DE10318204A1

DE10318204A1 - Festlegen von Steuergrößen, Einstellungen oder technischen Parametern (Planungshilfe)

Info

Publication number: DE10318204A1
Application number: DE10318204A
Authority: DE
Inventors: Hans L. Trinkaus; Karl-Heinz Dr. Küfer
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2001-10-22
Filing date: 2003-04-22
Publication date: 2004-11-18
Anticipated expiration: 2023-04-23
Also published as: DE10318204B4

Abstract

Vorgeschlagen wird eine Planungshilfe zur interaktiven Auswahl eines Strahlentherapieplans aus einer Datenbank (1) mit einer Vielzahl von vorberechneten Plänen als gespeicherte Lösungen. Jede Lösung repräsentiert einen Strahlentherapieplan, der selbst aus einer Vielzahl von Steuergrößen (x1, y7, alpha1, alpha2, alpha3, I1, I2) besteht, die einem Strahlentherapiegerät (10, 11, 12) beaufschlagbar sind (6, 7). Jede Lösung enthält auch mehrere Kennwerte von Strahlendosen für Gewebevolumen (T, Target) und Risikovolumen (Risikoorgan, h1, h2, h3). Zumindest drei Achsen werden als Dosisskalen (31, 32, 33) so auf einer Darstellungseinrichtung (3; 3a, 3b) sichtbar dargestellt, dass zumindest drei nicht übereinander fallende Achsen gebildet sind. Die Kennwerte (51, 52, 53) der Strahlendosen einer Vielzahl der gespeicherten Lösungen für drei der vier Gewebevolumen werden so den drei Achsen jeweils zugehörig zugewiesen, daß für jede dieser Achsen ein Intervall (a31, a32, a33) entsteht. Drei Intervalle für die nicht übereinander fallenden Achsen (31, 32, 33) legen gemeinsam eine sichtbare Planungszone (40; 41, 42) fest. Die Planungszone (40) ist auf der Darstellungseinrichtung (3) gegenüber dem Umfeld (45, 45a) hervorgehoben. Eine weitere Achse (34) ist als weitere Dosisskala außerhalb der Planungszone (40) sichtbar dargestellt oder aufgetragen. Ihr sind die Kennwerte der vierten der zumindest vier Gewebevolumen zugeordnet.

Description

Die Erfindung betrifft das oben genannte Fachgebiet, insbesondere eine Strahlendosisverteilung auf Targets und Risiken oder eine Therapieplanoptimierung in einer großen Menge von geeigneten Lösungen. Die Erfindung ist auch über obiges Fachgebiet hinaus für die Auswahl einer aus mehreren Kennwerten bestehenden "Lösung" aus einer Vielzahl von Lösungsmöglichkeiten einsetzbar, die sich auch auf ein technisches Objekt oder Einstellungen eines technischen Verfahrens oder Prozesses beziehen. Mit dieser Anmeldung wird ein Zusatzverhältnis zur DE 101 51 987.7 vom 22. Oktober 2001 beantragt, wobei die hier beschriebene Erfindung die dort beschriebene Erfindung verbessert oder weiter ausbildet. Insoweit soll auf die Gesamtoffenbarung der Hauptanmeldung Bezug genommen werden, sofern im Rahmen der hier gegebenen Erläuterung der Verbesserung oder weiteren Ausbildung Zweifel oder Klärungsbedarf zu den Grundlagen der Planungshilfe (auch Planungswerkzeug oder Planungsdarstellung) bestehen.
Bei konformierenden Bestrahlungstechniken wird eine räumliche Dosisverteilung angestrebt, die die Wirkung in einem Tumor maximiert und die Nebenwirkungswahrscheinlichkeit minimiert. Die Geschichte der Strahlentherapie zeigt, daß aus der Einführung verbesserter Dosisverteilungen größere Behandlungserfolge resultieren. Im Körperstammbereich, und zum Teil auch im Kopf- und Halsbereich, gibt es jedoch eine Reihe von Zielvolumina, die aufgrund ihrer irregulären, konkaven Gestalt und der unmittelbaren Nachbarschaft zu Risikoorganen selbst mit modernen derzeit im klinischen Bereich verfügbaren Techniken, wie z.B. 3D-Therapieplanung und einer Verwendung von Multileaf-Kollimatoren vor einem Strahlungskopf, noch nicht hochdosiert und zielvolumenkonform bestrahlt werden können, vgl. Bortfeld, "Dosiskonformation in der Tumortherapie mit externer ionisierender Strahlung", Habilitationsschrift, Universität Heidelberg (1995) und Brahme, Treatment Optimization Using Physical and Radiobiological Objective Functions, Radiation Therapy Physics, Herausgeber Smith, Springer, Berlin 1995.
Durch die Entwicklung der inversen Therapieplanung mit offenen Feldern und der intensitätsmodulierten Strahlentherapie (IMRT) hat sich in jüngster Zeit die Situation grundlegend geändert. Eine inverse Planung liefert in einem gewissen Sinn optimierte Dosisverteilungen im Patienten. Bei der konventionellen Therapie werden Feldgewichte, Keilfiltergeometrien und Einstrahl-Richtungen, bei der IMRT intensitätsmodulierte Felder bestimmt. Theoretische Planungsvergleiche und erste klinische Erfahrungen haben gezeigt, daß mit diesen neuen Methoden insbesondere in schwierigen Fällen deutlich verbesserte Dosisverteilungen im Sinne der Konformations-Strahlentherapie erzielbar sind.

Die inverse Therapieplanung verwendet eine Bewertungsfunktion, die jedem Bestrahlungsplan eine einzige Note als Qualitätsmaß zuordnet, vgl. Bortfeld, Stein, Preiser, "Clinically Relevant Intensity Modulation Optimization Using Physical Criteria", Proceedings of the XII^th ICCR, Salt Lake City 1997, Herausgeber Leavitt und Starkschall, Seiten 1–4 und Preiser, Bortfeld, Hartwig, Schlegel, Stein, "A New Program for Inverse Radiotherapy Planning", Seiten 425–428, a.a.O. Es wird dabei ein Bestrahlungsplan in seiner ganzen Komplexität nur durch eine einzige Zahl charakterisiert. Ein Planungssystem sucht dann aus vielen Plänen nach dem Bestrahlungsplan mit der besten Note.

Bei der Planung sind im allgemeinen jedoch mehrere Risikostrukturen mit unterschiedlicher Relevanz für die Lebensqualität des Patienten zu berücksichtigen. Ferner steht das Ziel der Applikation einer hohen und homogen verteilten Dosis im Zielvolumen im Widerspruch zur maximalen Schonung der Risikostrukturen. Diese unterschiedlichen, teils widersprüchlichen Ziele werden berücksichtigt, indem Bewertungsfunktionen organweise (d.h. für Zielvolumen und Risikostrukturen) definiert, mit Wichtungsfaktoren skaliert und abschließend aufsummiert werden. Das Ergebnis ist die oben erwähnte (einzige) Note des gesamten Bestrahlungsplans.

In der Praxis liegt ein wesentliches Problem bei dieser Art der inversen Planung in der Festlegung der Wichtungsfaktoren für die relevanten Strukturen. Diese Faktoren sind nicht klinisch interpretierbar, d.h. eine klinische Bewertung bzw. Anordnung von Organen kann nicht einfach in eine vergleichbar angeordnete Liste von Wichtungsfaktoren umgesetzt werden. Die Wichtungen werden daher durch Versuch und Irrtum ermittelt, was eigentlich durch den Einsatz inverser Planung vermieden werden sollte.

Das bedeutet, daß auch bei der inversen Planung im Allgemeinen etliche Optimierungsschritte mit unterschiedlichen Wichtungsfaktoren durchgeführt werden, bis ein akzeptabler Plan gefunden ist. Dies ist äußerst zeitaufwendig und für die bisher relativ geringe klinische Akzeptanz der inversen Planung mitverantwortlich. Ein Beispiel aus der Erfahrung mit der inversen Planung am DKFZ in Heidelberg verdeutlicht den Sachverhalt. Eine Zusammenfassung der Planungszeiten für die letzten 50 behandelten IMRT-Patienten ergab, daß die inverse Planung pro Patient 2 bis 3 Stunden beanspruchte, wobei jeweils 3 bis 15 Pläne bestimmt wurden. Anders ausgedrückt: Die Wichtungsfaktoren wurden 2 bis 14 mal neu angepaßt, jedes Mal wurde neu gerechnet und bewertet, bis ein zufriedenstellendes Ergebnis gefunden war. Mit wachsender Erfahrung auf diesem Gebiet wird man für Standardfälle zweifellos Klassenlösungen für Wichtungsfaktoren und andere Parameter finden, mit denen adäquate Ergebnisse erzielbar sind. Bei komplizierten und neuen Fällen wird man allerdings um die beschriebene zeitwaufwendige Trial and Error Methode nicht umhinkommen.

Ein weiteres Problem der inversen Planung in ihrer heutigen Form liegt im statischen Charakter der Planungsergebnisse. Die optimale Lösung für einen festen, vorab gewählten Satz von Wichtungsfaktoren liefert keine Informationen, ob beispielsweise ein Zugewinn an Dosis im Zielvolumen möglich wäre, wenn man in bestimmten Risikoorganen höhere Dosen zulassen würde. Beide Probleme, der große Zeitaufwand und der statische Lösungscharakter, führen dazu, daß auch mit inversen Planungsmethoden häufig nicht der für einen Patienten "ideale Plan" gefunden wird. Diese Problematik hat eine Hauptursache, eine mehrkriterielle Aufgabenstellung – die Berücksichtigung bzw. Abwägung von Dosisverteilungen in Zielvolumen und Risikostrukturen – wird durch die Einführung künstlicher Gewichtungen in ein einkriterielles Problem transformiert. Diese willkürliche Verengung des Blickes auf eine einzige Zahl nimmt auch einem Arzt die Chance, nach dem Optimierungslauf dynamische Planungsänderungen vorzunehmen.

