DE10301075B4

DE10301075B4 - Patientenpositionierung durch Videobildgebung

Info

Publication number: DE10301075B4
Application number: DE10301075A
Authority: DE
Inventors: Ali Walnut Creek Bani-Hashemi
Original assignee: Siemens Medical Solutions USA Inc
Current assignee: Siemens Medical Solutions USA Inc
Priority date: 2002-01-15
Filing date: 2003-01-14
Publication date: 2007-06-21
Anticipated expiration: 2023-01-15
Also published as: US20030133602A1; GB2384155B; GB0300318D0; US7016522B2; GB2384155A; DE10301075A1

Abstract

Verfahren zum Positionieren eines Patienten zum Empfangen einer Strahlentherapiebehandlung mit den Schritten:
Ausführen einer Computertomographieabtastung des Patienten in einer ersten Position zum Erlangen von CT-Daten mittels eines Computertomographen (100),
Verwenden der CT-Daten zum Erzeugen eines oder mehrerer Bilder des Patienten in der ersten Position,
Vorbereiten des Patienten zum Empfangen der Strahlentherapiebehandlung in einer zweiten Position mittels eines LINAC (800),
Erlangen eines oder mehrerer Bilder des Patienten in der zweiten Position, wobei das eine oder die mehreren Bilder des Patienten in einer zweiten Position Echtzeit-Videobilder von einer oder mehreren Videokameras (900) sind,
Vergleichen des einen oder der mehreren Bilder des Patienten in der ersten Position mit dem einen oder den mehreren Bildern des Patienten in der zweiten Position, und
Umpositionieren des Patienten, bis der Patient sich im Wesentlichen in der gleichen Position befindet, wie sie in dem einen oder den mehreren Bildern des Patienten in...

Description

Hintergrund der Erfindung
Computertomographie (CT) ist ein Mittel, das zum Planen einer modernen Strahlentherapie verwendet wird. Unter der Leitung eines Onkologen erzeugt ein CT-Mittel eine Mehrzahl von Röntgenstrahlenbildern eines Patienten und assimiliert die Bilder zu einem zweidimensionalen Computertomographie-Querschnittbild bzw. ein CT-Querschnittbild des Patientenkörpers. Entgegen traditioneller Röntgenstrahlenbildern nimmt ein CT-Bild sowohl harte bzw. feste Objekte wie etwa einen Knochen und weiches Gewebe, das Tumoren enthält, auf. Folglich kann das CT-Bild für eine Diagnose zum Darstellen von krankem Gewebe und gesunden risikobehafteten Organen, zum Definieren eines Behandlungsisocenters und zum Festlegen von Eigenschaften eines zum Behandeln des Patienten verwendbaren Strahlungsstrahls (beispielsweise des Strahlentyps, der Form, der Dosis, der Dauer) verwendet werden.
Eine virtuelle CT-Simulation ermöglicht Klinikmitarbeitern die zum Behandeln des Tumors erforderliche Flexibilität, während risikobehaftete Organe gemieden werden. Dies erfolgt durch eine graphische Simulation des Behandlungsprozesses und durch Festlegen des optimalen Szenarios für die Behandlung. Die Verwendung der CT-Simulation verbessert die Genauigkeit der Behandlungsplanung. Eine genauere Planung erzeugt eine hohe Anforderung an eine genaue Patientenpositionierung. Zum Erzeugen eines CT-Bildes wird der Patient sorgfältig derart positioniert, dass eine durch das CT-Mittel emittierte Röntgenstrahlung nur durch einen Bereich des Patientenkörpers abgefangen wird, der von Interesse ist, und das Gewebe in anderen Bereichen gemieden wird. Befestigungsmittel und Strahlungsabschirmungen werden häufig zum Erreichen dieser Ziele verwendet.
Laserprojektoren liefern ein Verfahren zum Markieren des Patienten. Die auf der Patientenhaut angeordneten Markierungen werden dann zum Platzieren des Patienten unter dem Dosislieferungssystem verwendet. Laser führen Übertragungen auf wenige Punkte für eine Patientenausrichtung aus. Die Ausrichtung dieser wenigen Punkte stellt die korrekte Anordnung des Patienten als Ganzes sicher. Diese Technik verfehlt allerdings, Körperdeformationen zu berücksichtigen, die häufig während des Transports des Patienten auftreten. Dieses Problem tritt häufig während der Behandlung von fettleibigen Patienten und ebenso bei der Behandlung der Brust auf. Beispielsweise ist es von Bedeutung, den Patienten erneut zu positionieren, so dass eine Brust mit der exakten Form übereinstimmt, wie sie vorhanden war, als der Patient auf dem CT-Tisch war.
