DE10250655A1

DE10250655A1 - Patientenpositionierungssystem, das eine Oberflächenfotogrammetrie verwendet

Info

Publication number: DE10250655A1
Application number: DE10250655A
Authority: DE
Inventors: Ali Bani-Hashemi; Michelle Marie Svatos
Original assignee: Siemens Medical Solutions USA Inc
Current assignee: Siemens Medical Solutions USA Inc
Priority date: 2001-11-01
Filing date: 2002-10-30
Publication date: 2003-06-26
Also published as: US20030083562A1

Abstract

Ein System zur Erzeugung von ersten Daten, die eine dreidimensionale Oberfläche von mindestens einem Bereich eines Patientenkörpers repräsentieren, während der Patient in der ersten Position ist, und zweiten Daten, die mindestens einen internen Bereich des Patientenkörpers repräsentieren, während der Patient in der ersten Position ist. Die erzeugten Daten können verwendet werden, um eine korrekte Position des Patienten während der Behandlung sicherzustellen, um die Patientenidentität vor der Behandlung zu überprüfen, um eine Änderung des Patientenkörpers zu identifizieren, die eine Revision eines entsprechenden Behandlungsplans erfordern kann, und um in Verbindung mit den Daten, die ein physikalisches Layout eines Strahlenbehandlungsbereichs repräsentieren, einen Strahlenbehandlungsplan zu erzeugen.

