DE102020200400A1 - Kontrolliertes Bestrahlen eines Objekts - Google Patents

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Abstract

Zur verbesserten Dosiskontrolle wird eine Vorrichtung zum Bestrahlen eines Objekts (G) mit einer optisch beobachtbaren Eigenschaft angegeben. Die Vorrichtung beinhaltet einen Applikator (A) zum Bestrahlen des Objekts, ein Detektorsystem (D), dazu eingerichtet, von einem bestrahlten Bereich ausgehendes Licht zu erfassen und basierend darauf ein Detektorsignal zu erzeugen. Eine Prozessoreinheit (P) ist dazu eingerichtet, basierend darauf einen Wert für die Eigenschaft zu ermitteln und basierend auf dem ermittelten Wert eine Dosis der Bestrahlung zu bestimmen.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum kontrollierten Bestrahlen eines Objekts, dem eine erste Substanz mit einer optisch beobachtbaren Eigenschaft zugesetzt wurde. Dabei beinhaltet die Vorrichtung einen Applikator zum Bestrahlen des Objekts mit einer ionisierenden Strahlung. Ferner betrifft die Erfindung ein Computerprogramm zum Ausführen eines Verfahrens zum kontrollierten Bestrahlen eines Objekts sowie ein computerlesbares Speichermedium mit einem solchen Computerprogramm.
  • Bei der intraoperativen Strahlentherapie wird nach einer Tumorresektion eine ionisierende Strahlung auf das an den vorher entfernten Tumor angrenzende Gewebe appliziert. Ziel ist es beispielsweise, so in das gesunde Gewebe infiltrierte Tumorzellen direkt mit einer hohen Strahlendosis abzutöten, während das tieferliegende Gewebe lediglich eine geringe Dosis erhält. Anwendungen sind unter anderem Tumore im Gehirn, im Hals-Nasen-Ohren-Trakt, im Abdomen, im Becken, in der Wirbelsäule, der Haut oder der Brust.
  • Bei bekannten Verfahren werden beispielsweise Standard-Applikatoren angewendet, die je nach Tumorlokalisation eine gewisse Dosisverteilung um den Applikator herum erzeugen sollen. Ziel dabei ist es, eine möglichst homogene sphärische oder in eine bestimmte Vorzugsrichtung gehende Abstrahlcharakteristik des Applikators zu erzeugen. Bei bekannten Verfahren kann es problematisch oder schwierig sein, eine gleichmäßige oder exakte Strahlendosis auf der gesamten Oberfläche des zu bestrahlenden Gewebes zu erzielen. Insbesondere ist problematisch, wenn die Gewebebereiche mit Turmozellen nicht oder mit zu wenig Dosis bestrahlt werden, oder wenn gesundes Gewebe unnötig stark bestrahlt wird. Besonders, wenn es während der Bestrahlung zu einer Bewegung des Gewebes, beispielsweise des Organs, kommt, etwa durch eine Atmung des Patienten, kann die Dosis unerwünscht schwanken. Zudem hängt die tatsächliche Dosis der ionisierenden Strahlung, welche auf das Gewebe appliziert wird, stark von der exakten Platzierung des Applikators in Relation zum Gewebe ab.
  • Außerdem können ionisierende Strahlungen, etwa Gamma- oder Betastrahlen, auch zur Behandlung nichtorganischer Objekte, wie etwa medizinischer Werkzeuge oder Lebensmitteln, beispielsweise zur Strahlendesinfektion oder -sterilisation, eingesetzt werden. Auch hier ergeben sich analoge Problemstellungen.
  • Die Druckschrift DE 10 2012 002 466 A1 beschreibt beispielsweise einen Applikator zur Anwendung bei der Strahlentherapie. Der Applikator weist eine gewinkelte Form auf, um eine bevorzugte Strahlungsrichtung relativ zu einer Hauptachse des Applikators einstellen zu können. Der Applikator kann beispielsweise eine Blende aufweisen, deren Durchmesser etwa eine Eindringtiefe der Strahlung in das Gewebe definieren kann.
  • Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Konzept zum Bestrahlen eines Objekts mit ionisierender Strahlung anzugeben, welches eine zuverlässigere und genauere Kontrolle der applizierten Dosis erlaubt.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung, ein Computerprogramm sowie ein computerlesbares Speichermedium gemäß den unabhängigen Patentansprüchen. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Das verbesserte Konzept beruht auf der Idee, den Effekt auszunutzen, dass durch Einwirkung einer Strahlung, insbesondere durch Einwirkung von sichtbarem, infrarotem oder ultraviolettem Licht oder durch Einwirkung einer ionisierenden Strahlung, eine optisch beobachtbare Eigenschaft einer ersten Substanz verändert wird, welche dem zu bestrahlenden Objekt vorab zugesetzt wurde. Ein Detektorsystem erfasst dabei von dem Objekt ausgehendes Licht, um die optisch beobachtbare Eigenschaft zu detektieren, die Veränderung der optisch beobachtbaren Eigenschaft zu bestimmen und basierend darauf einen Wert für die Dosis zu ermitteln.
  • Gemäß einem ersten unabhängigen Aspekt des verbesserten Konzepts wird eine Vorrichtung zum kontrollierten Bestrahlen eines Objekts, beispielsweise eines nicht-organischen oder nicht-lebendigen Objekts oder eines organischen, insbesondere eines menschlichen oder tierischen, Gewebes angegeben. Dabei weist das Objekt eine erste Substanz mit einer optisch beobachtbaren Eigenschaft auf. Die Vorrichtung beinhaltet einen Applikator zum Bestrahlen des Objekts mit einer ionisierenden Strahlung. Außerdem weist die Vorrichtung ein optisches Detektorsystem auf, das dazu eingerichtet ist, von einem bestrahlten Bereich des Objekts ausgehendes Licht zu erfassen und basierend auf dem erfassten Licht, insbesondere einer Intensität oder einer lokalen Intensität des erfassten Lichtes, ein Detektorsignal zu erzeugen. Die Vorrichtung weist außerdem eine Prozessoreinheit auf, welche dazu eingerichtet ist, das Detektorsignal zu empfangen und basierend auf dem Detektorsignal einen Wert für die optisch beobachtbare Eigenschaft der ersten Substanz zu ermitteln, insbesondere nach der Bestrahlung mit der ionisierenden Strahlung. Die Prozessoreinheit ist auch dazu eingerichtet, basierend auf dem ermittelten Wert für die optisch beobachtbare Eigenschaft der ersten Substanz eine Dosis beziehungsweise einen Wert für die Dosis, mit welcher der Bereich bestrahlt wurde, zur Beurteilung eines Status oder eines Fortschritts der Bestrahlung zu bestimmen.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform verändert sich die optisch beobachtbare Eigenschaft der ersten Substanz unter Einwirkung der ionisierenden Strahlung oder unter einer Beleuchtung mit Licht.
  • Die erste Substanz mit der optisch beobachtbaren Eigenschaft kann, insbesondere vor der Bestrahlung mit der ionisierenden Strahlung, dem Objekt zugesetzt worden sein. Dazu kann die erste Substanz beispielsweise direkt auf der Oberfläche des Objekts appliziert worden sein, beispielsweise aufgesprüht oder mit einem Pinsel oder Tupfer aufgebracht.
  • Alternativ kann die erste Substanz auch in einem optisch transparenten Behältnis vorliegen, welches auf das Objekt gelegt wird. Beispielsweise kann die erste Substanz zwischen zwei sterilen Plastikfolien angeordnet, insbesondere eingeschweißt, sein. So wird ein direkter Kontakt zwischen Gewebe und erster Substanz verhindert und ein Entfernen der ersten Substanz nach Beendigung des Verfahrens einfach ermöglicht.
  • Alternativ kann im Falle eines organischen Gewebes die erste Substanz dem Patienten beispielsweise vor der Bestrahlung verabreicht worden sein, etwa durch eine orale oder intravenöse Verabreichung.
  • Die Vorrichtung kann bestimmungsgemäß beispielsweise bei einer intraoperativen Strahlentherapie, IORT, insbesondere zur Tumorbehandlung, insbesondere nach Resektion des Tumors, eingesetzt werden.
  • Die Vorrichtung kann bestimmungsgemäß auch zur Bestrahlung nicht-organischer Objekte, etwa von Werkstoffen oder Werkzeugen, oder zur Bestrahlung von Lebensmitteln, beispielsweise zur Keimreduktion, eingesetzt werden.
  • Unter einem kontrollierten Bestrahlen ist hier und im Folgenden ein Bestrahlen gemeint, bei dem eine Bestimmung, beispielsweise wiederholte Bestimmung, oder Überwachung oder Kontrolle einer applizierten Dosis der ionisierenden Strahlung vorgenommen wird.
  • Unter „Licht“ wird hier und im Folgenden eine elektromagnetische Strahlung im sichtbaren Spektralbereich, im infraroten Spektralbereich oder im ultravioletten Spektralbereich verstanden. Entsprechend bezieht sich der Begriff „optisch“ auf Licht in diesem Sinne.
  • „Optisch beobachtbar“, bedeutet, dass die optisch beobachtbare Eigenschaft mit einem aktiven oder passiven optischen Sensor detektierbar und/oder messbar ist.
  • Unter von dem bestrahlten Bereich des Objekts „ausgehenden“ Licht ist hier und im Folgenden Licht zu verstehen, welches entweder von dem Objekt oder der ersten Substanz ausgesendet wurde, insbesondere nach einer Anregung, beispielsweise einer Anregung durch die ionisierende Strahlung, und/oder durch eine Beleuchtung mit Licht, oder welches von der ersten Substanz oder dem Objekt reflektiert wurde, beispielsweise nach einer Beleuchtung.
  • Bei dem Objekt kann es sich um organisches Gewebe, insbesondere von Menschen oder Tieren, also um lebendiges Gewebe handeln. Es kann sich bei dem Objekt aber auch um nichtlebendiges Gewebe handeln. „Nicht-lebendig“ bedeutet hier, dass es nicht Teil eines lebenden Menschen oder Tieres ist. Auch Pflanzen, Pflanzenteile oder Lebensmittel gelten daher in diesem Sinne als nicht-lebendig.
  • Bei der ionisierenden Strahlung kann es sich um jede ionisierende Strahlung handeln, welche zur Tumortherapie beziehungsweise zum Abtöten von Tumorzellen, welche in gesundes Gewebe infiltriert sind, oder zum Abtöten von Keimen geeignet ist. Dies schließt insbesondere Röntgenstrahlen, Gammastrahlen und Teilchenstrahlen, wie etwa Elektronenstrahlen, Protonenstrahlen oder Ionenstrahlen, ein.
  • Das Bestrahlen durch den Applikator kann beispielsweise manuell oder beispielsweise gesteuert durch die Prozessoreinheit oder eine weitere Prozessoreinheit der Vorrichtung oder eine externe Steuerung erfolgen. Insbesondere kann eine Veränderung der Dosis manuell oder wie beschrieben gesteuert erfolgen. Zudem kann beispielsweise eine Bewegung des Applikators während der Bestrahlung ebenfalls manuell oder gesteuert durch die Prozessoreinheit, die weitere Prozessoreinheit oder die externe Steuerung erfolgen. Alternativ kann der Applikator während der Bestrahlung fixiert, also nicht bewegt, sein.
  • Der Begriff „Applikator“ kann verstanden werden als Element, aus welchem die ionisierende Strahlung zum Bestrahlen des Objekts austreten kann oder als Bereich oder Fläche, aus dem die ionisierende Strahlung zum Bestrahlen des Objekts austreten kann.
  • Der Applikator kann beispielsweise Teil eines Bestrahlungsgeräts oder eines Systems zur intraoperativen Bestrahlung sein, welches außer dem Applikator beispielsweise eine Quelle zum Erzeugen der ionisierenden Strahlung und/oder Mittel zum Hinführen der ionisierenden Strahlung von der Quelle zu dem Applikator umfasst. Das System zur intraoperativen Bestrahlung kann teilweise oder vollständig Teil der Vorrichtung gemäß dem verbesserten Konzept sein.
  • Der Applikator kann beispielsweise ein Endstück eines Strahlrohrs beinhalten.
  • Die Veränderung der optisch beobachtbaren Eigenschaft der ersten Substanz ist insbesondere selbst optisch beobachtbar und insbesondere ist ein Grad der Veränderung oder ein Wert der Veränderung abhängig von der Dosis, mit welcher die erste Substanz bestrahlt wurde, messbar.