Behandlungspläne sind zur Maximierung einer Strahlung vorgesehen, die einem Target beaufschlagt wird, während die Strahlung minimiert wird, die dem gesunden Gewebe beaufschlagt wird. Jedoch ist ein Behandlungsplan ausgeführt unter der Annahme, dass relevante Abschnitte eines Patienten während einer Behandlung in einer bestimmten Position sein werden. Falls die relevanten Abschnitte nicht wie durch den Behandlungsplan erforderlich exakt positioniert werden, können die Ziele der Maximierung einer Targetstrahlung unter Minimierung einer Bestrahlung gesunden Gewebes nicht erzielt werden. Insbesondere können Fehler bei der Positionierung des Patienten die Abgabe geringer Strahlungsdosen für Tumoren und hoher Strahlungsdosen für empfindliches gesundes Gewebe verursachen. Das Potential für eine Fehlabgabe steigt mit erhöhten Positionierungsfehlern.

EP 0 812 605 A2 offenbart ein Strahlentherapiegerät, welches einen Patienten bei einer Strahlungsbehandlung basierend auf einer früher durchgeführten Tomographieabtastung des Patienten positioniert.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens und eines Systems zur genauen Positionierung eines Patienten bei einer Strahlungsbehandlung.

Die Lösung dieser Aufgabe ist für das Verfahrendem Anspruch 1 und für das System dem Anspruch 8 zu entnehmen. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Bereitgestellt wird ein Verfahren und ein System zum Positionieren eines Patienten zum Empfangen einer Strahlentherapiebehandlung durch Ausführen einer Computertomographieabtastung des Patienten in einer ersten Position zum Erlangen von CT-Daten, wobei die CT-Daten zum Erzeugen von einem oder mehreren Bilder des Patienten in der ersten Position verwendet werden, der Patient zum Empfangen einer Behandlungszufuhr in einer zweiten Position vorbereitet wird, eine oder mehrere Bilder des Patienten in der zweiten Position erlangt werden, ein Mittel zum Vergleichen des einen oder der mehreren Bilder des Patienten in der ersten Position mit dem einen oder den mehreren Bildern des Patienten in der zweiten Position verwendet wird und der Patient umpositioniert wird, bis der Patient sich im Wesentlichen in der gleichen Position befindet, wie es in dem einen oder den mehreren Bildern des Patienten in der ersten Position gezeigt ist.

Das Vorstehende ist eine kurze Beschreibung einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung. Weitere Merkmale und Ausführungsbeispiele der Erfindung werden für den Fachmann aus der nachstehenden Beschreibung, den Zeichnungen und Ansprüchen ersichtlich. Es zeigen:
Kurzbeschreibung der Zeichnung
1 eine Darstellung zur Veranschaulichung eines Computertomographieraums bzw. eines CT-Raums gemäß einiger Ausführungsbeispiele der Erfindung und einen für eine CT-Abtastung positionierten Patienten,
2 ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung von Elementen von Mitteln gemäß einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung,
3 eine Darstellung zur Veranschaulichung eines Strahlungsbehandlungsraums gemäß einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung,
4 eine Darstellung zur Veranschaulichung von Elementen von Mitteln gemäß einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung,
5A bis 5B Flussdiagramme zur Veranschaulichung von Prozessschritten gemäß einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung.
Entsprechende Bezugszeichen geben entsprechende Teile in den verschiedenen Ansichten der Zeichnung an.
Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
Die nachstehende Beschreibung wird dargelegt, um einen Fachmann in den Stand zu setzen, die Erfindung auszuführen und zu verwenden. Beschreibungen bestimmter Ausführungsbeispiele und Anwendungen sind nur beispielhaft vorgesehen und es sind verschiedene Modifikationen für den Fachmann offensichtlich. Die allgemeinen Prinzipien, die hier beschrieben werden, können auf weitere Ausführungsbeispiele und Anwendungen angewendet werden, ohne von dem Bereich der Erfindung abzuweichen. Die Erfindung ist deshalb nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern ist mit dem größten Bereich in Einklang zu bringen, der aus den Prinzipien und Merkmalen besteht, die nachstehend beschrieben sind. Aus Klarheitsgründen sind Details, die sich auf technische Dinge beziehen, die in den technischen Gebieten bekannt sind, auf die sich die Erfindung bezieht, nicht im Detail beschrieben worden.
1 veranschaulicht einen Computertomographieraum bzw. einen CT-Raum 100, der zum Erlangen von Daten gemäß einiger Ausführungsbeispiele der Erfindung ausgeführt ist. Ein CT-Raum 100 enthält eine CT-Vorrichtung 200, einen CT-Tisch 300, einen Patienten 400 und eine virtuelle Kamera 500. Die CT-Vorrichtung 200 wird zum Erlangen von CT-Daten verwendet, die zumindest einen Abschnitt des Patienten 400 darstellen. Im Einzelnen erlangt die CT-Vorrichtung CT-Daten durch Ausnutzen des Röntgenstrahlenprinzips: sowie Röntgenstrahlen durch den Körper laufen, werden sie an unterschiedlichen Stufen absorbiert oder gedämpft, wodurch eine Matrix oder ein Profil von Röntgenstrahlen unterschiedlicher Stärke erzeugt wird. Bei der konventionellen Röntgenstrahlbildgebung wird ein Bild des Profils unter Verwendung eines Films erzeugt, der für Röntgenstrahlen empfindlich ist. Für den Fall der Computertomographie wird der Film durch einen bananenförmigen Detektor ersetzt, der das Röntgenstrahlprofil misst und Daten ausgibt, die das Profil darstellen.
