DE102015220077A1

DE102015220077A1 - Verfahren zur Planung einer Bestrahlung eines Patienten

Info

Publication number: DE102015220077A1
Application number: DE102015220077.9A
Authority: DE
Inventors: David Grodzki; Arne Hengerer; Michael Kaus; Sebastian Schmidt
Original assignee: Siemens Healthcare GmbH
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2015-10-15
Filing date: 2015-10-15
Publication date: 2017-04-20
Anticipated expiration: 2035-10-16
Also published as: US20170106210A1; DE102015220077B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Planung einer Bestrahlung eines Patienten, eine Bestrahlungsplanungseinheit, ein Magnetresonanzgerät und ein Computerprogrammprodukt. Um eine verbesserte auf Magnetresonanz-Messdaten basierende Planung einer Bestrahlung eines Patienten zu ermöglichen, wird vorgeschlagen, dass das erfindungsgemäße Verfahren zur Planung einer Bestrahlung eines Patienten folgende Verfahrensschritte umfasst:
– Erfassen von quantitativen Magnetresonanz-Messdaten eines Planungsvolumens im Patienten mittels eines quantitativen Magnetresonanz-Verfahrens,
– Ermitteln einer dreidimensionalen Verteilung von Werten eines Elektronendichteparameters im Planungsvolumen basierend auf den erfassten quantitativen Magnetresonanz-Messdaten,
– Berechnung eines Bestrahlungsplans unter Verwendung der dreidimensionalen Verteilung der Werte des Elektronendichteparameters.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur 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 einen Körper des Patienten eingebracht, um lokal im Körper des Patienten 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 eine Anzahl an benötigten Patientenaufnahmen (nur Magnetresonanz-Aufnahmen statt CT-Aufnahmen und Magnetresonanz-Aufnahmen) verringert werden und/oder 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 herkömmlichen Magnetresonanz-Bilddaten als aus CT-Bilddaten bestimmen. Im Gegensatz zu CT-Bilddaten weisen Bildkontraste in herkömmlichen 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 herkömmlichen Magnetresonanz-Bilddaten beide schwarz, obwohl sie eine unterschiedliche Elektronendichte und somit eine unterschiedliche Photonenschwächung aufweisen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine verbesserte auf Magnetresonanz-Messdaten basierende Planung einer Bestrahlung eines Patienten zu ermöglichen. Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Planung einer Bestrahlung eines Patienten umfasst folgende Verfahrensschritte:

– Erfassen von quantitativen Magnetresonanz-Messdaten eines Planungsvolumens im Patienten mittels eines quantitativen Magnetresonanz-Verfahrens,
– Ermitteln einer dreidimensionalen Verteilung von Werten eines Elektronendichteparameters im Planungsvolumen basierend auf den erfassten quantitativen Magnetresonanz-Messdaten,
– Berechnung eines Bestrahlungsplans unter Verwendung der dreidimensionalen Verteilung der Werte des Elektronendichteparameters.

Das Erfassen der quantitativen Magnetresonanz-Messdaten des Planungsvolumens kann eine Aufnahme der quantitativen Magnetresonanz-Messdaten mittels eines Magnetresonanzgeräts oder ein Laden von bereits aufgenommenen quantitativen Magnetresonanz-Messdaten aus einer Datenbank umfassen. Der berechnete Bestrahlungsplan kann für eine Bestrahlung des Patienten bereitgestellt werden. Dafür kann der berechnete Bestrahlungsplan an eine Bestrahlungseinheit, beispielsweise einen Linearbeschleuniger oder eine Brachytherapieeinheit, zur Ausführung der Bestrahlung übertragen werden. Weiterhin kann der berechnete Bestrahlungsplan auch in einer Datenbank für einen späteren Abruf abgespeichert werden.
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 eine 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.
Ein quantitatives Magnetresonanz-Verfahren, welches zum Erfassen der Magnetresonanz-Bilddaten eingesetzt wird, dient insbesondere zur Bestimmung zumindest eines quantitativen Gewebeparameters. Die Quantifizierung des zumindest einen Gewebeparameters erfolgt insbesondere ortsaufgelöst. Somit wird insbesondere eine ortsaufgelöste Verteilung des zumindest einen Gewebeparameters quantifiziert. Der zumindest eine Gewebeparameter charakterisiert vorteilhafterweise eine physikalische Eigenschaft des Stoffs, beispielsweise des Gewebes, von welchem die Magnetresonanz-Signale erfasst werden. Insbesondere kann der zumindest eine Gewebeparameter eine Reaktion des Stoffs auf eine Hochfrequenz-Anregung quantifizieren. Eine Auswahl möglicher Gewebeparameter, welche im quantitativen Magnetresonanz-Verfahren quantifiziert werden können, ist: eine Elektronendichte (beispielsweise ein linearer Schwächungskoeffizient), eine T1-Relaxationszeit, eine T2-Relaxationszeit, ein Diffusionswert (beispielsweise ein scheinbarer Diffusionskoeffizient, apparent diffusion coefficient, ADC), ein Magnetisierungsmoment, eine Protonendichte, eine Resonanzfrequenz, eine Konzentration eines Stoffs, usw. Selbstverständlich sind auch weitere, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende, Gewebeparameter denkbar. Aus den genannten Gewebeparametern kann eine beliebige Kombination im quantitativen Magnetresonanz-Verfahren bestimmt werden.