  • Das von dem Detektorsystem erzeugte Detektorsignal stellt beispielsweise einen Ist-Wert oder Ist-Zustand der optisch beobachtbaren Eigenschaft der ersten Substanz nach der Bestrahlung mit der ionisierenden Strahlung dar. Das Detektorsignal kann insbesondere eine Intensität des erfassten Lichts beinhalten, wobei die Dosis basierend auf der Intensität bestimmt wird.
  • Das Bestimmen der Dosis kann beispielsweise mittels eines Vergleichs des bestimmten Werts für die optisch beobachtbare Eigenschaft der ersten Substanz mit einem Referenzwert, beispielsweise einem Referenzwert, der dem Wert der Eigenschaft ohne vorherige Bestrahlung durch ionisierende Strahlung entspricht, erfolgen.
  • Der Referenzwert kann beispielsweise durch Referenzmessungen oder durch Modelle, welche beispielsweise experimentell verifiziert werden können, bestimmt werden.
  • Der Referenzwert kann beispielsweise auch durch Messung der Intensität der Fluoreszenzemission bzw. durch Messung einer spektralen Reflektivität vor oder zu Beginn der Bestrahlung bestimmt werden.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann das Objekt zusätzlich zu der ersten Substanz zumindest eine weitere Substanz mit einer optisch beobachtbaren Eigenschaft enthalten. Hierbei unterscheidet sich die optisch beobachtbare Eigenschaft der zumindest einen weiteren Substanz vorzugsweise von der optisch beobachtbaren Eigenschaft der ersten Substanz. Ferner kann die Prozessoreinheit dazu ausgebildet sein, basierend auf dem Detektorsignal jeweils einen weiteren Wert für die optisch beobachtbare Eigenschaft der zumindest einen Substanz zu ermitteln. Basierend auf den ermittelten Werten und einem vorbestimmten Mischungsverhältnis zwischen der ersten Substanz und der zumindest einen weiteren Substanz, kann die Prozessoreinheit weiterhin dazu ausgebildet sein, die Dosis, mit welcher der Bereich bestrahlt wurde, zur Beurteilung eines Status der Bestrahlung zu bestimmen.
  • Hierbei können die erste Substanz und die zumindest eine weitere Substanz vorteilhafterweise gemäß einem vorbestimmten Mischungsverhältnis vermischt sein. Dabei kann die jeweils optisch beobachtbare Eigenschaft der ersten und der zumindest einen weiteren Substanz von dem Mischungsprozess idealerweise unberührt bleiben. Das Zusetzen der zumindest einen weiteren Substanz zu dem Objekt kann hierdurch vorteilhafterweise gemeinsam mit der ersten Substanz als Mischung erfolgen.
  • Das Mischungsverhältnis zwischen der ersten und der zumindest einen weiteren Substanz beschreibt vorzugsweise ein, insbesondere ortsaufgelöstes, Konzentrationsverhältnis zwischen der ersten und der zumindest einen weiteren Substanz.
  • Durch die Bestimmung der Dosis basierend auf den ermittelten Werten und dem vorbestimmten Mischungsverhältnis, kann auf die Bestimmung eines Referenzwertes, der dem Wert der optischen Eigenschaft ohne vorherige Bestrahlung durch ionisierende Strahlung entspricht, verzichtet werden. Hierdurch wird eine besonders robuste und einfache Bestimmung der Dosis ermöglicht.
  • Alternativ oder zusätzlich hierzu kann die zumindest eine weitere Substanz dem Objekt, insbesondere zeitlich und/oder räumlich, getrennt von der ersten Substanz zugesetzt werden. Hierfür kann ein, insbesondere initiales, Mischungsverhältnis zwischen der ersten und der zumindest einen weiteren Substanz bestimmt werden. Dabei kann jeweils ein Referenzwert, der dem Wert der jeweiligen optischen Eigenschaft ohne vorherige Bestrahlung durch ionisierende Strahlung entspricht, bestimmt werden. Mittels der Referenzwerte kann anschließend das Mischungsverhältnis ermittelt werden. Diese Bestimmung des Mischungsverhältnisses kann insbesondere ortsaufgelöst erfolgen, beispielsweise entlang einer Oberfläche des Objekts. Diese Ausführungsform ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn eine ungleichmäßige Applikation der ersten und der zumindest einen weiteren Substanz entlang einer Oberfläche des Objektes erfolgt.
  • Sofern die ermittelten Werte jeweils ein relatives Maß für die optisch beobachtbare Eigenschaft der ersten und der zumindest einen weiteren Substanz umfassen, kann die Dosis unter Berücksichtigung des vorbestimmten Mischungsverhältnisses zwischen der ersten und der zumindest einen weiteren Substanz besonders zuverlässig und insbesondere absolut bestimmt werden. Insbesondere kann die optisch beobachtbare Eigenschaft der zumindest einen weiteren Substanz unter Einwirkung der ionisierenden Strahlung oder durch eine Beleuchtung mit Licht unverändert bleiben. Hierdurch kann ein geeigneter Referenzwert beispielsweise gegenüber einer Veränderung der optisch beobachtbaren Eigenschaft der ersten Substanz besonders zuverlässig bestimmt werden.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann die Veränderung der optisch beobachtbaren Eigenschaft der zumindest einen weiteren Substanz verschieden von der Veränderung der optisch beobachtbaren Eigenschaft der ersten Substanz sein.
  • Dabei kann die Veränderung der optisch beobachtbaren Eigenschaft der zumindest einen weiteren Substanz insbesondere selbst optisch beobachtbar sein. Ferner kann ein Grad der Veränderung oder ein Wert der Veränderung abhängig von der Dosis, mit welcher die zumindest eine weitere Substanz bestrahlt wurde, messbar sein. Hierdurch wird insbesondere durch einen Abgleich der Veränderung der jeweils optisch beobachtbaren Eigenschaft der ersten und der zumindest einen weiteren Substanz eine besonders genaue Bestimmung der Dosis ermöglicht.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Prozessoreinheit dazu eingerichtet, eine Registrierung zwischen einer Intensität des detektierten Fluoreszenzlichts vor und nach der Bestrahlung oder zu zwei verschiedenen Zeitpunkten vorzunehmen. Die Prozessoreinheit vergleicht die jeweiligen Intensitäten des Fluoreszenzlichts vor und nach der Bestrahlung oder zu den zwei verschiedenen Zeitpunkten miteinander. Die Prozessoreinheit bestimmt die Dosis basierend auf einem Ergebnis des Vergleichs.
  • Dies hat den Vorteil, dass bei einer ungleichmäßigen Verteilung der fluoreszierenden Substanz auf dem Objekt verteilt und/oder bei einer Bewegung des Objekts während der Bestrahlung durch die Registrierung der Vergleich ermöglicht wird und entsprechend die Bestimmung der Dosis.
  • Die Registrierung kann auch durch die Identität(smatrix), also eine identische Abbildung, gegeben sein, beispielsweise falls sich das Objekt während des Zeitraums der Bestrahlung nicht bewegt hat.
  • Als optionaler Zwischenschritt kann eine räumliche Registrierung zwischen der ortsaufgelösten Aufnahme der Referenzwerte vor oder zu Beginn der Bestrahlung und der Fluoreszenzwerte nach der Bestrahlung erfolgen. Dies kann besonders im Fall einer Bewegung des Objekts während der Bestrahlung vorteilhaft sein.
  • Das Erfassen des von dem bestrahlten Bereich ausgehenden Lichts durch das Detektorsystem kann beispielsweise während der Bestrahlung, also bei laufender Bestrahlung, oder auch in einer Bestrahlungspause erfolgen.
  • Die Veränderung der optisch beobachtbaren Eigenschaft der ersten Substanz durch Einwirkung durch die ionisierende Strahlung beziehungsweise der Grad der Veränderung kann beispielsweise auf einer chemischen und/oder physikalischen Reaktion der ersten Substanz mit der ionisierenden Strahlung beruhen. Insbesondere kann die erste Substanz durch Einwirkung der ionisierenden Strahlung zerstört oder teilweise zerstört oder chemisch umgewandelt werden, was beispielsweise in einer reduzierten Intensität des von dem bestrahlten Bereich ausgehenden Lichts resultieren kann. Da eine solche Reaktion direkt von der Dosis der ionisierenden Strahlung abhängt, ist der Grad der Veränderung der optisch beobachtbaren Eigenschaft ein direktes Maß für die Dosis, mit welcher der Bereich bestrahlt wurde.
  • Die Bestimmung der Dosis mit einer Vorrichtung gemäß dem verbesserten Konzept erlaubt ein kontrolliertes Bestrahlen des Objekts mit der ionisierenden Strahlung. Insbesondere erlaubt es ein kontrolliertes oder gezieltes Beenden des Bestrahlungsvorgangs und/oder ein kontrolliertes Weiterführen der Bestrahlung, bis eine erwünschte Strahlungsdosis erzielt wurde. Dadurch wird insbesondere eine übermäßige Schädigung des umliegenden gesunden Gewebes oder sonstigen Materials vermieden, wobei aber eine vollständige oder nahezu vollständige Zerstörung der Tumorzellen in dem infiltrierten Gewebe oder der Keime erzielt werden kann.
  • Durch die kontrollierte Bestrahlung, insbesondere die Bestimmung der Dosis in der beschriebenen Weise, wird außerdem der Einfluss einer exakten Positionierung des Applikators, insbesondere eines geometrischen Abstands des Applikators von dem zu bestrahlenden Objekt, reduziert. Aufgrund der kontrollierten Bestrahlung kann nämlich auf die jeweils gegebene Situation beziehungsweise Positionierung des Applikators entsprechend eingegangen werden. Beispielsweise kann mit angepasster Positionierung des Applikators weiter bestrahlt werden.
  • Durch die kontrollierte Bestrahlung beziehungsweise die Bestimmung der Dosis wird außerdem eine gleichmäßigere Bestrahlung ermöglicht, beziehungsweise eine Bestrahlung mit genau der Dosis, die für den bestimmten Bereich des Objekts vorgesehen ist. Durch die Kontrolle der Dosis wird insbesondere auch bei Bewegung des Objekts, beispielsweise eines Organs, aus dem ein Tumor entfernt wurde, eine solch gezielte Bestrahlung erfolgen, da die erste Substanz sich bei einer Bewegung des Objekts ebenfalls mitbewegt.
  • Gemäß wenigstens einer Ausführungsform der Vorrichtung ist die Prozessoreinheit dazu eingerichtet, die Dosis basierend auf dem ermittelten Wert für die optisch beobachtbare Eigenschaft anhand eines mathematischen Modells zu bestimmen. Insbesondere kann dem mathematischen Modell einen angenommenen oder empirisch bestimmten Zusammenhang zwischen der Dosis und dem Wert der optisch beobachtbaren Eigenschaft, beispielsweise der Intensität, zugrunde liegen. Beispielsweise kann das Modell einen exponentiellen Abfall der Intensität als Funktion der Dosis annehmen. Einer oder mehrere Parameter des exponentiellen Abfalls können beispielsweise vorab, insbesondere vor der Bestrahlung, beispielsweise experimentell bestimmt werden.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Prozessoreinheit dazu eingerichtet, anhand der bestimmten Dosis zu ermitteln, ob eine vorbestimmte Referenzdosis erreicht wurde.
  • Ob die Referenzdosis erreicht wurde, bedeutet hier beispielsweise, ob die bestimmte Dosis größer oder gleich der Referenzdosis ist, oder ob die bestimmte Dosis in einem Toleranzbereich um die Referenzdosis herum liegt.
  • Je nachdem, ob die vorbestimmte Referenzdosis erreicht wurde, kann die Prozessoreinheit eine entsprechende Handlungsempfehlung ausgeben, beispielsweise eine Empfehlung, die Bestrahlung abzubrechen, zu unterbrechen, weiterzuführen, deren Dosis anzupassen und so weiter. Alternativ kann die Prozessoreinheit auch dazu eingerichtet sein, eine entsprechende Handlung einzuleiten, etwa durch Ansteuern des Applikators.
  • Gemäß zumindest einer Ausgestaltungsform enthält das Detektorsystem eine Kamera, insbesondere eine hyperspektrale Kamera .