Description

Die Erfindung betrifft allgemein die Strahlenbehandlung, und insbesondere ein einfaches Patientenpositionieren während einer derartigen Behandlung.
Die Computertomographie (CT) dient als Werkzeug zur Planung moderner Strahlentherapien. Unter der Anweisung eines Onkologen erzeugt ein CT-Gerät mehrere Röntgenbilder eines Patienten und setzt diese Bilder in zweidimensionale CT- Querschnittsbilder des Patientenkörpers zusammen. Im Gegensatz zu herkömmlichen Röntgenbildern stellt ein CT-Bild sowohl harte Objekte, wie etwa Knochen, als auch weiches Gewebe, einschließlich Tumore dar. Somit kann das CT-Bild zur Diagnose verwendet werden, um erkranktes Gewebe und gesunde, aber gefährdete Organe darzustellen, zur Definition eines Behandlungsisozentrums, und zur Bestimmung von Eigenschaften eines Bestrahlungsstrahls, der zur Behandlung des Patienten verwendet wird (zum Beispiel des Strahltyps, der Form, der Dosierung, der Dauer).
Zur Erzeugung eines CT-Bildes muß der Patient genau positioniert werden, so dass von dem CT-Gerät ausgegebene Röntgenstrahlen nur einen Bereich des Patientenkörpers, der von Interesse ist, bestrahlen, um eine Bestrahlung von Gewebe in anderen Bereichen zu verhindern. Um dies zu erreichen werden oft stationäre Geräte und Strahlenschutzschilder oder Abschirmungen verwendet. Entsprechend können CT-Bilder nur kleine Bereiche des Patientenkörpers darstellen. Ferner werden keine Geräte, Strahlenschutzschilder oder anderes Zubehör, das verwendet wird, um eine unnötige Bestrahlung des Patienten zu vermeiden, dargestellt.
Wie oben beschrieben, können CT-Bilder verwendet werden, um einen Strahlenbehandlungsplan zu bestimmen. Der Plan wird von einem Physiker, einem Spezialisten für Dosierung und/oder einem Arzt basierend auf den CT-Bildern, und einer bekannten Konfiguration und der Fähigkeit eines Strahlenbehandlungsgeräts entworfen. Das Fehlen der oben genannten Elemente in den CT-Bildern (also das nicht darstellen) kann dazu führen, dass ein nicht geeigneter oder nicht ausführbarer Behandlungsplan festgelegt wird.
Die "Intensity Modulated Radiation Treatment" (IMRT) und die "Conformal Radiation Treatment" (CRT) sind beliebte Behandlungsarten, bei denen angenommen wird, dass die Wirkung der Behandlung von Tumoren maximiert und gleichzeitig die Bestrahlung von gesundem Gewebe minimiert wird. Jede dieser Behandlungsarten erfordert oft die Anordnung eines Gerüsts und/oder Tisches eines Strahlenbehandlungsgeräts an verschiedenen Positionen relativ zueinander, um Tumore von mehreren Richtungen aus zu bestrahlen. Bei der Verwendung gegenwärtiger CT-Bilder ist es jedoch schwierig zu bestimmen, ob die durch die Tischpositionen vorgegeben Positionierung des Patientenkörpers und die Verwendung von stationären Geräten und/oder Strahlenabschirmungen dazu führen, dass der Körper, die Geräte oder die Abschirmungen mit dem Gerüst oder anderen Elementen des Strahlenbehandlungsgeräts kollidieren. Dieses Problem wird in erster Linie dadurch verursacht, dass die CT-Bilder nicht alle körperlichen Elemente, wie oben beschrieben, enthalten.
Aufgrund des Vorangegangenen werden Behandlungspläne oft konservativ ausgelegt, um mögliche physikalische Kollisionen (Störungen) zwischen den relevanten Elementen zuzulassen, selbst wenn dann keine optimale Behandlungskonfiguration mehr verwendet werden kann. Alternativ kann ein Behandlungsplan ohne Berücksichtigung möglicher physikalischer Störungen entworfen werden. In jedem Fall kann ein Probelauf (ein sogenannter "Dry Run") einer Behandlung für einen Patienten, der entsprechend positioniert ist, aufdecken, dass die Behandlung in dieser Weise gar nicht möglich ist. Dies erfordert dann das Entwerfen eines neuen Behandlungsplans, was einen erheblichen Zeitverlust und eine Erhöhung der Kosten zur Folge hat. Entsprechend verschlechtern die oben genannten Probleme die Effizienz der Strahlenbehandlung, während gleichzeitig deren Kosten erhöht werden.
Gebraucht werden also ein System und ein Verfahren, das körperliche (physikalische) Elemente, die nicht durch CT-Bilder eingefangen werden, berücksichtigt. Weitere Vorteile würden von einem System und einem Verfahren resultieren, das die eingefangenen Elemente bei der Festlegung eines Strahlenbehandlungsplans berücksichtigt.
Gemäß herkömmlichen Strahlenbehandlung wird ein Bestrahlungsstrahl typischerweise auf einen Tumor in einem Patienten gerichtet, um gemäß einem erstellten Behandlungsplan eine vorbestimmte Dosis an therapeutischer Strahlung an den Tumor zu liefern. Ein geeignetes Bestrahlungstherapiegerät ist beispielsweise in US 5,668,847, 16. September 1997, Herndandez beschrieben, dessen Offenbarungsgehalt hiermit Bestandteil dieser Anmeldung wird.
Gesundes Gewebe und gesunde Organe liegen während der Strahlenbehandlung oft im Behandlungsweg des Bestrahlungsstrahls. Das gesunde Gewebe und die gesunden Organe müssen daher berücksichtigt werden, wenn eine Strahlendosis an den Tumor geliefert wird, wodurch das Festlegen eines Behandlungsplans aufwendiger wird. Speziell muss der Plan einen Ausgleich schaffen, zwischen dem Erfordernis, dass die Beschädigung von gesundem Gewebe und gesunden Organen minimiert wird, und dem Erfordernis, dass der Tumor eine adäquate hohe Strahlendosis erhält. Die Heilungsrate vieler Tumore hängt nämlich sehr stark von der erhaltenen Strahlendosis ab.
Behandlungspläne werden folglich derart entworfen, dass sie an ein Zielobjekt eine maximale Strahlung liefern, während an ein gesundes Gewebe eine minimale Strahlung geliefert wird. Ein Behandlungsplan wird jedoch unter der Annahme entworfen, dass sich relevante Bereiche eines Patienten während der Behandlung an einer bestimmten Position befinden. Wenn die relevanten Bereiche nicht exakt positioniert sind, wie durch den Behandlungsplan gefordert, können eine maximale Bestrahlung des Zielobjekts und eine minimale Bestrahlung des gesunden Gewebes nicht erreicht werden. Speziell können Fehler bei der Positionierung des Patienten die Lieferung einer geringeren Strahlendosis an den Tumor zur Folge haben, während gleichzeitig eine hohe Strahlendosis an empfindliches gesundes Gewebe geliefert wird. Die Wahrscheinlichkeit hierfür ist um so größer, je größer der Positionierungsfehler ist.
Aufgrund des oben Genannten werden Behandlungspläne unter der Annahme entworfen, dass Positionierungsfehler auftreten können, die eine Fehlbestrahlung (falsche Bestrahlung) zur Folge haben können. Die Behandlungspläne kompensieren diese mögliche Fehlbestrahlung, indem eine geringere Dosis oder kleinere Strahlenformen (zum Beispiel Strahlen, die die Ränder eines Tumors nicht bestrahlen) verwendet werden, als bei einer Bestrahlung verwendet werden würde, bei der eine korrekte Bestrahlung erwartet wird. Eine derartige Kompensation kann sich verschlechtern, wenn sich die Fehlertoleranzen bei der Patientenpositionierung reduzieren.
In Verbindung mit Behandlungen, die in herkömmlicher Weise festgelegt werden, verringert folglich ein genaueres Positionieren die Wahrscheinlichkeit dafür, dass gesundes Gewebe verletzt wird.
Ein genaueres Patientenpositionieren erlaubt auch den Entwurf einer "aggressiveren" Behandlung. Wenn bekannt ist, dass eine Fehlertoleranz bei der Patientenpositionierung gering ist, kann die Behandlung ein sicheres Bestrahlen eines größeren Bereichs eines Tumors gewährleisten, und zwar mit höherer Dosis, als in Fällen, bei denen die Fehlertoleranz größer ist.
Die Genauigkeit der Bestrahlung eines Tumors verschlechtert sich jedoch mit einer Änderung des Patientenkörpers. Beispielsweise kann ein Behandlungsplan festlegen, dass ein bestimmter Bestrahlungsstrahl an einen Patienten geliefert wird, während sich der Patient in einer bestimmten Position benachbart zu einem Strahlenbehandlungsgerät befindet. Der Strahl kann am Anfang der Behandlungen korrekt sein. Der Patientenkörper ändert sich jedoch mit der Zeit aufgrund von Gewichtsverlust oder anderen Bestrahlungssymptomen. Der Strahl kann dann möglicherweise nicht mehr korrekt sein, selbst wenn der Patient an der durch den Behandlungsplan vorgeschriebenen Position ist, da der Wuchs nicht länger an der gleichen Position relativ zu dem Behandlungsgerät ist, wie während der anfänglichen Behandlungen.
Gemäß der Erfindung werden ein System, ein Verfahren, ein Apparat und Mittel zur Erzeugung von ersten Daten geschaffen, die eine dreidimensionale Oberfläche von mindestens einem Bereich eines Patientenkörpers repräsentieren, während sich der Patient in einer ersten Position befindet, und zur Erzeugung von zweiten Daten, die mindestens einen internen Bereich des Patientenkörpers repräsentieren, während sich der Patient in der ersten Position befindet. Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen wird ein Strahlenbehandlungsplan basierend auf den ersten Daten, den zweiten Daten und basierend auf Daten, die ein körperliches oder physikalisches Layout (Anordnung) einer Strahlenbehandlungsstation repräsentieren, festgelegt.