Der Detektor ist an einem drehenden Rahmen innerhalb der CT-Vorrichtung 200 angebracht. Gegenüber dem Detektor ist eine Röntgenstrahlröhre angebracht, die eine Fächerstrahl von Röntgenstrahlen emittiert, sowie der drehende Rahmen die Röntgenstrahlröhre und den Detektor um den Patienten 400 dreht. Sowie sich die Röntgenstrahlröhre und der Detektor drehen, misst der Detektor Profile des gedämpften Röntgenstrahls. Typischerweise werden in einer 360°-Grad-Drehung etwa 1000 Profile gemessen. Jedes Profil wird räumlich durch den Detektor unterteilt und in etwa 700 einzelne Datenkanäle zugeführt. Jedes Profil wird dann in ein zweidimensionales Bild des Abschnitts oder der „Scheibe„ rekonstruiert, der bzw. die abgetastet wurde. Die zweidimensionalen Bilder können zum Erzeugen eines dreidimensionalen Bildes verarbeitet werden. Sowohl die zweidimensionalen Bilder und das dreidimensionale Bild werden hier als CT-Daten bezeichnet und beide zeigen Gewebe sowie Knochen. In einigen Ausführungsbeispielen werden die erlangten CT-Daten in einem CT-Koordinatenrahmen dargestellt, der durch f_CT: (x_CT, y_CT, z_CT) von 1 veranschaulicht sind.
Ein CT-Tisch 300 wird zum Positionieren eines Patienten vor, während und nach dem Erlangen von CT-Daten verwendet. Der CT-Tisch 300 kann sich derart bewegen, dass relevante Abschnitte des Patienten 400 in dem Pfad des Röntgenstrahls in der CT-Vorrichtung 200 platziert werden. Die Bewegung kann durch einen Bediener und/oder ein Computerprogramm gesteuert werden. Dabei kann jeder gewöhnliche oder nachstehend als bekannt bezeichnete CT-Tisch und CT-Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet werden.
2 veranschaulicht interne Architekturen verschiedener Elemente des CT-Raums 100 einschließlich der CT-Vorrichtung 200 und der virtuellen Kamera 500. Ebenso dargestellt ist eine interne Architektur eines CT-Computers 600, der in dem CT-Raum 100 nicht dargestellt ist. Der CT-Computer 600 kann derart betrieben werden, dass die CT-Vorrichtung 200 Schritte gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung ausführt. Der CT-Computer 600 kann in dem CT-Raum 100, in einem strahlungsfesten Raum benachbart zu dem CT-Raum 100 oder sonst wo vorgesehen sein.
Die CT-Vorrichtung 200 enthält gemäß der Darstellung ein Abtastmittel 210, das die Röntgenstrahlröhre und den Detektor, die vorstehend beschrieben sind, sowie weitere physikalische Mittel, die zum Erzeugen von Röntgenstrahlprofilen benötigt werden, enthält. Ein CT-Controller 220 steuert das Abtastmittel 210 unter Verwendung einer internen Logik und/oder ausführbarer Prozessschritte. Entsprechend kann das Abtastmittel 210 einen Mikroprozessor, einen Controller mit programmierbarer Logik oder dergleichen enthalten. Einige der Prozessschritte können Teil eines Abtastprogramms 232 sein, das in einem Speicher 230 gespeichert ist. In dieser Hinsicht enthält das Abtastprogramm 232 ausführbare Prozessschritte zum Steuern der Hardwareelemente der CT-Vorrichtung 100 zum Abtasten eines Körpers und um dadurch Röntgenstrahlprofile zu erzeugen. Die erzeugten Röntgenstrahlprofile werden in einem Speicher 230 als CT-Daten 234 gespeichert. Die CT-Daten 234 können Rohprofildaten, auf der Grundlage der Rohprofildaten erzeugte zweidimensionale Bilder und auf der Grundlage der Rohprofildaten und/oder der zweidimensionalen Bilder erzeugte dreidimensionale Bilder enthalten.
Der CT-Computer 600 enthält ein Eingabemittel 610, ein Ausgabemittel 620, einen CT-Computercontroller 630 und einen CT-Computerspeicher 640. Das Eingabemittel 610 kann durch einen Bediener zum Zuführen von Befehlen zu dem CT-Computer 600 und zu der CT-Vorrichtung 200 manipuliert werden. Das Eingabemittel 610 kann daher eine Tastatur, ein Zeigemittel, einen Berührungsbildschirm und/oder ein weiteres Eingabemittel enthalten. Das Ausgabemittel 630 wird zum Ausgeben von Bildern, Daten und Text zu dem Bediener verwendet und kann daher eine Anzeige, einen Drucker und dergleichen enthalten. Daten können ebenso in den CT-Computer 600 eingespeist und aus diesem ausgegeben werden, indem ein Kommunikationsport (nicht dargestellt) verwendet wird, das den CT-Computer 600 mit weiteren Mitteln verbindet bzw. verknüpft. Beispielsweise können Befehle zu der CT-Vorrichtung 200 und können CT-Daten von der CT-Vorrichtung 200 über einen derartigen Kommunikationsport empfangen werden.