Idealerweise sollten nach Abschluß des Optimierungsprozesses unabhängige Teil-Bewertungsfunktionen, jeweils zugehörig zum Zielvolumen oder einem Risikoorgan, gleichzeitig betrachtet und modifiziert werden, um dynamisch und interaktiv und insbesondere auch schnell und einfach einen für den Patienten optimalen Bestrahlungsplan ermitteln zu können.

Ein bevorzugter Vergleichswert für die Beurteilung von Strahlungswirkungen ist die biologisch wirksame Equivalent Uniform Dose (EUD), welche mit Hilfe einer organdependenten Konvexkombination des in einer betrachteten Entität maximal erzielten Dosiswertes und des entsprechenden mittleren Dosiswertes beschrieben wird (Max-and-Mean-Modell), vgl. Thieke, Bortfeld, Küfer, "Characterization Of Dose Distributions Through The Max & Mean Dose Concept", Submitted to Acta Oncologica (2001).

Die Berechnung optimaler Dosisverteilungen stellt also eine multikriterielle Aufgabe dar, wobei Strahlungsdosen in verschiedenen, voneinander unabhängigen Strukturen – Zielvolumen und Risiken – betrachtet werden. Die zusätzlichen Forderungen nach einer hohen Strahlungsdosis im Ziel und nach möglichst geringen Dosen in den umliegenden Risikoorganen sind inhärent konträr. Daher sollen die Zielsetzungen von dem Optimierungsprozeß entkoppelt betrachtet werden und das inverse Bestrahlungsplanungsproblem bei gegebener Einstrahlgeometrie als multikriterielle Optimierungsaufgabe formuliert werden. Für jede relevante Gewebeentität – ob Zielvolumen oder Risikoorgan – werden voneinander unabhängige Zielsetzungen festgelegt.

Das Planungsproblem für die Strahlentherapie läßt sich in mathematischer Klassifikation – dank der EUD-Modellierung auch mit Hilfe des Max-and-Mean-Modells – als ein multikriterielles lineares Optimierungsproblem darstellen, dessen Zielfunktionen die biologisch wirksamen EUDs in den Risiken und eine Unterbestrahlung des Zielvolumens gleichzeitig zu minimieren suchen.

Aus der Beschreibung des Standes der Technik ist ersichtlich, daß eine Therapieplanung, also eine Vorgabe von Strahlendosen bei der Behandlung von unerwünschtem Gewebe eine erheblich aufwendige und zeitlich sensible Vorgehensweise erfordert, mit einer Vielzahl von Optimierungsschritten, unterschiedlichen Wichtungsfaktoren, bis zum Auffinden eines geeigneten Plans, der subjektiv von unterschiedlichen behandelten Personen auch noch unterschiedlich in seiner optimalen Auswahl bewertet werden kann. Jeder Therapieplan besteht dabei aus einer Vielzahl von Bestrahlungen aus unterschiedlichen Richtungen und mit unterschiedlichen Dosen und selbst sogar noch mit einer unterschiedlichen Intensitätsverteilung während eines Strahlungsabschnitts. Die Therapie wird mit einem zeitlichen Abstand wiederholt, so daß unter dem Begriff der Therapie nicht nur eine einmalige Behandlung, sondern auch eine wiederkehrende Behandlung mit größerem zeitlichen Abstand fällt. Für jede Therapie oder Behandlung sind Steuergrößen oder Steuerbefehle im Sinne von Einstellparametern für den Strahlenkopf, das Gerät und viele Umfeldgeräte nötig, so daß die (voreingestellte) Therapie innerhalb von kurzer Zeit automatisiert ablaufen kann.

Die vereinfachte Vorgabe dieser Kenngrößen für konstruktive Objekte oder technische Geräte soll für die folgende Problemlösung in den Vordergrund gestellt werden.

Unter einer Lösung soll insbesondere bei einem Strahlengerät nicht nur eine gesamte Therapie, sondern auch einzelne zeitliche Abschnitte einer Gesamttherapie verstanden werden, bezogen auf Intensitäten und Richtungen, und technisch zusammengesetzt aus einer Vielzahl von Steuergrößen oder Befehlen, die Bezug auf das Strahlengerät (als ein Repräsentant von operativen Geräten) haben, um beim späteren Durchführen der Therapie die der gefundenen Lösung entsprechenden Strahlendosen im Zielvolumen (als Target oder Tumor) mit einer gewünscht hohen und in den Risikovolumen (wie gefährdete Organe in der Nachbarschaft des Tumors) mit geringstmöglicher Dosis zu erhalten.

Gleiches gilt für meßbare oder beschreibbare technische Eigenschaften (Parameter) eines konstruktiven Objekts, die von einer Lösung als mehrdimensionale (Mehrfach-)Beschreibung umfaßt sind.

Gelöst wird die Problemstellung mit der Erfindung nach Anspruch 1, 16 und 17 sowie 18 und 19 bzw. 20, ebenso nach Anspruch 42 oder 41.

Es wird dabei davon ausgegangen, daß relevante (mathematisch "effiziente") Lösungen vorberechnet oder vorgegeben sind, die mit einer bekannten Strategie berechnet werden können und von der eigentlichen Anwendung zunächst losgelöst sind. Der Einsatz von leistungsfähigen Rechnern erlaubt die Lösung eines multikriteriellen Problems und das Auffinden von geeigneten Einstellungen beispielsweise des Strahlenkopfes und von Intensitätsverteilungen für jede der vorgegebenen Einstrahlrichtungen, um im Ergebnis über eine spätere Behandlung zu denjenigen Dosiswerten zu kommen, die für das Zielvolumen als Target höchstmöglich und für das Risikovolumen oder die mehreren Risikovolumen in der Nachbarschaft des Targets oder im Strahlenweg zum Target mit einem geringstmöglichen, jeweils organabhängigen Maximalwert nur beaufschlagt werden, bevorzugt sogar geringer beaufschlagt werden.

Technische Eigenschaften eines konstruktiven Objektes wie Leistung, Lebensdauer, Größe oder Gewicht können ebenso "mehrkriteriell" gemeinsam verbessert werden.

Die Vielzahl von möglichen Lösungen kann gespeichert werden und ist repräsentiert durch ihre jeweilige Wirkung im Sinne von beispielsweise Dosiswerten als Kennwerte für die bei der Rechnung berücksichtigten Gewebevolumen (beispielsweise ein oder mehrere Targets und Risiken). Diese einzelnen Dosen werden nicht zusammengefaßt in einem Skalar, auch nicht mit einzelnen Wichtungsfaktoren, sondern bleiben als Vektor in dem Sinne vorhanden, daß jede Lösung einen Kennwert für ein einzelnes Gewebevolumen besitzt, aber für jedes der zu betrachtenden Gewebevolumen ein Kennwert vorliegt, mithin so viele Kennwerte zu einer Lösung gehören, wie Gewebevolumen in der Betrachtung sind. Unter einem Gewebevolumen ist sowohl ein Organ zu verstehen, wie auch ein parasitäres, bösartiges Gewebevolumen, letzteres als Zielvolumen oder Target.

Die Lösungen setzen voraus, daß diese Dosiswerte innerhalb der organabhängigen Akzeptanzbereiche liegen. Damit steht eine Vielzahl von möglichen Lösungen zur Verfügung, von denen eine dadurch ausgewählt wird, daß zumindest eine Vielzahl, bevorzugt alle gespeicherten Lösungen eine Planungszone begrenzen oder bilden, innerhalb derer eine "optimale Lösung" (Kompromißlösung) visuell einfach und nachvollziehbar aufgefunden werden kann.

Einer aufgefundenen Lösung können Begleitinformationen beigegeben werden, die mit der Änderung innerhalb der Planungsfläche sich mitändern und neben der Planungsfläche dargestellt werden, so zugehörige Visualisierungen von Isodosen (schichtenweise in Transversalschnitten) oder Dosis-Volumen-Relationen, welche kennzeichnen, welcher Anteil von Volumen eines Organs oder Targets welche Strahlungsintensität in Gray [gy] erhält. Diese beiden Darstellungen sind geläufig und können die anhand der Planungszone gefundene Lösung aus mehreren Strahlendosen für Risikoorgane und Targets unmittelbar in ihrer Wirkung bildlich erfaßbar machen.

Eine allgemeinere Betrachtung als Erfindung (Anspruch 42, Anspruch 41) ergibt einen viel breiteren Anwendungsbereich, als denjenigen der Strahlentherapie. Die Erfindung kann mit der beschriebenen Planungszone und einem darin beweglichen (einbeschriebenen) Mehreck als Navigationskörper auch andere Planungsaufgaben vorbereiten, so die Gestaltung von anderen technischen Geräten oder technischen Objekten, wie Motoren von Automobilen oder Flugzeugkonstruktionen, bei denen technische Eigenschaften (Parameter) für diese Objekte bestehen, die oft divergierende Kriterien erfüllen müssen. Für einen Motor eines Automobils oder eines anderen Kraftfahrzeuges können Hubraum, Leistung, Drehzahl und Verbrauch technische Parameter sein, zusätzlich können aber auch wirtschaftliche Parameter mit einfließen, so das Image oder der Nutzen. Diese Parameter sind insgesamt multikriteriell und haben divergierende Entwicklungsrichtungen; wird beispielsweise der Hubraum erhöht, wird der Verbrauch nicht unbedingt gesenkt. Werden hohe Kosten eingespart, kann man nicht mit einem großen Leistungsbereich aufwarten. Für das angesprochene Objekt als Flugzeug sind beispielsweise technische Parameter wie leichte Bauweise, Materialfestigkeit, Stärke des verwendeten Materials im Wandbereich und Belastungsmöglichkeiten eine technische Seite, während Kosten, Sicherheit und Lebensdauer andere, eher wirtschaftlich orientierte Kriterien sind, die aber auf die technischen Parameter durchaus Einfluß nehmen. Größerer Materialaufwand geht positiv in Richtung einer Lebensdauer und in Richtung der Sicherheit, ist aber nachteilig hinsichtlich der Kosten. Auch die Bauzeit kann Einfluß nehmen, so daß ein Objekt besser geplant werden kann, dessen technische Eigenschaften durch Repräsentanzwerte auf den Achsenabschnitten in der Planungszone dargestellt werden können. Weitere Anwendungen bieten sich bei der Planung von Objekten, wie einer Kläranlage oder einer Müllverbrennungsanlage, bei denen solche technischen Kriterien wie Platz, Durchsatz und Schadstoffbelastung als geeignete Eigenschaften (im Sinne technischer Parameter) Einsatz finden können, während Standortbestimmung, Transportweg und Kosten wirtschaftliche Faktoren sind, die aber die technischen Faktoren mit beeinflussen, bzw. die technischen Faktoren alleine entscheiden nicht über die Gestalt und die Form einer solchen Großanlage. Es lassen sich sogar so schwierige Systeme planen wie der Bau eines (reinen) Fußballstadions, bei dem nicht nur Standort, sondern auch andere technische Realisierungskriterien, wie Verkehrsanbindung, Kostenbeteiligung und Naturschutzgebiete (Flora/Fauna-Habitat-Gebiete) bei der Entscheidungsfindung oder der Planung Berücksichtigung finden. Auch dieses Objekt läßt sich durch technische Eigenschaften beschreiben, die im Rahmen der Planungszone einzelne Achsen erhalten und ein Linienkörper, der dieser Planungszone einbeschrieben ist, erlaubt eine Modifizierung der einzelnen technischen Eigenschaften zum Auffinden einer optimierten Lösung aus einer Lösungsvielfalt, die verfügbar ist.