Gemäß anderen Ausführungsbeispielen wird die erste Position während einer CT- Abtastung im Wesentlichen beibehalten, und dritte Daten, die eine dreidimensionale Oberfläche von mindestens einem Bereich des Patientenkörpers repräsentieren, werden erzeugt, während sich der Patient in einer zweiten Position befindet, die im Wesentlichen auch bei der Vorbereitung der Strahlenbehandlung eingenommen worden ist. Ferner wird gemäß den anderen Ausführungsbeispielen basierend auf den ersten Daten und den dritten Daten bestimmt, dass die zweite Position nicht der ersten Position entspricht.
Gemäß anderen Ausführungsbeispielen wird basierend auf den ersten Daten und den dritten Daten bestimmt, dass sich der Patientenkörper um mehr als einen Schwellenwert geändert hat. In Antwort auf diese Bestimmung, dass sich der Körper um mehr als einen Schwellenwert geändert hat, werden vierte Daten, die eine dreidimensionale Oberfläche von mindestens einem Bereich des Patientenkörpers repräsentieren, erzeugt, während der Patient in einer dritten Position ist, die im Wesentlichen während einer zweiten CT- Abtastung beibehalten bleibt.
Gemäß anderen Ausführungsbeispielen werden dritte Daten erzeugt, die eine dreidimensionale Oberfläche von mindestens einem Bereich des Patientenkörpers repräsentieren, während der Patient in der zweiten Position ist, und ein Bestrahlungsstrahl wird gemäß einem Strahlenbehandlungsplans aktiviert, wenn basierend auf den dritten Daten bestimmt wird, dass die zweite Position einem Kreispunkt der Körperbewegung entspricht, der durch den Behandlungsplan spezifiziert ist. Ferner werden vierte Daten, die eine dreidimensionale Oberfläche von mindestens einem Bereich des Patientenkörpers repräsentieren, erzeugt, während der Patient in einer dritten Position ist. Der Bestrahlungsstrahl kann gemäß dem Strahlenbehandlungsplan deaktiviert werden, wenn basierend auf den vierten Daten bestimmt wird, dass die dritte Position nicht dem durch den Behandlungsplan spezifizierten Punkt entspricht.
Die Erfindung ist nicht auf die genannten Ausführungsbeispiele beschränkt. Diese können von einen Fachmann auf diesem Gebiet entsprechend abgewandelt und modifiziert werden, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen.
Im Folgenden werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung erklärt. Es zeigen:
Fig. 1 ein Schaubild eines CT-Raums gemäß einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung;
Fig. 2 ein Blockdiagramm von Elementen der Geräte gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung;
Fig. 3 ein Schaubild eines Strahlenbehandlungsraums gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung;
Fig. 4 ein Diagramm von Elementen der Geräte gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung;
Fig. 5a bis 5d Flussdiagramme, die Prozessschritte zur Verwendung einer Oberflächenphotogrammetrie gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung zeigen; und
Fig. 6 eine Ansicht eines Phantoms, das zur Kalibrierung eines Systems gemäß den Ausführungsbeispielen der Erfindung verwendet wird.
Fig. 1 zeigt einen CT-Raum 100, der zur Erzeugung von Daten gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung geeignet ist. Der CT-Raum 100 enthält ein CT- Gerät 200, einen CT-Tisch 300, einen Patienten 400 und einen Oberflächenbilderzeuger 500. Die in Fig. 1 gezeigten Koordinatenachsen und Pfeile, die diese Achsen verbinden, werden später beschrieben und bei der Erläuterung der in Fig. 1 gezeigten Elemente nicht berücksichtigt.
Das CT-Gerät 200 wird verwendet, um CT-Daten zu erhalten, die mindestens einen Bereich des Patienten 400 repräsentieren. Das CT-Gerät erzeugt speziell CT-Daten durch Verwendung des Röntgenstrahlenprinzips: wenn Röntgenstrahlen durch einen Körper hindurch dringen, werden sie absorbiert oder mit unterschiedlichen Pegeln gedämpft, wodurch eine Matrix oder ein Profil von Röntgenstrahlen unterschiedlicher Stärke erzeugt wird. Bei der herkömmlichen Röntgenbilderzeugung wird ein Profilbild erzeugt, indem ein für Röntgenstrahlen empfindlicher Film verwendet wird. Im Falle von CT wird der Film durch einen bananenförmiger Detektor ersetzt, der das Röntgenprofil mißt und das Profil repräsentierende Daten ausgibt.
Der Detektor ist beispielsweise auf einem drehbaren Rahmen in dem CT-Gerät 200 montiert. Dem Detektor gegenüberliegend angeordnet befindet sich eine Röntgenröhre, die einen Fächerstrahl ausgibt, wenn der drehbare Rahmen die Röntgenröhre und den Detektor um den Patienten 400 schleudert. Dabei mißt der Detektor Profile des gedämpften Röntgenstrahls. Typischerweise werden bei einer 360° Umdrehung ungefähr 1000 Profile gemessen. Jedes Profil wird durch den Detektor räumlich unterteilt und in ungefähr 700 individuelle Datenkanäle eingespeist. Jedes Profil wird dann in ein zweidimensionales Bild des abgetasteten Bereichs rekonstruiert. Die zweidimensionalen Bilder körnen verarbeitet werden, um ein dreidimensionales Bild zu erzeugen. Sowohl die zweidimensionalen Bilder als auch das dreidimensionale Bild werden im Folgenden einfach als CT-Daten bezeichnet, und beide zeigen Gewebe und Knochen. Gemäß einigen Ausführungsbeispielen werden die erzeugten CT-Daten in einem CT-Koordinatenrahmen repräsentiert, der in Fig. 1 durch die Achsen X_C, Y_C und Z_C dargestellt ist.
Der CT-Tisch 300 wird verwendet, um den Patienten vor, während und nach der Erzeugung der CT-Daten zu positionieren. Der CT-Tisch 300 kann folglich bewegt werden, um relevante Bereiche des Patienten 400 in dem Röntgenstrahlweg in dem CT- Gerät 200 anzuordnen. Diese Bewegung kann durch einen Operator und/oder ein Computerprogramm gesteuert werden. Dabei können gemäß der Erfindung irgendein herkömmlicher CT-Tisch und ein herkömmliches CT-Gerät verwendet werden.
Der Oberflächenbilderzeuger 500 erzeugt ein Bereichsbild, das eine dreidimensionale Oberfläche innerhalb des CT-Raums 100 repräsentiert. Ein Bereichsbild ist ein Bild, bei dem jeder Pixelwert nicht nur die Intensität von Licht kodiert, das in einer bestimmten Richtung reflektiert ist, sondern auch den Abstand (oder Bereich) zur nächsten Oberfläche in dieser Richtung. Die Oberfläche kann Oberflächen des Patienten 400, des Tisches 300, des CT-Geräts 400 und von Positionierungszubehör enthalten, das zur Positionierung und zur Abschirmung des Patienten 400 verwendet wird, um Bereiche des Patienten 400 zu schützen. Der Oberflächenbilderzeuger 500 kann Daten des Bereichsbildes erzeugen, indem geeignete Techniken verwendet werden, wie etwa die Stereovideoerzeugung oder "Time-off-flight"-Laserdetektion. Im vorliegenden Fall erzeugt der Oberflächenbilderzeuger 500 dreidimensionale Oberflächendaten durch Projektion eines Lichtmusters auf eine Oberfläche und durch Erfassen der Abdeckung der Oberfläche durch dieses Lichtmuster. Selbstverständlich brauchen die durch den Oberflächenbilderzeuger 500 erzeugten Daten nicht in einem Bereichsdatenformat sein, sondern irgendein geeignetes Format zur Darstellung von dreidimensionalen Oberflächendaten kann verwendet werden und ist ausreichend.
Gemäß einigen Ausführungsbeispielen arbeiten die Elemente des Raums 100 zur Erzeugung von ersten Daten, die eine dreidimensionale Oberfläche von mindestens einem Bereich eines Patientenkörpers repräsentieren, während der Patient in einer ersten Position ist, und zur Erzeugung von zweiten Daten, die mindestens einen internen Bereich des Patientenkörpers repräsentieren, während der Patient in der ersten Position ist. Dadurch können Ersteller von Behandlungsplänen effektiv Beziehungen zwischen dem CT-Gerät 200, dem CT-Tisch 300 und einem entsprechend positionierten Patienten 400 für verschiedene Behandlungsszenarien visualisieren.
Fig. 2 zeigt interne Architekturen verschiedener Elemente des CT-Raums 100, einschließlich des CT-Geräts 200 und des Oberflächenbilderzeugers 500. Ebenfalls gezeigt ist eine interne Architektur des CT-Computers 600, der nicht in dem CT-Raum 100 gemäß Fig. 1 gezeigt ist. Der CT-Computer 600 kann betrieben werden, um das CT- Gerät 200 zu veranlassen Schritte gemäß den Ausführungsbeispielen der Erfindung durchzuführen. Der CT-Computer 600 kann innerhalb des CT-Raums 100 sein, in einem strahlengeschützten Raum benachbart zu dem CT-Raum 100 oder anderswo.
Das CT-Gerät 200 enthält ein Abtastgerät 210, das eine Röntgenröhre und einen Detektor aufweist, sowie andere physikalische Geräte, die zur Erzeugung von Röntgenprofilen notwendig sind. Die CT-Steuerung 220 steuert das Abtastgerät 210 unter Verwendung einer internen Logik und/oder ausführbaren Prozessschritten. Entsprechend kann das Abtastgerät 210 einen Mikroprozessor, eine programmierbare Logiksteuerung oder dergleichen enthalten. Einige dieser Prozessschritte können Teil eines Abtastprogramms 232 sein, das im Speicher 230 gespeichert ist. In diesem Fall enthält das Abtastprogramm 232 ausführbare Prozessschritte zur Steuerung der Hardwareelemente des CT-Geräts 100, um einen Körper abzutasten und folglich Röntgenprofile zu erzeugen.
