheit 29 und der Gradientensteuereinheit 28 gebildet.
Das dargestellte Magnetresonanzgerät 11 kann selbstverständlich weitere Komponenten umfassen, die Magnetresonanzgeräte 11 gewöhnlich aufweisen. Die allgemeine Funktionsweise eines Magnetresonanzgeräts 11 ist zudem dem Fachmann bekannt, so dass auf eine detaillierte Beschreibung der weiteren Komponenten verzichtet wird.
Das dargestellte Magnetresonanzgerät 11 umfasst eine Bestrahlungsplanungseinheit 27, welche eine Erfassungseinheit 32, eine erste Ermittlungseinheit 33, eine Berechnungseinheit 34, eine Bereitstellungseinheit 35, eine zweite Ermittlungseinheit 36, eine dritte Ermittlungseinheit 37, eine Vergleichseinheit 38 und eine Generierungseinheit 39 umfasst. Derart ist die Bestrahlungsplanungseinheit 27 zum Ausführen eines Verfahrens gemäß 2–3 ausgebildet.
Zum alleinigen Ausführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Bestrahlungsplanungseinheit 27 vorteilhafterweise Magnetresonanz-Bilddaten mittels der Erfassungseinheit 32 aus einer Datenbank laden. Wenn das erfindungsgemäße Verfahren kombiniert von dem Magnetresonanzgerät 11 und der Bestrahlungsplanungseinheit 27 ausgeführt wird, wird die Erfassungseinheit 32 der Bestrahlungsplanungseinheit 27 insbesondere Magnetresonanz-Bilddaten, welche mittels der Aufnahmeeinheit 30 des Magnetresonanzgeräts 11 aufgenommen worden sind, erfassen. Dafür ist die Erfassungseinheit 27 vorteilhafterweise mit der Recheneinheit 24 des Magnetresonanzgeräts 11 hinsichtlich eines Datenaustauschs verbunden.
2 zeigt ein Ablaufdiagramm einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Qualitätskontrolle einer Planung einer Bestrahlung eines Patienten 15.
In einem ersten Verfahrensschritt 40 erfolgt ein Erfassen von Magnetresonanz-Bilddaten des Patienten 15 aus einem Planungsvolumen mittels der Erfassungseinheit 32.
In einem weiteren Verfahrensschritt 41 erfolgt ein Ermitteln einer ersten Elektronendichtekarte des Planungsvolumens unter Verwendung der Magnetresonanz-Bilddaten mittels der ersten Ermittlungseinheit 33.
In einem weiteren Verfahrensschritt 42 erfolgt ein Berechnen einer zweiten Elektronendichtekarte unter Verwendung der ersten Elektronendichtekarte mittels der Berechnungseinheit 34, wobei ein Verringern eines zweiten Werts der Elektronendichte in der zweiten Elektronendichtekarte gegenüber einem ersten Wert der Elektronendichte in der ersten Elektronendichtekarte für zumindest eine Knochenregion im Planungsvolumen erfolgt.
In einem weiteren Verfahrensschritt 43 erfolgt ein Bereitstellen eines Bestrahlungsplans für eine Bestrahlung eines Zielvolumens, das im Planungsvolumen lokalisiert ist, mittels der Bereitstellungseinheit 35.
In einem weiteren Verfahrensschritt 44 erfolgt ein Ermitteln einer ersten Dosisverteilung im Planungsvolumen aus dem Bestrahlungsplan und der ersten Elektronendichtekarte mittels der zweiten Ermittlungseinheit 36.
In einem weiteren Verfahrensschritt 45 erfolgt ein Ermitteln einer zweiten Dosisverteilung im Planungsvolumen aus dem Bestrahlungsplan und der zweiten Elektronendichtekarte mittels der dritten Ermittlungseinheit 37.
In einem weiteren Verfahrensschritt 46 erfolgt ein Vergleichen der ersten Dosisverteilung mit der zweiten Dosisverteilung mittels der Vergleichseinheit 38.
In einem weiteren Verfahrensschritt 47 erfolgt ein Generieren einer Ausgabeinformation anhand eines Ergebnisses des Vergleichs mittels der Generierungseinheit 39.
3 zeigt ein Ablaufdiagramm einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Qualitätskontrolle einer Planung einer Bestrahlung eines Patienten 15.