  • Gemäß zumindest einer Ausgestaltungsform enthält die erste Substanz einen ersten Fluoreszenzfarbstoff, ein Fluorochrom oder ein Fluorophor. Das Detektorsystem enthält die Kamera zur Aufnahme von durch den ersten Fluoreszenzfarbstoff ausgesandtem Licht, insbesondere Fluoreszenzlicht, wobei die Kamera das Detektorsignal basierend auf dem aufgenommenen Fluoreszenzlicht erzeugen kann. Die Prozessoreinheit ist dazu eingerichtet, basierend auf dem Detektorsignal einen Wert für eine Intensität des Fluoreszenzlichts zu ermitteln. Insbesondere bestimmt die Prozessoreinheit die Dosis, mit welcher der Bereich bestrahlt wurde, basierend auf der Intensität des Fluoreszenzlichts.
  • In einer solchen Ausführungsform entspricht die optisch beobachtbare Eigenschaft der ersten Substanz, also des ersten Fluoreszenzfarbstoffs, der Intensität des Fluoreszenzlichts. Die Intensität des Fluoreszenzlichts wird insbesondere bestimmt durch eine Anzahl intakter Farbstoffmoleküle in dem ersten Fluoreszenzfarbstoff. Durch die Einwirkung der ionisierenden Strahlung oder durch Beleuchtung können Moleküle des ersten Fluoreszenzfarbstoffs derartig verändert oder zerstört werden, dass keine Fluoreszenz oder nur eine geringere Fluoreszenzintensität von diesen Molekülen ausgeht. Entsprechend wird dadurch die Intensität des Fluoreszenzlichts insgesamt reduziert.
  • Die Veränderung der optisch beobachtbaren Eigenschaft der ersten Substanz entspricht also einem Verlust der Fluoreszenz des ersten Fluoreszenzfarbstoffs, insbesondere einem teilweisen Verlust der Fluoreszenz des ersten Fluoreszenzfarbstoffs, in dem Sinn, dass je nach Höhe der Bestrahlungsdosis mehr und mehr Fluoreszenzfarbstoffmoleküle durch Einwirkung der ionisierenden Strahlung oder sonstiges Beleuchtungslicht zerstört, beispielsweise fotochemisch zerstört werden, und dadurch ihre Fähigkeit zur Fluoreszenz verlieren. Dieses Verhalten von Fluoreszenzfarbstoffen ist als Fluoreszenzausbleichung, Fotobleichung oder Chemical Quenching bekannt.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann die zumindest eine weitere Substanz einen weiteren Fluoreszenzfarbstoff enthalten. Zudem kann das Detektorsystem eine Kamera zur Aufnahme von durch den weiteren Fluoreszenzfarbstoff ausgesandtem Fluoreszenzlicht aufweisen, welche das Detektorsignal basierend auf dem ausgesandten Fluoreszenzlicht erzeugen kann. Hierbei kann die Prozessoreinheit vorteilhafterweise dazu eingerichtet sein, basierend auf dem Detektorsignal jeweils einen Wert für eine Intensität des durch die Fluoreszenzfarbstoffe ausgesandten Fluoreszenzlichts zu ermitteln.
  • Hierbei kann die optisch beobachtbare Eigenschaft der zumindest einen weiteren Substanz der Intensität des ausgesandten Fluoreszenzlichts entsprechen. Ferner kann die Veränderung der optisch beobachtbaren Eigenschaft der zumindest einen weiteren Substanz einen zumindest teilweisen Verlust der Fluoreszenz des weiteren Fluoreszenzfarbstoffs umfassen. Diese Veränderung der optisch beobachtbaren Eigenschaft kann insbesondere als Fluoreszenzausbleichung betrachtet werden. Dabei kann die Veränderung der optisch beobachtbaren Eigenschaft vorzugsweise in Abhängigkeit der Einwirkung der ionisierenden Strahlung oder von sonstigem Beleuchtungslicht erfolgen.
  • Bei der vorgeschlagenen Ausführungsform kann es durch die unterschiedliche Veränderung der optisch beobachtbaren Eigenschaften der ersten und der zumindest einen weiteren Substanz, zu einem, insbesondere zeitlich und/oder räumlich, geänderten Mischungsverhältnis der darin enthaltenen Fluoreszenzfarbstoffe kommen. Mittels des Detektorsignals kann ein Istwert des Mischungsverhältnisses bestimmt werden. Zudem kann die Dosis unter Berücksichtigung des vorbestimmten Mischungsverhältnisses vor der Bestrahlung und aus dem Istwert des Mischungsverhältnisses bestimmt werden. Hierfür ist es besonders vorteilhaft, wenn ein zeitlicher Verlauf der Veränderung des ersten und/oder des weiteren Fluoreszenzfarbstoffs unter Einwirkung der ionisierenden Strahlung oder von sonstigem Beleuchtungslicht bekannt ist. Beispielsweise weisen einige Fluoreszenzfarbstoffe einen exponentiellen Verlust der Fluoreszenz auf.
  • Die Fluoreszenzausbleichung stellt normalerweise einen unerwünschten Effekt dar, da diese zu Artefakten oder Fehlern in der Fluoreszenzmikroskopie oder der fluoreszenzgeführten Chirurgie führen kann. Gemäß einer beschriebenen Ausführungsform der Vorrichtung nach dem verbesserten Konzept wird die Fluoreszenzausbleichung jedoch gezielt genutzt und dient mit Vorteil als direktes Maß für die Dosis, mit der der Bereich bestrahlt wurde.
  • Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform der Vorrichtung, die auf der Auswertung der Fluoreszenzausbleichung beruht, beispielsweise da es sich bei den Fluoreszenzfarbstoffen um im Kontext der Tumorbehandlung standardmäßig eingesetzte Substanzen handelt. Entsprechend sind Detektorsysteme, welche Kameras zur Aufnahme von Fluoreszenzlicht aufweisen, verbreitet und verfügbar.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Detektorsystem eine Beobachtungsfiltervorrichtung zur Filterung des von dem Objekt ausgehenden Lichtes, sodass das Fluoreszenzlicht, welches beispielsweise je nach verwendetem Fluoreszenzfarbstoff eine charakteristische Wellenlänge oder einen charakteristischen Spektralverlauf aufweist, gezielt beobachtet oder erfasst werden kann.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Vorrichtung ein Endoskop oder Laparoskop zur Aufnahme des durch den ersten Fluoreszenzfarbstoff ausgesandten Fluoreszenzlicht auf. Das Endoskop oder Laparoskop ist insbesondere mit dem Detektorsystem gekoppelt, beispielsweise über einen Lichtleiter, und/oder ein Verbindungskabel, um das Fluoreszenzlicht von dem Endoskop oder Laparoskop an das Detektorsystem zu übertragen.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Kamera mehrere Farbkanäle auf, wobei jeweils ein Farbkanal zur Aufnahme von durch zumindest jeweils einen der Fluoreszenzfarbstoffe ausgesandtem Fluoreszenzlicht ausgebildet ist. Hierfür kann die Kamera vorteilhafterweise eine für das Fluoreszenzlicht der Fluoreszenzfarbstoffe durchlässige Beobachtungsfiltervorrichtung umfassen. Ferner kann die Kamera zumindest einen Sensor aufweisen, wobei der zumindest eine Sensor zur Erfassung eines Wellenlängenbereiches des Fluoreszenzlichts der Fluoreszenzfarbstoffe geeignet ist. In einer weiteren Ausführungsform kann die Kamera mehrere Sensoren umfassen, welche insbesondere zur Erfassung zumindest teilweise verschiedener Wellenlängenbereiche geeignet sind. Hierbei kann insbesondere auch eine zumindest teilweise Überschneidung der verschiedenen Wellenlängenbereiche der Farbkanäle der Kamera vorteilhaft sein.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform kann die Fluoreszenz durch die Bestrahlung mit der ionisierenden Strahlung angeregt werden. Mit Vorteil ist in solchen Ausführungsformen keine separate Beleuchtungseinrichtung zur Anregung der Fluoreszenz erforderlich.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform beinhaltet die Vorrichtung, insbesondere das Detektorsystem, eine Beleuchtungseinheit, welche dazu eingerichtet ist, den Bereich des Objekts mit einem Anregungslicht zu beleuchten, um die erste Substanz zum Aussenden des Fluoreszenzlichts anzuregen.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann die Beleuchtungseinheit dazu eingerichtet sein, den Bereich des Objekts mit einem Anregungslicht zu beleuchten, um den weiteren Fluoreszenzfarbstoff zum Aussenden des Fluoreszenzlichts anzuregen. Dies kann insbesondere bei mehreren Fluoreszenzfarbstoffen vorteilhaft sein.
  • Vorteilhaft bei solchen Ausführungsformen ist, dass eine vollständigere Anregung des ersten Fluoreszenzfarbstoffs dementsprechend eine höhere absolute Intensität des Fluoreszenzlichts erreicht werden kann, insbesondere im Vergleich zu einer Anregung ausschließlich durch die ionisierende Strahlung. Durch Verwendung der Beleuchtungseinheit zum Anregen des ersten Fluoreszenzfarbstoffs wird außerdem eine Beobachtung, also insbesondere das Erfassen des Lichts und das Erzeugen des Detektorsignals und so weiter, während Bestrahlungspausen ermöglicht.
  • Insbesondere weist die Beleuchtungseinheit eine Lichtquelle auf, die Licht mit einer charakteristischen Wellenlänge oder Licht im Bereich einer charakteristischen Wellenlänge des ersten Fluoreszenzfarbstoffs aussenden kann. Bei der charakteristischen Wellenlänge handelt es sich insbesondere um eine Wellenlänge, welche eine Fluoreszenz des ersten Fluoreszenzfarbstoffs anregen kann.
  • Des Weiteren kann die Beleuchtungseinheit dazu ausgebildet sein, Licht mit der charakteristischen Wellenlänge oder Licht im Bereich der charakteristischen Wellenlänge des ersten und/oder des zumindest einen weiteren Fluoreszenzfarbstoffs auszusenden. Hierdurch kann vorteilhafterweise eine Fluoreszenz des ersten und/oder des zumindest einen weiteren Fluoreszenzfarbstoffs angeregt werden.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Beleuchtungseinheit, insbesondere die Lichtquelle, mit dem Endoskop oder Laparoskop oder mit einem weiteren Endoskop gekoppelt, um den Bereich des Objekts mit dem Anregungslicht beleuchten zu können. Alternativ kann beispielsweise die Beleuchtungseinheit mit einem Mikroskop mit Fluoreszenzfunktion, insbesondere einem Operationsmikroskop, gekoppelt sein oder von einem solchen Mikroskop beinhaltet sein.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform beinhaltet die Beleuchtungseinheit eine Beleuchtungsfiltervorrichtung, welche insbesondere dazu eingerichtet ist, ein von der Lichtquelle ausgesandtes Licht entsprechend der charakteristischen Wellenlänge oder einem Spektralbereich um die charakteristische Wellenlänge zu filtern.
  • Vorzugsweise sind die Fluoreszenzfarbstoffe dazu geeignet, durch eine Beleuchtung mit Licht einer gleichen, insbesondere charakteristischen, Wellenlänge zum Aussenden von Fluoreszenzlicht angeregt zu werden.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Beleuchtungseinheit dazu eingerichtet, das Objekt zu beleuchten, um eine Fluoreszenzausbleichung des Fluoreszenzfarbstoffs zu erreichen.
  • Sofern das Objekt zusätzlich zu der ersten Substanz zumindest eine weitere Substanz mit jeweils einem weiteren Fluoreszenzfarbstoff enthält, kann die Beleuchtungseinheit in einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform dazu eingerichtet sein, das Objekt zu beleuchten, um eine Fluoreszenzausbleichung des weiteren Fluoreszenzfarbstoffs zu erreichen.
  • In manchen Fällen kann die Fluoreszenzausbleichung durch die ionisierende Strahlung allein gering sein. In solchen Fällen kann der Fluoreszenzfarbstoff durch die Beleuchtungseinheit angeregt werden, um die Fluoreszenzausbleichung zu verstärken. Insbesondere kann die Beleuchtung zur Fluoreszenzausbleichung während der Bestrahlung, insbesondere durchgehend während der Bestrahlung, erfolgen.
  • Mit Vorteil wird durch solche Ausführungsformen eine effizientere Fluoreszenzausbleichung, insbesondere bei kleinen Dosen der ionisierenden Strahlung, erreicht und somit ein grö-ßerer Unterschied in der Intensität des Fluoreszenzlichts vor und nach der Bestrahlung.
  • In verschiedenen Ausführungsformen erfolgt die Anregung des Fluoreszenzfarbstoffs zur Ermittlung der Dosis allein durch die ionisierende Strahlung.
  • Gemäß verschiedener Ausführungsformen sind das Detektorsystem und die Prozessoreinheit dazu eingerichtet, die Fluoreszenz durchgehend zu beobachten, insbesondere während der Bestrahlung und/oder in den Bestrahlungspausen das Fluoreszenzlicht zu erfassen und, wie beschrieben, die Dosis zu bestimmen.