Der CT-Computercontroller 630 steuert Elemente des CT-Computers 600 gemäß der internen Logik und/oder ausführbarer Prozessschritte. Die Prozessschritte können von einem weiteren Mittel empfangen werden oder können in dem Speicher 640 gespeichert sein. Zum Steuern der Funktionen der CT-Vorrichtung 200 verwendete Prozessschritte werden in einem CT-Programm 641 vorgefunden. Der Behandlungsplangenerator speichert Prozessschritte, die zum Erzeugen eines Strahlungsbehandlungsplans auf der Grundlage von CT-Daten, virtueller Kamerabilder und Daten eines Linearbeschleuniger-Datenmodells bzw. Linac-Datenmodells 643 ausführbar sind.
CT-Computerdaten 644 enthalten CT-Daten 234, die durch die CT-Vorrichtung 200 in einem geeigneten Format einschließlich einem Rohformat und/oder einem Bildformat erzeugt werden. Die virtuelle Kamera verwendet die CT-Daten 234 zum Erzeugen eines Bildes der virtuellen Kamera, das sich in dem Koordinatenrahmen der virtuellen Kamera befindet. Das Bild der virtuellen Kamera wird in das Koordinatensystem des Patienten transformiert und in einem Patientenrahmen-Bild 646 der virtuellen Kamera gespeichert. Die Darstellung der virtuellen Kamera 500 in 1 ist lediglich eine Darstellung, wo eine tatsächliche Kamera zum Erlangen der äquivalenten Bilder des Patienten während einer Computertomographie angeordnet wäre.
Jedes der Mittel, die in 2 gezeigt sind, kann weniger oder mehr Elemente als die dargestellten enthalten. Darüber hinaus kann eine Transformation und Speicherung von erlangten Daten durch ein Mittel oder mehrere Mittel ausgeführt werden. Darüber hinaus sind die Ausführungsbeispiele der Erfindung nicht auf die zwei gezeigten Mittel beschränkt.
Für eine Strahlungstherapie wird der Patient zu einem Raum, in dem das Linac-Mittel 300 vorgesehen ist, bewegt und auf einem Tisch positioniert. In 3 ist ein Strahlungsbehandlungsmittel (Linac) gezeigt und allgemein mit 800 angegeben. Das Linac 800 enthält ein (nicht dargestelltes) Strahlungsabschirmmittel in einem Behandlungskopf 815, ein Basisteil 820 und einen Tisch 830. Das Strahlungsbehandlungsmittel enthält ferner ein Gestell 810, das über eine horizontale Achse im Verlauf einer therapeutischen Behandlung geschwenkt werden kann. Der Behandlungskopf 815 ist an dem Gestell 810 für eine gemeinsame Bewegung befestigt und ein Linearbeschleuniger, der in dem Gestell vorgesehen ist, erzeugt ein hochenergetische Strahlung. Während einer Behandlung wird der Strahlungsstrahl auf den Patienten 400 fokussiert. Der zu behandelnde Bereich ist an dem Linac-Isocenter angeordnet, das durch die Kreuzung der Drehachse des Gestells 810 und der Strahlungsstrahlachse (die Kreuzung bzw. der Schnitt der Achsen x_L, y_L und z_L) definiert ist. Entsprechend wird ein Patient 400 vorzugsweise derart positioniert, dass das Zentrum eines zu bestrahlenden Bereichs oder das Patienten-Isozentrum (das an der Kreuzung bzw. dem Schnitt der Achsen x_P, y_P und z_P angeordnet ist) an dem Linac-Isozentrum angeordnet ist. Das drehbare Gestell 810 ermöglicht unterschiedliche Strahlwinkel und Strahlungsverteilungen ohne dem Bewegen des Patienten.
Unter Bezugnahme auf 4 wird ein Blockschaltbild gezeigt, das Abschnitte des Linac 800, einer Videokamera 900 und eines Linac-Computers 1000 darstellt. Die Videokamera 900 hat eine bekannte Position und Orientierung bezüglich dem Gestell 810. Die Videokamera 900 erzeugt Bilder des Patienten 400 in einer Position zum Empfangen einer Strahlungstherapie. Die Bilder können in Echtzeit gezeigt werden. Für den Fachmann ist verständlich, dass jedes geeignete Bildaufnahmemittel anstelle einer Videokamera verwendet werden kann. Die Videokamera 900 kann an dem Gestellt 810 derart angebracht sein, dass der Patient 400 aus mehreren Richtungen durch Bewegen des Gestells 810 betrachtet werden kann. Der Linac-Computer 1000 ist in 3 nicht gezeigt, da der Linac-Computer 1000 typischerweise durch einen Therapeuten betrieben wird, der sich in einem anderen Raum befindet, um vor der Strahlung geschützt zu sein. Der Therapeut betreibt den Linac-Computer 1000 durch Verwenden eines Eingabemittels 1010 wie etwa einer Tastatur oder dergleichen. Daten können von weiteren Mitteln wie etwa einem CT-Computer 600 über ein I/O-Port (nicht dargestellt) eingespeist werden. Es können verschiedene Daten dem Therapeuten vor und während einer Behandlung über ein Ausgabemittel 1020 ausgegeben werden.