Die nachfolgende Beschreibung beschränkt sich im Wesentlichen auf die Unterschiede zu dem Ausführungsbeispiel in 2, wobei bezüglich gleich bleibender Verfahrensschritte auf die Beschreibung des Ausführungsbeispiels in 2 verwiesen wird. Im Wesentlichen gleich bleibende Verfahrensschritte sind grundsätzlich mit den gleichen Bezugszeichen beziffert.
Die in 3 gezeigte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst im Wesentlichen die Verfahrensschritte 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47 der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß 2. Zusätzlich umfasst die in 3 gezeigte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zusätzliche Verfahrensschritte und Unterschritte. Denkbar ist auch ein zu 3 alternativer Verfahrensablauf, welcher nur einen Teil der in 3 dargestellten zusätzlichen Verfahrensschritte und/oder Unterschritte aufweist. Selbstverständlich kann auch ein zu 3 alternativer Verfahrensablauf zusätzliche Verfahrensschritte und/oder Unterschritte aufweisen.
Im in 3 gezeigten Fall umfasst das Berechnen der zweiten Elektronendichtekarte im weiteren Verfahrensschritt 42 eine Schwellwert-Segmentierung der ersten Elektronendichtekarte zum Identifizieren der zumindest einen Knochenregion in der ersten Elektronendichtekarte in einem Teilschritt 42a des weiteren Verfahrensschritts 42. In einem weiteren Teilschritt 42b kann das Verringern des zweiten Wertes der Elektronendichte in der zweiten Elektronendichtekarte gegenüber dem ersten Wert der Elektronendichte in der ersten Elektronendichtekarte umfassen, dass der zweite Wert der Elektronendichte in der zumindest einen Knochenregion auf einen Wert der Elektronendichte von Weichteilgewebe gesetzt wird. Derart kann für die Berechnung der zweiten Elektronendichtekarte für die in der im Teilschritt 42a identifizierten zumindest eine Knochenregion die Elektronendichte auf einen Wert der Elektronendichte von Weichteilgewebe gesetzt werden.
Es ist auch denkbar, dass während des weiteren Verfahrensschritts 42 ein optionaler Schritt 42c erfolgt, bei welcher eine Elektronendichte zumindest einer Luftregion in der zweiten Elektronendichtekarte gegenüber der ersten Elektronendichtekarte verändert wird. Das Berechnen der zweiten Elektronendichtekarte unter Verwendung der ersten Elektronendichtekarte umfasst dann ein Erhöhen eines vierten Werts der Elektronendichte in der zweiten Elektronendichtekarte gegenüber einem dritten Wert der Elektronendichte in der ersten Elektronendichtekarte für zumindest eine Luftregion im Planungsvolumen. Dafür kann in einem Teilschritt 42d des optionalen Schritts 42c wiederum eine Schwellwert-Segmentierung der ersten Elektronendichtekarte zum Identifizieren der zumindest einen Luftregion in der ersten Elektronendichtekarte durchgeführt werden. In einem Teilschritt 42e des optionalen Schritts 42c kann dann der vierte Wert der Elektronendichte in der zumindest einen Luftregion auf einen Wert der Elektronendichte von Weichteilgewebe gesetzt werden.
Der Bestrahlungsplan, welcher im weiteren Verfahrensschritt 43 bereitgestellt wird, kann ein konkret auf den Patient 15 angepasster Bestrahlungsplan oder ein Standard-Bestrahlungsplan ist, welcher typische Einstellungen eines Bestrahlungssystems umfasst, sein.