  • In solchen Ausführungsformen kann eine kontinuierliche Nachverfolgung der Ausbleichungsdynamik erfolgen.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Beleuchtungseinheit dazu eingerichtet, die Beleuchtung mit einem räumlichen Profil durchzuführen, welche von einem räumlichen Profil der Bestrahlung der ionisierenden Strahlung durch den Applikator abhängt.
  • Das räumliche Profil der Beleuchtung entspricht dabei einem Intensitätsprofil oder einer räumlichen Intensitätsverteilung des Anregungslichts. Das räumliche Profil der Bestrahlung mit der ionisierenden Strahlung entspricht dabei einer räumlichen Intensitätsverteilung der ionisierenden Strahlung, welche von dem Applikator ausgesandt wird. Das räumliche Profil der Bestrahlung mit der ionisierenden Strahlung hängt dabei entscheidend von der Ausgestaltung, Geometrie und Art des Applikators ab und kann je nach konkretem Anwendungsfall unterschiedlich sein.
  • Durch Kopplung des Beleuchtungsprofils mit dem Profil der ionisierenden Strahlung kann durch die Beleuchtung eine Fluoreszenzausbleichung erzielt werden, welche die Bestrahlungsdosis besser nachbildet. Insbesondere kann das räumliche Profil der Beleuchtung identisch, nahezu identisch oder im Wesentlichen identisch zu dem Profil der Bestrahlung mit der ionisierenden Strahlung sein.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Beleuchtungseinheit dazu eingerichtet, die Beleuchtung mit einer Intensitätsmodulation durchzuführen, insbesondere einer zeitlichen und/oder räumlichen Intensitätsmodulation, welche von einer Dosismodulation der Bestrahlung mit der ionisierenden Strahlung durch den Applikator abhängt.
  • Auch bei der Dosismodulation der Bestrahlung mit der ionisierenden Strahlung kann es sich insbesondere um eine zeitliche und/oder räumliche Modulation handeln. Insbesondere kann es in bestimmten Anwendungsfällen erforderlich sein, die Bestrahlungsdosis während der Behandlung zu verändern. Durch Kopplung der Beleuchtungsintensität mit der veränderten Dosis kann eine bessere Nachbildung der Bestrahlung mit der ionisierenden Strahlung durch die Beleuchtung mittels der Beleuchtungseinheit erzielt werden.
  • Insbesondere ist die Intensitätsmodulation der Beleuchtung identisch oder im Wesentlichen identisch zu der Dosismodulation der Bestrahlung mit der ionisierenden Strahlung.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Kamera des Detektorsystems als Stereokamera ausgebildet und dazu eingerichtet, basierend auf dem aufgenommenen Fluoreszenzlicht ein Fluoreszenzbild des Objekts zu erstellen und zudem ein Weißlichtbild des Objekts zu erstellen. Die Prozessoreinheit ist dazu eingerichtet, basierend auf dem Fluoreszenzbild und dem Weißlichtbild eine dreidimensionale Rekonstruktion des Objekts mit räumlich zugeordneten Werten für die Intensität des Fluoreszenzlichts zu erstellen.
  • Das Fluoreszenzbild und das Weißlichtbild sind insbesondere Fluoreszenz- beziehungsweise Weißlichtbilder der Objektoberfläche.
  • Die dreidimensionale Konstruktion der Objektoberfläche inklusive der zugeordneten Werte für die Intensität des Fluoreszenzlichts kann beispielsweise von der Prozessoreinheit verwendet werden, um eine dreidimensionale Darstellung der Bestrahlungsdosis mit der ionisierenden Strahlung zu erstellen. Diese kann wiederum einer besonders genauen Dosiskontrolle oder einer besonders genauen Beurteilung des Status oder Fortschritts der Bestrahlung dienen.
  • Das Fluoreszenzbild und das Weißlichtbild und dementsprechend die dreidimensionale Rekonstruktion des Objekts entspricht einem Status beziehungsweise einem Zustand der Fluoreszenzausbleichung nach dem Bestrahlen mit der ionisierenden Strahlung.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Kamera und die Prozessoreinheit dazu eingerichtet, vor Beginn der Bestrahlung mit der ionisierenden Strahlung in analoger Weise ein initiales Fluoreszenzbild und ein initiales Weißlichtbild des Objekts zu erstellen und basierend auf dem initialen Fluoreszenzbild und dem initialen Weißlichtbild eine initiale dreidimensionale Rekonstruktion des Objekts mit räumlich zugeordneten initialen Werten für die Intensität des Fluoreszenzlichts zu erstellen.
  • Gemäß solchen Ausführungsformen kann die dreidimensionale Rekonstruktion beispielsweise zur initialen dreidimensionalen Rekonstruktion registriert werden, also mit dieser verglichen werden. Dadurch kann eine besonders genaue Bestimmung der Dosis für verschiedene Bereiche des Objekts erfolgen. Insbesondere können so die gemessenen Referenzwerte vor oder zu Beginn der Bestrahlung den gemessenen Intensitäten der Fluoreszenzemission nach der Bestrahlung korrekt zugeordnet und dann verglichen werden, was eine präzisere Bestimmung der Dosis insbesondere im Fall eines bewegten Objekts ermöglicht.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform beinhaltet die Vorrichtung eine Steuerungseinheit, die dazu eingerichtet ist, den Applikator gezielt und automatisch an zu bestrahlende Bereiche des Objekts zu führen.
  • Die Steuerungseinheit kann beispielsweise eine Robotereinheit und/oder einen Motorantrieb enthalten. Außerdem kann die Steuerungseinheit eine zugehörige Antriebssteuerung oder Robotersteuerung enthalten. Die Antriebs- oder Robotersteuerung kann beispielsweise in der Prozessoreinheit realisiert sein oder in einer separaten Steuerung.
  • Mit Vorteil kann eine Bestrahlung mit der ionisierenden Strahlung lokal genau definiert nur an Stellen erfolgen, an denen der Applikator geführt wurde. Damit sind eine besonders exakte Positionierung des Applikators und eine verbesserte Kompensation von etwaigen Bewegungen des Objekts möglich.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist ein Applikatorpfad in einer Speichereinheit der Vorrichtung, insbesondere der Prozessoreinheit, gespeichert und die Steuerungseinheit ist dazu eingerichtet, den Applikator entlang des Applikatorpfads zu bewegen. Der Applikatorpfad kann dabei eine räumliche Information, einen räumlichen Verlauf des Pfades beziehungsweise der Applikatorbewegung wie Geschwindigkeitsinformationen entlang des Pfades und/oder Verweildauern entlang des Pfades beinhalten.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform enthält das Objekts die erste Substanz oder den ersten Fluoreszenzfarbstoff nur oder vorzugsweise an vorab definierten Stellen, insbesondere der Objektoberfläche, an denen eine Bestrahlung erfolgen soll. In solchen Ausführungsformen ist die Kamera beispielsweise dazu eingerichtet, anhand von Fluoreszenzlicht zu erkennen, an welchen Stellen der erste Fluoreszenzfarbstoff aufgebracht wurde und entsprechend einen Steuerungsbefehl an die Steuerungseinheit abzugeben, mittels dem die Steuerungseinheit den Applikator gezielt und automatisch führen kann.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Vorrichtung ist der Farbstoff, beispielsweise durch Verabreichung des Farbstoffs an den Patienten, bevorzugt in Tumorzellen angereichert beziehungsweise abgelagert.
  • In solchen Ausführungsformen kann die Kamera beispielsweise erfassen, ob an einer bestimmten Stelle noch eine Fluoreszenzintensität über einem festgelegten Schwellwert auftritt, oder ob die Fluoreszenzintensität bereits in einen Bereich unterhalb des Schwellwerts ausgeblichen ist. Der Schwellwert kann beispielsweise bei der Hälfte des Referenzwerts, bei einem Drittel des Referenzwerts oder auch nahe Null oder im Wesentlichen bei Null liegen. Entsprechend kann die Bestrahlung derart kontrolliert werden, dass das Objekt so lange bestrahlt wird, bis nur noch eine vorbestimmte Fluoreszenzintensität vorliegt. Damit kann vorteilhafterweise eine noch zuverlässigere Abtötung der Tumorzellen oder Keime erfolgen.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform beinhaltet die Vorrichtung, insbesondere beinhaltet die Steuerungseinrichtung oder die Prozessoreinheit, ein chirurgisches Navigationssystem, welches dazu eingerichtet ist, Navigationsbefehle zur Führung des Applikators an die Steuerungseinheit zu übermitteln.
  • Damit wird eine noch genauere Führung des Applikators auch bei räumlich komplexen Gegebenheiten möglich.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform enthält die erste Substanz ein erstes Material, dessen Reflexionsspektrum sich durch Bestrahlung mit der ionisierenden Strahlung oder durch die Beleuchtung verändert. Das Detektorsystem weist eine Kamera zur Aufnahme von durch das erste Material reflektiertem Licht auf, welche das Detektorsignal basierend auf dem reflektierten Licht erzeugen kann. Die Prozessoreinheit ist dazu eingerichtet, basierend auf dem Detektorsignal einen Wert für die Intensität des reflektierten Lichts zu ermitteln.
  • Die Detektion kann insbesondere spektral aufgelöst erfolgen, beispielsweise mit einer Farbkamera oder hyperspektralen Kamera und gegebenenfalls entsprechend abgestimmtem Spektrum des Beleuchtungslichts oder des Beobachtungsfilters.
  • In solchen Ausführungsformen handelt es sich bei der optisch beobachtbaren Eigenschaft der ersten Substanz um das Reflexionsspektrum des ersten Materials. Beispielsweise können sich eine spektrale Reflektivität und/oder eine Farbe des ersten Materials und damit der ersten Substanz durch Einwirkung und Bestrahlung mit der ionisierenden Strahlung verändern.
  • Beispielsweise kann das erste Material Silberbromid umfassen. Mit Vorteil ist bei solchen Ausführungsformen, bei denen ein Material mit veränderbarem Reflexionsspektrum verwendet wird, keine Fluoreszenzkamera oder ein entsprechendes Operationsmikroskop mit Fluoreszenzfunktion erforderlich. Es ist lediglich eine in den entsprechenden Spektralbereichen empfindliche Kamera erforderlich.
  • Weitere Ausführungsformen, bei denen das erste Material mit veränderbarem Reflexionsspektrum eingesetzt wird, ergeben sich aus den verschiedenen Ausführungsformen, bei denen ein Fluoreszenzfarbstoff eingesetzt wird, analog.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann die zumindest eine weitere Substanz ein weiteres Material enthalten. Dabei kann das Detektorsystem eine Kamera zur Aufnahme von durch das weitere Material reflektiertem Licht aufweisen, welche das Detektorsignal basierend auf dem reflektierten Licht erzeugen kann. Hierbei kann die Prozessoreinheit vorzugsweise dazu eingerichtet sein, basierend auf dem Detektorsignal jeweils einen Wert für eine Intensität des durch die Materialien jeweils reflektierten Lichts zu ermitteln.
  • Hierbei kann die optisch beobachtbare Eigenschaft der zumindest einen weiteren Substanz dem Reflexionsspektrum des weiteren Materials entsprechen. Ferner kann das Reflexionsspektrum des weiteren Materials insbesondere unveränderlich bei Einwirkung und Bestrahlung mit der ionisierenden Strahlung sein. Hierdurch kann ein besonders zuverlässiger Referenzwert basierend auf dem Reflexionsspektrum des weiteren Materials bestimmt werden. Dieser Referenzwert kann beispielsweise zur genauen Ermittlung der Dosis mittels der Veränderung des Reflexionsspektrums des ersten Materials genutzt werden.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann das Reflexionsspektrum des weiteren Materials durch Bestrahlung mit der ionisierenden Strahlung veränderbar sein. Hierbei kann die Veränderung der optisch beobachtbaren Eigenschaft der zumindest einen weiteren Substanz eine Veränderung der spektralen Reflektivität und/oder einer Farbe des weiteren Materials und damit der zumindest einen weiteren Substanz umfassen.
  • Weitere Ausführungsformen, bei denen mehrere weitere Materialien mit jeweils veränderbarem Reflexionsspektrum eingesetzt werden, ergeben sich aus den verschiedenen Ausführungsformen, bei denen mehrere Fluoreszenzfarbstoffe eingesetzt werden, analog.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die ionisierende Strahlung Röntgenstrahlung oder Elektronenstrahlung oder Protonenstrahlung oder Ionenstrahlung oder Gammastrahlung auf.