Ein Linac-Computer-Speicher 1040 speichert Daten zum Steuern des Linacs 800 und Daten, die durch das Linac 800 erzeugt sind. Die Daten enthalten Prozessschritte eines Linac-Programms 1042, das durch einen Controller 1030 zum Liefern einer derartigen Steuerung über das Linac 800 ausgeführt werden, dass ein Behandlungsplan aus Behandlungsplänen 1044 ausgeführt wird, die durch einen Onkologen für einen bestimmten Patienten definiert sind. Ein oder mehrerer Behandlungspläne 1044 können durch den CT-Computer 600 unter Verwendung des Behandlungsplangenerators 642 erzeugt werden und zu dem Linac-Computer 1000 über einen geeigneten Typ einer zum Übertragen von Daten verwendbaren Kommunikationsverbindung bzw. Kommunikationsverknüpfung übertragen werden. Die Behandlungspläne 1044 können durch den Linac-Computer 1000 unter Verwendung des Linac-Programms 1042 erzeugt werden.
In dieser Hinsicht können die Funktionsweisen, die hier mit einer Ausführung durch den CT-Computer 600 und den Linac-Computer 1000 beschrieben sind, durch ein einzelnes Mittel oder durch weitere Mittel ausgeführt werden, die die CT-Vorrichtung 200, die virtuelle Kamera 500, das Linac 800 und die Videokamera 900 enthalten. Für den Fachmann ist es verständlich, dass jeder geeignete Allzweck-Computer oder speziell programmierte Computer zum Erreichen der hier beschriebenen Funktionalität verwendet werden kann.
Die Videokamera 900 erlangt ein Bild eines Abschnitts eines Patientenkörpers, während sich der Patient in einer Position befindet, die im Wesentlichen bei der Vorbereitung für die Strahlenbehandlung beibehalten wird. Das Bild wird zum Bestimmen verwendet, ob die Position mit einer Position übereinstimmt, die durch den Patienten während einer Erlangung von CT-Daten beibehalten wurde. Koordinaten der anatomischen Struktur werden in Ausdrücken des Linac-Koordinatensystems dargestellt, um sicherzustellen, dass die Strahlung zu dem beabsichtigten Target zugeführt wird.
5A und 5B veranschaulichen Prozessschritte 1100 gemäß einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung. Die Prozessschritte 1100 können durch verschiedene Mittel unter der Steuerung von Controller-ausführbaren Prozessschritten ausgeführt werden, die lokal an den Mitteln gespeichert sind oder von weiteren Mitteln empfangen werden. Ausführungsbeispiele der Erfindung können von der Beschreibung abweichen. Die spezielle Anordnung der Prozessschritte 1100 soll nicht eine feste Reihenfolge für die Schritte implizieren. Ausführungsbeispiele der Erfindung können in jeder Reihenfolge ausgeführt werden, die praktikabel ist.
Kurz gesagt führen die Prozessschritte 1100 das Erlangen eines ersten Bildes einer virtuellen Kamera zumindest eines Abschnitts eines Patientenkörpers aus, während der Patient sich in einer ersten Position befindet, und die Erlangung eines zweiten Bildes, das den Patientenkörper darstellt, während der Patient sich in der zweiten Position befindet.
In Schritt S1102 wird ein Patient für eine CT-Abtastung in einem CT-Raum 100 positioniert. Der Patientenkörper ist auf einem CT-Tisch 300 für eine Abtastung positioniert. Während der Abtastung erlangt eine CT-Vorrichtung 200 CT-Daten in Schritt S1103. Die erlangten CT-Daten werden unter CT-Daten 234 und CT-Computerdaten 644 gespeichert und die CT-Daten werden in dem CT-Koordinatenrahmen dargestellt.
Das Koordinatensystem einer virtuellen Kamera 500, die in dem CT-Raum 100 angeordnet ist, ist durch f: (x_vc1, y_vc1 und z_vc1) definiert. Die virtuelle Kamera 500 kann sich beliebig bezüglich der CT-Maschine bewegen. In Schritt S1106 werden Bilder der virtuellen Kamera des Patienten aus den CT-Daten 234 erzeugt. Die Bilder der virtuellen Kamera können von jedem Punkt im Raum erzeugt werden und werden in dem Koordinatensystem der virtuellen Kamera dargestellt.