Die erzeugten Röntgenprofile werden im Speicher 230 als CT-Daten 234 gespeichert. Die CT-Daten 234 können unbearbeitete Profildaten sein, zweidimensionale Bilder, die basierend auf den unbearbeiteten Profildaten erzeugt worden sind, oder dreidimensionale Bilder, die basierend auf den unbearbeiteten Profildaten und/oder den zweidimensionalen Bildern erzeugt worden sind.
Der CT-Computer 600 enthält ein Eingabegerät 610, ein Ausgabegerät 620, eine CT- Computersteuerung 630 und einen Speicher 640. Das Eingabegerät 610 kann durch einen Operator manipuliert werden, um Befehle an den CT-Computer 600 und das CT-Gerät 200 zu liefern. Das Eingabegerät 610 kann folglich eine Tastatur, ein Zeigegerät, ein Touchscreen und/oder ein anderes Eingabegerät sein. Das Ausgabegerät 630 wird zur Ausgabe von Bildern, Text und Daten an den Operator verwendet, und kann folglich eine Anzeige, ein Drucker oder dergleichen sein. Die Daten können auch unter Verwendung eines Kommunikationsanschlusses (nicht gezeigt) vom CT-Computer 600 ein- und ausgegeben werden, der den CT-Computer 600 mit anderen Geräten verbindet. Beispielsweise können Befehle über einen derartigen Kommunikationsanschluss an das CT-Gerät 200 gesendet und CT-Daten vom CT-Gerät 200 empfangen werden.
Die CT-Computersteuerung 630 steuert Elemente des CT-Computers 600 gemäß einer internen Logik und/oder ausführbaren Prozessschritten. Die Prozessschritte können von einem anderen Gerät empfangen oder in dem Speicher 640 gespeichert werden. Die Prozessschritte, die zur Steuerung der Funktionen des CT-Geräts 200 verwendet werden, sind in dem CT-Programm 641 enthalten. Der Behandlungsplanerzeuger speichert basierend auf den CT-Daten, den Oberflächendaten und den Daten eines LINAC (Linear Accelerator)-Datenmodells 643 die Prozessschritte, die zur Erzeugung eines Strahlenbehandlungsplans durchführbar sind.
Das LINAC-Datenmodell 643 enthält Daten, die eine physikalische Struktur von Elementen innerhalb eines LINAC-Raums repräsentieren, in dem die Strahlenbehandlung erfolgt. Die Daten können durch eine herkömmliche Computeranwendung zur Erzeugung von Behandlungsplänen verwendet werden. Durch Erzeugung eines Strahlenbehandlungsplans basierend auf den Oberflächendaten und dem Datenmodell können mögliche Störungen zwischen einem Patientenkörper und den Elementen des LINAC-Raums genau bestimmt werden. Im Ergebnis reduziert sich die Wahrscheinlichkeit, dass der Behandlungsplan neu erstellt werden muss, und er kann "aggressiver" ausgelegt werden.
Ebenfalls im Speicher 640 sind die CT-Daten 644, die CT-Einzelbildoberflächendaten 645 und die Patienteneinzelbildoberflächendaten 646 gespeichert. Die CT-Daten 644 enthalten lediglich CT-Daten, die durch das CT-Gerät 200 erzeugt worden sind, in irgendeinem Format, einschließlich einem unbearbeiteten Format und/oder Bildformat. Gemäß einigen Ausführungsbeispielen sind die Daten der CT-Daten 644 in dem Koordinatenrahmen des CT-Geräts 200 darstellt. Die CT-Einzelbildoberflächendaten 645 enthalten dreidimensionale Oberflächendaten, die durch den Oberflächenbilderzeuger S00 erzeugt und in den Koordinatenrahmen des CT-Geräts 200 transformiert worden sind. Die Patienteneinzelbildoberflächendaten 646 enthalten auch dreidimensionale Oberflächendaten, die durch den Oberflächenbilderzeuger 500 erzeugt worden sind, jedoch sind die Oberflächendaten der Oberflächendaten 646 in den Koordinatenrahmen eines bestimmten Patienten transformiert. In diesem Zusammenhang können die Oberflächendaten 646 individuelle Sätze von Oberflächendaten enthalten, die jeweils einem anderen Patienten entsprechen. Eine genaue Beschreibung der oben genannten Transformationen erfolgt später.
Wie in Fig. 2 gezeigt, enthält der Oberflächenbilderzeuger 500 einen Lichtmusterprojektor 510, einen Sensor 520, eine Bildsteuerung 530 und einen Speicher 540. Der Lichtmusterprojektor 510 und der Sensor 520 werden durch die Bildsteuerung 530 gesteuert, um Bereichsdaten, die eine dreidimensionale Oberfläche repräsentieren, zu erzeugen, wie oben beschrieben. Die Bildsteuerung 530 kann diese Steuerung durch Ausführen von Prozessschritten des Datenerzeugungsprogramms 542 durchführen. Die erzeugten Oberflächendaten werden ebenfalls im Speicher 540 als Oberflächendaten 544 gespeichert. Die Oberflächendaten 544 können verschiedene Sätze von Oberflächendaten enthalten, die Bereiche von unterschiedlichen Patientenkörpern repräsentieren. Gemäß einigen Ausführungsbeispielen enthalten die Oberflächendaten 544 Bereichsdaten, die in den Koordinatenrahmen des CT-Geräts 200 transformiert worden sind.
Jedes der in Fig. 2 gezeigten Geräte kann weniger oder mehr Elemente aufweisen, als gezeigt. Darüber hinaus kann die Transformation und das Speichern der erzeugten Daten durch irgendeine andere geeignete Vorrichtung erfolgen. Darüber hinaus sind die Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung nicht auf die drei gezeigten Geräte beschränkt.
Fig. 3 zeigt einen LINAC-Raum 700 gemäß einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung. Der LINAC-Raum 700 enthält einen Patienten 400, einen LINAC 800 und einen Oberflächenbilderzeuger 900. Wie unter Bezugnahme auf Fig. 1 erwähnt, wird die Beschreibung der dargestellten Koordinatenachsen und der Verbindungspfeile an dieser Stelle zurückgestellt.
Der LINAC 800 enthält ein Gerüst 810, eine Basis 820 und einen LINAC-Tisch 830. Das Gerüst 810 beinhaltet einen Behandlungskopf 815, von dem ein Bestrahlungsstrahl ausgegeben wird. Der Strahl kann Elektronen, Photonen oder andere Arten detektierbarer Strahlung aufweisen. Das Gerüst 810 kann um eine horizontale Drehachse während der Strahlenbehandlung gedreht werden, so dass unterschiedliche Strahlwinkel und Strahlenverteilungen möglich sind, ohne den Patienten 400 zu bewegen.
Während der Durchführung der Behandlung wird der Bestrahlungsstrahl auf das LINAC- Isozentrum trainiert, das an der Kreuzung der Achsen X_L, Y_L und Z_L angeordnet ist. Entsprechend wird der Patient 400 vorzugsweise derart positioniert, dass das Zentrum eines zu bestrahlenden Bereichs oder das Patienten-Isozentrum (das an der Kreuzung der Achsen X_P, Y_P und Z_P ist) im LINAC-Isozentrum liegt. Folglich ist die Position des Patienten 400 in dem LINAC-Raum 700 nicht optimal zur Behandlungsdurchführung. Speziell wird der Patient 400 vor der Behandlung derart positioniert, dass das Patienten- Isozentrum und das LINAC-Isozentrum übereinstimmen (zusammenfallen).
Der Oberflächenbilderzeuger 900 wird verwendet, um Oberflächendaten, die eine dreidimensionale Oberfläche in dem LINAC-Raum 700 repräsentieren, zu erzeugen. Die Daten, die Bereichsdaten enthalten können, können zur Positionierung des Patienten 400 bei der Durchführung der Behandlung verwendet werden. Die erzeugten Oberflächendaten können insbesondere in Verbindung mit Oberflächendaten verwendet werden, die während einer CT-Abtastung durch den Oberflächenbilderzeuger 500 erzeugt worden sind, um im Wesentlichen auf dem LINAC-Tisch 830 eine Position von mindestens einem Bereich eines Patientenkörpers zu duplizieren, die während der CT- Abtastung aufrecht erhalten bleibt. Der Oberflächenbilderzeuger 900 kann zu dem Oberflächenbilderzeuger 500 identisch oder ein anderes Oberflächenbilderzeugermodell sein, dass das gleiche Betriebsprinzip wie der Bilderzeuger 500 verwendet, oder ein Oberflächenbilderzeuger, der vollkommen anders arbeitet als der Bilderzeuger 500.
Fig. 4 zeigt ein Blockdiagramm von Bereichen des LINACs 800, des Oberflächenbilderzeugers 900 und des LINAC-Computers 1000. Der LINAC-Computer 1000 ist in Fig. 3 nicht gezeigt, da der LINAC-Computer 1000 typischerweise von einem Therapeuten bedient wird, der sich in einem anderen Raum befindet, um vor der Strahlung geschützt zu sein. Der Therapeut führt den Strahlenbehandlungsplan durch, der basierend auf den CT-Daten, die mindestens einen internen Bereich eines Patientenkörpers repräsentieren, den Oberflächendaten, die eine dreidimensionale Oberfläche des Patienten repräsentieren, der für eine CT-Abtastung positioniert ist, und Daten, die ein physikalisches Layout des LINAC-Raums 700 repräsentieren, erzeugt worden ist.
Der Therapeut bedient den LINAC-Computer 1000 durch Verwendung des Eingabegeräts 1010, wie etwa einer Tastatur oder dergleichen. Die Daten können von anderen Geräten, wie etwa einem CT-Computer 600 über einen Eingabe-/Ausgabeanschluss (nicht gezeigt) eingegeben werden. Ferner können verschiedene Daten an den Therapeuten vor und während der Behandlung durch das Ausgabegerät 1020 ausgegeben werden.