  • Insbesondere ist die Art der Strahlung sowie gegebenenfalls deren Energie und/oder Wellenlänge derart auf die erste Substanz, insbesondere das erste Material mit veränderbarem Reflexionsspektrum oder den ersten Fluoreszenzfarbstoff, abgestimmt, dass die Veränderung des Reflexionsspektrums beziehungsweise die Fluoreszenzausbleichung durch Bestrahlung mit der ionisierenden Strahlung erfolgen kann. Alternativ oder zusätzlich kann die erste Substanz, der erste Fluoreszenzfarbstoff oder das erste Material mit veränderbarem Reflexionsspektrum auf die Art der Strahlung sowie gegebenenfalls deren Energie und/oder Wellenlänge abgestimmt sein. Analog kann sowohl die Art der Strahlung auf die zumindest eine weitere Substanz, den weiteren Fluoreszenzfarbstoff oder das weitere Material abgestimmt sein und/oder umgekehrt. Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Vorrichtung eine Strahlungsquelle zur Erzeugung der ionisierenden Strahlung. Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Vorrichtung Mittel, beispielsweise Rohrsysteme, um die ionisierende Strahlung von der Strahlungsquelle zu dem Applikator zu leiten.
  • Durch Auswahl der für den konkreten Anwendungsfall am besten geeigneten ionisierenden Strahlung und der zugehörigen Strahlungsquelle kann das bestmögliche Behandlungsergebnis durch die Bestrahlung erzielt werden. Das verbesserte Konzept ist somit nicht beschränkt auf die Verwendung eines bestimmten Typs von ionisierender Strahlung.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform stellt ein für die ionisierende Strahlung transparentes Ende des Rohrsystems den Applikator dar.
  • Gemäß einem weiteren unabhängigen Aspekt des verbesserten Konzepts wird ein Verfahren zum kontrollierten Bestrahlen eines Objekts, insbesondere eines nicht-lebendigen Objekts, angegeben. Gemäß dem Verfahren wird dem Objekt eine erste Substanz mit einer optisch beobachtbaren Eigenschaft zugesetzt. Das Objekt wird dann mit der ionisierenden Strahlung mittels eines Applikators bestrahlt. Von dem bestrahlten Bereich ausgehendes Licht wird durch ein optisches Detektorsystem erfasst und ein Detektorsignal wird durch das optische Detektorsystem basierend auf dem erfassten Licht erzeugt. Eine Prozessoreinheit empfängt das Detektorsignal und ermittelt basierend darauf einen Wert für die optisch beobachtbare Eigenschaft der ersten Substanz. Die Prozessoreinheit bestimmt ferner eine Dosis, mit welcher der Bereich bestrahlt wurde, zur Beurteilung eines Status oder Fortschritts der Bestrahlung, basierend auf dem ermittelten Wert der optisch beobachtbaren Eigenschaft.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens kann dem Objekt zumindest eine weitere Substanz mit einer optisch beobachtbaren Eigenschaft zugesetzt werden. Dabei kann sich die optisch beobachtbare Eigenschaft der zumindest einen weiteren Substanz vorteilhafterweise von der optisch beobachtbaren Eigenschaft der ersten Substanz unterscheiden. Ferner kann jeweils ein Wert für die optisch beobachtbare Eigenschaft der zumindest einen weiteren Substanz basierend auf dem Detektorsignal ermittelt werden. Hierbei kann mittels der Prozessoreinheit die Dosis, mit welcher der Bereich bestrahlt wurde, zur Beurteilung des Status der Bestrahlung, basierend auf den ermittelten Werten und einem vorbestimmten Mischungsverhältnis zwischen der ersten und der zumindest einen weiteren Substanz bestimmt werden.
  • Weitere Ausführungsformen des Verfahrens ergeben sich unmittelbar aus den verschiedenen Ausgestaltungen der Vorrichtung nach dem verbesserten Konzept.
  • Gemäß einem weiteren unabhängigen Aspekt des verbesserten Konzepts wird eine Vorrichtung angegeben, die dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach dem verbesserten Konzept durchzuführen. Insbesondere führt die Vorrichtung das Verfahren durch.
  • Gemäß einem weiteren unabhängigen Aspekt des verbesserten Konzepts wird ein Computerprogramm angegeben. Das Computerprogramm weist Befehle auf, die bewirken, insbesondere wenn sie von der Prozessoreinheit ausgeführt werden, dass eine Vorrichtung gemäß dem verbesserten Konzept ein Verfahren zum kontrollierten Bestrahlen eines Objekts, dem eine erste Substanz mit einer optisch beobachtbaren Eigenschaft zugesetzt wurde, ausführt. Das Verfahren beinhaltet dabei das Bestrahlen des Objekts mit der ionisierenden Strahlung mittels eines Applikators, das Erfassen des von dem bestrahlten Bereich des Objekts ausgehenden Lichts und Erzeugen des Detektorsignals basierend auf dem erfassten Licht durch das optische Detektorsystem. Das Verfahren beinhaltet außerdem das Empfangen des Detektorsignals und Ermitteln des Wertes für die optisch beobachtbare Eigenschaft der ersten Substanz basierend auf dem Detektorsignal durch die Prozessoreinheit, das Bestimmen einer Dosis, mit welcher der Bereich bestrahlt wurde durch die Prozessoreinheit basierend auf dem ermittelten Wert der optisch beobachtbaren Eigenschaft zur Beurteilung des Status oder Fortschritts der Bestrahlung.
  • Insbesondere stellt die Prozessoreinheit oder eine weitere Prozessoreinheit der Vorrichtung einen Computer dar, welcher die Befehle des Computerprogramms abarbeiten kann. Die weitere Prozessoreinheit kann dabei beispielsweise die Prozessoreinheit steuern.
  • Insbesondere werden zur Ausführung des Verfahrens durch die Vorrichtung gemäß dem verbesserten Konzept der Applikator und/oder das Detektorsystem und/oder die Beleuchtungseinheit und/oder die Steuerungseinheit in Abhängigkeit von den Befehlen des Computerprogramms angesteuert, insbesondere durch die Prozessoreinheit oder die weitere Prozessoreinheit.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist das Computerprogramm Befehle auf, die bewirken, insbesondere wenn sie von der Prozessoreinheit ausgeführt werden, dass eine Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform des verbesserten Konzeptes ein Verfahren zum kontrollierten Bestrahlen eines Objekts ausführt. Insbesondere wurde dem Objekt hierbei zusätzlich zu der ersten Substanz mit einer optisch beobachtbaren Eigenschaft zumindest eine weitere Substanz mit einer optisch beobachtbaren Eigenschaft zugesetzt. Das Verfahren beinhaltet dabei das Bestrahlen des Objekts mit der ionisierenden Strahlung mittels eines Applikators, das Erfassen des von dem bestrahlten Bereich des Objekts ausgehenden Lichts und Erzeugen des Detektorsignals basierend auf dem erfassten Licht durch das optische Detektorsystem. Das Verfahren beinhaltet außerdem das Empfangen des Detektorsignals und Ermitteln jeweils eines Wertes für die optisch beobachtbare Eigenschaft der zumindest einen weiteren Substanz basierend auf dem Detektorsignal durch die Prozessoreinheit. Ferner umfasst das Verfahren das Bestimmen einer Dosis, mit welcher der Bereich bestrahlt wurde durch die Prozessoreinheit basierend auf den ermittelten Werten und einem vorbestimmten Mischungsverhältnis zwischen der ersten Substanz und der zumindest einen weiteren Substanz.
    Weitere Ausführungsformen des Computerprogramms ergeben sich unmittelbar aus den verschiedenen Ausführungsformen der Vorrichtung gemäß dem verbesserten Konzept und des Verfahrens gemäß dem verbesserten Konzept und jeweils umgekehrt.
  • Gemäß einem weiteren unabhängigen Aspekt des verbesserten Konzepts wird ein computerlesbares Speichermedium angegeben, auf welchem ein Computerprogramm gemäß dem verbesserten Konzept gespeichert ist.
  • Gemäß einem weiteren unabhängigen Aspekt des verbesserten Konzepts wird ein Verfahren zum Ermitteln einer Dosis einer ionisierenden Strahlung angegeben, wobei ein Objekt mit der ionisierenden Strahlung bestrahlt wurde, dem eine erste Substanz mit einer optisch beobachtbaren Eigenschaft zugesetzt wurde. Das Verfahren enthält dabei das Erfassen von Licht, welches von einem Bereich des Objekts ausgeht durch ein optisches Detektorsystem, das Erzeugen eines Detektorsignals basierend auf dem erfassten Licht durch das Detektorsystem. Das Verfahren umfasst außerdem das Ermitteln eines Wertes für die optisch beobachtbare Eigenschaft der ersten Substanz basierend auf dem Detektorsignal durch eine Prozessoreinheit. Außerdem wird eine Dosis bestimmt, mit welcher der Bereich bestrahlt wurde zur Beurteilung eines Status oder Fortschritts der Bestrahlung, basierend auf dem ermittelten Wert für die optisch beobachtbare Eigenschaft durch die Prozessoreinheit.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens zum Ermitteln einer Dosis einer ionisierenden Strahlung, kann ein Objekt mit der ionisierenden Strahlung bestrahlt werden, dem zusätzlich zu einer ersten Substanz mit einer optisch beobachtbaren Eigenschaft zumindest eine weitere Substanz mit einer optisch beobachtbaren Eigenschaft zugesetzt wurde. Hierbei kann die optisch beobachtbare Eigenschaft der zumindest einen weiteren Substanz insbesondere verschieden von der optisch beobachtbaren Eigenschaft der ersten Substanz sein.
  • Das Verfahren enthält dabei das Erfassen von Licht, welches von einem Bereich des Objekts ausgeht durch ein optisches Detektorsystem, das Erzeugen eines Detektorsignals basierend auf dem erfassten Licht durch das Detektorsystem. Das Verfahren umfasst zudem das Ermitteln jeweils eines Wertes für die optisch beobachtbare Eigenschaft der zumindest einen weiteren Substanz basierend auf dem Detektorsignal durch eine Prozessoreinheit. Ferner wird die Dosis bestimmt, mit welcher der Bereich bestrahlt wurde zur Beurteilung eines Status oder Fortschritts der Bestrahlung, basierend auf den ermittelten Werten und einem vorbestimmten Mischungsverhältnis zwischen der ersten Substanz und der zumindest einen weiteren Substanz durch die Prozessoreinheit.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente gegebenenfalls mit gleichen Bezugszeichen versehen.
  • In den Figuren zeigen:
    • 1 ein Flussdiagramm für eine beispielhafte Ausführungsform eines Verfahrens gemäß dem verbesserten Konzept; und
    • 2 eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß dem verbesserten Konzept.
  • In 1 ist ein Verfahren gemäß dem verbesserten Konzept anhand eines Flussdiagramms schematisch dargestellt.
  • Nach einer Tumorresektion soll eine intraoperative Strahlentherapie durchgeführt werden, um in gesundes Gewebe infiltrierte Tumorzellen abzutöten.
  • In einem Schritt 1 des Verfahrens wird einem zu bestrahlenden Gewebe eine erste Substanz mit veränderbarer optisch beobachtbarer Eigenschaft, beispielsweise ein erster Fluoreszenzfarbstoff, zugesetzt. Dies kann beispielsweise erfolgen, indem der erste Fluoreszenzfarbstoff dem Patienten verabreicht wird, beispielsweise oral oder intravenös. Der erste Fluoreszenzfarbstoff ist dann beispielsweise spezifisch in den Tumorzellen angelagert. Als erster Fluoreszenzfarbstoff kann hier beispielsweise ein Farbstoff mit der Bezeichnung 5-ALA/PPIX eingesetzt werden, welche insbesondere bei der Behandlung von Hirntumoren oder Glioblastomen eingesetzt wird, beispielsweise zur fluoreszenzgeführten Chirurgie. Alternativ kann nach Abschluss der Tumorresektion die erste Substanz, insbesondere der erste Fluoreszenzfarbstoff, auf die zu bestrahlende Gewebeoberfläche aufgebracht werden, beispielsweise mit einem Spray, Pinsel, Tupfer. Alternativ kann nach Abschluss der Tumorresektion ein transparentes Behältnis, welches die erste Substanz enthält, auf die Gewebeoberfläche gelegt werden. Beispielsweise kann die erste Substanz zwischen zwei Plastikfolien eingeschweißt sein.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens kann dem zu bestrahlenden Gewebe zusätzlich zur ersten Substanz zumindest eine weitere Substanz mit veränderbarer optisch beobachtbarer Eigenschaft zugesetzt werden. Die veränderbare optisch beobachtbare Eigenschaft der zumindest einen weiteren Substanz ist dabei insbesondere verschieden von der veränderbaren optisch beobachtbaren Eigenschaft der ersten Substanz.