Ein quantitatives Magnetresonanz-Verfahren ermöglicht dabei vorteilhafterweise eine Quantifizierung des zumindest einen Gewebeparameters, welche beispielsweise unabhängig von Messbedingungen oder von einem Typ eines Magnetresonanzgeräts ist. So kann die Quantifizierung des zumindest einen Gewebeparameters unabhängig von Parametereinstellungen, Justagemessungen, Spulenintensitäten, Softwareversionen usw. sein. Ein aus einem quantitativen Magnetresonanz-Verfahren rekonstruiertes quantitatives Magnetresonanz-Bild der Magnetresonanz-Bilddaten kann somit vorteilhafterweise Informationen über absolute physikalische Größen enthalten. Somit steht vorteilhafterweise ein Wert eines Bildpixels eines solchen quantitativen Magnetresonanz-Bilds in einem direkten Zusammenhang mit einem physikalischen Messwert. Der Wert eines Bildpixels kann insbesondere eine physikalische Einheit aufweisen. Somit können vorteilhafterweise mittels verschiedener quantitativer Magnetresonanz-Verfahren, möglicherweise unter unterschiedlicher Messbedingungen, aufgenommene Magnetresonanz-Bilder direkt miteinander verglichen werden.
Die dreidimensionale Verteilung der Werte des Elektronendichteparameters umfasst insbesondere eine ortsaufgelöste Verteilung einer Elektronendichte. So kann die dreidimensionale Verteilung der Werte des Elektronendichteparameters auch als Elektronendichtekarte bezeichnet werden. Die Einträge in der dreidimensionalen Verteilung der Werte des Elektronendichteparameters können beispielsweise Einheiten haben, welche eine Elektronendichte charakterisieren, wie beispielsweise lineare Abschwächungskoeffizient mit einer Einheit von 1/m oder Hounsfield-Units. So kann der Elektronendichteparameter beispielsweise von einem linearen Abschwächungskoeffizient gebildet werden und in Hounsfield-Units gemessen werden. Die dreidimensionale Verteilung der Werte des Elektronendichteparameters kann zunächst die sich aufgrund des Gewebes des Patienten, welches im Planungsvolumen lokalisiert ist, ergebende Elektronendichte beschreiben. Nachträglich können, mittels eines dem Fachmann bekannten Verfahrens, Informationen über die Verteilung von zusätzlichen Werten des Elektronendichteparameters im Planungsvolumen aufgrund von Hardware-Komponenten Bestrahlungsvorrichtung, beispielsweise einer Patientenlagerungsvorrichtung, in die dreidimensionale Verteilung der Werte des Elektronendichteparameters integriert werden.
Für das Ermitteln der dreidimensionalen Verteilung der Werte des Elektronendichteparameters kann ein Ermittlungsalgorithmus verwendet werden, welcher als Eingangsparameter die quantitativen Magnetresonanz-Messdaten und als Ausgangsparameter die dreidimensionale Verteilung der Werte des Elektronendichteparameters umfasst. Der Ermittlungsalgorithmus kann dabei Voxeln der quantitativen Magnetresonanz-Messdaten basierend auf den mittels des quantitativen Magnetresonanz-Verfahrens für diesen Voxel bestimmten Signalwerten Werte des Elektronendichteparameters zuweisen. Verschiedene exemplarische Möglichkeiten zum Ermitteln der dreidimensionalen Verteilung der Werte des Elektronendichteparameters aus den quantitativen Magnetresonanz-Messdaten sind in einem der folgenden Abschnitte beschrieben.
Die dreidimensionale Verteilung der Werte des Elektronendichteparameters kann auch als virtuelles bzw. synthetisches Computertomographie-Bild (CT-Bild) bezeichnet werden. Das Ermitteln der dreidimensionalen Verteilung der Werte des Elektronendichteparameters kann so eine Erstellung des virtuellen CT-Bilds aus den quantitativen Magnetresonanz-Messdaten umfassen. Das virtuelle CT-Bild wird insbesondere ausschließlich unter Verwendung der quantitativen Magnetresonanz-Messdaten generiert. Das virtuelle CT-Bild kann insbesondere medizinische Bilddaten darstellen, welche in der gleichen Patientengeometrie der quantitativen Magnetresonanz-Messdaten akquiriert werden. Allerdings kann das virtuelle CT-Bild eine Grauwertverteilung aufweisen, welche vorliegen würde, wenn CT-Bilddaten des gleichen Patienten akquiriert worden wären. Für die ausschließlich Magnetresonanz-basierte Bestrahlungsplanung kann dann das virtuelle CT-Bild bzw. die dreidimensionale Verteilung der Werte des Elektronendichteparameters verwendet werden. Mittels der quantitativen Magnetresonanz-Messdaten kann somit die eigentlich für die Bestrahlungsplanung benötigte CT-Messung bzw. Röntgenmessung simuliert werden. Die Berechnung des Bestrahlungsplans unter Verwendung der dreidimensionalen Verteilung der Werte des Elektronendichteparameters kann dann mittels eines dem Fachmann bekannten Verfahrens, insbesondere automatisch oder semiautomatisch, erfolgen.
So kann die dreidimensionale Verteilung der Werte des Elektronendichteparameters im Planungsvolumen ausschließlich auf Grundlage der quantitativen Magnetresonanz-Messdaten ermittelt werden. Es werden insbesondere keine weiteren medizinischen Messdaten, beispielsweise von einer anderen Bildgebungsmodalität, außer den quantitativen Magnetresonanz-Messdaten zum Ermitteln der dreidimensionalen Verteilung der Werte des Elektronendichteparameters hinzugezogen. Derart kann insbesondere auf Computertomographie-Messungen für die Planung der Bestrahlung des Patienten verzichtet werden. Hiermit kann bei der Planung der Bestrahlung des Patienten Zeit bzw. Kosten bzw. eine zusätzliche Strahlendosis für den Patienten reduziert werden. Auch kann ein Workflow vereinfacht werden, da nur noch Messdaten einer einzelnen Modalität, nämlich quantitative Magnetresonanz-Messdaten, zur Bestrahlungsplanung aufgezeichnet werden müssen. Fehler bei der Bestrahlungsplanung aufgrund von einer unterschiedlichen Lagerung des Patienten bei Magnetresonanz-Messungen und CT-Messungen können so vermieden werden.