Die Bilder der virtuellen Kamera beruhen auf der extrahierten Hautinformation und dem Bildgebungsmodell der virtuellen Kamera. Die Hautoberfläche kann aus den CT-Daten 234 extrahiert werden und dreidimensional ausgeführt werden. Die dreidimensionale Oberfläche soll im Wesentlichen eine Oberfläche des Patientenkörpers und weitere physikalische Elemente, wie sie während der Erlangung der CT-Daten 234 positioniert sind, darstellen. Eine 3D-Oberflächenschattierungsanzeige (3D Surface Shaded Display bzw. SSD) der Hautoberfläche kann durch die nachfolgenden Betrachtungspunkte erzeugt werden: (1) Das geometrische Modell einer virtuellen Kamera, d.h. das Zentrum einer Projektion (Blickpunkt), Linsenparameter (Fokallinse, Apertur bzw. Blende, Brennweite, Verzerrung, etc.), Blickwinkel, d.h. optische Achse der Kamera und Vergrößerung oder Betrachtungsfeld; (2) Beleuchtungsmodell: Anzahl der Lichtquellen, Richtung des Lichts und Position jeder Lichtquelle; (3) Oberflächeneigenschaften: Farbe, Streuungseigenschaft und Reflexionseigenschaft.
Danach wird ein Patientenisozentrum in Schritt S1108 bestimmt. Das Patientenisozentrum wird aus den CT-Daten 234 ausgewählt. Das Patientenisozentrum ist ein Punkt in dem Patientenkörper, an dem ein Strahlungsstrahl gemäß einem Behandlungsplan fokussiert sein sollte. Entsprechend wird eine Position des Patientenisozentrums durch einen Spezialisten bestimmt, der graphische Darstellungen der CT-Daten 234 prüft, die in Schritt S1104 erlangt worden sind. Die Darstellungen können durch ein Ausgabemittel 620 angezeigt werden und/oder können durch ein Ausgabemittel 620 in Hardcopy-Form dargestellt werden.
Das Patientenkoordinatensystem f_p: (x_p, y_p, z_p) ist an dem Patientenisozentrum zentriert. Das Patientenisozentrum kann an dem Patienten durch Tattoos, einer immobilen Struktur oder weitere Verfahren markiert werden, die für den Fachmann bekannt sind. Das Patientenisozentrum ist an der Kreuzung der Achsen x_p, y_p und z_p von 1 und 3 angeordnet. Unter Verwendung des Patientenisozentrums bezüglich des Patientenkoordinatenrahmens werden die Bilddaten der virtuellen Kamera in Schritt S1110 in den Patientenkoordinatenrahmen gewandelt. Die Wandlung kann durch den CT-Computer 600 ausgeführt werden und die gewandelten Daten können unter Patientenrahmenbilddaten 646 gespeichert werden. Eine Transformationsmatrix T_sp transformiert die durch die virtuelle Kamera 500 erzeugten Bilder von den Koordinaten der virtuellen Kamera zu dem Patientenkoordinatensystem.
Der Patient wird zum Empfangen der Strahlentherapie in Schritt S1112 positioniert. In Schritt S1110 erlangt die Videokamera 900 ein Videokamerabild, das zumindest den gleichen Abschnitt des Patientenkörpers darstellt, wie er in dem Bild der virtuellen Kamera aus den CT-Daten 234 dargestellt ist. Das erlangte Videokamerabild wird in dem Videokamerakoordinatenrahmen x_vc2, y_vc2 und z_vc2 dargestellt. Nachfolgend wandelt in Schritt S1116 ein Linac-Computer 1000 das in Schritt S1114 erlangte Videokamerabild in den Linac-Koordinatenrahmen unter Verwendung einer Transformationsmatrix T_SL. T_SL definiert die Transformation zwischen dem Videokamerakoordinatensystem und dem Linac-Koordinatensystem. Die gewandelten Daten werden unter Linac-Rahmen-Oberflächendaten 1046 des Linac-Computerspeichers 1040 gespeichert.
In Schritt S1118 führt der Linac-Computer 1000 ein Linac-Programm 1042 zum Bestimmen aus, ob das Videokamerabild aus Schritt S1116 mit dem in Schritt S1106 erzeugten Bild der virtuellen Kamera übereinstimmt. Eine Patientenausrichtung wird erzielt, wenn das Patientenisozentrum bei dem Linac-Isozentrum platziert ist. Sobald das Patientenisozentrum mit dem Linac-Isozentrum abgeglichen ist, kann die Position der Videokamera 900 bezüglich dem Patientenisozentrum angegeben werden. Auf diese Weise stimmt, falls T_SP = T_SL und T_PL = [I] (Identitätsmatrix) ist, das Videobild mit dem virtuellen Bild überein und ist der Patient korrekt ausgerichtet. Die Ähnlichkeit oder dessen Fehlen zwischen dem virtuellen Bild und dem realen Videobild ist die Grundlage für die Entscheidung, ob der Patient korrekt positioniert ist. Die Genauigkeit der Positionierung hängt von der Optikanordnung ab. Typischerweise können Fehlausrichtungen einer Größenordnung von 1 mm visuell erfasst werden, während automatische Techniken Fehlausrichtungen in der Größenordnung eines Bruchteils eines Millimeters erfassen können. Drehungsfehlausrichtungen in der Größenordnung von 1° Grad können visuell erfasst werden. Automatische Techniken können Drehungsfehlausrichtungen in der Größenordnung eines Bruchteils eines Grads erfassen.
Der Schritt S1118 kann eine manuelle Betrachtung von zwei überlagerten Oberflächen, die durch zwei Datensätze dargestellt sind, eine automatisierte Analyse der Datensätze oder einen beliebigen anderen geeigneten Prozess beinhalten.