Auch solche technischen Objekte, die selbst Arbeitsobjekte sind, also nicht nur konstruktive Objekte, sondern auch operative Geräte wie Roboter, Drehmaschinen oder Montageautomaten lassen sich hinsichtlich ihrer technischen Eigenschaften so beschreiben, daß durch eine optimierte Planung solche Geräte preiswert und schnell realisierbar sind und im Pflichtenheft überschaubar bleiben. Eine große Lösungsvielfalt ist dabei nicht mehr zur Unübersichtlichkeit verdammt, sondern kann Basis für eine Navigation des Benutzers sein, der sich in den vielen möglichen Lösungen leichtfüßig zu bewegen vermag und dabei mit leichter Hand optimale Werte für seinen Vorstellungshorizont herausfinden kann. Aus der vorgenommenen Auswahl können die technischen Parameter direkt übernommen und der weiteren Gestaltung (Objektgestaltung oder Bau des konstruktiven Objektes) oder dem weiteren Bau von operativen Geräten zugrunde gelegt werden. Dabei ist sogar der Einsatz der Vorbereitung von Pflichtenheften möglich, die aus der beschriebenen Planungsvorbereitung entstehen können.

Die Erfindung vermeidet das Problem, zeitlich weit auseinanderliegende Neuberechnungen zu erfordern und geht davon aus, daß eine Vielzahl von Vorberechnungen bereits vorliegt, aber die Vielzahl von möglichen Lösungen den das Ergebnis festlegenden Bearbeiter nicht überfordert, sondern ihm plausibel und visuell so darstellt, daß er scheinbar nur eine ganz geringe Menge von Daten zu vergleichen hat. Durch Verändern eines einbeschriebenen Navigations-Linienkörpers oder eines Navigations-Polygons für den Fall, daß die Planungszone als eine polygonförmige Fläche gebildet ist, erlaubt es ein Mehreck zu bewerten, dessen Eckwerte von den technischen Eigenschaften oder von Dosiswerten der Risiken und des Targets gebildet werden. Dieses Polygon verläßt die Planungsfläche nicht und wenn einer der Eckwerte verändert wird, verändert sich das gesamte Polygon innerhalb der Planungsfläche.

Das beruht darauf, daß nur eine Lösung zusammenhängend dargestellt wird, aber nicht mehr als eine Lösung in einem stationären Zustand der Darstellung dem Betrachter visuell vermittelt wird. Alle Lösungen sind in der Datenbank zwar zum Zugriff verfügbar, werden aber nicht als Lösungen dargestellt. Sie werden lediglich dadurch insgesamt dem Betrachter vermittelt, daß die Planungszone die Zusammenfassung aller Lösungen repräsentiert, die hypothetisch möglich wären, wobei die Umgebung der Planungszone nicht ausgewählt werden kann. Die Umgebung kann dabei ein innerhalb des inneren Randes der Planungszone liegender mehreckiger Körper und ein außerhalb des äußeren Randes der Planungszone liegender übriger Bereich sein. Das ist sowohl 2D als auch 3D möglich.

Ein Verändern auf einer der Achsen, beispielsweise ein Verändern auf einer Gewichts- oder Risikoachse zu einem anderen Wert, verändert die dargestellte Lösung bei einer Therapieplanung so, daß auch die anderen Werte der anderen Achsen sich verändern. Zumeist wird es so sein, daß nicht alle Wünsche einer (nicht zu unterschreitenden) Minimaldosis für das Target und (nicht zu überschreitender) Maximaldosen für die Risikoorgane gleichzeitig erreicht werden und ein Optimum gesucht werden soll, was subjektiv stark beeinflußt ist. Eine Reduzierung von Strahlendosen auf beispielsweise sehr empfindliche Risikoorgane (Rückenmark oder Sehorgane) kann dazu führen, daß andere Risikoorgane höhere Strahlungsdosen erhalten und auch das Target eine höhere Strahlungsdosis – wie eigentlich erwünscht – erhält. Die anderen Risikoorgane können dabei weniger empfindlich sein, beispielsweise die Lungenflügel, so daß ihnen eine höhere Strahlungsdosis nicht so sehr schadet, wie empfindlicheren Organen.

Die subjektive Auswahl steht dem Benutzer völlig frei zur Hand, die visuelle Veränderung des einbeschriebenen Linienkörpers erlaubt mit einem Blick die Qualifizierung einer dargestellten Lösung als mehr oder weniger geeignet.

Es ist zu betonen, daß bei der Darstellung nicht mehrere Lösungen miteinander verbunden werden, sondern nur eine Lösung herausgegriffen wird über den zusammenhängenden Navigations-Linienkörper als beispielsweise einbeschriebenes Polygon, dessen Schnittpunkte mit den Achsen die Kennwerte der Strahlendosis des oben beschriebenen Vektors, insbesondere als Notenvektor oder Strahlendosis-Vektor, einer Lösung sind.

Gleiches gilt für die technischen Eigenschaften anderer Geräte oder technischer Objekte (konstruktionsbeeinflußte Entitäten). Ein Wechsel zu der Darstellung einer anderen Lösung kann bevorzugt fließend geschehen, im Zuge eines Übergangszustandes, bei dem die eine Lösung in die andere Lösung innerhalb der Planungszone übergeblendet wird (Anspruch 8). Die Qualität einer Änderung kann dabei durch den Wechsel des einbeschriebenen Navigationskörpers bewertet werden, der als solches bevorzugt nicht springt.

Jede der mehreren Achsen bildet beispielsweise eine Strahlendosis-Skala für ein Gewebevolumen (Anspruch 1), so zumindest drei Gewebevolumina. Diese Achsen werden sichtbar auf einer Darstellungseinrichtung, wie einem Sichtschirm, aufgetragen und werden im folgenden als Risikoachsen benannt. Es fallen keine Achsen übereinander, um zumindest eine Fläche aufspannen zu können (2D-Betrachtung). Eine weitere Achse für ein weiteres Gewebevolumen ist vorgesehen, so dass zumindest vier Gewebevolumen in der Betrachtung stehen. Drei dieser Achsen werden zur Bildung der Planungszone verwendet, während eine weitere Achse, hier die vierte der zumindest vier Gewebevolumen, außerhalb der Planungszone angesiedelt ist. Die Kennwerte der Lösung werden den Achsen zugeordnet, wobei nicht alle gespeicherten Lösungen in der Datenbank berücksichtigt werden müssen, eine Vielzahl der gespeicherten Lösungen genügt zur Bildung der Planungszone. Bei der Beschreibung von zumindest vier Gewebevolumen geht man davon aus, dass auch mehr Gewebevolumen in die Betrachtung einbezogen werden können, aber ausgegangen werden soll von zumindest drei Gewebevolumen, welche mit ihren Kennwerten für die Dosisskalen als Achsen die Planungszone festlegen und einem Gewebevolumen, das mit seinen Kennwerten eine außerhalb der Planungszone liegende Achse bildet.

Auf jeder der drei Achsen sind Kennwerte angesiedelt und die Gesamtzahl der gespeicherten Lösungen definiert einen jeweiligen Achsenabschnitt auf jeder der drei Achsen. Dieser Achsenabschnitt ist jeweils ein Intervall, das ein jeweiliges oberes und unteres Ende besitzt, vorgegeben über die Lösungen und ihre Kennwerte von Strahlendosen bezogen auf die jeweils betroffene Risikoachse.

Die Intervalle legen die Planungszone fest, wenn ihre jeweiligen Obergrenzen und jeweiligen Untergrenzen miteinander verbunden werden. Zur Veranschaulichung der Planungszone gegenüber dem Umfeld (innen und außen) ist diese anders als das Umfeld dargestellt.

Dem Benutzer der Planungshilfe als System oder Verfahren oder bildliche Darstellung (Ansprüche 17, 18, 43, 44) bietet sich damit die Möglichkeit, innerhalb der Planungszone ein Navigations-Polygon oder den beschriebenen Linienkörper aufzufinden, der ihm persönlich am geeignetsten für eine später stattfindende Therapie oder eine konstruktionsbeeinflußte Entität ist. Mit leichter Hand wird ein unglaubliches Volumen von möglichen Lösungen, hinter dem wiederum eine noch höhere Anzahl von technischen Parametern für die Einstellung des technischen, insbesondere Strahlentherapie-Gerätes, steht auf ihre Folgen im Sinne einer Eigenschaftsverteilung oder einer Dosisverteilung in den Organen und Risiken untersucht, wobei die eigentliche Therapie noch nicht stattfindet, sondern nur deren Planung, die zeitlich (weit) vor einer tatsächlich stattfindenden Therapie liegt und damit nicht unmittelbar mit dieser Therapie gleichzeitig stattfindet (Anspruch 10).