Das virtuelle CT-Bild bzw. die dreidimensionale Verteilung der Werte des Elektronendichteparameters kann auch für eine verbesserte automatische Registrierung von CT-Bilddaten und Magnetresonanz-Bilddaten zur Bestrahlungsplanung eingesetzt werden. Dafür kann das virtuelle CT-Bild mit einem tatsächlich vom Patienten akquirierten CT-Bild in Übereinstimmung gebracht werden. Daraus resultierende Transformationsvorschrift kann zu einer Transformation der Magnetresonanz-Bilddaten für die Bestrahlungsplanung eingesetzt werden.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass das Erfassen der quantitativen Magnetresonanz-Messdaten eine Quantifizierung von einem Messungs-n-Tupel von Gewebeparametern für zumindest einen Voxel im Planungsvolumen umfasst und das Ermitteln der dreidimensionalen Verteilung der Werte des Elektronendichteparameters einen Wertevergleich des Messungs-n-Tupels mit in einer Gewebedatenbank hinterlegten Gewebe-n-Tupeln von mehreren Gewebearten und eine Zuordnung einer Gewebeart der mehreren Gewebearten zu dem zumindest einem Voxel anhand eines Ergebnisses des Wertevergleichs umfasst.
In einem typischen Anwendungsfall wird dieses beschriebene Vorgehen für alle Voxel des Planungsvolumens durchgeführt. Dabei werden mittels der im quantitativen Magnetresonanz-Verfahren erfassten Magnetresonanz-Signale insbesondere die Gewebeparameter quantifiziert. Die Quantifizierung der Gewebeparameter erfolgt insbesondere ortsaufgelöst. Die quantifizierten Gewebeparameter werden dann insbesondere in dem Messungs-n-Tupel zusammengefasst. So kann ein erster Eintrag des Messungs-n-Tupels einen ersten quantifizierten Gewebeparameter darstellen, ein zweiter Eintrag des Messungs-n-Tupels einen zweiten quantifizierten Gewebeparameter darstellen, usw. Es ist auch denkbar, dass lediglich ein Gewebeparameter quantifiziert wird, so dass ein Messungs-1-Tupel quantifiziert wird. Es ist jedoch vorteilhaft, dass mehrere Gewebeparameter quantifiziert werden. Somit ist die Anzahl der Gewebeparameter im Messungs-n-Tupel vorteilhafterweise größer als 1.
Die in der Gewebedatenbank hinterlegten Gewebe-n-Tupel umfassen insbesondere die Gewebeparameter der mehreren Gewebearten. Gewebearten können dabei typische in einem menschlichen Körper vorkommende Körpergewebe umfassen, wie beispielsweise eine graue Hirnsubstanz, eine weiße Hirnsubstanz, ein Fettgewebe, ein Weichteilgewebe, Knochengewebe, Lungengewebe, usw. Insbesondere ist in der Gewebedatenbank zu jeder Gewebeart ein Gewebe-n-Tupel hinterlegt. Die Gewebe-n-Tupel können zuvor mittels einer Messung oder aufgrund von a priori Fachwissen bezüglich der Materialeigenschaften der Gewebearten ermittelt worden sein. Die in den Gewebe-n-Tupeln hinterlegten Werte der Gewebeparameter können insbesondere alle physikalischen Eigenschaften der jeweiligen Gewebearten umfassen, welche für die Bestimmung der passenden Gewebeart anhand des Messungs-n-Tupels nötig sind. Der Wertevergleich des Messungs-n-Tupels kann dann mit allen Gewebe-n-Tupeln der verschiedenen Gewebearten durchgeführt werden. Der Wertevergleich kann dabei einen Vergleich der Messwerte des Gewebeparameters, welche im Messungs-n-Tupel hinterlegt sind, mit den Gewebewerten des Gewebeparameters, welche in den Gewebe-n-Tupeln hinterlegt sind, umfassen. Es kann dann insbesondere diejenige Gewebeart der mehreren Gewebearten zu dem zumindest einem Voxel zugeordnet werden, deren Gewebe-n-Tupel am besten im Wertevergleich mit dem Messungs-n-Tupel übereinstimmt.
Als Ergebnis dieser Vorgehensweise kann eine Verteilung der Gewebearten im Planungsvolumen bzw. ein in die mehreren Gewebearten segmentiertes Planungsvolumen ermittelt werden. Anhand der den Voxeln des Planungsvolumens zugeordneten Gewebearten können dann besonders einfach die passenden Werte des Elektronendichteparameters für die Voxel des Planungsvolumens bestimmt werden, wie in einem der folgenden Abschnitte noch genauer beschrieben. Derart ist besonders einfach ein Ermitteln der dreidimensionalen Verteilung der Werte des Elektronendichteparameters im Planungsvolumen basierend auf den erfassten quantitativen Magnetresonanz-Messdaten möglich.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass das Erfassen der quantitativen Magnetresonanz-Messdaten einen Einsatz einer Magnetresonanz-Fingerprinting Methode umfasst, mittels welcher die Quantifizierung des Messungs-n-Tupels erfolgt.
Eine mögliche Magnetresonanz-Fingerprinting Methode ist beispielsweise aus der Schrift Ma et al., „Magnetic Resonance Fingerprinting", Nature, 495, 187–192 (14 March 2013) bekannt. Bei einer Magnetresonanz-Fingerprinting Methode werden typischerweise während des Erfassens der quantitativen Magnetresonanz-Messdaten Aufnahmeparameter in einer pseudorandominisierten Weise variiert werden. Mögliche Aufnahmeparameter, welche bei der Akquisition der quantitativen Magnetresonanz-Messdaten verändert werden, sind beispielsweise eine Echozeit, eine Ausbildung und/oder Anzahl von Hochfrequenz-Pulsen, eine Ausbildung und/oder Anzahl von Gradientenpulsen, eine Diffusionskodierung usw. Über die Zeitdauer des Erfassens der quantitativen Magnetresonanz-Messdaten wird dann typischerweise für den zumindest einen Voxel ein Magnetresonanz-Signalverlauf generiert. Der Magnetresonanz-Signalverlauf gibt somit insbesondere eine Veränderung von aufgenommenen Magnetresonanz-Signalwerten über die Zeitdauer des Erfassens des Magnetresonanz-Signalverlaufs an.