Der Speicher 1040 speichert zur Steuerung Daten, die von dem LINAC 800 erzeugt worden sind. Diese Daten enthalten Prozessschritte des LINAC-Programms 1042, die von der Steuerung 1030 ausgeführt werden, um den LINAC 800 derart zu steuern, dass einer der Behandlungspläne 1044, der durch einen Onkologen für einen bestimmten Patienten definiert worden ist, ausgeführt wird. Ein oder mehrere Behandlungspläne 1044 können von dem CT-Computer 600 unter Verwendung des Behandlungsplangenerators 642 erzeugt und an den LINAC-Computer 100 über irgendeine zur Übertragung von Daten geeignete Kommunikationsverbindung übertragen werden. Natürlich können die Behandlungspläne 1044 von dem LINAC-Computer 1000 unter Verwendung des LINAC-Programms 1042 erzeugt werden. Die im Folgenden beschriebenen Funktionen können dann durch den CT-Computer 600 oder den LINAC-Computer 1000 von einem einzelnen Gerät oder von anderen Geräten durchgeführt werden, die das CT-Gerät 200, den Oberflächenbilderzeuger 500, den LINAC 800 und den Oberflächenbilderzeuger 900 enthalten. Für einen Fachmann ist es selbstverständlich, dass irgendein zu diesem Zweck geeigneter Computer in bestimmter Weise programmiert werden kann, um die oben beschriebene Funktionalität zu erhalten.
Die LINAC-Einzelbildoberflächendaten 1046 werden auch im Speicher 1040 gespeichert. Die LINAC-Einzelbildoberflächendaten 1046 werden verwendet, um zu bestimmen ob ein Patient gemäß einem Strahlenbehandlungsplan richtig positioniert ist. Einzelheiten werden später unter Bezugnahme auf die Fig. 5a bis 5d beschrieben. Gemäß einigen Ausführungsbeispielen führt die Steuerung 1030 die Prozessschritte des LINAC- Programms 1042 durch, um die Oberflächendaten, die von dem Oberflächenbilderzeuger 900 erzeugt worden sind, in LINAC-Einzelbildoberflächendaten 1046 zu konvertieren. Der Oberflächenbilderzeuger 900 gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist mit dem Oberflächenbilderzeuger 500 identisch, und seine physikalischen Elemente werden folglich nicht noch einmal diskutiert. Im Betrieb erzeugt der Oberflächenbilderzeuger 900 jedoch Daten, die eine dreidimensionale Oberfläche von mindestens einem Bereich eines Patientenkörpers repräsentieren, während der Patient seine für die Strahlenbehandlung vorgesehene Position im Wesentlichen beibehält. Diese Daten, die unter Oberflächendaten 944 gespeichert werden, werden verwendet, um zu bestimmen, ob die Position einer Position entspricht, die der Patient während der Erzeugung der CT-Daten eingenommen hat, die zur Planung der Strahlenbehandlung verwendet worden sind.
Die Strahlenbehandlung erfolgt durch den Behandlungskopf 815 unter der Steuerung durch die LINAC-Steuerung 840. Speziell führt die LINAC-Steuerung 840 die Prozessschritte des Behandlungsliefersteuerprogramms 855 durch, um einen Bestrahlungsstrahl gemäß einem Behandlungsplan, der unter den Behandlungsplänen 1044 gespeichert ist, zu erzeugen und zu liefern. Der LINAC-Computer 1000 kann Anweisungen gemäß einem Behandlungsplan an den LINAC 800 übertragen, der wiederum diese Anweisungen unter Verwendung von Funktionen durchführt, die vom Behandlungsdurchführungssteuerprogramm 855 bereitgestellt werden.
Einige der Anweisungen können beispielsweise die LINAC-Steuerung 840 veranlassen einen Befehl an die Gerüststeuerung 805 zu liefern, um das Gerüst 810 in eine bestimmte Position relativ zum Patienten 400 zu drehen. Andere Anweisungen können die Tischsteuerung 825 veranlassen den Tisch 830 in eine entsprechende Position zu bewegen, so dass die Position des Patienten 400 bezüglich des Behandlungskopfs 815 entsprechend stimmt. Gemäß einigen Ausführungsbeispielen können das Gerüst 810 und/oder der Tisch 830 während einer Behandlung erneut positioniert werden, um eine vorgeschriebene Strahlendosis zu liefern. Viele Funktionen des LINAC 800 können auch von einem Benutzer manuelle gesteuert werden, indem eine Benutzerkonsole 860 verwendet wird, die eine fest verkabelte Steuervorrichtung oder eine Funksteuervorrichtung sein kann.
Die Fig. 5a bis 5d zeigen Prozessschritte 1100 gemäß einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung. Die Prozessschritte 1100 können von verschiedenen Geräten durchgeführt werden, unter Steuerung durch von der Steuerung ausführbaren Prozessschritten, die in den Geräten gespeichert sind oder von anderen Geräten empfangen werden. Die folgende Beschreibung der Prozessschritte 1100 assoziiert jeden Prozessschritt mit einem Gerät, das diesen Schritt ausführt, und zeigt auch zwei oder mehrere alternative Geräte zur Durchführung einiger Prozessschritte. Andere Ausführungsformen gemäß der Erfindung sind natürlich möglich. Die spezielle Anordnung der Prozessschritte 1100 ist nicht auf die Reihenfolge beschränkt, sondern andere Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung können andere Reihenfolgen verwenden.
Die Prozessschritte 1100 werden ausgeführt, um erste Daten, die eine dreidimensionale Oberfläche von mindestens einem Bereich eines Patientenkörpers repräsentieren, zu erzeugen, während sich der Patient in einer ersten Position befindet, und um zweite Daten, die mindestens einen internen Bereich des Patientenkörpers repräsentieren, zu erzeugen, während sich der Patient in der ersten Position befindet. Ferner werden die Schritte 1100 ausgeführt, um einen Strahlenbehandlungsplan basierend auf den ersten Daten, den zweiten Daten und Daten, die ein physikalisches Layout einer Strahlenbehandlungsstation repräsentieren, festzulegen.
In Schritt S1101 werden zuerst das CT-Gerät 200 und der Oberflächenbilderzeuger 500 kalibriert. Wie in Fig. 1 gezeigt, erzeugt das CT-Gerät 200 CT-Daten, die in einem Koordinatensystem mit den Achsen X_C, Y_C und Z_C dargestellt werden. Dieses Koordinatensystem wird auch als CT-Rahmen bezeichnet. Der Oberflächenbilderzeuger 500 erzeugt dreidimensionale Oberflächendaten, die bezüglich des Koordinatenrahmens formatiert sind, der durch die Achsen X_S1, Y_S1 und Z_S1 dargestellt ist. Dieser Rahmen wird als erster Bilderzeugerrahmen bezeichnet. Die Kalibrierung umfasst das Bestimmen einer Transformationsmatrix T_S1C zur Umwandlung von Daten, die in dem ersten Bilderzeugerrahmen dargestellt sind, in Daten, die in dem CT-Rahmen dargestellt sind.
Fig. 6 zeigt ein Phantom 1200, das zur Bestimmung der Transformationsmatrix T_S1C gemäß den anderen Ausführungsbeispielen des Schritts S1101 verwendet wird. Der Körper des Phantoms 1200 besteht aus einem Material mit einem kleinen Röntgenstrahlabsorptionskoeffizient, wie etwa Acryl. Der Phantom 1200 enthält acht Messmarkierungen 1250, die vom CT-Gerät 200 sowie vom Oberflächenbilderzeuger 500 erfasst werden können, und die einen Röntgenstrahlabsorptionskoeffizient aufweisen, der größer ist als der Koeffizient des Körpers.
Das Phantom 1200 wird ferner an dem Schnittpunkt der Achsen X_C, Y_C und Z_C angeordnet, während sich der CT-Tisch 300 in einer Nullposition befindet, wie in Fig. 1 gezeigt. Das Phantom 1200 wird dann vom CT-Gerät 200 abgetastet, wodurch CT-Daten erzeugt werden, die in dem CT-Rahmen dargestellt sind. Der Tisch 300 wird in die Nullposition zurückgebracht, und der Oberflächenbilderzeuger 500 erzeugt dreidimensionale Oberflächendaten, die das Phantom 1200 repräsentieren. Da sie sich vom Körper des Phantoms 1200 erstrecken, repräsentieren die erzeugten Daten die Messmarkierungen 1250. Die Koordinaten von acht Punkten, die die Markierungen 1250 repräsentieren, werden von den CT-Daten und den Oberflächendaten identifiziert. Die Koordinaten werden verwendet, um einen überbestimmten Satz von linearen Gleichungen zu erzeugen, deren Lösung T_S1C ist. Das Phantom 1200 enthält vorzugsweise mindestens vier entsprechende nicht coplanare Punkte, die zur Lösung für T_S1C verwendet werden können, indem herkömmliche Matrixtechniken verwendet werden. T_S1C kann im Speicher 640 des CT-Computers 600 gespeichert werden. Diesbezüglich kann der Schritt S1101 von dem CT-Gerät 200 und dem Oberflächenbilderzeuger 500 durchgeführt werden, wobei die Steuerung vom CT-Computer 600 übernommen wird.
Der Schritt S1101 enthält auch das Kalibrieren des LINAC 800 und des Oberflächenbilderzeugers 900. Dieses Kalibrieren soll die Transformationsmatrix T_S2L erzeugen, die verwendet werden kann, um die Daten, die von dem Oberflächenbilderzeuger 900 erzeugt worden sind, in einen Koordinatenraum der Daten umzuwandeln, die von dem LINAC 800 erzeugt worden sind.
Der LINAC-Tisch 830 wird zuerst in seine Nullposition, wie in Fig. 3 gezeigt, bewegt. Fig. 3 zeigt Koordinatenachsen X_L, Y_L und Z_L, die einen LINAC-Koordinatenrahmen repräsentieren, und Achsen X_S2, Y_S2 und Z_S2, die einen Koordinatenrahmen des Oberflächenbilderzeugers 900 repräsentieren, der im Folgenden als zweiter Bilderzeugerkoordinatenrahmen bezeichnet wird. Das Phantom 1200 wird im Ursprung des LINAC-Koordinatenrahmens angeordnet, und der Oberflächenbilderzeuger 900 erzeugt Daten, die eine dreidimensionale Oberfläche des Phantoms 1200 repräsentieren. Die Koordinaten der Messmarkierungen 1250 werden von den erzeugten Daten extrahiert.