Die auf der gesonderten, außerhalb der Planungszone liegenden Achse gegebenen Kennwerte können einen Bereich umfassen, der auch einem Abschnitt mit oberem Ende und unterem Ende entspricht oder es wird nur ein Kennwert dargestellt, der allen in der Planungszone verfügbaren Lösungen gemeinsam ist, so ein beispielsweise fester Strahlen-Dosiswert (Anspruch 7a). Bevorzugt ist hier ein Zielvolumen oder das Target gesondert dargestellt von den übrigen Gewebevolumen der Planungszone (Anspruch 7b). Eine Veränderung dieses Kennwertes kann in Form eines Schiebereglers erfolgen (Anspruch 7d), so dass die Dosis für das beispielsweise eine Target vergrößert und verkleinert werden kann, unter Einflussnahme auf die Darstellung der Planungszone. Diese Einflussnahme kann eine Proportionalität sein (Vergrößerung der Bestrahlungsdauer) oder eine Auswahl nur derjenigen Lösungen aus den gespeicherten Lösungen in der Datenbank, denen bei der Dosis für das Target derjenige Kennwert zugehörig ist, der auf der gesonderten Achse außerhalb der Planungszone dargestellt wird. Ein Verändern dieses Kennwertes verändert den Navigations-Linienkörper (Anspruch 5), verändert alternativ die Skalierung der Achsen, welche die Planungszone aufspannen. Anders herum beeinflusst eine Veränderung der Lage oder Gestalt des Navigationskörpers innerhalb der Planungszone nicht die Dosisskala auf der gesonderten Targetachse, die durch den eingestellten Wert vorgegeben ist. In der Planungszone kann sich ein Anwender bei Vorliegen von nur Risikoorganen der Verteilung der Strahlenrisiken auf diese Organe widmen, während er von einem fest vorgegebenen Dosiswert bei dem Zielvolumen bzw. Target ausgeht. Auch mehrere Targetachsen können Einsatz finden, welche ebenso außerhalb der Planungszone angesiedelt sein können, wie sie auch mit zumindest einer oder mehrerer Achsen innerhalb der Planungszone vertreten sein können.

Bestimmte Kennwerte auf den Risikoachsen können festgehalten oder fixiert werden, um sich vorwiegend mit der Veränderung der noch verbliebenen Kennwerte auf den anderen Achsen zu befassen (Anspruch 12). Zur Vereinfachung dieser Veränderung und zur visuellen Darstellung der Einschränkung der nunmehr noch möglichen Lösungen kann ein (flächiger) Abschnitt der Planungszone herausgenommen werden. Das geschieht dadurch, daß er visuell abgetrennt wird und beispielsweise heller als die noch verbliebene Planungszone gekennzeichnet wird oder mit einer anderen Farbe. Dadurch ergeben sich auch Reduzierungen oder Sperrungen in der übrigen Planungszone, in die sich die gesperrten Lösungen durch die Verbindung der Punkte auf den Risikoachsen und der Targetachse hinein erstrecken.

Beispielsweise werden alle Lösungen, die einen schlechteren Kennwert als Dosis besitzen, der auf der Achse liegt, auf der der Kennwert fixiert worden ist, gesperrt. Das Sperren der Lösungen betrifft diejenigen, die entweder oberhalb eines Scheitelpunktes oder oberhalb eines Scheitelbereiches liegen, der durch den Scheitelpunkt festgelegt wird (Anspruch 14, Anspruch 53). Ein Scheitelbereich erstreckt sich ein Stück weit oberhalb eines Scheitelpunktes einer dargestellten Lösung, wobei der Scheitelbereich kleiner ist, als der Restbereich zwischen Scheitelpunkt und dem Ende der Planungszone auf dieser Achse.

Es können mehrere Achsen mit zugehörigen Dosis-Kennwerten fixiert werden, so daß auch mehrere Abschnitte aus der gesamten Planungszone herausgenommen werden können.

Die einzelnen aus der weiteren Planung (und der Planungszone) herausgenommenen Abschnitte können wieder hinzugefügt werden (Anspruch 13).

Die in der Datenbank gespeicherten Lösungen können bevorzugt pareto-optimale Lösungen sein. Es ist zu aufwendig und sinnlos, alle Lösungen darzustellen. Sinnvoll ist es dagegen, ein geeignetes Vertretersystem aus der Menge von (mathematisch) effizienten Lösungen zu berechnen. In der praktischen Umsetzung besteht ein solches Vertretersystem meist aus 100 bis 200 oder mehr Lösungen, die in der Datenbank gespeichert und visuell zur Verfügung gestellt werden können. Eine schnelle Auswahl aus der Vielzahl der Vorschläge in der Datenbank ist trotz ihres Umfanges möglich und kann bei einem Patienten individuell auf ihn zugerichtet oder vorgeplant werden, um seinem Krankheitsverlauf entsprechend und der persönlichen subjektiven Empfindung des entscheidenden Bedieners Rechnung zu tragen.

Gleiches gilt für die Planung der technischen Eigenschaften (Parameter) einer konstruktiven Entität.

Die Pareto-Optimalität geht davon aus, das multikriterielle Optimierungsproblem so zu lösen, daß die Zielfunktion für eine Strahlentherapie eine vorgegebene (biologisch wirksame) EUD (equivalent uniform dose) in den Risiken und eine Unterbestrahlung des Zielvolumens (des Targets) gleichzeitig zu minimieren sucht, wobei nicht alle Vorgabewerte (die oberen Grenzwerte als Wunschwerte beim Target und die unteren Grenzwerte als Wunschwerte beim Risiko) gleichzeitig erfüllt werden können, aber in einer Gesamtschau bei einer Pareto-Optimalität näherungsweise optimierte Lösungen gefunden werden.

Eine Vielzahl dieser Lösungen bildet vorteilhaft den Inhalt der oben beschriebenen Datenbank, die über das Planungswerkzeug auf nur eine Lösung hin individualisiert werden, die später Anwendung findet.

Die zuvor beschriebene allgemeine Anwendbarkeit des technischen Konzeptes des Planungswerkzeugs veranschaulichen unabhängige Lösungen (Ansprüche 40, 41), wobei diese ebenfalls als Planungsdiagramm (dargestellt auf einem Sichtschirm) oder als ein Verfahren zur Darstellung eines solchen Diagramms angesehen werden können. Ebenso wie bei der therapeutischen Verwendungsmöglichkeit der gefundenen Ergebnisse ist hier nicht die Planung selbst Gegenstand des Anspruchs, sondern die Ermöglichung einer solchen Planung, durch Bereitstellen eines entsprechenden Werkzeuges als Planungshilfe, mit dem diese optimierte Planung überhaupt erst möglich wird.