Der für den zumindest einen Voxel erfasste Magnetresonanz-Signalverlauf wird dann insbesondere für die Quantifizierung des Messungs-n-Tupels mit mehreren in einer Magnetresonanz-Fingerprinting-Datenbank hinterlegten Datenbank-Signalverläufen in einem Signalvergleich verglichen. Die bereits erwähnte Gewebedatenbank kann dabei eine andere Datenbank als die Magnetresonanz-Fingerprinting-Datenbank sein. Den verschiedenen Datenbank-Signalverläufen ist dabei vorteilhafterweise jeweils ein unterschiedlicher Datenbankwert zumindest eines Gewebeparameters zugeordnet. Der Datenbank-Signalverlauf stellt dann jeweils den bei der Magnetresonanz-Fingerprinting Methode zu erwartenden Signalverlauf dar, wenn eine Probe, deren Materialeigenschaften denen des zugehörigen Datenbankwerts des zumindest einen Gewebeparameters entsprechen, untersucht wird. Die Datenbank-Signalverläufe können beispielsweise in einer Kalibrierungsmessung ermittelt werden und/oder simuliert werden. Die Magnetresonanz-Fingerprinting Methode sieht dann typischerweise vor, dass ein Datenbank-Signalverlauf der mehreren Datenbank-Signalverläufe zu dem generierten Magnetresonanz-Signalverlauf anhand des Ergebnisses des Signalvergleichs zugeordnet wird.
Der zu dem zugeordneten Datenbank-Signalverlauf gehörende Datenbankwert des zumindest einen Gewebeparameters kann dann als Messwert des zumindest einen Gewebeparameters gesetzt werden. Die Magnetresonanz-Fingerprinting Methode ermöglicht dabei besonders vorteilhaft das gleichzeitige Quantifizieren von mehreren Gewebeparametern für den zumindest einen Voxel. Derart kann das Messungs-n-Tupel besonders genau und/oder schnell für den zumindest einen Voxel mittels der Magnetresonanz-Fingerprinting Methode bestimmt werden.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass das Erfassen der quantitativen Magnetresonanz-Messdaten ein Erfassen eines Magnetresonanz-Signalverlaufs zumindest eines Voxels im Planungsvolumen mittels einer Magnetresonanz-Fingerprinting Methode und das Ermitteln der dreidimensionalen Verteilung der Werte des Elektronendichteparameters ein Durchführen eines Signalvergleichs des Magnetresonanz-Signalverlaufs mit in einer Gewebedatenbank hinterlegten Gewebe-Signalverläufen von mehreren Gewebearten und eine Zuordnung einer Gewebeart der mehreren Gewebearten zu dem zumindest einem Voxel anhand eines Ergebnisses des Signalvergleichs umfasst.
In einem typischen Anwendungsfall wird dieses beschriebene Vorgehen für alle Voxel des Planungsvolumens durchgeführt. Die grundsätzliche Funktionsweise der Magnetresonanz-Fingerprinting Methode, insbesondere das Erfassen des Magnetresonanz-Signalverlaufs, ist in einem der vorhergehenden Abschnitte beschrieben. In dem vorliegenden Anwendungsfall kann jedoch die Quantifizierung des Messungs-n-Tupels der Gewebeparameter mittels der Magnetresonanz-Fingerprinting Methode entfallen. Vielmehr kann für den zumindest einen Voxel die vorliegende Gewebeart direkt mittels des Signalvergleichs des Magnetresonanz-Signalverlaufs mit den Gewebe-Signalverläufen ermittelt werden. Ein Umweg über die Quantifizierung des Messungs-n-Tupels mittels der Magnetresonanz-Fingerprinting Methode und den Vergleich des Messungs-n-Tupels mit den Gewebe-n-Tupeln kann so entfallen.
Derart ist insbesondere in dem vorliegenden Anwendungsfall die Gewebedatenbank unterschiedlich ausgebildet, als in dem bereits beschriebenen Anwendungsfall. In der Gewebedatenbank sind hier nämlich insbesondere für die jeweiligen Gewebearten die passenden Gewebe-Signalverläufe und nicht die Gewebe-n-Tupel hinterlegt. Selbstverständlich ist es auch denkbar, dass für eine Verbesserung der Genauigkeit beide Anwendungsfälle kombiniert werden und für die jeweiligen Gewebearten sowohl passende Gewebe-Signalverläufe, als auch passende Gewebe-n-Tupel hinterlegt sind.
Auch mit dieser Vorgehensweise kann eine Verteilung der Gewebearten im Planungsvolumen bzw. ein in die mehreren Gewebearten segmentiertes Planungsvolumen ermittelt werden. Anhand der den Voxeln des Planungsvolumens zugeordneten Gewebearten können dann besonders einfach die passenden Werte des Elektronendichteparameters für die Voxel des Planungsvolumens bestimmt werden, wie in einem der folgenden Abschnitte noch genauer beschrieben. Derart ist besonders einfach ein Ermitteln der dreidimensionalen Verteilung der Werte des Elektronendichteparameters im Planungsvolumen basierend auf den erfassten quantitativen Magnetresonanz-Messdaten möglich.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass in der Gewebedatenbank zu den mehreren Gewebearten verschiedene Werte des Elektronendichteparameters hinterlegt sind, wobei für den zumindest einen Voxel in der dreidimensionalen Verteilung der Werten des Elektronendichteparameters derjenige Werts des Elektronendichteparameters gesetzt wird, welcher zu der Gewebeart hinterlegt ist, welche dem zumindest einen Voxel zugeordnet ist.