Der Vergleich der ersten Dosisverteilung mit der zweiten Dosisverteilung im weiteren Verfahrensschritt 46 umfasst im in 3 gezeigten Fall einen Vergleich von zumindest einem ersten Dosiswert in der ersten Dosisverteilung mit zumindest einem zweiten Dosiswert in der zweiten Dosisverteilung in einem Teilschritt 46a des weiteren Verfahrensschritts 46. Der zumindest eine erste Dosiswert und der zumindest eine zweite Dosiswert umfassen einen maximalen und/oder einen mittleren Dosiswert im Zielvolumen. Alternativ oder zusätzlich kann der Vergleich der ersten Dosisverteilung mit der zweiten Dosisverteilung im weiteren Verfahrensschritt 46 einen Vergleich eines Verlaufs eines ersten Dosis-Volumen-Histogramms der ersten Dosisverteilung mit einem Verlauf eines zweiten Dosis-Volumen-Histogramms der zweiten Dosisverteilung in einem Teilschritt 46b des weiteren Verfahrensschritts 46 umfassen. In einem Teilschritt 46c kann dann, insbesondere basierend auf einem Ergebnis des Vergleichs im Teilschritt 46a und/oder im Teilschritt 46b, ein quantitativer Wert berechnet werden, welcher den Vergleich der ersten Dosisverteilung mit der zweiten Dosisverteilung charakterisiert. Die Ausgabeinformation kann dann den quantitativen Wert umfassen. Beispielsweise kann eine Ausgabe des Ergebnisses des Vergleichs auf der Ausgabeeinheit eine Ausgabe des quantitativen Werts auf der Anzeigeeinheit in einem Teilschritt 47a umfassen.
Das Ergebnis des Vergleichs kann in einem Analyseschritt 50 analysiert werden. Im Analyseschritt kann beispielsweise festgestellt werden, wie groß die Abweichung zwischen der ersten Dosisverteilung und der zweiten Dosisverteilung ist. Anhand dieser Analyse kann die Ausgabeinformation generiert werden. Anhand der generierten Ausgabeinformation kann dann in einem weiteren Verfahrensschritt 48 die Planung der Bestrahlung ausschließlich unter Verwendung der aus dem Planungsvolumen erfassten Magnetresonanz-Bilddaten erfolgen. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die erste Dosisverteilung weitgehend mit der zweiten Dosisverteilung übereinstimmt. Alternativ kann anhand der generierten Ausgabeinformation in einem weiteren Verfahrensschritt 49 eine Aufnahme von weiteren Planungsbilddaten vom Patient 15, insbesondere mit einer anderen Bildgebungsmodalität als Magnetresonanz-Bildgebung, erfolgen, wobei die weiteren Planungsbilddaten in die Planung der Bestrahlung des Patienten 15 einfließen.
Anhand der Bestrahlungsplanung, welche in Abhängigkeit des Ergebnisses des Vergleichs, entweder ausschließlich anhand der Magnetresonanz-Bilddaten oder unter Hinzuziehung bzw. ausschließlich anhand der weiteren Planungsbilddaten durchgeführt wird, kann dann eine Bestrahlung des Patienten 15 mittels einer Strahlentherapieeinheit durchgeführt werden.
Die in 2–3 dargestellten Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens werden von der Bestrahlungsplanungseinheit ausgeführt. Hierzu umfasst die Bestrahlungsplanungseinheit erforderliche Software und/oder Computerprogramme, die in einer Speichereinheit der Bestrahlungsplanungseinheit gespeichert sind. Die Software und/oder Computerprogramme umfassen Programmmittel, die dazu ausgelegt sind, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen, wenn das Computerprogramm und/oder die Software in der Bestrahlungsplanungseinheit mittels einer Prozessoreinheit der Bestrahlungsplanungseinheit ausgeführt wird.
Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung dennoch nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden.