Ausführungsbeispiele erläutern und ergänzen die Erfindung.
1 ist eine schematische Darstellung eines technischen Gerätes, hier als Strahlungsgerät 10, 11 mit einer Achse 100, um die der bewegliche Teil des Gerätes mit dem Strahlungskopf 12 schwenkbar ist, wobei Schwenkwinkel α eingestellt werden. Abgebildet ist auch die Speichereinheit 5 mit einem Hauptspeicher 1, der eine Datenbank beinhaltet.
2 ist eine schematische Ansicht eines Transversalschnittes eines Patienten mit drei Risikoorganen h₁, h₂ (Lungenflügel) und h₃ (Rückenmark) sowie einem Zielvolumen T als ein Tumor.
2a bis 2e symbolisieren Intensitätsverteilungen, wie sie durch eine Multileaf-Struktur vor dem Strahlungskopf 12 von 1 erhalten werden. Die Figuren sind gegenüber der 2 so angeordnet, daß eine jeweilige Intensitätsverteilung an dem in 2 eingezeichneten Schwenkwinkel α gemäß 1 angewendet wird, so die 2a mit der dort gezeigten Intensitätsverteilung aus dem Winkel α₁, die 2b aus dem Winkel α₂, usw.
3 veranschaulicht schematisch die Multileaf-Einstellungen von streifenförmigen Blättern 13, 14, die einen Zwischenraum 12a des Strahlenkopfes 12 freigeben, durch den eine in ihrer Intensität auf eine bestimmte Geometrie oder Kontur verteilte Strahlung austritt.
3a ist eine Veranschaulichung von unterschiedlichen Einstrahlrichtungen α bei in ihrer Intensität modulierten Strahlungseinflüssen aus einer jeweiligen Richtung, bezogen auf das Gewebevolumen als Target T.
4 ist eine Blockschaltbild der Rechnerkonfiguration 20 zur Berechnung von Lösungen für die Datenbank 1.
5 veranschaulicht eine zweidimensionale Darstellung einer ersten Planungszone 40 mit allen darin verwendeten grafischen Komponenten, zur Vorgabe von Steuerwerten oder Steuergrößen, wie solchen Steuergrößen zur Einstellung der Multileaf-Struktur von 3.
5a ist eine weitere alternative Planungszone 40, welche mit fünf strahlenförmigen Risikoachsen zur Bildung der Planungszone arbeitet, dabei eine außenliegende weitere Achse 34 besitzt, welche ein Zielvolumen (Target) mit seiner Strahlendosis angibt.
5b ist eine alternative Planungszone 40 mit sieben Achsen, von denen einige parallel verlaufen, und einer zusätzlichen Achse 34, welche außerhalb der Planungszone gelegen ist.
6 gibt eine (farbige) Übersicht über alle verwendeten grafischen Strukturen einer Planungshilfe, die in den folgenden Figuren in einem Beispiel einer Vorplanung einer Therapie verwendet werden, die nach ihrer Off-line-Festlegung später zum Gegenstand der Behandlung werden kann. Veranschaulicht ist ein Start einer Planungssitzung, bei der die Planungsfläche 40 nach 5 mit einigen zusätzlichen Elementen belegt ist, zur Erläuterung ihrer Funktion und zur Entlastung der Bezugszeichen in 5.
7 ist die Planungsfläche 40 von 6 mit einem geänderten Polygonzug P2 als Naviagtions-Polygon oder Navigations-Linienkörper innerhalb der hier 2D dargestellten Planungsfläche 40.
8 ist ein weiterer Schritt mit einer weiter reduzierten Dosis gegenüber 7 hinsichtlich der Risikoachse h₃ auf 25 gy.
9 ist eine Blockierung oder Festlegung des zuvor genannten Wertes von 25 gy auf der h₃-Achse und ein Ausblenden zumindest des linken Abschnitts oberhalb des Kennwertes 53.
10 ist eine Veränderung des oberen Kennwertes 50c von 9 zum Wert 50 mit 75 gy auf der Targetachse T.
11 ist eine Darstellung eines Dosis/Volumen-Histogramms als 3D-Repräsentanz auf flächiger Darstellung.
Die Planung für eine hier als Beispiel herausgegriffene Therapie, die nicht unmittelbar mit der Planung zusammenhängt, sondern davon zeitlich und räumlich beabstandet vor sich geht, soll im Übersichtsschaubild der 1 veranschaulicht werden.
Ein Sichtschirm 3 bildet grafisch Lösungen ab, die dem Benutzer oder Bediener, meist ein erfahrener Arzt, eine Möglichkeit der visuellen Darstellung bietet. Dargestellt werden vorausberechnete Lösungen, die in einem Speicher in einer Datenbank 1 in dem Steuersystem 5 vorgehalten werden. Diese Datenbank-Lösungen werden über ein grafisches Interface 3a über die Steuerleitung 3b auf den Sichtschirm 3 übertragen. Eine Steuereinrichtung 4 zur Beeinflussung und zur Ausführung von interaktiven Eingaben (Bediengerät) ist in Reichweite des Benutzers nahe dem Sichtschirm 3 placiert.
Ist eine Lösung aus der Datenbank – wobei die Lösung eine Zusammensetzung einer Vielzahl von Steuergrößen eines beispielsweise Strahlentherapiegerätes ist – gefunden, so wird diese über die Steuerleitung 1a einem weiteren Interface 2 im Rahmen des Steuersystems 5 übergeben, wo sie zwischengespeichert werden kann. Sie kann später über Steuerleitungen 6 digital an eine weitere Steuer- und Überwachungseinrichtung 10 des Strahlentherapiegerätes 11 weitergeleitet werden. Sie kann ebenfalls an eine hebbare oder drehbare Stützeinrichtung 9 über eine weitere Datenleitung 7 übertragen werden. Die Stützeinrichtung 9, für die Aufnahme eines Patienten, ist in einem Winkel β (beta) drehbar und in einer Höhe h und in Längsrichtung z verfahrbar.
Das Strahlentherapiegerät besteht aus einem festen Systemteil 10 und einem demgegenüber um die Achse 100 schwenkbaren zweiten Teil 11, der einen Strahlenkopf 12 trägt, der auf einen auf dem Tragtisch 9 liegenden Patienten ausgerichtet ist. Mit den beschriebenen Bewegungen kann der Strahlenkopf in mehreren Richtungen α eingestellt werden, wozu ihm entsprechende Steuergrößen übermittelt werden. Eine Strahlendosis des Strahlenkopfes 12 wird mit dem im Folgenden näher beschriebenen Multileaf-Kollimator gemäß 3 erläutert. Zusätzlich zu einer Drehung um die Achse α kann auch eine Drehung um die Achse β und eine Verlagerung der Tischhöhe und auch der Tischposition erfolgen, gesteuert von den Steuergrößen oder Steuer-Befehlen, die als Sollwerte aus der Datenbank 1 des Steuergerätes 5 übernommen werden.
Sind alle Kennwerte für eine Therapiesitzung übertragen und in dem Gerät eingestellt, kann die Therapie beginnen, die hier aber nicht Gegenstand der Beschreibung sein soll.
Die in der Datenbank gespeicherten Lösungen sind im Beispiel pareto-optimale Lösungen, die eine Abschwächung optimaler Lösungen sind, um in einem multikriteriellen System überhaupt Lösungen zu finden, welche bei widersprüchlichen Zielen akzeptabel sind.
Eine pareto-optimale Lösung ist ein Kompromiß zwischen einer Unterbestrahlung und einer Überbestrahlung, wobei jeweils Berücksichtigung findet, ob es sich um ein Risikoorgan oder das Target handelt. Beim ersteren sind maximale Werte nicht zu überschreiten, beim letzteren sind minimale Werte nicht zu unterschreiten und bestenfalls maximal vorgegebene Sollwerte zu erhalten, ohne die Risikoorgane über die Grenzwerte hinaus zu belasten.
Es soll zunächst von drei Risikoorganen ausgegangen werden, bei einem Zielvolumen T, wie in der 2 in einem Transversalschnitt veranschaulicht. Es soll erneut betont werden, daß kein therapeutisches Verfahren hier beschrieben und beansprucht wird, aber die Verbindung der hier beschriebenen Erfindung zur Ermöglichung eines therapeutischen Verfahrens dadurch deutlich gemacht werden soll, daß die Ergebnisse, die erzielt werden, in einen funktionellen technischen Zusammenhang gestellt werden, was eine kurze Beschreibung sowohl der Schnittstelle zum therapeutischen Verfahren, die Auswirkung der Steuergrößen, wie auch eine detaillierte Beschreibung der Vorarbeit erfordert.
Dazu ist in der 2 schematisch der Transversalschnitt in Höhe von beispielsweise der Niere eines Patienten gezeigt, mit zwei Lungenflügeln h₁, h₂ als zwei Risikoorgane und einem Rückenmark h₃ als einem erhöht gefährdeten Risikoorgan. Ein Tumor T ist als Zielobjekt ausgebildet und liegt zwischen den Lungenflügeln, etwa auf der Höhe der Leber. Es sind diesbezüglich fünf Richtungen α₁, α₂, α₃, α₄ und α₅ eingezeichnet, die fünf Richtungen symbolisieren, aus welchen eine Einstrahlung mit dem Kopf 12 bei entsprechender Anpassung des schwenkbaren Teils 11 erfolgt, so daß die einstellbaren Winkel α aus 1 denjenigen Winkel α₁ bis α₅ von 2 entsprechen können. Eine entsprechende Verlagerung der Stützeinrichtung 9 in Richtung z ist dazu weiterhin möglich, ggf. auch eine Schwenkung des Tisches um den Winkel β, um diejenige Position mit dem Strahlenkopf 12 zu erreichen, die im Schnitt in 2 dargestellt ist.
Die Wirkung eines in seiner Strahlungsintensität modulierten Kopfes 12 mit einer beliebigen Strahlung, wie Protonen, Elektronen, schwere Ionen oder Protonen, veranschaulichen die Schemabilder der 2a bis 2e. Dazu ist 3 heranzuziehen, die eine mit mehreren Streifen versehene Kopfstruktur 12 zeigt, wobei das wirksame Kopffenster 12a innerhalb eines Rahmens 12b von lateral verschiebbaren Streifenstrukturen 13, 14 eingestellt wird. Dabei ist sowohl die Geometrie, wie auch die Lage des Fensters 12a veränderbar, wenn die entsprechenden Längsbewegungen oder Längsstellungen als Steuerparameter beachtet werden. Diese Längsstellungen x₁, x₂, x₃, ... (allgemein x_i) sowie ..., y₇ und y₈ (allgemein y_i) als jeweilige Repräsentanten der Streifen 13 und 14 sind Steuergrößen, die einzustellen sind und Intensitätsverteilungen in Rasterstruktur ergeben, wie sie von den 2a bis 2e veranschaulicht werden. Wird eine erneute Strahlung abgegeben, bei unterschiedlich eingestellten Steuerblättern 13, 14, können auch Intensitätsverteilungen mit unterschiedlichen Intensitäten im Rahmen der Raster erhalten werden. Das in den 2a bis 2e jeweils schwarz abgebildete Fenster zwischen den intensitätsmodulierten Rasterfeldern ist entsprechend demjenigen Fenster 12a von 3 zu sehen.