Als nächstes wird der LINAC-Tisch 830 bewegt, um eine der Markierungen 1250 im Isozentrum des LINAC 800 zu positionieren. Das Isozentrum ist ein Punkt, in dem sich eine Strahlung fokussieren würde, wenn der LINAC aktiviert wäre. In Fig. 3 legt das Isozentrum im Ursprung des LINAC-Koordinatenrahmens. Die Koordinaten des LINAC- Tisches 830 werden aufgezeichnet, und der Tisch 830 wird bewegt, so dass eine andere Markierung 1250 im Isozentrum des LINAC 800 positioniert wird. Die Koordinaten des Tisches 830 werden erneut aufgezeichnet. Der oben beschriebene Prozess wird für jede der Markierungen 1250 wiederholt. Wie unter Bezugnahme auf T_S1C beschrieben, werden die acht Koordinaten, die von dem Oberflächenbilderzeuger 900 erzeugt worden sind, und die acht Tischkoordinaten verwendet, um einen überbestimmten Satz linearer Gleichungen zu bestimmen, deren Lösung T_S2L ist.
Die Phantome, die zur Kalibrierung in dem CT-Raum 100 und in dem LINAC-Raum verwendet werden, müssen nicht identisch sein. Die Ausführungsbeispiele können ferner Verfahren zur Bestimmung von Transformationsmatrizen verwenden, die sich von dem oben Beschriebenen unterscheiden.
Das Verfahren wird von Schritt S1101 nach Schritt S1102 fortgesetzt, wo ein Patient für eine CT-Abtastung im CT-Raum 100 positioniert ist. Der Patientenkörper wird auf dem CT-Tisch 300 derart positioniert, dass CT-Daten eines bestimmten internen Bereichs des Patienten mit bester Qualität erzeugt werden. Ein derartiges Positionieren kann beispielsweise Kopfkissen, Keile, Stützen oder Abschirmungen erfordern. Sobald der Patient entsprechend positioniert ist, erzeugt das CT-Gerät CT-Daten in Schritt S1103, wie oben beschrieben. Die erzeugten CT-Daten werden unter CT-Daten 234 und CT- Daten 644 gespeichert und in dem CT-Koordinatenrahmen dargestellt.
In Schritt S1104 führt der Oberflächenbilderzeuger 500 ein Datenerzeugungsprogramm 542 aus, um Daten zu erzeugen, die eine dreidimensionale Oberfläche des Patientenkörpers repräsentieren. Die dreidimensionale Oberfläche soll im Wesentlichen eine Oberfläche des Patientenkörpers nachahmen, oder andere körperliche Elemente, die während der Erzeugung der CT-Daten angeordnet werden. Entsprechend ist es von Vorteil, wenn der Schritt S1104 gleichzeitig mit dem Schritt S1103 durchgeführt wird.
Die Oberflächendaten werden unter Oberflächendaten 544 gespeichert und in dem ersten Bilderzeugerkoordinatenrahmen dargestellt. Entsprechend werden die Oberflächendaten in Schritt S1105 in den CT-Koordinatenrahmen umgesetzt. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel erfolgt die Umsetzung durch den CT-Computer 600, der das CT- Programm 641 ausführt, um eine Transformationsmatrix T_S1C für die Oberflächendaten zu verwenden. Die umgesetzten Daten werden dann unter CT-Einzelbildoberflächendaten 645 gespeichert.
In Schritt S1106 wird dann ein Isozentrum des Patienten bestimmt. Das Isozentrum ist ein Punkt innerhalb des Patientenkörpers, in dem ein Bestrahlungsstrahl gemäß einem Behandlungsplan fokussiert sein sollte. Entsprechend wird die Position des Isozentrums durch einen Spezialisten festgelegt, der die graphischen Darstellungen der CT-Daten, die in Schritt S1103 erzeugt worden sind, prüft. Die Darstellungen können von einem Ausgabegerät 620 angezeigt und/oder von einem Ausgabegerät 620 in Papierform ausgegeben werden. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel können die Schritte S1103 bis S1106 in beliebiger Reihenfolge durchgeführt werden, solange der Schritt S1103 vor dem Schritt S1106 und der Schritt S1104 vor dem Schritt S1105 erfolgt.
Es sei angenommen, dass das Isozentrum des Patienten derart bestimmt ist, dass es im Schnittpunkt der Achsen X_P, Y_P und Z_P gemäß Fig. 3 liegt. Unter Verwendung der Koordinaten des Isozentrums bezüglich des CT-Koordinatenrahmens werden die CT- Einzelbildoberflächendaten in Schritt S1107 in den Koordinatenrahmen umgesetzt, der durch die Achsen X_P, Y_P und Z_P oder durch den Patienten-Koordinatenrahmen definiert ist. Die Umsetzung kann beispielsweise durch den CT-Computer 600 erfolgen, und die umgesetzten Daten werden unter Patienteneinzelbildoberflächendaten 646 gespeichert.
Der Strahlenbehandlungsplan wird in Schritt S1108 basierend auf den erzeugten CT- Daten, den erzeugten Oberflächendaten und basierend auf den Daten, die ein physikalisches Layout der Strahlenbehandlungsstation repräsentieren, bestimmt. Die zuletzt genannten Daten sind im LINAC-Datenmodell 643 enthalten, und enthalten Modelle des Gerüsts 810, der Basis 820, des LINAC-Tisches 830 und irgendwelcher anderen Elemente, die körperlich mit dem Patienten 400 während einer Strahlenbehandlung kollidieren können. Der Behandlungsplan kann bestimmt werden, indem der CT-Computer 600 den Behandlungsplangenerator 642 entsprechend anweist.
Gemäß einigen Ausführungsbeispielen kann ein Spezialist (oder mehrere Spezialisten) die überlagerten Darstellungen der CT-Daten, der Oberflächendaten und der physikalischen Layoutdaten betrachten, um die beste Behandlung für das Gewebe zu bestimmen, das bei dem bestimmten Patientenisozentrum lokalisiert ist. Um die Verarbeitung zu vereinfachen, die vom CT-Computer 600 durchgeführt werden muss, um die Darstellungen zu überlagern, können die Oberflächendaten in dem CT- Koordinatenrahmen dargestellt werden. Der Behandlungsplangenerator kann natürlich ausführbare Prozessschritte enthalten, um ein Szenario zu erzeugen, das Oberflächendaten verwendet, die in dem ersten Bilderzeugerrahmen dargestellt sind. Während des Schritts S1108 werden Angaben berücksichtigt, die beispielsweise die Gerüstposition, die Tischposition, die Strahlenform, etc. betreffen. Der festgelegte Behandlungsplan kann an den LINAC-Computer 1000 zur Speicherung unter Behandlungsplänen 1044 übertragen werden.
In Schritt S1109 wird der Patient 400 zur Vorbereitung der Strahlenbehandlung auf dem LINAC-Tisch 830 positioniert. Gemäß einigen Ausführungsbeispielen wird der Patient derart positioniert, dass die Laserstrahlen, die von Geräten ausgesendet werden, die in dem LINAC-Raum 700 vorhanden sind, auf Tattoos oder andere Markierungen treffen, die auf dem Patienten vorhanden sind, der sich in dem CT-Raum 100 befindet. Gemäß diesen Ausführungsbeispielen ist der Patientenkörper mit drei oder mehreren Punkten senkrecht zu dem bestimmten Isozentrum markiert. Zur Markierung des Patienten wird dieser auf dem CT-Tisch 300 positioniert, und der CT-Computer 600 verwendet Koordinaten des bestimmten Isozentrums zur Positionierung der Strahl emitierenden Geräte (nicht gezeigt) senkrecht zum Isozentrum. Der Patient ist dort markiert, wo die Strahlen auf den Patientenkörper treffen. In dem LINAC-Raum 700 sind die Strahl emitierenden Geräte derart angeordnet, dass ihre ausgegebenen Strahlen sich im Isozentrum des LINAC 800 schneiden, wenn die Strahlen auf die Tattoos treffen. Andere herkömmliche Techniken können zur Positionierung des Patienten 400 in Schritt S1109 verwendet werden.
Der Oberflächenbilderzeuger 900 erzeugt in Schritt S1110 Daten, die eine dreidimensionale Oberfläche von mindestens einem Bereich des Patientenkörpers repräsentieren. Die erzeugten Daten werden in dem zweiten Bilderzeuger- Koordinatenrahmen dargestellt und als Oberflächendaten 544 gespeichert. Als nächstes wandelt in Schritt S1111 der LINAC-Computer 1000 die in Schritt S1110 erzeugten Daten unter Verwendung der Transformationsmatrix T_S2L in den LINAC- Koordinatenrahmen um. Die umgesetzten Daten werden unter LINAC- Einzelbildoberflächendaten 1046 im Speicher 1040 gespeichert.
Im Schritt S1112 führt der LINAC-Computer 1000 das LINAC-Programm 1042 aus, um zu bestimmen, ob die Oberflächendaten, die in Schritt S1111 erzeugt worden sind, den Oberflächendaten, die in Schritt S1107 erzeugt worden sind, entsprechen. Die Daten können als einander entsprechend bestimmt werden, wenn die Koordinaten, die sich in den Daten wiederspiegeln, identisch sind, oder um weniger als einen bestimmten statistischen, mathematischen Abstandsschwellenwert abweichen. Die Bestimmung kann nur Oberflächendaten berücksichtigen, die Bereiche des Patienten 400 wiederspiegeln, die innerhalb eines bestimmten Abstandes vom LINAC-Isozentrums liegen, und können sowohl manuelle als auch automatisierte Schritte umfassen. Da die Oberflächendaten, die in Schritt S1111 erzeugt worden sind, in dem LINAC-Koordinatenrahmen dargestellt sind, und die Oberflächendaten, die in Schritt S1107 erzeugt worden sind, in dem Patienten-Koordinatenrahmen dargestellt sind, zeigt die Bestimmung einer Korrespondenz in Schritt S1112, dass das Patientenisozentrum im Wesentlichen im LINAC-Isozentrum liegt, und dass eine relevante Oberfläche des Patienten 400 im Wesentlichen an der gleichen Position ist, wie in Schritt S1104. Entsprechend wird der Ablauf bei Schritt S1119 zur Durchführung der Strahlenbehandlung gemäß dem Strahlenbehandlungsplan, der in Schritt S1108 bestimmt worden ist, fortgesetzt.