In einem typischen Anwendungsfall wird dieses beschriebene Vorgehen für alle Voxel des Planungsvolumens durchgeführt. Ausgangspunkt ist also insbesondere eine Verteilung der Gewebearten im Planungsvolumen bzw. ein in die mehreren Gewebearten segmentiertes Planungsvolumen. Dies kann mit einer der beschriebenen Vorgehensweisen aus den quantitativen Magnetresonanz-Messdaten ermittelt werden.
In der Gewebedatenbank ist insbesondere für jede Gewebeart zusätzlich der jeweilige Wert des Elektronendichteparameters der Gewebeart hinterlegt. Wie im folgenden Abschnitt beschrieben, können auch mehrere Werte des Elektronendichteparameters zu der Gewebeart hinterlegt sein. Anhand der jeweils für die Gewebearten hinterlegten Werte des Elektronendichteparameters kann besonders einfach von dem in die mehreren Gewebearten segmentierten Planungsvolumen auf die dreidimensionale Verteilung der Werte des Elektronendichteparameters im Planungsvolumen geschlossen werden.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass in der Gewebedatenbank zu zumindest einer Gewebeart der mehreren Gewebearten zumindest zwei unterschiedliche Werte des Elektronendichteparameters, welchen unterschiedliche für die Bestrahlung des Patienten verwendeten Bestrahlungsenergien zugeordnet sind, hinterlegt sind.
Diesem Vorgehen liegt die Überlegung zugrunde, dass das Gewebe des Patienten typischerweise bei unterschiedlichen Bestrahlungsenergien unterschiedlich stark die Strahlung absorbieren. So kann ein erster Wert des Elektronendichteparameters für eine erste Bestrahlungsenergie hinterlegt sein und ein zweiter Wert des Elektronendichteparameters für eine zweite Bestrahlungsenergie hinterlegt sein. Beispielhafte Bestrahlungsenergien sind dabei: 120 kV, 6 MeV, 15 MeV. Selbstverständlich sind auch andere Bestrahlungsenergien denkbar.
Für die das Ermitteln der dreidimensionalen Verteilung der Werte des Elektronendichteparameters wird dann insbesondere derjenige Wert des Elektronendichteparameters verwendet, welcher der für die Bestrahlung des Patienten verwendeten Bestrahlungsenergie zugeordnet ist. Derart kann die berechnete Verteilung der Werte des Elektronendichteparameters besonders geeignet auf während der Bestrahlung des Patienten eingesetzte Rahmenbedingungen abgestimmt werden.
In ähnlicher Weise ist es auch denkbar, dass in der Gewebedatenbank zu zumindest einer Gewebeart der mehreren Gewebearten zumindest zwei unterschiedliche Werte des Elektronendichteparameters, welchen unterschiedliche für die Bestrahlung des Patienten verwendete Bestrahlungsmodalitäten zugeordnet sind, hinterlegt sind. Mögliche Bestrahlungsmodalitäten sind dabei beispielsweise: Bestrahlung mit Photonen, Bestrahlung mit Elektronen, Bestrahlung mit Protonen, Bestrahlung mit Ionen, usw. Abhängig von der verwendeten Bestrahlungsmodalität kann dann der passende Wert des Elektronendichteparameters für die Bestrahlungsplanung verwendet werden.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass nach der Positionierung des Patienten auf einer Patientenlagerungsvorrichtung einer Bestrahlungsvorrichtung, welche für die Bestrahlung des Patienten verwendet wird, eine Lagekontrolle des Patienten mittels eines Vergleichs der dreidimensionalen Verteilung der Werte des Elektronendichteparameters mit Kontrollbilddaten durchgeführt wird, wobei die Kontrollbilddaten mittels einer Bildgebungseinheit der Bestrahlungsvorrichtung aufgenommen werden.
Die Lagekontrolle des Patienten wird dabei insbesondere vor der Bestrahlung des Patienten mittels der Bestrahlungsvorrichtung durchgeführt. Die Bildgebungseinheit der Bestrahlungsvorrichtung kann beispielsweise ein Cone-Beam Computertomograph oder eine Röntgenvorrichtung mit Strahlungsenergien von Kilovolt oder Megavolt sein. Die Bildgebungseinheit kann zur Akquisition der Kontrollbilddaten in unmittelbarer räumlicher Nähe zur Bestrahlungsvorrichtung bzw. integriert in die Bestrahlungsvorrichtung angeordnet sein. Als Kontrollbilddaten können die üblicherweise zu einer manuellen Lagekontrolle verwendeten Bilddaten verwendet werden. Es können selbstverständlich auch dediziert für die beschriebene Lagekontrolle zusätzliche Kontrollbilddaten mittels der Bildgebungseinheit der Bestrahlungsvorrichtung aufgenommen werden.
Der Vergleich der dreidimensionalen Verteilung der Werte des Elektronendichteparameters mit den Kontrollbilddaten kann eine überlagerte bzw. fusionierte Darstellung der dreidimensionalen Verteilung der Werte des Elektronendichteparameters mit den Kontrollbilddaten umfassen. Dann kann der Vergleich mittels Inspektion dieser überlagerten bzw. fusionierten Darstellung durch eine fachkundige Person durchgeführt werden. Der ähnliche Bildeindruck der dreidimensionalen Verteilung der Werte des Elektronendichteparameters und der Kontrollbilddaten kann dabei die genannte Inspektion vereinfachen. Selbstverständlich sind auch rechnerbasierte automatische oder semiautomatische Vergleiche der dreidimensionalen Verteilung der Werte des Elektronendichteparameters mit den Kontrollbilddaten denkbar.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass das Ermitteln einer dreidimensionalen Verteilung von Werten eines Elektronendichteparameters eine Verwendung von Rahmenbedingungen umfasst, welche Grenzen für einen Wert des Elektronendichteparameters für zumindest einen Voxel des Planungsvolumens festlegen.