Nochmals verdeutlicht und schematisch herausgegriffen ist an 3a die Einstellung von unterschiedlichen Winkeln α₁ bis α₃ bei jeweils intensitätsmodulierten Strahlungsfeldern, wie sie aus der Kombination der 1 und 2 erhalten werden.
3a veranschaulicht dabei das Ziel T, wie in 2 gezeigt. Drei unterschiedliche Zielrichtungen α₁, α₂ und α₃ sind eingezeichnet und aus einer jeweiligen Zielrichtung ist ein vorgegebenes Strahlenprofil mit einer Intensitätsverteilung I₁, I₂ und I₃ zu sehen, betreffend den Kopf 12, der zuvor in 3 und in 1 erläutert worden ist. Das Ziel oder Target, das als Zielvolumen mit einer sehr hohen Strahlendosis (Kurativdosis genannt) beaufschlagt werden soll, um eine hohe Kontrollwahrscheinlichkeit der klonogenen Zellen zu erreichen, entspricht dem von 2 und soll hier in der Behandlung aber ebenfalls nicht beansprucht werden, sondern in seiner Bedeutung und der Wirkung nach der Einsetzung des Ergebnisses der hier beschriebenen Lösungssuche veranschaulicht werden.
4 ist eine schematische Repräsentation der Datenweitergabe und des Datenflusses, wie er aus 1 im rechten Halbbild erkennbar ist. Eine Speicherbank oder eine Datenbank 1 entspricht derjenigen von 1. Sie wird von einer Schnittstelle 22 über einen Datenpfad 23 beaufschlagt mit all denjenigen errechneten "Lösungen", die folgende Parameter umfassen:
Eine Anzahl von Bestrahlungsrichtungen im Sinne α₁ bis α_n, wie in 3a veranschaulicht.
Eine Vorgabe von Strahlendosen, die als Rastersegmente entsprechend den 2a bis 2e für einen Kollimator oder einen Strahlungskopf 12 vorgegeben sind und dort einzustellen sind, sowohl hinsichtlich der Flächengestalt des Rasters, wie auch hinsichtlich einer jeweils zugehörigen Bestrahlungszeit, um Intensitätsverteilungen auch einstellen zu können, nicht nur Formen und Gestalt, entsprechend der Einstellung der Rasterblätter nach 3. Werden pro Strahlungsrichtung α_i mehrere Datensätze übergeben, so entspricht das einer mehrfachen Überlagerung von unterschiedlichen Rasterbildern oder Flächenrastern, die zeitlich nacheinander an einem gleichen Winkel α überlagert werden und so in Summe gesehen einen in der Intensität verteilten Verlauf ergeben, wie er in den 2a bis 2e dargestellt ist. Das strukturelle Aussehen des Strahlenkopfes kann auch als "Strahlen-Pattern" pro Richtung angesehen werden, wobei jedes Raster des "Patterns" durch einen Grauwert so repräsentiert ist, daß eine bestimmte Strahlendosis zwischen einem Minimal- und einem Maximalwert hier an diesem Fleck oder Rasterelement erreicht wird.
Auch Daten über die Definition der Lage der Organe und ihrer räumlichen Erstreckung können von dem Daten-Interface 22 mit übergeben werden, z.B. separat von den eigentlichen Lösungen, zur visuellen Darstellung aus der Datenbank 1.
Ein Rechnersystem 20 gemäß 4 berechnet die zuvor beschriebenen Steuergrößen zeitlich vorgelagert und verwendet dafür Eingangsgrößen D1 und CT. Die bei der Berechnung entstandenen Ergebnisse sind die "Lösungen" im zuvor beschriebenen Sinne, welche über die Datenleitung 21 an die zuvor beschriebene Einheit 22 weitergegeben werden.
Ausgangspunkte für die Vorab-Berechnung von Lösungen mit "Notenvektoren" im Sinne von Strahlendosen für die einzelnen Organe und Risiken sind Berechnungen pareto-optimaler Lösungen vom Rechnersystem 20, unter Vorgabe zumindest folgender Werte:
Vorgabe einer Startlösung E, bezogen auf Winkeleinstellungen α und Kollimator-Einstellungen des Kopfes 12, von der ausgehend eine Berechnung der mehreren pareto-optimalen Lösungen erfolgt, die über die Datenleitung 21 der Einheit 22 weitergeleitet werden.
Es werden Grenzwerte vorgegeben, die pro Organ definiert werden und sowohl Maximalwerte für Risikoorgane oder Minimalwerte für Zielorgane sind. Diese Grenzwerte können obere und untere Grenzwerte sein, können aber Minimalwerte ebenso sein, wie Maximalwerte. Diese Rahmenbedingungen werden mit D1 summarisch bezeichnet, die der Recheneinheit 20 zugeführt werden.
Ebenfalls zugeführt wird der Recheneinheit 20 eine Definition der Lage der Organe h₁, h₂, h₃ und des Zielvolumens T durch Vorgabe von CT-Diagrammen oder Schnitten, um ihre relative Lage und ihre räumliche Erstreckung festzulegen.
Es kann ebenfalls vorgegeben werden, wenn es nicht gesondert von der Einheit 20 berechnet wird, welche Winkellagen α_i als Strahlrichtungen verwendet werden sollen. Diese Größen fallen unter die Vorgabewerte D1.
Als Startlösungen E der Dimension p zu Beginn der Berechnung der pareto-optimalen Lösungen in der Rechnereinheit 20 kann beispielsweise ein schon bekannter Therapieplan für einen bestimmten Patienten mit einem bereits diagnostizierten Tumor Verwendung finden. Es kann auch eine empirische Lösung als Ausgangspunkt dienen, ebenso wie eine Standardlösung. Davon ausgehend werden unter Berücksichtigung der zuvor beschriebenen Randbedingung D1 der Dimension n und der physiologischen Parameter durch Computertomographie CT der Dimension m die pareto-optimale Lösungen berechnet, die über die Datenleitung 21 und die Einheit 22 nach Fertigstellung der Vorab-Berechnungen mit der Datenleitung 23 in die Datenbank 1 eingespeist werden, von der aus die visuelle Darstellung erfolgt, die im folgenden beschrieben werden soll.
Obwohl eine beliebige Anzahl von Zielvolumina verwendbar ist, soll die Beschreibung anhand von einem Zielvolumen T als Target erfolgen. Obwohl die Arbeitsweise auch mit (nur) einem Risikovolumen h₃ zusätzlich zum Zielvolumen T arbeitet, soll das erste Beispiel der 5 anhand von drei Risikovolumina im Sinne von drei Organen h₁, h₂ und h₃ erfolgen. Eine andere Umschreibung liegt so, daß zumindest zwei Volumen so zu bestrahlen sind, daß eines davon eine erheblich größere Strahlendosis erhält, als das andere. Sind mehrere Risikoorgane vorhanden, sind mehrere Risikovolumen mit einer so geringen Strahlenbelastung zu versehen und das zumindest eine Zielvolumen eine Strahlenbelastung erfährt, die wesentlich höher ist.
Beispiele liegen für eine Lunge bei etwa 33 Gray (gy), für Gewebe ohne Organstruktur etwas oberhalb und für riskantere Organe, wie Rückenmark bei 25 gy und bei Sehnerven unter 10 gy. Diese Grenzwerte gehen über die Parameter D1 in die Berechnung des Rechners 20 ein, der selbst mit Volumenelementen (Voxel) rechnet und aus der Belastung der einzelnen Voxel die Summenbelastung eines Organs oder des Targets bestimmt, was mit einer Berechnung über finite (räumliche) Elemente verglichen werden kann.
5 veranschaulicht eine erste Planungszone 40, die aus zwei Abschnitten 41 und 42 besteht. 5 ist bereits eine im weit fortgeschrittenen Stadium einer Planungssitzung erhaltene Darstellung an dem zuvor beschriebenen Schirm 3, die zunächst mit den von ihr verwendeten grafischen Elementen beschrieben werden soll, bevor auf eine Arbeitssitzung Bezug genommen wird, die mit der 6 beginnen kann, wenn das Beispiel von 5 angewendet wird.
Dargestellt werden nicht die Steuergrößen, sondern eine "Lösung" eines Strahlentherapie-Plans, welcher selbst eine Vielzahl der besagten und zuvor eingehend erläuterten Steuergrößen und Steuerbefehlen für das Strahlentherapiegerät umfaßt. Diese in der Datenbank 1 vorgehaltenen Informationen werden nicht dargestellt, sondern es wird der Notenvektor in dem Sinne dargestellt, daß Kennwerte von Strahlendosen für ein Zielvolumen T und für mindestens ein Risikovolumen, hier die drei Risikovolumina h₁, h₂, h₃ zur Festlegung der Planungszone dienen. Die Planungszone 40 umschreibt mit den Kennwerten, die Strahlendosen entsprechen, bildlich die Vielzahl von technischen Steuergrößen, die hinter einer jeweiligen Lösung stehen, welche Lösung im hervorgehobenen Beispiel aus vier Strahlendosen 50, 51, 52 und 53 besteht, die den drei Risikoorganen h₁, h₂, h₃ sowie dem Target T für diese Lösung zugeordnet sind.
Eine lineare Verbindung der vier beschriebenen Kennwerte ergibt im dargestellten Fall ein flächiges Polygon NP, das als Navigations-Linienkörper ein Viereck bildet, innerhalb der als Fläche hier dargestellten Planungszone, die mit einem innenliegenden und einem außenliegenden Polygon P_a und P_i außen und innen begrenzt ist. Das Navigations-Polygon NP = P1 liegt innerhalb dieses Gebietes. Das Gebiet kann auch räumlich sein, es muß nicht zwingend Polygonstruktur haben, jedoch ist diese Struktur im beschriebenen Fall vorteilhaft hinsichtlich ihrer einfachen Überschaubarkeit, bei komplexer Vielfalt von dahinterstehenden Lösungen.
Im beschriebenen ersten Beispiel wird das Navigations-Polygon NP durch die vier Punkte 50 bis 53 festgelegt. Jeder Punkt liegt auf einer der Achsen 30, 31, 32, 33, wobei die Targetachse 30 das Target T betrifft, zwischen Dosiswerten von etwa 72 gy bis 80 gy. Die Risikoachsen erstrecken sich über geringere Strahlendosen zwischen 25 gy bis 28 gy für h₃ und jeweils 33 bis 37 gy für h₂ und h₁. Die aufgezeichneten Achsen liegen bei dem ersten Beispiel so, daß keine zwei Achsen identisch sind und daß benachbarte Achsen, beispielsweise die Achsen 32 und 31 oder die Achsen 30 und 33 nicht übereinanderfallen, um die Planungszone 40 (auch Navigationszone) zwischen dem inneren Polygon P_i und dem äußeren Polygon P_a aufspannen zu können.