Wenn bestimmt wird, dass die Daten nicht einander entsprechen, dann ist das Isozentrum des Patienten im Wesentlichen nicht im LINAC-Isozentrum lokalisiert, und eine relevante Oberfläche des Patienten 400 ist im Wesentlichen nicht an der gleichen Position wie in Schritt S1104. Der Ablauf wird folglich in Schritt S1113 fortgesetzt, wobei bestimmt wird, ob der Patient, der in Schritt S1109 positioniert worden ist, der gleiche Patient ist, der in Schritt S1102 positioniert worden ist. Diese Bestimmung kann vorteilhafterweise verhindern, dass ein Patient mit einem Strahlenbehandlungsplan behandelt wird, der für einen anderen Patienten vorgesehen ist. Wenn die Sätze von Daten, die in Schritt S1112 verglichen werden, in irgendeiner Art und Weise voneinander abweichen, die anzeigt, dass die Datensätze unterschiedliche Patienten repräsentieren, enden die Prozessschritte S1100. Die Bestimmung in Schritt S1113 kann eine manuelle Beobachtung von zwei überlagerten Oberflächen enthalten, die durch die zwei Sätze von Daten repräsentiert sind, eine automatisierte Analyse der Datensätze oder irgendeinen anderen Prozess. Wenn bestimmt wird, dass der Patient in dem LINAC-Raum 700 nicht von dem Patienten abweicht, von dem CT-Daten in Schritt S1109 erzeugt worden sind, wird der Ablauf in Schritt S1114 fortgesetzt.
Es wird in Schritt S1114 bestimmt, ob der Patientenkörper sich um ein größeres Ausmaß, als ein vorbestimmter Schwellenwert, geändert hat. Während der Strahlenbehandlung verliert ein Patient oft an Gewicht und folglich ändert sich seine körperliche Struktur. Da jedoch ein Behandlungsplan für einen Patienten basierend auf seiner körperlichen Struktur bestimmt wird, kann der Behandlungsplan nicht mehr dem Patienten entsprechen, wenn sich die Struktur ändert. Folglich kehrt in einem Fall, bei dem basierend auf den Oberflächendaten, die in Schritt S1111 erzeugt worden sind, und basierend auf den Oberflächendaten, die in Schritt S1107 erzeugt worden sind, festgestellt wird, dass sich der Körper des Patienten um mehr als den vorbestimmten Schwellenwert geändert hat, der Ablauf zu Schritt S1102 zurück und wird von dort fortgesetzt, um einen neuen Behandlungsplan unter Berücksichtigung der Körperänderung zu erzeugen. Gemäß der Erfindung ist also eine genauere und effektivere Behandlung möglich.
Die Datenvergleiche in den Schritten S1112, S1113 und S1114 werden vereinfacht, wenn sich der Patient in Schritt S1109 in einer derartigen Position befindet, bei der das Patientenisozentrum im Wesentlichen im LINAC-Isozentrum lokalisiert ist. In einem derartigen Fall können die Datensätze direkt verglichen werden, da die Daten im Wesentlichen im identischen Koordinatenrahmen dargestellt sind. Selbstverständlich können herkömmliche Datenanalysetechniken verwendet werden, um die zwei Datensätze in einem gleichen Koordinatenrahmen zu registrieren, bevor die Daten verglichen werden.
Wenn die Bestimmung in Schritt S1114 negativ ist, wird der Patient 400 in Schritt S1115 erneut positioniert. Das erneute Positionieren in Schritt S1115 kann irgendein Verfahren zur Änderung einer Position des Patienten relativ zu dem LINAC-Behandlungskopf 185 umfassen, einschließlich einer oder mehrerer Anweisungen an den Patienten 400 sich zu bewegen, eine physikalische Bewegung des Patienten 400, ein Drehen des Gerüsts 810 und eine Bewegung des LINAC-Tisches 830. Der Patient 400 kann automatisch durch die LINAC-Steuerung 800 erneut positioniert werden, oder durch den LINAC-Computer 1000 basierend auf den analysierten Unterschieden zwischen den LINAC- Einzelbildoberflächendaten und den Patienten-Einzelbildoberflächendaten, und/oder manuell durch einen Operator, der die Operatorkonsole 860 oder das Eingabegerät 1010 verwendet. Der Operator kann durch Anweisungen unterstützt werden, die auf den analysierten Unterschieden basieren und durch die Konsole 860 oder das Ausgabegerät 1020 geliefert werden. Gemäß einige Ausführungsbeispielen erhält der Operator ein Bild, das die Patienteneinzelbildoberflächendaten darstellt, die auf ein Bild, dass die LINAC- Einzelbildoberflächendaten repräsentiert, überlagert sind. Wenn der Patient erneut positioniert ist, werden die LINAC-Rahmendaten periodisch erneut erzeugt und das überlagerte Bild, das die Oberfläche des Patienten 400 in dem LINAC-Raum 700 darstellt, wird basierend auf den erneut erzeugten Daten periodisch aktualisiert.
Der Oberflächenbilderzeuger 900 erzeugt in Schritt S1116 zweite Daten, die eine dreidimensionale Oberfläche eines Bereichs des Körpers des Patienten 400 repräsentieren. Die zweiten Daten werden in Schritt S1117 in den LINAC- Koordinatenrahmen in der oben unter Bezugnahme auf Schritt S1111 beschriebene Art und Weise umgesetzt. In Schritt S1118 wird dann bestimmt, ob die umgesetzten zweiten Oberflächendaten den in Schritt S1107 Patienten-Einzelbildoberflächendaten entsprechen. Diese Bestimmung kann durch Verwendung von irgendeiner unter Bezugnahme auf Schritt S1112 bereits diskutierten Technik erfolgen. Wenn die Bestimmung negativ ist, kehrt der Ablauf zu Schritt S1115 zurück, und wird dort fortgesetzt. Wenn bestimmt wird, dass die umgesetzten zweiten Oberflächendaten den Patienten- Einzelbildoberflächendaten entsprechen, wird in Schritt S1119 der bestimmte Strahlenbehandlungsplan für den Patienten 400 verwendet.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel, bei dem Elektronenstrahlung zur Behandlung eines Patienten verwendet wird, kann beispielsweise der LINAC-Computer 1000 den LINAC 800 zur Lieferung einer bestimmten Dosis an das Patientenisozentrum veranlassen (das im Wesentlichen identisch mit dem LINAC-Isozentrum nach Durchführung des Schritts 100 ist). In Antwort darauf führt die LINAC-Steuerung 840 die Prozessschritte des Behandlungssteuerungsprogramms 855 durch, das die Strahlliefereinheit 840 zur Lieferung der Dosis steuert. Eine derartige Steuerung kann das Positionieren von Elektronencollimatorblättern (nicht gezeigt) enthalten, um eine gewünschte Strahlform zu erzeugen.
Für einen Fachmann auf diesem Gebiet ist es offensichtlich, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele durchgeführt werden können, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen. Als Alternative zu dem erneuten Positionieren des Patienten 400 kann beispielsweise nach der Bestimmung in Schritt S1114 der Behandlungsplan geändert werden. Mit anderen Worten, der Behandlungsplan kann modifiziert werden, wobei Unterschiede zwischen den Patienteneinzelbildoberflächendaten, die in dem CT-Raum 100 erzeugt worden sind, und den LINAC-Einzelbildoberflächendaten, die in dem LINAC-Raum 700 erzeugt worden sind, berücksichtigt werden. Nach Ändern des Plans steht der neue Behandlungsplan sofort zur Verfügung.
Gemäß anderen Ausführungsbeispielen können die Merkmale der Prozessschritte 1100 verwendet werden, um eine gesteuerte Strahlenbehandlung (Gated Radiation Treatment) bereitzustellen. Das Gating umfasst die Lieferung eines bestimmten Strahlungsstrahls nur dann, wenn sich der Patientenkörper in einer bestimmten Position befindet, die einem Punkt einer Kreisbewegung entspricht. Beispielsweise fordert eine Gatingbehandlung einen Bestrahlungsstrahl bei einem Punkt nach dem Ausatmen und unmittelbar vor dem Einatmen, an. Für eine derartige Behandlung kann der Patient gemäß dem Prozessschritt 100 positioniert werden, und die LINAC-Einzelbildoberflächendaten werden erzeugt und analysiert, um zu bestimmen, ob die Position des Patienten dem Punkt entspricht. Sobald die Bestimmung durchgeführt ist, wird eine entsprechender Bestrahlungsstrahl geliefert. Die LINAC-Einzelbildoberflächendaten werden weiter erzeugt und analysiert, um zu bestimmen, ob sich der Patient in eine Position bewegt hat, die nicht länger einem Punkt der Kreisbewegung entspricht. Sobald dies der Fall ist, wird der Strahl deaktiviert.
Für einen Fachmann auf diesem Gebiet ist es selbstverständlich, dass eine Anzahl von Bilderzeugungstechniken in Verbindung mit den Ausführungsbeispielen gemäß der Erfindung zur Positionierung eines Patienten verwendet werden können. Portalbilder sind Abbildungen eines Patientenbereichs, durch den ein Bestrahlungsstrahl verläuft. Diese Abbildungen zeigen interne Knochenstrukturen des Patienten sowie irgendwelche implantierten Bezugspunkte. Entsprechend können Portalabbildungen vor oder nach der Behandlung aufgenommen werden, um sicherzustellen, dass eine Patientenposition und eine Strahlform mit einem gewünschten Behandlungsplan übereinstimmen.
Die unter Bezugnahme auf ein Gerät beschriebenen Funktionen können selbstverständlich von anderen Geräten durchgeführt werden. Beispielsweise können die Funktionen, die unter Bezugnahme auf den CT-Computer 60 und den LINAC-Computer 1000 beschrieben worden sind, durch ein einzelnes Verarbeitungsgerät durchgeführt werden. Gemäß anderen Beispielen können die Elemente oder Funktionen bezüglich einer dieser Geräte in einem anderen Gerät enthalten oder durch dieses ausgeführt werden.