Ein solches Vorgehen kann das Zuordnen der Werte der Elektronendichteparameter zu den aus dem quantitativen Magnetresonanz-Verfahren ermittelten Informationen erleichtern. Beispielsweise können so nicht-eindeutige Zuordnungen zwischen den quantitativen Magnetresonanz-Messdaten und den Werten des Elektronendichteparameters vermieden bzw. behoben werden. Beispielsweise können anhand der anatomischen Lage zumindest eines Voxels in den quantitativen Magnetresonanz-Messdaten im Körper des Patienten die Rahmenbedingungen für den Wert des Elektronendichteparameters bestimmt werden. Beispielsweise können so bestimmte Wertebereiche für den Wert des Elektronendichteparameters ausgeschlossen werden. Für das Ermitteln der anatomischen Lage des zumindest einen Voxels im Körper des Patienten ist ein atlasbasiertes Vorgehen denkbar, welches insbesondere eine Registrierung eines Atlas mit den quantitativen Magnetresonanz-Messdaten umfasst.
Die erfindungsgemäße Bestrahlungsplanungseinheit umfasst eine Erfassungseinheit, eine Ermittlungseinheit und eine Berechnungseinheit. Derart ist die Bestrahlungsplanungseinheit zum Ausführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet.
Derart ist die Bestrahlungsplanungseinheit zum Ausführen eines Verfahrens zur Planung einer Bestrahlung eines Patienten ausgebildet. Die Erfassungseinheit ist zum Erfassen von quantitativen Magnetresonanz-Messdaten eines Planungsvolumens im Patienten mittels eines quantitativen Magnetresonanz-Verfahrens ausgebildet. Die Ermittlungseinheit ist zum Ermitteln einer dreidimensionalen Verteilung von Werten eines Elektronendichteparameters im Planungsvolumen basierend auf den erfassten quantitativen Magnetresonanz-Messdaten ausgebildet. Die Berechnungseinheit ist zur Berechnung eines Bestrahlungsplans unter Verwendung der dreidimensionalen Verteilung der Werte des Elektronendichteparameters ausgebildet.
Die Komponenten der Bestrahlungsplanungseinheit, nämlich die Erfassungseinheit, Ermittlungseinheit und Berechnungseinheit, können zum überwiegenden Teil in Form von Softwarekomponenten ausgebildet sein. Grundsätzlich können diese Komponenten aber auch zum Teil, insbesondere wenn es um besonders schnelle Berechnungen geht, in Form von softwareunterstützten Hardwarekomponenten, beispielsweise FPGAs oder dergleichen, realisiert sein. Ebenso können die benötigten Schnittstellen, beispielsweise wenn es nur um eine Übernahme von Daten aus anderen Softwarekomponenten geht, als Softwareschnittstellen ausgebildet sein. Sie können aber auch als hardwaremäßig aufgebaute Schnittstellen ausgebildet sein, die durch geeignete Software angesteuert werden. Selbstverständlich ist es auch denkbar, dass mehrere der genannten Komponenten in Form einer einzelnen Softwarekomponente bzw. softwareunterstützter Hardwarekomponente zusammengefasst realisiert sind.
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 quantitativen Magnetresonanz-Messdaten kann eine Aufnahme der quantitativen Magnetresonanz-Messdaten mittels einer Aufnahmeeinheit des Magnetresonanzgeräts umfassen. Die quantitativen Magnetresonanz-Messdaten können dann an die Bestrahlungsplanungseinheit zur Weiterverarbeitung übergeben werden. Die Bestrahlungsplanungseinheit kann die quantitativen Magnetresonanz-Messdaten 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 erfindungsgemäßes Magnetresonanzgerät umfassend eine erfindungsgemäße Bestrahlungsplanungseinheit,
2 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens und
3 eine zweite Ausführungsform eines 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 zu einer 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 zu einer 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 32. Die Aufnahmeeinheit 32 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. Eine allgemeine Funktionsweise eines Magnetresonanzgeräts 11 ist zudem dem Fachmann bekannt, so dass auf eine detaillierte Beschreibung der weiteren Komponenten verzichtet wird. Weiterhin kann das Magnetresonanzgerät 11 auch als kombiniertes Magnetresonanzgerät-Linearbeschleuniger (MR-LINAC) Gerät ausgebildet sein. Derart kann der mittels des Magnetresonanzgeräts 11 erstellte Bestrahlungsplan im gleichen Gerät für die Bestrahlung des Patienten 15 verwendet werden.
Das dargestellte Magnetresonanzgerät 11 umfasst eine Bestrahlungsplanungseinheit 27, welche eine Erfassungseinheit 33, eine Ermittlungseinheit 34 und eine Berechnungseinheit 35 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 quantitative Magnetresonanz-Messdaten mittels der Erfassungseinheit 33 aus einer Datenbank laden. Wenn das erfindungsgemäße Verfahren kombiniert von dem Magnetresonanzgerät 11 und der Bestrahlungsplanungseinheit 27 ausgeführt wird, wird die Erfassungseinheit 33 der Bestrahlungsplanungseinheit 27 insbesondere quantitative Magnetresonanz-Messdaten, welche mittels der Aufnahmeeinheit 32 des Magnetresonanzgeräts 11 aufgenommen worden sind, erfassen. Dafür ist die Bestrahlungsplanungseinheit 27, insbesondere die Erfassungseinheit 33, vorteilhafterweise mit der Recheneinheit 24 des Magnetresonanzgeräts 11 hinsichtlich eines Datenaustauschs verbunden.