Innerhalb dieser Navigationszone ist beispielsweise Kennwert 50 für das Target auf der Achse 30 mit dem Kennwert 52 für das Risiko-Organ h₂ mit einer geraden Linie als Strecke 62 verbunden. Entsprechend erfolgt auch eine Verbindung mit den anderen Punkten 51 und 53, jeweils zur benachbarten Achse und der dort angegebenen Kenngröße für die Strahlendosis der gerade dargestellten Lösung. So ist als Beispiel die Verbindungsstrecke 63 zwischen den Strahlendosen 52 und 51 auf den beiden Risikoachsen h₂ und h₁ repräsentiert. Die übrigen Verbindungsstrecken ergeben sich aus dem Zusammenhang und sind nicht gesondert beziffert.
Es ist für die Strahlenachsen, die jeweils eine Skala darstellen, nur ein Abschnitt gezeigt, der zumindest denjenigen Abschnitt enthält, in dem Kennwerte für Strahlendosen aus den gespeicherten Lösungen der Datenbank 1 vorhanden sind. Alle Lösungen zusammengenommen, oder zumindest einen wesentlichen Anteil der verfügbaren Lösungen, die zuvor gemäß 4 von einem Rechner 20 erzeugt worden sind, bilden die Navigationszone 40 als einen im folgenden beschriebene 2D-Navigationsfläche so ab, daß die äußere Begrenzung P_a ist.
Es sollte dazu erwähnt sein, daß diese äußere Linie keine Lösung sein muß, sondern sich aus Punkten zusammensetzt, die von unterschiedlichen Lösungen stammen. Eine Lösung wird lediglich dadurch repräsentiert, daß ein inneres Navigations-Polygon NP, hier dargestellt als P1 für eine Lösung, visuell dargestellt wird. Die visuelle Darstellung erfolgt mit einem erkennbaren Kontrast gegenüber der Farbe oder dem Grauwert der Navigationszone 40. Diese wiederum ist farblich oder vom Grauwert her unterscheidbar oder erkennbar gegenüber dem Außenraum, der nicht in Frage kommt oder dem Innenraum, der ebenfalls nicht in Frage kommt, abgegrenzt.
Die beiden, als Umfeld zusammengefaßten Bereiche der visuellen Darstellung sind mit 45 und 45a in 6 gekennzeichnet.
6 zeigt dabei eine Vorstufe zu derjenigen von 5, bei der noch keine Veränderung des Kennwertes 53a zum inneren Grenzwert 25 gy auf der Achse 33 erfolgte.
Hier ist ersichtlich, daß ein jeweiliges Intervall a₃₀, a₃₁ auf den Achsen 30 bzw. 31 gebildet worden ist, aus Kennwerten von Lösungen, die in der Datenbank 1 verfügbar sind. Entsprechendes gilt für die Achsen 32 und 33 und die Intervalle a₃₂, a₃₃. Diese als Akzeptanzintervalle bezeichneten Intervalle oder Abschnitte der Achsen 30 bis 33 bilden die Vorgaben für die als Fläche gezeichnete Navigationszone 40, die grau gegenüber dem Umfeld 45, 45a dargestellt ist.
Das Navigations-Polygon NP ist hier als ein Polygon innerhalb der Zone eingezeichnet und ihr gegenüber hervorgehoben. Es wird nur eine Lösung dargestellt, die als Startlösung bezeichnet werden kann, von der ausgehend ein Benutzer eine Veränderung der dargestellten Lösung im Rahmen der weiter unten erläuterten 7ff vornimmt.
Bevor auf die Weiterführung der Darstellung von 6 Bezug genommen wird, sollen alternative Planungszonen anhand der 5a und 5b erläutert werden, die ähnlich arbeiten, oder sogar genau so bedient werden, wie die Planungszone nach
5. Es ist allerdings die Auftragung der Achsen unterschiedlich und die Zuordnung und Anzahl von Zielvolumina (als Targetvolumen) anders.
5a veranschaulicht eine Planungszone 40, die von einem inneren Polygon und einem äußeren Polygon wie anhand von 5 beschrieben, begrenzt ist. Es spannen fünf Achsen die Planungszone auf, von denen jede das beschriebene Intervall besitzt. Ein Navigationspolygon NP = P5 ist hell innerhalb einer dunkleren Teil-Planungszone 42 eingezeichnet, wobei ein Kennwert auf jeder Achse mit einem Schieberegler-Rechtecksymbol festgehalten ist. Anhand der einzelnen Dosisskalen und der Achsenbezifferung ist erkennbar, dass es sich bei diesem Beispiel um die Auftragung von zumindest drei, hier fünf Risikoorganen handelt, die als Achsen 31, 32, 33 sowie 36, 37 benannt sind. Keine dieser Achsen ist eine Targetachse, diese ist vielmehr als Achse 34 gesondert und außerhalb von der Planungszone 40 (am unteren Bildrand) angelegt.
Die Achsen 31, 33 bilden rechte und linke Hüfte ab, die Achse 36 und 37 den Darm und die Blase. Achse 32 repräsentiert das Restgewebe, welches im Umfeld der anderen Risikoorgane Strahlung aufnimmt und ebenfalls mit Kennwerten als Dosiswerte belegt ist.
Eine Veränderung des Dosiswertes auf der Targetachse 34, hier beispielsweise als Schiebereglerachse dargestellt, mit einem Stellsymbol, das bei dem Dosiswert 70 eingestellt ist, aber veränderbar ist, lässt das Aussehen des einbeschriebenen Polygons P5 oder die Skalierung der Achsen 31, 32, 33 sowie 36, 37 verändern. Dabei kann eine proportionale Einflussnahme bestehen, wenn man von einer längeren Bestrahlung ausgeht. Diese betrifft alle Achsen gleichermaßen proportional. Die auswählbaren Lösungen in der Planungszone können aber auch so gewählt sein, dass alle einen Dosiswert von 70 hinsichtlich des Targets aufweisen. Das Target ist das Zielvolumen, das sich im Umfeld der oben beschriebenen Organe befindet, welche durch ihre Achsen repräsentiert sind. Werden nur drei Orange als Risikoorgane dargestellt, wie beim Beispiel der 5, verändert sich die Anzahl der Strahlen der Planungszone 40, wobei die vierte Achse als Targetachse aber außerhalb der Planungszone verbleibt, während sie bei 5 mit in die Planungszone integriert ist, dort als Targetachse 30.
Bei 5a ist der Kennwert für die Targetachse mit demjenigen Wert angegeben, der an der Stelle des Stellsymbols vorgegeben ist. Das Stellsymbol ist entlang der Achse 34 verschiebbar, was eine bildlich dargestellte Veränderung der Dosis in das Target veranschaulicht, mit der oben beschriebenen Folge der Veränderung des Polygons P5 oder der Veränderung der Skalierung der Risikoachsen der Planungszone 40. Statt einer Veränderung der Skalierung der Achsen kann auch eine Veränderung der Größe der Planungszone erfolgen. Ebenso kann statt der Targetachse auch eine Risikoachse aus der Darstellung der Planungszone in die gesonderte Achse 34 überführt werden. Schließlich ist es auch möglich, mehrere Targetachsen zu verwenden, was das folgende Beispiel erläutern soll.
5b zeigt ein weiteres Beispiel mit zwei Targetachsen 30, 35, welche in die Planungszone 40 integriert sind, unter Beibehaltung eines weiteren gesonderten Schiebereglers längs einer gesondert dargestellten Achse 34, die hier aber nicht unbedingt vorgesehen sein muß. Das Schiebereglersymbol 34a hat dieselbe Funktion wie bei 5a erläutert. Die Achse 34 kann eine Targetachse, wie auch eine Risikoachse sein. Weitere Risikoachsen 31, 32, 33 sowie 36, 37 sind zur Aufspannung der Planungszone 40 vorgesehen, wobei ein Navigations-Polygon NP = P4 herausgezeichnet ist, das auf jeder der Achsen 30 bis 37 einen Kennwert besitzt. Der Kennwert auf der Achse 34 ist aber gesondert dargestellt und gehört nicht zum sichtbaren Polygon P4, gehört aber mit zur durch das Polygon P4 bildlich repräsentierten Lösung.
In der dargestellten Planungszone mit fünf Risikoorganen und drei Targetachsen, zwei in der Planungszone und eine als gesonderte Achse 34 außerhalb der Planungszone, sind auch mehrere Achsen gezeigt, die parallel zueinander verlaufen, so die Risikoachsen 36, 37 und die Targetachsen 30, 35. Die parallel verlaufenden Achsen sind bevorzugt benachbart. Ein Pfeilsymbol an jeder Achse gibt an, in welche Richtung eine Optimierung stattzufinden hat, so bei Risikoachsen 31, 32, 33 und 36, 37 in Richtung nach innen und bei Targetachsen 30, 35 in Richtung nach außen. Das dargestellte Polygon P4 repräsentiert eine Lösung innerhalb der Planungszone 40, zu welcher Lösung auch der durch das Stellsymbol 34a der Schieberegler-Achse 34 außerhalb der Planungszone 40 definierte Kennwert gehört.
Es können mehrere Targetachsen Gegenstand der Planungszone sein, es kann eine Targetachse Gegenstand der außerhalb der Planungszone liegenden Achse 34 sein, und es kann ebenso diese Achse mit einem Risikoorgan belegt sein. Auch die Planungszone 40 kann nur aus Risikoorganen bestehen, dann muß aber die außerhalb liegende gesonderte Achse 34 als Targetachse definiert sein, an der ein Benutzer die Dosis für das Target vorgibt, wonach sich die Skalierung oder Form der Planungszone 40 richtet.
Die Veranschaulichung der Bedienung auch der Planungshilfen nach den 5a und 5b kann anhand der im folgenden erläuterten 6 geschehen, welche sich auf das Beispiel nach 5 bezieht. Hier ist die Targetachse Gegenstand der Planungszone, wie das für zwei Targetachsen bei 5b der Fall ist. Wird in der Planungszone keine Targetachse vorgesehen, wie bei 5a, ist im folgenden die als Targetachse 30 beschriebene Achse so zu verstehen, als ob sie in der Dosierung invertiert und mit anderen Dosiswerten versehen eine Risikoachse bildet, deren Dosiswert es nicht zu maximieren, sondern zu minimieren gilt. Im übrigen ist die Handhabung des Planungswerkzeuges nach 5 und 6 ebenso auf die Handhabung der Planungswerkzeuge nach
5a und 5b zu übertragen, weshalb nur das eine Beispiel der 5, 6 im folgenden erläutert werden soll.
Dazu soll ausgegangen werden von gemäß 6 eingestellten Kennwerten 53a auf der Skala h₃, 51a auf der Skala h₁ und 52a auf der Skala h₂, entsprechend den Achsen 33, 31 und 32. Diese drei Risikoachsen sind im Winkel von 90° angeordnet. Demgegenüber ist senkrecht aufwärts eine Targetachse 30 gezeigt, deren Dosiswert als Kennwert 50a erkennbar ist.