Claims

1. Verfahren, enthaltend die Schritte:
Erzeugen von ersten Daten, die eine dreidimensionale Oberfläche von mindestens einem Teil eines Patientenkörpers repräsentieren, während sich der Patient in einer ersten Position befindet; und
Erzeugen von zweiten Daten, die mindestens einen internen Bereich des Patientenkörpers repräsentieren, während sich der Patient in der ersten Position befindet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, ferner enthaltend:
Bestimmen eines Strahlenbehandlungsplans basierend auf den ersten Daten, den zweiten Daten und Daten, die einer körperlichen Anordnung in einer Strahlenbehandlungsstation entsprechen.

3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Schritt zur Bestimmung des Strahlenbehandlungsplans ein Bestimmen einer Position eines Strahlenbehandlungsgeräts enthält, bei der der Patientenkörper gemieden wird, und die eine Bestrahlung eines Bereichs des mindestens einen internen Bereichs ermöglicht.

4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste Position eine Position ist, die im Wesentlichen während der CT-Abtastung beibehalten wird, welches Verfahren ferner enthält:
Erzeugen von dritten Daten, die eine dreidimensionale Oberfläche von mindestens einem Bereich des Patientenkörpers repräsentieren, während der Patient sich in einer zweiten Position befindet, die im Wesentlichen bei der Vorbereitung der Strahlenbehandlung eingenommen worden ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, ferner enthaltend:
Bestimmen, dass die zweite Position nicht der ersten Position entspricht, basierend auf den ersten Daten und den dritten Daten.

6. Verfahren nach Anspruch 5, ferner enthaltend:
Anweisen des Patienten sich zu bewegen, so dass die zweite Position der ersten Position entspricht.

7. Verfahren nach Anspruch 5, ferner enthaltend:
Ändern eines Strahlenbehandlungsplans für den Patienten, basierend auf einer Abweichung zwischen der ersten Position und der zweiten Position.

8. Verfahren nach Anspruch 1, ferner enthaltend:
Bestimmen, dass der Patient, der durch die ersten Daten repräsentiert ist, von dem Patienten, der durch die dritten Daten repräsentiert ist, abweicht, basierend auf den ersten Daten und den dritten Daten.

9. Verfahren nach Anspruch 4, ferner enthaltend:
Bestimmen, dass der Patientenkörper sich um mehr als einen Schwellenwert geändert hat, basierend auf den ersten Daten und den dritten Daten; und
Erzeugen von vierten Daten, die eine dreidimensionale Oberfläche von mindestens einem Bereich des Patientenkörpers repräsentieren, während sich der Patient in einer dritten Position befindet, die im Wesentlichen während einer zweiten CT- Abtastung beibehalten bleibt, in Antwort auf das Bestimmen, dass der Patientenkörper sich um mehr als den Schwellenwert geändert hat.

10. Verfahren nach Anspruch 1, ferner enthaltend:
Erzeugen von dritten Daten, die eine dreidimensionale Oberfläche von mindestens einem Bereich des Patientenkörpers repräsentieren, während sich der Patient in einer zweiten Position befindet; und
Aktivieren eines Bestrahlungsstrahls gemäß einem Strahlenbehandlungsplan, wenn basierend auf den dritten Daten bestimmt wird, dass die zweite Position einem Kreispunkt der Körperbewegung entspricht, der durch den Behandlungsplan spezifiziert ist.

11. Verfahren nach Anspruch 10, ferner enthaltend:
Erzeugen von vierten Daten, die einer dreidimensionalen Oberfläche von mindestens einem Bereich des Patientenkörpers entsprechen, während sich der Patient in einer dritten Position befindet; und
Deaktivieren des Bestrahlungsstrahls gemäß einem Strahlenbehandlungsplan, wenn basierend auf den vierten Daten bestimmt wird, dass die dritte Position nicht dem durch den Behandlungsplan spezifizierten Punkt entspricht.

12. Verfahren, enthaltend:
Erzeugen von CT-Daten eines Patienten, während der Patient im Wesentlichen in einer ersten Position bleibt;
Erzeugen von ersten dreidimensionalen Daten, die eine Oberfläche des Patienten repräsentieren, während der Patient im Wesentlichen in der ersten Position bleibt;
Bestimmen eines Strahlenbehandlungsplans basierend auf den CT-Daten, den dreidimensionalen Daten und Daten, die eine körperliche Anordnung einer Strahlenbehandlungsstation repräsentieren;
Erzeugen von zweiten dreidimensionalen Daten, die eine Oberfläche des Patienten repräsentieren, während der Patient im Wesentlichen in einer zweiten Position in der Strahlenbehandlungsstation ist;
Bestimmen, ob die zweiten dreidimensionalen Daten den ersten dreidimensionalen Daten entsprechen; und
Liefern einer Bestrahlung an den Patienten gemäß dem Strahlenbehandlungsplan, wenn bestimmt wird, dass die zweiten dreidimensionalen Daten den ersten dreidimensionalen Daten entsprechen.

13. System, enthaltend:
eine CT-Abtastvorrichtung zur Erzeugung von CT-Daten eines Patienten, während der Patient in einer Abtastposition ist; und
eine erste Oberflächenphotogrammetrievorrichtung zur Erzeugung von ersten dreidimensionalen Oberflächendaten von mindestens einem Bereich des Patientenkörpers, während der Patient in der Abtastposition ist.

14. System nach Anspruch 13, ferner enthaltend:
eine Behandlungsplanungsvorrichtung zur Erzeugung eines Strahlenbehandlungsplans basierend auf den CT-Daten, den ersten dreidimensionalen Oberflächendaten und Daten, die einer körperlichen Anordnung einer Strahlenbehandlungsstation entsprechen.

15. System nach Anspruch 13, ferner enthaltend:
eine Strahlenbehandlungsvorrichtung zur Lieferung einer Bestrahlung an den Patienten;
eine zweite Oberflächenphotogrammetrievorrichtung zur Erzeugung von zweiten dreidimensionalen Oberflächendaten von mindestens einem Bereich des Patientenkörpers, während der Patient in einer Behandlungsposition in der Strahlenbehandlungsvorrichtung ist;
eine Steuerung zur Bestimmung, ob die Behandlungsposition der Abtastposition entspricht, basierend auf den ersten dreidimensionalen Oberflächendaten und den zweiten dreidimensionalen Oberflächendaten.

16. System nach Anspruch 15, wobei die erste Oberflächenphotogrammetrievorrichtung und die zweite Oberflächenphotogrammetrievorrichtung identisch sind.

17. Medium zum Speichern von Prozessschritten, die von der Steuerung ausführbar sind und die Schritte enthalten:
Erzeugen von ersten Daten, die eine dreidimensionale Oberfläche von mindestens einem Bereich eines Patientenkörpers repräsentieren, während der Patient in einer ersten Position ist; und
Erzeugen von zweiten Daten, die mindestens einen internen Bereich des Patientenkörpers repräsentieren, während der Patient in der ersten Position ist.

18. Medium nach Anspruch 17, wobei die Prozessschritte ferner enthalten:
einen Schritt zum Bestimmen eines Strahlenbehandlungsplans basierend auf den ersten Daten, den zweiten Daten und Daten, die eine körperliche Anordnung einer Strahlenbehandlungsstation repräsentieren.

19. Medium nach Anspruch 17, wobei die erste Position eine Position ist, die im Wesentlichen während einer CT-Abtastung beibehalten wird, wobei die Prozessschritte ferner enthalten:
einen Schritt zum Erzeugen von dritten Daten, die eine dreidimensionale Oberfläche von mindestens einem Bereich des Patientenkörpers repräsentieren, während der Patient in einer zweiten Position ist, die im Wesentlichen bei der Vorbereitung der Strahlenbehandlung eingenommen worden ist.

20. Medium nach Anspruch 19, wobei die Prozessschritte ferner enthalten:
einen Schritt zum Bestimmen, basierend auf den ersten Daten und den dritten Daten, dass der Patientenkörper sich um mehr als einen Schwellenwert geändert hat; und
einen Schritt zum Erzeugen von vierten Daten, die eine dreidimensionale Oberfläche von mindestens einem Bereich des Patientenkörpers repräsentieren, während der Patient in einer dritten Position ist, die im Wesentlichen während einer zweiten CT- Abtastung eingenommen wird, in Antwort auf das Bestimmen, dass sich der Patientenkörper um mehr als den Schwellenwert geändert hat.

21. Medium nach Anspruch 17, wobei die Prozessschritte ferner enthalten:
einen Schritt zum Erzeugen von dritten Daten, die eine dreidimensionale Oberfläche von mindestens einem Bereich des Patientenkörpers repräsentieren, während der Patient in einer zweiten Position ist; und
einen Schritt zum Aktivieren eines Bestrahlungsstrahls gemäß einem Strahlenbehandlungsplan, wenn basierend auf den dritten Daten bestimmt wird, dass die zweite Position einer durch den Behandlungsplan spezifizierten Position entspricht.

22. Medium nach Anspruch 17, wobei die Prozessschritte ferner enthalten:
einen Schritt zum Erzeugen von dritten Daten, die eine dreidimensionale Oberfläche von mindestens einem Bereich des Patientenkörpers repräsentieren, während der Patient in einer zweiten Position ist; und
einen Schritt zum Aktivieren eines Bestrahlungsstrahls gemäß einem Strahlenbehandlungsplan, wenn basierend auf den dritten Daten bestimmt wird, dass die zweite Position einem Kreispunkt der Körperbewegung entspricht, der durch den Behandlungsplan spezifiziert ist.

23. Medium nach Anspruch 22, wobei die Prozessschritte ferner enthalten:
einen Schritt zum Erzeugen von vierten Daten, die eine dreidimensionale Oberfläche von mindestens einem Bereich des Patientenkörpers repräsentieren, während der Patient in einer dritten Position ist; und
einen Schritt zum Deaktivieren des Bestrahlungsstrahls gemäß einem Strahlenbehandlungsplan, wenn basierend auf den vierten Daten bestimmt wird, dass die dritte Position nicht dem durch den Behandlungsplan spezifizierten Punkt entspricht.