Claims

Verfahren zur Qualitätskontrolle einer Planung einer Bestrahlung eines Patienten, umfassend folgende Verfahrensschritte: – Erfassen von Magnetresonanz-Bilddaten des Patienten aus einem Planungsvolumen, – Ermitteln einer ersten Elektronendichtekarte des Planungsvolumens unter Verwendung der Magnetresonanz-Bilddaten, – Berechnen einer zweiten Elektronendichtekarte unter Verwendung der ersten Elektronendichtekarte, wobei ein Verringern eines zweiten Werts der Elektronendichte in der zweiten Elektronendichtekarte gegenüber einem ersten Wert der Elektronendichte in der ersten Elektronendichtekarte für zumindest eine Knochenregion im Planungsvolumen erfolgt, – Bereitstellen eines Bestrahlungsplans für eine Bestrahlung eines Zielvolumens, das im Planungsvolumen lokalisiert ist, – Ermitteln einer ersten Dosisverteilung im Planungsvolumen aus dem Bestrahlungsplan und der ersten Elektronendichtekarte, – Ermitteln einer zweiten Dosisverteilung im Planungsvolumen aus dem Bestrahlungsplan und der zweiten Elektronendichtekarte, – Vergleichen der ersten Dosisverteilung mit der zweiten Dosisverteilung und – Generieren einer Ausgabeinformation anhand eines Ergebnisses des Vergleichs.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei anhand der generierten Ausgabeinformation die Planung der Bestrahlung ausschließlich unter Verwendung der aus dem Planungsvolumen erfassten Magnetresonanz-Bilddaten erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei anhand der generierten Ausgabeinformation eine Aufnahme von weiteren Planungsbilddaten von dem Patienten, insbesondere mit einer anderen Bildgebungsmodalität als der Magnetresonanz-Bildgebung, erfolgt, wobei die weiteren Planungsbilddaten in die Planung der Bestrahlung des Patienten einfließen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Berechnen der zweiten Elektronendichtekarte eine Schwellwert-Segmentierung der ersten Elektronendichtekarte zum Identifizieren der zumindest einen Knochenregion in der ersten Elektronendichtekarte umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verringern des zweiten Wertes der Elektronendichte in der zweiten Elektronendichtekarte gegenüber dem ersten Wert der Elektronendichte in der ersten Elektronendichtekarte umfasst, dass der zweite Wert der Elektronendichte in der zumindest einen Knochenregion auf einen Wert einer Elektronendichte von Weichteilgewebe gesetzt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Berechnen der zweiten Elektronendichtekarte unter Verwendung der ersten Elektronendichtekarte ein Erhöhen eines vierten Werts der Elektronendichte in der zweiten Elektronendichtekarte gegenüber einem dritten Wert der Elektronendichte in der ersten Elektronendichtekarte für zumindest eine Luftregion im Planungsvolumen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Erhöhen des vierten Werts der Elektronendichte in der zweiten Elektronendichtekarte gegenüber dem dritten Wert der Elektronendichte in der ersten Elektronendichtekarte umfasst, dass der vierte Wert der Elektronendichte in der zumindest einen Luftregion auf einen Wert einer Elektronendichte von Weichteilgewebe gesetzt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Bestrahlungsplan, welcher für das Ermitteln der ersten Dosisverteilung der zweiten Dosisverteilung verwendet wird, ein konkret auf den Patient angepasster Bestrahlungsplan ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–7, wobei der Bestrahlungsplan, welcher für das Ermitteln der ersten Dosisverteilung der zweiten Dosisverteilung verwendet wird, ein Standard-Bestrahlungsplan ist, welcher typische Einstellungen eines Bestrahlungssystems umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Vergleich der ersten Dosisverteilung mit der zweiten Dosisverteilung einen Vergleich von zumindest einem ersten Dosiswert in der ersten Dosisverteilung mit zumindest einem zweiten Dosiswert in der zweiten Dosisverteilung umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Vergleich der ersten Dosisverteilung mit der zweiten Dosisverteilung einen Vergleich eines Verlaufs eines ersten Dosis-Volumen-Histogramms der ersten Dosisverteilung mit einem Verlauf eines zweiten Dosis-Volumen-Histogramms der zweiten Dosisverteilung umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein quantitativer Wert berechnet wird, welcher den Vergleich der ersten Dosisverteilung mit der zweiten Dosisverteilung charakterisiert, wobei die Ausgabeinformation den quantitativen Wert umfasst.
Bestrahlungsplanungseinheit, umfassend eine Erfassungseinheit, eine erste Ermittlungseinheit, eine Berechnungseinheit, eine Bereitstellungseinheit, eine zweite Ermittlungseinheit, eine dritte Ermittlungseinheit, eine Vergleichseinheit und eine Generierungseinheit, wobei die Bestrahlungsplanungseinheit zum Ausführen eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.
Magnetresonanzgerät, umfassend eine Bestrahlungsplanungseinheit nach Anspruch 13.
Computerprogrammprodukt, welches direkt in einen Speicher einer programmierbaren Recheneinheit einer Bestrahlungsplanungseinheit ladbar ist, mit Programmcode-Mitteln, um ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1–12 auszuführen, wenn das Computerprogrammprodukt in der Recheneinheit der Bestrahlungsplanungseinheit ausgeführt wird.