2 zeigt ein Ablaufdiagramm einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Planung einer Bestrahlung eines Patienten 15.
In einem ersten Verfahrensschritt 40 erfolgt ein Erfassen von quantitativen Magnetresonanz-Messdaten eines Planungsvolumens im Patienten 15 mittels eines quantitativen Magnetresonanz-Verfahrens mittels der Erfassungseinheit 33.
In einem weiteren Verfahrensschritt 41 erfolgt ein Ermitteln einer dreidimensionalen Verteilung von Werten eines Elektronendichteparameters im Planungsvolumen basierend auf den erfassten quantitativen Magnetresonanz-Messdaten mittels der Ermittlungseinheit 34.
In einem weiteren Verfahrensschritt 42 erfolgt eine Berechnung eines Bestrahlungsplans unter Verwendung der dreidimensionalen Verteilung der Werte des Elektronendichteparameters mittels der Berechnungseinheit 35.
3 zeigt ein Ablaufdiagramm einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur 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 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 ersten Verfahrensschritt 40 umfasst das Erfassen der quantitativen Magnetresonanz-Messdaten im in 3 dargestellten Anwendungsfall einen Einsatz einer Magnetresonanz-Fingerprinting Methode MRF.
In einem ersten möglichen Anwendungsfall kann das Erfassen der quantitativen Magnetresonanz-Messdaten eine Quantifizierung von einem Messungs-n-Tupel von Gewebeparametern für zumindest einen Voxel im Planungsvolumen mittels der Magnetresonanz-Fingerprinting Methode MRF umfassen.
Im weiteren Verfahrensschritt 41 wird dann das Ermitteln der dreidimensionalen Verteilung der Werte des Elektronendichteparameters einen Wertevergleich COMP des Messungs-n-Tupels mit in einer Gewebedatenbank DB hinterlegten Gewebe-n-Tupeln von mehreren Gewebearten und eine Zuordnung einer Gewebeart der mehreren Gewebearten zu dem zumindest einem Voxel anhand eines Ergebnisses des Wertevergleichs COMP umfassen.
In einem zweiten möglichen Anwendungsfall eingesetzt werden kann, umfasst das Erfassen der quantitativen Magnetresonanz-Messdaten im ersten Verfahrensschritt 40 ein Erfassen eines Magnetresonanz-Signalverlaufs zumindest eines Voxels im Planungsvolumen mittels der Magnetresonanz-Fingerprinting Methode MRF.
In diesem Fall wird dann das Ermitteln der dreidimensionalen Verteilung der Werte des Elektronendichteparameters im weiteren Verfahrensschritt 41 ein Durchführen eines Signalvergleichs COMP des Magnetresonanz-Signalverlaufs mit in einer Gewebedatenbank DB hinterlegten Gewebe-Signalverläufen von mehreren Gewebearten und eine Zuordnung einer Gewebeart der mehreren Gewebearten zu dem zumindest einem Voxel anhand eines Ergebnisses des Signalvergleichs COMP umfassen.
Wie leicht erkennbar ist, unterscheiden sich der erste Anwendungsfall und der zweite Anwendungsfall an den Ausgangsdaten der Magnetresonanz-Fingerprinting Methode MRF. Im ersten Anwendungsfall sind ist das nämlich ein Messungs-n-Tupel von Gewebeparametern, während im zweiten Anwendungsfall die Ausgangsdaten von einem Magnetresonanz-Signalverlauf gebildet werden. Weiterhin unterscheiden sich der erste Anwendungsfall und der zweite Anwendungsfall bezüglich des Vergleichs COMP und der Einträge in der Gewebedatenbank DB im weiteren Verfahrensschritt 41. Im ersten Anwendungsfall findet nämlich ein Wertevergleich COMP zwischen dem Messungs-n-Tupel und in der Gewebedatenbank DB hinterlegten Gewebe-n-Tupeln statt. Im zweiten Anwendungsfall erfolgt der Signalvergleich COMP des Magnetresonanz-Signalverlaufs mit in der Gewebedatenbank DB hinterlegten Gewebe-Signalverläufen. In beiden Anwendungsfällen wird jedoch dem Voxel eine Gewebeart der mehreren Gewebearten im weiteren Verfahrensschritt 41 zugeordnet. Der erste Anwendungsfall und der zweite Anwendungsfall können dabei separat voneinander eingesetzt werden, d.h. es kann ein Vorgehen aus beiden Anwendungsfällen ausgewählt werden. Es ist auch denkbar, dass der erste Anwendungsfall und der zweite Anwendungsfall kombiniert zusammen eingesetzt werden.
In der Gewebedatenbank DB sind zu den mehreren Gewebearten verschiedene Werte des Elektronendichteparameters hinterlegt, wobei im weiteren Verfahrensschritt 41 für den zumindest einen Voxel in der dreidimensionalen Verteilung der Werten des Elektronendichteparameters derjenige Werts des Elektronendichteparameters gesetzt wird, welcher zu der Gewebeart hinterlegt ist, welche dem zumindest einen Voxel zugeordnet ist. Dieses Vorgehen ist für beide Anwendungsfälle gleichermaßen möglich. Gleichzeitig können vorteilhafterweise in der Gewebedatenbank DB zu zumindest einer Gewebeart der mehreren Gewebearten zumindest zwei unterschiedliche Werte des Elektronendichteparameters, welchen unterschiedliche für die Bestrahlung des Patienten 15 verwendeten Bestrahlungsenergien zugeordnet sind, hinterlegt sein. Denkbar ist also ein erster Satz von Werten des Elektronendichteparameters ED-KV1, welcher einer ersten Bestrahlungsenergie, beispielsweise 6 MeV, zugeordnet ist und ein zweiter Satz von Werten des Elektronendichteparameters ED-KV2, welcher einer zweiten Bestrahlungsenergie, beispielsweise 15 MeV, zugeordnet ist. Anhand der für die Bestrahlung des Patienten 15 verwendete Bestrahlungsenergie kann dann der passende Satz der Werte des Elektronendichteparameters ED-KV1, ED-KV2 für das Ermitteln der dreidimensionalen Verteilung der Werte des Elektronendichteparameters verwendet werden. Gleichzeitig kann in bestimmten Anwendungsfällen das Ermitteln der dreidimensionalen Verteilung der Werte des Elektronendichteparameters im weiteren Verfahrensschritt 41 eine Verwendung von Rahmenbedingungen CONS umfassen, welche Grenzen für den Wert des Elektronendichteparameters für den zumindest einen Voxel des Planungsvolumens festlegen.