  • In einem optionalen Schritt 2 wird mittels eines Detektorsystems ein initiales Fluoreszenzbild der zu bestrahlenden Gewebeoberfläche als Referenz aufgenommen. Dies kann beispielsweise mit einer entsprechend eingerichteten Kamera, beispielsweise ausgestattet mit Beobachtungsfiltern zur Filterung des Fluoreszenzlichts, erfolgen. Das initiale Fluoreszenzbild kann beispielsweise in einem Speicher gespeichert werden.
  • Mittels des initialen Fluoreszenzbildes kann beispielsweise ein initiales Mischungsverhältnis der ersten und der zumindest einen weiteren Substanz bestimmt werden.
  • In einem Schritt 3 des Verfahrens wird eine Bestrahlung des Gewebes mit der ionisierenden Strahlung durchgeführt. Dabei kann es sich beispielsweise um Röntgenstrahlung handeln, aber auch andere ionisierenden Strahlungen wie radioaktive Strahlungen, Elektronen- oder Protonen- oder Ionenstrahlungen sind möglich. Die Bestrahlung mit der ionisierenden Strahlung kann beispielsweise mit einem Bestrahlungsapplikator erfolgen, der möglicherweise ortsfest angeordnet ist oder verfahrbar ist. Beispielsweise kann der Applikator Teil eines verfahrbaren, beispielsweise robotisch verfahrbaren, Bestrahlungsgeräts sein. Beispielsweise kann der Applikator ein Endstück eines Strahlrohrs sein, oder der Applikator kann eine Goldschicht aufweisen, auf die beschleunigte Elektronen aufprallen, wodurch Röntgenstrahlung erzeugt wird.
  • Durch die Bestrahlung mit der ionisierenden Strahlung tritt der Effekt der Fluoreszenzausbleichung des ersten Fluoreszenzfarbstoffs auf. Im Gegensatz zu gewöhnlichen fluoreszenzgeführten Operationsmethoden ist die Fluoreszenzausbleichung gemäß dem verbesserten Konzept jedoch erwünscht und wird insbesondere ausgenutzt, um die Dosis der ionisierenden Strahlung bestimmen zu können. Die Fluoreszenzausbleichung kann in dem Schritt 3 beispielsweise durch eine Beleuchtung mittels eines Anregungslichts, welche den ersten Fluoreszenzfarbstoff zur Fluoreszenz anregt, verstärkt werden. Dies kann beispielsweise mit einer separaten Beleuchtungseinheit erfolgen. Die Beleuchtungseinheit kann auch Teil des Detektorsystems sein. Das Licht zur Beleuchtung kann dabei beispielsweise durch ein Endoskop geführt dem Gewebe zugeführt werden.
  • Sofern dem zu bestrahlenden Gewebe zumindest eine weitere Substanz zugegeben wurde, kann durch die Bestrahlung mit der ionisierenden Strahlung eine, insbesondere von der ersten Substanz verschiedene, Fluoreszenzausbleichung eines weiteren Fluoreszenzfarbstoffs, welcher in der zumindest einen weiteren Substanz enthalten ist, auftreten. Für den ersten und/oder den zumindest einen weiteren Fluoreszenzfarbstoff können beispielsweise Farbstoffe mit der Bezeichnung 5-ALA/PPIX oder Fluorescein eingesetzt werden. Die beispielhaften Farbstoffe weisen dabei vorteilhafterweise verschiedene Wellenlängen des jeweiligen Fluoreszenzlichts zur Emission auf, während eine gemeinsame Anregung durch Beleuchtung mit breitbandigem Licht ermöglicht wird. Ein weiterer beispielhafter Fluoreszenzfarbstoff mit der Bezeichnung Indocyaningrün (ICG) weist eine Wellenlänge des Fluoreszenzlichts im nahen Infrarotbereich auf.
  • In einem Schritt 4 des Verfahrens wird, insbesondere während der Bestrahlung mit der ionisierenden Strahlung oder in Bestrahlungspausen, ein aktuelles Fluoreszenzbild der bestrahlten Gewebeoberfläche aufgenommen oder es wird ein aktuelles Fluoreszenzbild des gerade bestrahlten Teilbereichs der Gewebeoberfläche aufgenommen. Dies erfolgt insbesondere mittels des Detektorsystems, beispielsweise kann das Fluoreszenzlicht mittels des Endoskops erfasst werden und beispielsweise über einen Lichtleiter an das Detektorsystem, insbesondere die Kamera, geführt werden. Hierzu können beispielsweise und optional Filtereinrichtung, insbesondere Beobachtungsfilter, eingesetzt werden, um das erfasste Spektrum entsprechend dem Spektralbereich des Fluoreszenzlichts einzuschränken.
  • Hierbei kann die Kamera vorteilhafterweise mehrere Farbkanäle aufweisen, wobei jeweils ein Farbkanal zur Aufnahme von durch zumindest jeweils einen der Fluoreszenzfarbstoffe ausgesandtem Fluoreszenzlicht ausgebildet ist.
  • In einem Schritt 5 wird das aktuelle Fluoreszenzbild ausgewertet. Insbesondere wird beispielsweise ein Detektorsignal, welches von dem Detektorsystem oder der Kamera basierend auf dem aktuellen Fluoreszenzbild erzeugt wurde, verwendet, um einen oder mehrere Werte für eine Intensität des Fluoreszenzlichts gemäß dem Fluoreszenzbild zu bestimmen. Wurde in dem optionalen Schritt 2 das initiale Fluoreszenzbild aufgenommen, kann das aktuelle Fluoreszenzbild insbesondere zum initialen Fluoreszenzbild registriert werden, und anschließend mit diesem verglichen werden, um eine Veränderung, insbesondere einen Abfall der Intensität, insbesondere der lokalen Intensitätsverteilung des Fluoreszenzlichts, zu bestimmen. Basierend auf der Veränderung der Intensität des Fluoreszenzlichts, welche einem Grad der Fluoreszenzausbleichung entspricht, kann eine Dosis, mit der der entsprechende Teilbereich des Gewebes bestrahlt wurde, ermittelt werden. Dazu kann insbesondere ein mathematisches Modell eingesetzt werden, welches den Abfall der Intensität des Fluoreszenzlichts in Abhängigkeit von der Bestrahlungsdosis mit der ionisierenden Strahlung beschreibt. Das Modell kann beispielsweise auf empirischen Daten beruhen. Gegebenenfalls können auch mehrere Dosiswerte für unterschiedliche Bereiche des bestrahlten Gewebes ermittelt werden.
  • Ferner kann basierend auf dem Detektorsignal jeweils ein Wert für die Intensität des durch die Fluoreszenzfarbstoffe jeweils ausgesandten Fluoreszenzlichts ermittelt werden. Insbesondere kann der Abfall der Intensität des Fluoreszenzlichts des jeweiligen Fluoreszenzfarbstoffs in Abhängigkeit von der Bestrahlungsdosis mit der ionisierenden Strahlung durch ein mathematisches Modell beschrieben werden. Unter zusätzlicher Berücksichtigung des vorbestimmten Mischungsverhältnisses zwischen der ersten Substanz und der zumindest einen weiteren Substanz, kann die Dosis mit hoher Genauigkeit ermittelt werden.
  • Beispielsweise kann das vorbestimmte, insbesondere initiale, Mischungsverhältnis als M initial = c i n i t i a l ( F1 , SD ) c i n i t i a l ( F2 , SD )
    Figure DE102020200400A1_0001
    beschrieben werden. In Gleichung (1) bezeichnet cinitial (F1,SD) die mit einer relativen Fluoreszenzstärke F1 gewichtete Konzentration der ersten Substanz und cinitial(F2,SD) die mit einer relativen Fluoreszenzstärke F2 gewichtete Konzentration der zumindest einen weiteren Substanz. Ferner bezeichnet SD die Dosis einer Bestrahlung mit der ionisierenden Strahlung und/oder einer Beleuchtung mit einem geeigneten Anregungslicht, welche insbesondere synchron zur Bestrahlung auf das Objekt gerichtet wird.
  • Die Konzentrationen der in der ersten und zumindest einen weiteren Substanz enthaltenen Fluoreszenzfarbstoffe können bei Bestrahlung mit der ionisierenden Strahlung und/oder einer Beleuchtung mit einem geeigneten Anregungslicht abnehmen. Diese Verringerung der Konzentrationen der Fluoreszenzfarbstoffe kann beispielsweise als exponentieller Abfall mathematisch modelliert werden.
  • Ferner kann die Konzentration der in der zumindest einen weiteren Substanz enthaltenen Fluoreszenzfarbstoffe bei Bestrahlung mit der ionisierenden Strahlung und/oder einer Beleuchtung mit einem geeigneten Anregungslicht unverändert bleiben.
  • Sofern die Kamera mehrere Farbkanäle zur Aufnahme von durch jeweils einen der Fluoreszenzfarbstoffe ausgesandtem Fluoreszenzlicht umfasst, kann das von jedem der Farbkanäle erfasste Signal 5 beschrieben werden als S = A ⋅ ∫ λ min λ max ( c ( F 1 , S D ) S 1 ( λ ) + c ( F 2 , S D ) S 2 ( λ ) ) K ( λ ) d λ
    Figure DE102020200400A1_0002
  • Hierbei bezeichnet K(X) eine spektrale Sensitivität des Farbkanals, wobei die spektrale Sensitivität insbesondere eine Wirkung eines Beobachtungsfiltervorrichtung umfasst. Ferner bezeichnet A eine Systemkonstante und [λmin, λmax] einen Wellenlängenbereich innerhalb dessen der Farbkanal sensitiv ist.
  • Zur Bestimmung eines Istwertes des Mischungsverhältnisses Mistwert, können vorteilhafterweise zumindest zwei Signale verschiedener Farbkanäle der Kamera aufgenommen werden. Gemäß Gleichung (2) kann Mistwert mittels der Signale berechnet werden als M istwert = c istwert ( F1 , SD ) c istwert ( F 2, S D )
    Figure DE102020200400A1_0003
  • Dabei kann die Fluoreszenzausbleichung der Fluoreszenzfarbstoffe bei Bestrahlung mit der ionisierenden Strahlung einer Dosis SD beschrieben werden mittels c istwert ( F 1, S D ) = c initial ( F 1 ) ⋅ exp ( − b 1 ⋅ S D )
    Figure DE102020200400A1_0004
     c istwert ( F 2, S D ) = c initial ( F 2 ) ⋅ exp ( − b 2 ⋅ S D )
    Figure DE102020200400A1_0005
    (5).
  • In Gleichung (4) und (5) bezeichnen b1 und b2 jeweils eine Ausbleichungskonstante der beispielhaft beschriebenen Fluoreszenzfarbstoffe. Hierbei kann die Ausbleichungskonstante des in der zumindest einen weiteren Substanz enthaltenen weiteren Fluoreszenzfarbstoffs insbesondere nahezu Null oder gleich Null sein.
  • Mittels der Gleichungen (3) bis (5) kann die Dosis SD, wie im Folgenden beschrieben, direkt aus dem Istwert des Mischungsverhältnisses Mistwert berechnet werden M istwert = exp ( − ( b 1 − b 2 ) ⋅ S D )
    Figure DE102020200400A1_0006
     S D = ln ( M istwert ) b 2 − b 1
    Figure DE102020200400A1_0007
  • In Schritt 5 wird beispielsweise außerdem ein Status oder ein Fortschritt der Bestrahlung beurteilt. Die Beurteilung erfolgt insbesondere automatisch mittels der Prozessoreinheit. Die Beurteilung der Bestrahlung beziehungsweise des Status oder des Fortschritts der Bestrahlung umfasst insbesondere ein Ermitteln, ob eine gewünschte Referenzdosis der ionisierenden Strahlung in dem entsprechenden bestrahlten Bereich des Gewerbes bereits erreicht wurde. Abhängig davon kann die Prozessoreinheit bestimmen, ob die Bestrahlung an diesem entsprechenden Bereich der Gewebeoberfläche fortgesetzt werden soll oder ob sie beendet werden kann. Die Prozessoreinheit kann entsprechende Handlungsempfehlungen oder Handlungsanweisungen an einen Benutzer der Vorrichtung ausgeben oder entsprechende Handlungen selbst anweisen.