Beispielsweise ist das Mischen des virtuellen Bildes mit dem Online-Videoablauf ein Verfahren zum Abstimmten der beiden Bilder. Es kann eine Steuerung zum Einstellen des Vermischens verwendet werden. Es kann die folgende Formel zum Bestimmen verwendet werden, wie der Mischungsfaktor zum Vereinigen/Zusammenbringen der beiden Bilder verwendet wird: Iout = flvc + (1 – f)Ircwobei f: [0,0, 1,0], I_out die Pixelintensität des Ausgangsbildes, I_vc die Pixelintensität des Bildes der virtuellen Kamera und I_rc die Pixelintensität des Bildes der realen Kamera ist.
Ein weiteres Verfahren für einen Bildvergleich des Bildes der virtuellen Kamera mit dem Videokamera-Echtzeitbild enthält, aber ist nicht darauf beschränkt, ein Blinken des Bildschirms wechselweise mit Bildern von der virtuellen Kamera und der Videokamera.
CT-sichtbare Markierungen können auf der Haut des Patienten angebracht werden, um bestimmte Landmarken in den durch die Computertomographie erhaltenen virtuellen Bildern zu liefern, die mit Markierungen in dem realen Videobild in Übereinstimmung gebracht werden. Die Markierungen können Aluminiumflecken sein, die an der Patientenhaut kleben.
Ist der Patient richtig positioniert, schreitet der Ablauf zu Schritt S1120 zum Liefern einer Strahlenbehandlung vor. Wird bestimmt, dass die Daten nicht übereinstimmen, dann ist das Patientenisozentrum nicht im Wesentlichen bei dem Linac-Isozentrum positioniert und ist der Patient 400 nicht richtig positioniert. Daher kehrt der Ablauf zu Schritt S1112 zurück, bei dem der Patient erneut positioniert werden muss. Eine neue Positionierung in Schritt S1115 kann jedes Verfahren zum Ändern einer Position eines Patienten relativ zu einem Linac-Behandlungskopf 815 enthalten, einschließlich einem Instruieren des Patienten 400 sich zu bewegen, einem physikalischen Bewegen des Patienten 400, einem Drehen des Gestells 810 und/oder einem Bewegen des Linac-Tisches 830. Der Patient 400 kann automatisch durch den Linac-Controller 800 oder den Linac-Computer 1000 auf der Grundlage von analysierten Unterschieden zwischen dem Linac-Rahmen-Videokamerabild und dem Patientenrahmen-Bild der virtuellen Kamera und/oder manuell durch einen Bediener unter Verwendung einer Bedienerkonsole 860 oder eines Eingabemittels 1010 erneut positioniert werden. Der Bediener kann durch Anweisungen geführt werden, die auf der Grundlage der analysierten Differenzen bestimmt sind und über eine Konsole 860 oder ein Ausgabemittel 1020 präsentiert werden. In einigen Ausführungsbeispielen wird dem Bediener ein Bild präsentiert, das das Bild der virtuellen Kamera überlagert auf einem Videokamera-Online-Bild darstellt.
Die Echtzeit-Videobilder, die in dem Linac-Raum erlangt werden, können automatisch mit den aus den CT-Daten 234 erzeugten Bildern der virtuellen Kamera registriert werden. In diesem Fall vergleicht der Computer die Echtzeit-Bildfolge mit dem Bild der virtuellen Kamera und bestimmt die Patientenbewegung, die für eine Übereinstimmung der zwei Bilder notwendig ist.
In einem (nicht dargestellten) alternativen Ausführungsbeispiel werden zwei Videokameras verwendet, um dem Benutzer eine dreidimensionale Wahrnehmung zu liefern. Der Abstand zwischen den zwei Kameras wird derartig sein, dass ein Betrachten des Objekts einen Winkel von 6° bis 7° Grad zwischen den zwei Kameras (gleichartig zu dem visuellen System des Menschens bei einer Betrachtung eines Objekts mit einem Abstand von etwa 40 cm) liefert. Das Paar der von der rechten und der linken Kamera erzeugten Bilder wird auf einem Stereomonitor jeweils als das linke und das rechte Bild angezeigt. Der Benutzer trägt eine Stereobrille, die mit den linken und rechten Bildern des Bildschirms synchronisiert ist, d.h. das rechte Auge sieht nur das rechte Videobild und das linke Auge sieht nur das linke Videobild. Dies liefert dem Benutzer die 3D-Stereowahrnehmung.
Die virtuellen Bilder der Patientenoberfläche entsprechend dem rechten und dem linken Auge werden aus den CT-Daten 234 erzeugt und an dem Stereomonitor (in dem Linac-Raum) angezeigt. Dies liefert zwei Paare von Stereobildern; eines, das in Echtzeit von dem Patienten kommt, und das andere statische virtuelle Stereobild, das von den CT-Daten erzeugt wird. Die Patientenposition wird geändert, bis zwei Echtzeitbilder mit den statischen virtuellen Bildern übereinstimmen.