Optional ist es denkbar, dass in einem weiteren Verfahrensschritt CONT nach der Positionierung des Patienten 15 auf einer Patientenlagerungsvorrichtung einer Bestrahlungsvorrichtung, welche für die Bestrahlung des Patienten 15 verwendet wird, eine Lagekontrolle des Patienten mittels eines Vergleichs der dreidimensionalen Verteilung der Werte des Elektronendichteparameters mit Kontrollbilddaten durchgeführt wird, wobei die Kontrollbilddaten mittels einer Bildgebungseinheit der Bestrahlungsvorrichtung aufgenommen 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, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

Schrift Ma et al., „Magnetic Resonance Fingerprinting“, Nature, 495, 187–192 (14 March 2013) [0025]

Claims

Verfahren zur Planung einer Bestrahlung eines Patienten, umfassend folgende Verfahrensschritte: – Erfassen von quantitativen Magnetresonanz-Messdaten eines Planungsvolumens im Patienten mittels eines quantitativen Magnetresonanz-Verfahrens, – Ermitteln einer dreidimensionalen Verteilung von Werten eines Elektronendichteparameters im Planungsvolumen basierend auf den erfassten quantitativen Magnetresonanz-Messdaten, – Berechnung eines Bestrahlungsplans unter Verwendung der dreidimensionalen Verteilung der Werte des Elektronendichteparameters.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei – das Erfassen der quantitativen Magnetresonanz-Messdaten eine Quantifizierung von einem Messungs-n-Tupel von Gewebeparametern für zumindest einen Voxel im Planungsvolumen umfasst und – das Ermitteln der dreidimensionalen Verteilung der Werte des Elektronendichteparameters einen Wertevergleich des Messungs-n-Tupels mit in einer Gewebedatenbank hinterlegten Gewebe-n-Tupeln von mehreren Gewebearten und eine Zuordnung einer Gewebeart der mehreren Gewebearten zu dem zumindest einem Voxel anhand eines Ergebnisses des Wertevergleichs umfasst.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Erfassen der quantitativen Magnetresonanz-Messdaten einen Einsatz einer Magnetresonanz-Fingerprinting Methode umfasst, mittels welcher die Quantifizierung des Messungs-n-Tupels erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei – das Erfassen der quantitativen Magnetresonanz-Messdaten ein Erfassen eines Magnetresonanz-Signalverlaufs zumindest eines Voxels im Planungsvolumen mittels einer Magnetresonanz-Fingerprinting Methode und – das Ermitteln der dreidimensionalen Verteilung der Werte des Elektronendichteparameters ein Durchführen eines Signalvergleichs des Magnetresonanz-Signalverlaufs mit in einer Gewebedatenbank hinterlegten Gewebe-Signalverläufen von mehreren Gewebearten und eine Zuordnung einer Gewebeart der mehreren Gewebearten zu dem zumindest einem Voxel anhand eines Ergebnisses des Signalvergleichs umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2–4, wobei in der Gewebedatenbank zu den mehreren Gewebearten verschiedene Werte des Elektronendichteparameters hinterlegt sind, wobei für den zumindest einen Voxel in der dreidimensionalen Verteilung der Werten des Elektronendichteparameters derjenige Werts des Elektronendichteparameters gesetzt wird, welcher zu der Gewebeart hinterlegt ist, welche dem zumindest einen Voxel zugeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei in der Gewebedatenbank zu zumindest einer Gewebeart der mehreren Gewebearten zumindest zwei unterschiedliche Werte des Elektronendichteparameters, welchen unterschiedliche für die Bestrahlung des Patienten verwendeten Bestrahlungsenergien zugeordnet sind, hinterlegt sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei nach der Positionierung des Patienten auf einer Patientenlagerungsvorrichtung einer Bestrahlungsvorrichtung, welche für die Bestrahlung des Patienten verwendet wird, eine Lagekontrolle des Patienten mittels eines Vergleichs der dreidimensionalen Verteilung der Werte des Elektronendichteparameters mit Kontrollbilddaten durchgeführt wird, wobei die Kontrollbilddaten mittels einer Bildgebungseinheit der Bestrahlungsvorrichtung aufgenommen werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Ermitteln einer dreidimensionalen Verteilung der Werte des Elektronendichteparameters eine Verwendung von Rahmenbedingungen umfasst, welche Grenzen für den Wert des Elektronendichteparameters für den zumindest einen Voxel des Planungsvolumens festlegen.
Bestrahlungsplanungseinheit, umfassend eine Erfassungseinheit, eine Ermittlungseinheit und eine Berechnungseinheit, wobei die Bestrahlungsplanungseinheit zum Ausführen eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.
Magnetresonanzgerät, umfassend eine Bestrahlungsplanungseinheit nach Anspruch 9.
Computerprogrammprodukt, welches direkt in einen Speicher einer programmierbaren Recheneinheit einer Bestrahlungsplanungseinheit ladbar ist, mit Programmcode-Mitteln, um ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1–9 auszuführen, wenn das Computerprogrammprodukt in der Recheneinheit der Bestrahlungsplanungseinheit ausgeführt wird.