  • Ergibt die Beurteilung des Fortschritts der Bestrahlung, dass der entsprechende Bereich des Gewebes weiter bestrahlt werden muss, wird mit dem Schritt 3 des Verfahrens weiter verfahren. Ergibt die Beurteilung jedoch, dass eine vorbestimmte Referenzdosis erreicht ist und die Bestrahlung abgeschlossen ist, wird in einem Schritt 6 des Verfahrens die Bestrahlung mit der ionisierenden Strahlung beendet oder an einem anderen Teil der zu bestrahlenden Gewebeoberfläche fortgesetzt.
  • Das Verfahren nach 1 kann analog zur Bestrahlung eines nicht-lebendigen Objekts eingesetzt werden.
  • In 2 ist eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß dem verbesserten Konzept zur kontrollierten Bestrahlung eines Objekts gezeigt. Zudem ist in 2 ein Patient PT dargestellt, der ein Organ aufweist, aus dem ein Tumor chirurgisch entfernt wurde. Das Organ umfasst ein zu bestrahlende Gewebe G. In das Gewebe G sind insbesondere während der Operation oder vor der Operation Tumorzellen eingedrungen. Mittels einer Vorrichtung gemäß dem verbesserten Konzept können diese infiltrierten Tumorzellen zerstört werden. Eine Schnittfläche der Tumorresektion stellt beispielsweise eine zu bestrahlende Gewebeoberfläche GO dar.
  • Die Vorrichtung weist einen Applikator A auf, mittels dem ionisierende Strahlung, beispielsweise Röntgenstrahlung, auf das Gewebe G beziehungsweise die Gewebeoberfläche GO appliziert werden kann. Der Applikator A ist beispielsweise mit einer Strahlungsquelle SQ gekoppelt, welche die ionisierende Strahlung erzeugen und/oder zur Verfügung stellen kann.
  • Im gezeigten, nicht beschränkenden Beispiel kann die Strahlungsquelle SQ zur Erzeugung von Röntgenstrahlen beispielsweise einen Elektronenbeschleuniger beinhalten, sowie eine mechanische Wand, auf die die Elektronen geschossen werden können, um die Röntgenstrahlen zu erzeugen. Die Röntgenstrahlen können dann beispielsweise mittels eines metallischen Rohrs oder einer sonstigen geeigneten Leitung dem Applikator A zugeführt werden.
  • Optional weist die Vorrichtung eine Steuerungseinheit ST auf, welche den Applikator A gezielt bewegen und führen kann. Alternativ kann der Applikator manuell geführt werden oder während der Bestrahlung ortsfest, also nicht bewegt, sein. Der Applikator A, die Strahlungsquelle SQ sowie gegebenenfalls die Steuerungseinheit ST können beispielsweise Teil eines IORT-Geräts zur intraoperativen Bestrahlungstherapie sein.
  • Die Vorrichtung weist außerdem ein Detektorsystem D auf, welches beispielsweise eine Kamera beinhaltet. Das Detektorsystem D beziehungsweise die Kamera kann beispielsweise mittels eines Lichtleiters L mit einem Endoskop E gekoppelt sein. Das Endoskop E kann derart platziert werden, dass es von dem Gewebe G beziehungsweise der Gewebeoberfläche GO ausgehendes Licht erfassen kann. Zudem weist die Vorrichtung eine Prozessoreinheit P auf, die mit der Detektoreinheit D gekoppelt ist.
  • Zur Durchführung einer kontrollierten Bestrahlung mit der ionisierenden Strahlung kann der Applikator A die ionisierende Strahlung auf die Gewebeoberfläche GO applizieren.
  • Dem Gewebe G wurde vor der Bestrahlung beispielsweise ein erster Fluoreszenzfarbstoff zugesetzt. Dies kann beispielsweise durch direktes Aufbringen auf die Gewebeoberfläche GO nach der Tumorresektion beispielsweise mittels eines Sprays oder eines Pinsels oder ähnlichem erfolgen oder durch Verabreichung des ersten Fluoreszenzfarbstoffs an den Patienten PT. Im letzteren Fall lagern sich die Fluoreszenzfarbstoffe insbesondere in den Tumorzellen an. Nachdem mittels des Applikators A wenigstens ein Bereich der Gewebeoberfläche GO mit der ionisierenden Strahlung bestrahlt wurde, kann die Bestrahlung unterbrochen oder ausgesetzt werden. In der resultierenden Bestrahlungspause kann beispielsweise eine Beleuchtungseinheit des Detektorsystems D mittels des Lichtleiters L und des Endoskops E die Gewebeoberfläche GO beziehungsweise den Bereich der Gewebeoberfläche GO, der bestrahlt wurde, beleuchten, um eine Fluoreszenz des ersten Fluoreszenzfarbstoffs anzuregen.
  • In alternativen Ausführungsformen erfolgt die Anregung nicht während einer Bestrahlungspause, sondern während der Bestrahlung. In solchen Fällen kann die Anregung des ersten Fluoreszenzfarbstoffs auch durch die ionisierende Strahlung selbst erfolgen. In solchen Ausführungsformen ist insbesondere keine Beleuchtungsquelle notwendig.
  • Das aufgrund der Anregung des ersten Fluoreszenzfarbstoffs entstehende Fluoreszenzlicht wird mittels des Endoskops E erfasst und an die Detektoreinheit D, insbesondere die Kamera, weitergeleitet. Aufgrund des Effekts der Fluoreszenzausbleichung ist eine Intensität des Fluoreszenzlichts nach der Bestrahlung geringer als eine entsprechende Intensität des Fluoreszenzlichts vor der Bestrahlung. Optional kann die Intensität des Fluoreszenzlichts vor der Bestrahlung ebenfalls aufgenommen und gespeichert worden sein.
    In einer vorteilhaften Ausführungsform wurde dem Gewebe G vor der Bestrahlung zusätzlich zum ersten Fluoreszenzfarbstoff zumindest ein weiterer Fluoreszenzfarbstoff zugesetzt. Insbesondere weist der zumindest eine weitere Fluoreszenzfarbstoff ein gegenüber dem ersten Fluoreszenzfarbstoff verändertes Fluoreszenzausbleichungsverhalten auf. Hierdurch kann während und/oder nach einer Bestrahlung der Fluoreszenzfarbstoffe mit der ionisierenden Strahlung oder einer geeigneten anregenden Beleuchtung ein gegenüber einem vorbestimmten Mischungsverhältnis Minitial geänderter Istwert des Mischungsverhältnisses Mistwert anhand des Detektorsignals bestimmt werden. Basierend auf der Änderung des Mischungsverhältnisses und unter Verwendung eines mathematischen Modells der jeweiligen Fluoreszenzausbleichung der Fluoreszenzfarbstoffe kann die Dosis D besonders vorteilhaft berechnet werden.
  • Basierend auf dem Fluoreszenzlicht, das die Detektoreinheit D nach dem Bestrahlen erfasst hat, erzeugt diese beziehungsweise die Kamera ein Detektorsignal in Abhängigkeit von der Intensität des Fluoreszenzlichts.
  • Die Detektionseinheit D ist mit der Prozessoreinheit P gekoppelt, damit die Detektoreinheit D das Detektorsignal an die Prozessoreinheit P übertragen kann. Die Prozessoreinheit P ermittelt anhand des Detektorsignals, insbesondere anhand der Intensität des Fluoreszenzlichts, einen Grad der Fluoreszenzausbleichung und damit einen Wert für die Dosis, mit der der Bereich der Gewebeoberfläche GO bestrahlt wurde. Dazu kann die Prozessoreinheit P beispielsweise die gespeicherten initialen Fluoreszenzlichtwerte und/oder entsprechende mathematische Modelle, welche eine Abhängigkeit zwischen Intensität des Fluoreszenzlichts und der Bestrahlungsdosis herstellen, nutzen.
  • Basierend auf der bestimmten Dosis der ionisierenden Strahlung kann die Prozessoreinheit P beispielsweise automatisch auswerten, ob eine gewünschte Referenzdosis für den Bereich bereits erreicht ist oder nicht. Abhängig davon kann die Prozessoreinheit P beispielsweise die Strahlungsquelle SQ, die Steuerungseinheit ST und/oder den Applikator A ansteuern, um beispielsweise die Bestrahlung des Bereichs fortzuführen oder, wenn die Referenzdosis bereits erreicht ist, die Bestrahlung einzustellen beziehungsweise an einem anderen Ort in einem anderen Bereich der Gewebeoberfläche GO fortzuführen.
  • Die Vorrichtung kann analog auch zur Bestrahlung eines nicht-lebendigen Objekts eingesetzt werden.
  • Der gezeigte Aufbau ist, wie sich für den Fachmann unmittelbar ergibt, nicht auf Röntgenstrahlung als ionisierende Bestrahlung beschränkt, sondern sämtliche ionisierende Strahlung kann in der gleichen Weise eingesetzt werden.
  • Auch ist die Vorrichtung nicht grundsätzlich darauf beschränkt, dass ein Fluoreszenzfarbstoff eingesetzt wird. Stattdessen kann eine Substanz mit einer anderen optisch beobachtbaren Eigenschaft eingesetzt werden, welche sich in Abhängigkeit von der Bestrahlungsdosis verändert. Dazu kann beispielsweise eine Substanz verwendet werden, deren Reflexionsspektrum sich aufgrund der Einwirkung der ionisierenden Strahlung verändert. In solchen Ausführungsformen ist die Kamera nicht notwendigerweise zur Erfassung von Fluoreszenzlicht ausgebildet, sondern ist entsprechend empfindlich gegenüber reflektiertem Licht in dem entsprechenden Spektralbereich.
  • Gemäß einer Vorrichtung, eines Verfahrens, eines Computerprogramms oder eines computerlesbaren Speicherprodukts gemäß dem verbesserten Konzept kann eine besonders exakt kontrollierbare Bestrahlung eines Objekts, insbesondere von organischem Gewebe, mit ionisierender Strahlung erreicht werden. Insbesondere kann durch die Erfassung der Dosis der ionisierenden Strahlung und ein entsprechend angepasstes weiteres Vorgehen bei der Bestrahlung ein geschlossener Regelkreis etabliert werden, der eine genaue Erreichung der gewünschten Referenzdosis der ionisierenden Strahlung ermöglicht, ohne dass eine exakte Positionierung des Applikators von essentieller Bedeutung wäre und ohne dass Bewegungen des Organs während der Bestrahlung zu einer gezwungenermaßen ungleichmäßigen Bestrahlung führen würden.
  • Mittels des verbesserten Konzepts lässt sich daher zum einen feststellen, welche Bereiche der Objektoberfläche bereits bestrahlt wurden und zum anderen, welche Dosis bei der Bestrahlung erreicht wurde. Damit ist eine Vorrichtung gemäß dem verbesserten Konzept insbesondere denkbaren Anordnungen überlegen, welche lediglich eine Bildgebung zur zielgenauen Navigation einsetzen könnten oder welche lediglich den Applikator mittels eines Roboters gezielt bewegbar machen.
  • Gemäß dem verbesserten Konzept wird ein bekanntes Problem der fluoreszenzgeführten Chirurgie, insbesondere Neurochirurgie, beispielsweise mit 5-ALA/BPIX Fluoreszenzfarbstoff, nämlich das Problem der Fluoreszenzausbleichung durch Beleuchtung mit der Anregungswellenlänge, gezielt ausgenutzt, um ein direktes Maß für die Bestrahlungsdosis mit der ionisierenden Strahlung zu erhalten. Je nach Fluoreszenzfarbstoff kann es dabei zu einer unterschiedlich starken Ausbleichung bei Anregung mit dem Bestrahlungsspektrum der ionisierenden Strahlung beziehungsweise einem optischen Anregungsspektrum durch die Beleuchtung kommen. Durch entsprechende mathematische Modelle, insbesondere empirische Modelle, lässt sich dies abbilden. Bei dem genannten Fluoreszenzfarbstoff 5-ALA/BPIX handelt es sich insbesondere um einen Fluoreszenzfarbstoff mit einer Anregungswellenlänge von 405 Nanometern oder etwa 405 Nanometern.
  • Gemäß dem verbesserten Konzept kann aber auch eine robotisch gesteuerte Bestrahlungseinheit mit dem Applikator eingesetzt werden und gegebenenfalls durch intraoperative Methoden zur Bildgebung, beispielsweise magnetresonanztomografische Bildgebung, und/oder chirurgische Navigationssysteme unterstützt werden.