In einigen Ausführungsbeispielen können die Merkmale der Prozessschritte 1100 zum Liefern einer Behandlung mit intermittierender bzw. ausgeblendeter (gated) Strahlung verwendet werden. Das Intermittieren schließt ein, dass Bilder nur erlangt werden, wenn der Patientenkörper sich an einer bestimmten Position entsprechend einem Punkt in einem Zyklus einer Bewegung befindet. Beispielsweise fordert eine intermittierende Behandlung oder Ausblendungsbehandlung die Erlangung der CT-Daten an einem Punkt nach einem Ausatmen und unmittelbar vor einem Einatmen an und wird das Videokamerabild des Patienten ebenso an dem gleichen Zeitpunkt in einem weiteren Zyklus des Atmens erlangt.
Obwohl die Erfindung gemäß den gezeigten Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, ist es für den Fachmann ersichtlich, dass Variationen für die Ausführungsbeispiele möglich sind und diese Variationen im Bereich der Erfindung liegen. Entsprechend können viele Modifikationen von einem Fachmann ausgeführt werden, ohne von dem Bereich der angefügten Ansprüche abzuweichen.

Claims

Verfahren zum Positionieren eines Patienten zum Empfangen einer Strahlentherapiebehandlung mit den Schritten: Ausführen einer Computertomographieabtastung des Patienten in einer ersten Position zum Erlangen von CT-Daten mittels eines Computertomographen (100), Verwenden der CT-Daten zum Erzeugen eines oder mehrerer Bilder des Patienten in der ersten Position, Vorbereiten des Patienten zum Empfangen der Strahlentherapiebehandlung in einer zweiten Position mittels eines LINAC (800), Erlangen eines oder mehrerer Bilder des Patienten in der zweiten Position, wobei das eine oder die mehreren Bilder des Patienten in einer zweiten Position Echtzeit-Videobilder von einer oder mehreren Videokameras (900) sind, Vergleichen des einen oder der mehreren Bilder des Patienten in der ersten Position mit dem einen oder den mehreren Bildern des Patienten in der zweiten Position, und Umpositionieren des Patienten, bis der Patient sich im Wesentlichen in der gleichen Position befindet, wie sie in dem einen oder den mehreren Bildern des Patienten in der ersten Position dargestellt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Patient derart umpositioniert wird, dass er sich innerhalb 1 mm des einen oder der mehreren Bilder des Patienten in der ersten Position befindet.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Patient derart umpositioniert wird, dass er sich innerhalb 1 Grads des einen oder der mehreren Bilder des Patienten in der ersten Position befindet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem ein Mittel für eine zeitlich gesteuerte Erlangung derart verwendet wird, dass das Bild des Patienten in der zweiten Position an demselben Punkt eines Zyklus wie das Bild des Patienten in der ersten Position erlangt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem das Vergleichen des Bildes des Patienten in der ersten Position mit dem Bild des Patienten in der zweiten Position durch Mischen des Videobildes des Patienten in der ersten Position mit dem entsprechenden Bild des Patienten in der zweiten Position ausgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem das Vergleichen des Bildes des Patienten in der ersten Position mit dem Bild des Patienten in der zweiten Position durch Blinken eines Anzeigebildschirms und Alternieren des Bildes des Patienten in der ersten Position mit dem Bild des Patienten in der zweiten Position ausgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem eine oder mehrere sichtbare Markierungen der Oberfläche des Patienten hinzugefügt werden, um Landmarken in dem Bild des Patienten in der ersten Position zum Übereinstimmen mit Bildern des Patienten in der zweiten Position zu liefern.
System zum Positionieren eines Patienten zum Empfangen einer Strahlentherapiebehandlung, mit einer Computertomographiemaschine, die CT-Daten des Patienten in einer ersten Position erzeugt, einem Prozessor, der zum Erzeugen eines oder mehrerer Bilder eines Patienten in einer ersten Position aus den CT-Daten eingerichtet ist, einem Speicher, der zum zumindest temporären Speichern des einen oder der mehreren Bilder eines Patienten in einer ersten Position aus den CT-Daten ausgelegt ist, einer oder mehreren Videokameras, die in dem Bereich angeordnet sind, in dem der Patient sich zum Empfangen einer Strahlentherapiebehandlung befindet, wobei die eine oder die mehreren Videokameras ein oder mehrere Bilder des Patienten in einer zweiten Position erlangen, einem Mittel zum Vergleichen des einen oder der mehreren Bilder des Patienten in der ersten Position mit dem einen oder den mehreren Bildern des Patienten in der zweiten Position, und einem Mittel zum Umpositionieren des Patienten bis der Patient sich im Wesentlichen in der gleichen Position befindet, wie sie in dem einen oder den mehreren Bildern des Patienten in der ersten Position veranschaulicht ist.
System nach Anspruch 8, bei dem zwei Videokameras zum Erzeugen eines Satzes von Stereovideobildern des Patienten in der zweiten Position angeordnet sind und ein Satz einer Stereobrille verwendet wird, die mit den Stereovideobildern des Patienten in der zweiten Position synchronisiert ist, wodurch eine dreidimensionale Stereowahrnehmung geliefert wird.