  • Das verbesserte Konzept ermöglicht eine zielgerichtetere patientenspezifische Präzisionsstrahlentherapie. Dazu werden intraoperative Fluoreszenzbildgebung und Strahlentherapie verknüpft. Insbesondere wird eine sichere und kontrollierte Strahlentherapie bei bewegten Organen, was beispielsweise bei der Leber der Fall sein kann, ermöglicht. Insgesamt ergibt sich weniger Strahlung auf gesundes Gewebe, was wiederum eine Möglichkeit für weitere Dosiseskalation im Bereich des Tumorgewebes ermöglicht. Durch die automatische Berücksichtigung von Organbewegungen besteht keine Gefahr, dass bestimmte Gewebebereiche zu wenig Bestrahlung erfahren oder etwa komplett unbestrahlt bleiben.
  • 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 Patentliteratur
    • DE 102012002466 A1 [0005]

Claims (26)

  1. Vorrichtung zum kontrollierten Bestrahlen eines Objekts (G), das eine erste Substanz mit einer optisch beobachtbaren Eigenschaft enthält, - die Vorrichtung aufweisend einen Applikator (A) zum Bestrahlen des Objekts (G) mit einer ionisierenden Strahlung; dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung aufweist: - ein optisches Detektorsystem (D), dazu eingerichtet, von einem bestrahlten Bereich des Objekts (G) ausgehendes Licht zu erfassen und basierend auf dem erfassten Licht ein Detektorsignal zu erzeugen; und - eine Prozessoreinheit (P), welche dazu eingerichtet ist - das Detektorsignal zu empfangen und basierend auf dem Detektorsignal einen Wert für die optisch beobachtbare Eigenschaft der ersten Substanz zu ermitteln; und - basierend auf dem ermittelten Wert eine Dosis, mit welcher der Bereich bestrahlt wurde, zur Beurteilung eines Status der Bestrahlung zu bestimmen.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei sich die optisch beobachtbare Eigenschaft der ersten Substanz unter Einwirkung der ionisierenden Strahlung oder durch eine Beleuchtung mit Licht verändert.
  3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Prozessoreinheit (P) dazu eingerichtet ist, anhand der bestimmten Dosis zu ermitteln, ob eine vorbestimmte Referenzdosis erreicht wurde.
  4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Objekt zusätzlich zu der ersten Substanz zumindest eine weitere Substanz mit einer optisch beobachtbaren Eigenschaft enthält, welche sich von der optisch beobachtbaren Eigenschaft der ersten Substanz unterscheidet, wobei die Prozessoreinheit (P) dazu ausgebildet ist, - basierend auf dem Detektorsignal jeweils einen weiteren Wert für die optisch beobachtbare Eigenschaft der zumindest einen weiteren Substanz zu ermitteln; und - basierend auf den ermittelten Werten und einem vorbestimmten Mischungsverhältnis zwischen der ersten Substanz und der zumindest einen weiteren Substanz die Dosis, mit welcher der Bereich bestrahlt wurde, zur Beurteilung eines Status der Bestrahlung zu bestimmen.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei sich die optisch beobachtbare Eigenschaft der zumindest einen weiteren Substanz unter Einwirkung der ionisierenden Strahlung oder durch eine Beleuchtung mit Licht verändert.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 2 und 5, wobei die Veränderung der optisch beobachtbaren Eigenschaft der zumindest einen weiteren Substanz verschieden von der Veränderung der optisch beobachtbaren Eigenschaft der ersten Substanz ist.
  7. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei - die erste Substanz einen ersten Fluoreszenzfarbstoff enthält; - das Detektorsystem (D) eine Kamera zur Aufnahme von durch den ersten Fluoreszenzfarbstoff ausgesandtem Fluoreszenzlicht aufweist, welche das Detektorsignal basierend auf dem Fluoreszenzlicht erzeugen kann; und - die Prozessoreinheit (P) dazu eingerichtet ist, basierend auf dem Detektorsignal einen Wert für eine Intensität des Fluoreszenzlichts zu ermitteln.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 4 und 7, wobei - die zumindest eine weitere Substanz einen weiteren Fluoreszenzfarbstoff enthält; - das Detektorsystem (D) eine Kamera zur Aufnahme von durch den weiteren Fluoreszenzfarbstoff ausgesandtem Fluoreszenzlicht aufweist, welche das Detektorsignal basierend auf dem ausgesandten Fluoreszenzlicht erzeugen kann; und - die Prozessoreinheit (P) dazu eingerichtet ist, basierend auf dem Detektorsignal jeweils einen Wert für eine Intensität des durch die Fluoreszenzfarbstoffe jeweils ausgesandten Fluoreszenzlichts zu ermitteln.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Kamera mehrere Farbkanäle aufweist, wobei jeweils ein Farbkanal zur Aufnahme von durch zumindest jeweils einen der Fluoreszenzfarbstoffe ausgesandtem Fluoreszenzlicht ausgebildet ist.
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die Vorrichtung eine Beleuchtungseinheit beinhaltet, welche dazu eingerichtet ist, den Bereich des Objekts (G) mit einem Anregungslicht zu beleuchten, um den ersten Fluoreszenzfarbstoff zum Aussenden des Fluoreszenzlichts anzuregen.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 8 und 10, wobei die Beleuchtungseinheit dazu eingerichtet ist, den Bereich des Objekts (G) mit einem Anregungslicht zu beleuchten, um den weiteren Fluoreszenzfarbstoff zum Aussenden des Fluoreszenzlichts anzuregen.
  12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 oder 11, wobei die Beleuchtungseinheit dazu eingerichtet ist, das Objekt (G) zu beleuchten um eine Fluoreszenzausbleichung des ersten Fluoreszenzfarbstoffs zu erreichen.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder Anspruch 11 und 12, wobei die Beleuchtungseinheit dazu eingerichtet ist, das Objekt (G) zu beleuchten um eine Fluoreszenzausbleichung des weiteren Fluoreszenzfarbstoffs zu erreichen.
  14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 oder 13, wobei die Beleuchtungseinheit dazu eingerichtet ist, die Beleuchtung mit einem räumlichen Profil durchzuführen, welche von einem räumlichen Profil der Bestrahlung mit der ionisierenden Strahlung durch den Applikator (A) abhängt.
  15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei die Beleuchtungseinheit dazu eingerichtet ist, die Beleuchtung mit einer Intensitätsmodulation durchzuführen, welche von einer Dosismodulation der Bestrahlung mit der ionisierenden Strahlung durch den Applikator (A) abhängt.
  16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 15, wobei - die Kamera als Stereokamera ausgebildet und dazu eingerichtet ist, basierend auf dem aufgenommenen Fluoreszenzlicht ein Fluoreszenzbild des Objekts (G) zu erstellen und zudem ein Weißlichtbild des Objekts (G) zu erstellen; - die Prozessoreinheit (P) dazu eingerichtet ist, basierend auf dem Fluoreszenzbild und dem Weißlichtbild eine dreidimensionale Rekonstruktion des Objekts (G) mit räumlich zugeordneten Werten für die Intensität des Fluoreszenzlichts zu erstellen.
  17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, beinhaltend eine Steuerungseinheit (ST), die dazu eingerichtet ist, den Applikator (A) gezielt und automatisch an zu bestrahlende Bereiche des Objekts (G) zu führen.
  18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei - die erste Substanz ein erstes Material enthält, dessen Reflexionsspektrum sich durch Bestrahlung mit der ionisierenden Strahlung verändert; - das Detektorsystem (D) eine Kamera zur Aufnahme von durch das erste Material reflektiertem Licht aufweist, welche das Detektorsignal basierend auf dem reflektierten Licht erzeugen kann; und - die Prozessoreinheit (P) dazu eingerichtet ist, basierend auf dem Detektorsignal einen Wert für eine Intensität des reflektierten Lichts zu ermitteln.
  19. Vorrichtung nach Anspruch 4 und 18, wobei - die zumindest eine weitere Substanz ein weiteres Material enthält; - das Detektorsystem (D) eine Kamera zur Aufnahme von durch das weitere Material reflektiertem Licht aufweist, welche das Detektorsignal basierend auf dem reflektierten Licht erzeugen kann; und - die Prozessoreinheit (P) dazu eingerichtet ist, basierend auf dem Detektorsignal jeweils einen Wert für eine Intensität des durch die Materialien jeweils reflektierten Lichts zu ermitteln.
  20. Vorrichtung nach Anspruch 19, wobei das Reflexionsspektrum des weiteren Materials durch Bestrahlung mit der ionisierenden Strahlung veränderbar ist.
  21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, wobei die ionisierende Strahlung Röntgenstrahlung oder Elektronenstrahlung oder Protonenstrahlung oder Ionenstrahlung oder Gammastrahlung beinhaltet.
  22. Computerprogramm mit Befehlen, welche bewirken, dass eine Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 21 ein Verfahren mit folgenden Schritten ausführt: - Bestrahlen des Objekts (G) mit der ionisierenden Strahlung mittels des Applikators (A); - Erfassen des von dem bestrahlten Bereich des Objekts (G) ausgehenden Lichts und Erzeugen des Detektorsignals basierend auf dem erfassten Licht durch das optische Detektorsystem (D); - Empfangen des Detektorsignals und Ermitteln des Wertes für die optisch beobachtbare Eigenschaft der ersten Substanz basierend auf dem Detektorsignal durch die Prozessoreinheit (P); und - Bestimmen der Dosis, mit welcher der Bereich bestrahlt wurde, zur Beurteilung des Status der Bestrahlung, basierend auf dem ermittelten Wert durch die Prozessoreinheit (P).
  23. Computerprogramm mit Befehlen, welche bewirken, dass eine Vorrichtung gemäß Anspruch 4 und einem der Ansprüche 1 bis 21 ein Verfahren mit folgenden Schritten ausführt: - Bestrahlen des Objekts (G) mit der ionisierenden Strahlung mittels des Applikators (A); - Erfassen des von dem bestrahlten Bereich des Objekts (G) ausgehenden Lichts und Erzeugen des Detektorsignals basierend auf dem erfassten Licht durch das optische Detektorsystem (D); - Empfangen des Detektorsignals und Ermitteln jeweils eines Wertes für die optisch beobachtbare Eigenschaft der ersten Substanz und die optisch beobachtbare Eigenschaft der zumindest einen weiteren Substanz basierend auf dem Detektorsignal durch die Prozessoreinheit (P); und - Bestimmen der Dosis, mit welcher der Bereich bestrahlt wurde, zur Beurteilung des Status der Bestrahlung, basierend auf den ermittelten Werten und einem vorbestimmten Mischungsverhältnis zwischen der ersten Substanz und der zumindest einen weiteren Substanz durch die Prozessoreinheit (P) .
  24. Computerlesbares Speichermedium, auf welchem ein Computerprogramm nach einem der Ansprüche 22 oder 23 gespeichert ist.
  25. Verfahren zum kontrollierten Bestrahlen eines nicht-lebendigen Objekts, gekennzeichnet durch - Zusetzen einer ersten Substanz mit einer optisch beobachtbaren Eigenschaft zu dem Objekt; - Bestrahlen des Objekts mit einer ionisierenden Strahlung; - Erfassen eines von einem bestrahlten Bereich des Objekts ausgehenden Lichts und Erzeugen eines Detektorsignals basierend auf dem erfassten Licht; - Ermitteln eines Wertes für die optisch beobachtbare Eigenschaft der ersten Substanz basierend auf dem Detektorsignal; und - Bestimmen einer Dosis, mit welcher der Bereich bestrahlt wurde, zur Beurteilung des Status der Bestrahlung, basierend auf dem ermittelten Wert.
  26. Verfahren nach Anspruch 25, weiterhin umfassend: - Zusetzen zumindest einer weiteren Substanz mit einer optisch beobachtbaren Eigenschaft zu dem Objekt, wobei sich die optisch beobachtbare Eigenschaft der zumindest einen weiteren Substanz von der optisch beobachtbaren Eigenschaft der ersten Substanz unterscheidet; - Ermitteln jeweils eines Wertes für die optisch beobachtbare Eigenschaft der weiteren Substanz basierend auf dem Detektorsignal; wobei die Dosis, mit welcher der Bereich bestrahlt wurde, zur Beurteilung des Status der Bestrahlung, basierend auf den ermittelten Werten und einem vorbestimmten Mischungsverhältnis zwischen der ersten Substanz und der zumindest einen weiteren Substanz bestimmt wird.
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