Umschrieben in technischer Schreibweise heißt diese Lösung, daß dem Target eine Strahlendosis von 75 gy für den Fall der Auswahl dieser Lösung zugewiesen würde, während die Risikoorgane die entsprechend aufgezeichneten Strahlendosen erhalten würden. Gewünscht wäre nunmehr ein oberer Randwert 30m auf der Targetachse, entsprechend 76 gy und ein unterer (innerer) Randwert auf den übrigen Risikoachsen, was zusammen in einer Lösung aber nicht erreichbar ist, entsprechend den zuvor beschriebenen pareto-optimalen Lösungen der gespeicherten Menge von verfügbaren Lösungen. Auch herausgefallen ist dabei der gewünschte Strahlenwert 80 gy auf der Targetachse, der ohne Verletzung der anderen Randbedingungen der Risikoachsen nicht in den vorausberechneten Lösungen erhalten werden konnte.
Erläutert werden soll noch der obere und untere Grenzwert 30m und 30n auf der Targetachse 30, wobei sich entsprechende obere und untere Grenzwerte auch auf den Risikoachsen 32, 31 und 33 finden. Mit diesen Grenzwerten wird auf jeder Achse das Akzeptanzintervall eingegrenzt, so daß alle Kennwerte von Strahlendosen innerhalb, zumindest auf der Randlinie der Planungszone 40 zu liegen kommen. Gesucht ist aus der Startdarstellung von 6 eine neue Lösung, bei der – nach Wunsch des Benutzers und hier zur Veranschaulichung angenommen – die Strahlenbelastung für das Risikoorgan h₃ sinkt, also der Wert 53a zu kleineren Strahlenwerten hin verlagert werden soll. Gleichzeitig soll die Strahlendosis 50a für das Target erhöht werden. Beide Strahlendosen sollen mithin verbessert werden, eine soll reduziert werden und die andere erhöht werden.
Alle dazu verfügbaren und möglichen Lösungen sind in der Datenbank 1 vorhanden und dort vorab gespeichert. Sie werden im Verlaufe der folgenden 7ff jeweils individuell herausgegriffen, durch Verändern eines der Eckpunkte des Polygons NP von 6, entsprechend auch übertragbar auf die Beispiele der 5a, 5b.
Bevor der Weg zum Verlassen der 6 aber beschrieben wird, soll die Darstellung im linken Bereich der 6 noch vertieft werden, die in 2 bereits veranschaulicht wurde. Hinsichtlich der zweiten Darstellung auf der linken Seite (der unteren Darstellung) soll auf die 11 verwiesen werden, die später erläutert wird. Bei dem sichtbar eingestellten Navigations-Polygon als ein möglicher Linienkörper, der eine Lösung der gespeicherten Lösungen der Datenbank 1 repräsentiert, ergibt sich eine Strahlenbelastung gemäß dem Transversal-Schnitt der linken oberen Ausschnittsfigur aus 6. Diese entspricht der 2. Es sind die fünf Richtungen α₁ bis α₅ erkennbar sowie die den Achsen 30 bis 33 entsprechende Volumina auf einer von vielen möglichen axialen Höhen. Es ergeben sich dabei auf dieser Transversal-Ebene die lokalen Strahlenbelastungen, die mit h₂₂, h₂₁, h₁₁ in 2 durch unterschiedliche Grauwerte repräsentiert sind, wobei eine Skala am unteren Rand anzeigt, ob für das Risikoorgan in Voxelzonen Abweichungen nach oben oder nach unten und für das Target Abweichungen nach oben oder unten erreicht werden, wenn die im Polygon dargestellte Lösung ausgewählt und für eine spätere Therapie verwendet werden würde.
Diese unterschiedlichen Strahlendosen auf der Transversal-Ebene können farblich gekennzeichnet werden, wobei Abweichungen nach unten bei Risiko R und Abweichungen nach oben bei Target T dieselben Farben erhalten können. Dadurch wird die jeweilige Zielrichtung mit derselben Farbe dargestellt, während die anderweitigen Abweichungen mit einer anderen, aber ebenfalls derselben Farbe gekennzeichnet werden können. Auf die parallele Farbdarstellung der 6 wird zur Erläuterung verwiesen. Ein Blick auf den Transversal-Schnitt zeigt dem Beobachter die physische Wirkung des eingestellten Polygons NP, das als solches abstrakt und losgelöst von der Physik, aber leicht zu handhaben ist. Eine Veränderung der axialen Höhe in Richtung 100 der 1 entspricht einem anderen Transversal-Schnitt und würde eine anderen Verteilung der Strahlendosen ergeben, bei unverändertem Navigations-Polygon NP.
Auf der einen beigefügten farbigen 6 sind die Zuordnungen von 0 bis 80% hinsichtlich der Risiken h₁, h₂ und h₃ mit derselben Farbe gekennzeichnet, wie das Target oberhalb 120%. Im Target T ist nach der bildlichen Darstellung der überwiegende Anteil zwischen 95% und 120%, während der überwiegende Volumenanteil bei den Risiken im Bereich unter 80% liegt. Die dargestellte farbliche Kennzeichnung des zu verbessernden Strahlenwertes für das Risiko h₃ entspricht einer Verlagerung des Punktes 53a nach innen, in Richtung zu dem dort dargestellten (grünen) Pfeil, der eine Verbesserung anzeigt. Entsprechende Pfeile können auch in den anderen Risikoachsen vorgesehen sein, während ein gegensätzlicher Pfeil auf der Targetachse T die Zielrichtung für eine dortige Verbesserung andeutet.
Die Planungssitzung und das Planungswerkzeug arbeiten bei der Verbesserung von 6 in Richtung einer Verringerung der Dosis von h₃ und einer Erhöhung der Dosis von T so, daß beispielsweise der Eckpunkt 53a vom Benutzer verlagerbar ist, also so auf der bildlichen Darstellung erkennbar und sensitiv ist, daß mit einem Bedien- oder Steuerwerkzeug, wie der Maus 4 oder einem Pad, diese Stelle ergriffen und in die Wunschrichtung verschiebbar ist, so daß sie beispielsweise bei 53b unter einem Strahlenwert von 25,5 gy zu liegen kommt, bei unveränderter Planungszone 40 und auch unveränderter Skalierung der Achsen 30 bis 33.
Das entspricht einer Richtung zu einer anderen darzustellenden Lösung, die aber nicht zwingend einen Eckpunkt auf demjenigen Punkt 53b besitzen muß, wie vom Benutzer verlagert. Das Planungswerkzeug, bzw. die hinter ihr stehende Hardware oder Software in der Steuerungseinrichtung 5 läßt dazu einen Punkt zu, der demjenigen Punkt am nächsten ist, zu dem der Benutzer den Punkt 53a auf der Achse 33 verschoben hat. Dazu bietet sich für eine Datenbank eine Sortierung nach dem h₃-Wert an und die Auswahl des nächstliegenden Punktes. Aufgrund der vorgegebenen Richtung entspricht das einer Veränderung des Anfangs eines neu zu bildenden Navigations-Polygons, das hier als P2 in 7 schon entstanden dargestellt ist. Die dargestellte Lösung aus den Punkten 53b, 50b, 52b und 51b, entsprechend dem Notenvektor mit den Kennwerten für die Strahlungsdosen für die einzelnen Achsen, entspricht einer vorgespeicherten Lösung, die hinsichtlich des Wertes 53b am ähnlichsten zu der vom Benutzter verlangten neuen Lösung ist.
Die anderen Punkte 50b, 52b und 51b werden nach einer Suchstruktur so ermittelt, daß alle diese drei übrigen Punkte möglichst nahe an den zuvor geltenden Strahlenwerten der gleichen Achsen, hier die Werte 50a, 52a und 51a von 6 liegen, aber alle gemeinsam zu einer Lösung gehören, die den Strahlenwert 53b besitzt (oder ihm am nächsten kommt). Die Suchsteuerung ist damit in der Lage, das Navigations-Polygon sanft so zu verändern, daß es auf derjenigen Achse, auf welcher der Benutzer Einfluß nimmt, große Veränderung erfahren kann, während es auf den übrigen Achsen nur diejenigen Änderungen erfährt, die hinsichtlich der durch den Punkt 53b vorgegebenen Lösungsvielfalt noch verfügbar ist. Entsprechende Datenbank-Suchstrukturen erlauben – durch Sortierkriterien und Auswahl – das Berechnen einer Minimal-Abweichung der Summe der Einzelabweichungen an den Punkten 51a, 52a und 50a gegenüber der dargestellten Lösung und damit eine Auswahl einer einzigen Lösung als neues darzustellendes Navigations-Polygon P2. Andere Suchstrukturen und Änderungen für die übrigen Punkte, die nicht aktiv verlagert worden sind, sind ebenfalls möglich, hier ist nur eine von mehreren Möglichkeiten näher erläutert worden.
Es ist auch möglich, einen der anderen Kennwerte 50a, 52a und 51a aus 6 zu verändern, so daß sich dann die entsprechenden übrigen drei Werte verlagern, unter Beachtung der Darstellung nur einer Lösung, die der zuvor Dargestellten in den drei Kennwerten zumindest ähnlich ist.
Hinsichtlich der Folgeänderung in den Nebendarstellungen zu den Isodosen und zu dem Dosis/Volumen-Histogramm wird eine entsprechende Darstellung auch zu 7 erfolgen, so daß optisch nachvollziehbar ist, welche Strahlenbelastungen in welchen Transversal-Schnitten sich verändern, durch Verändern der Lagen, Bereiche und Größe der einzelnen Farbzuordnungen, wie anhand 6 erläutert.
Es ist dann aus 7 weiterhin erwünscht, die Dosis auf der Achse 33 zu h3 weiter zu verbessern, also zu reduzieren, in Richtung des dargestellten Pfeils. Bei dieser Veränderung hin zur 8 soll davon ausgegangen werden, daß der Benutzer den Punkt 53b an das innere Ende zur Mindestdosis 25 gy hin verlagert und dort das Steuerwerkzeug 4 so beeinflußt (z.B. den Mausklick löst), daß dieser Punkt 53b hier als 53c zu liegen kommt. Eine entsprechende Veränderung des Navigations-Polygons NP hin zu einer neuen Geometrie P3 mit den Eckpunkten 53c, 50c, 52c und 51c ist unmittelbar aus der Figur erfaßbar. Aufgrund der Suche nach möglichst ähnlichen Werten auf den anderen Achsen 30, 31 und 32 bleiben die dort dargestellten Kennwerte als Dosiswerte praktisch unverändert, obwohl sie Bestandteil einer andern Lösung sind, die den Kennwert 53 einschließt, der zuvor von dem Polygon P2 nicht umfaßt war. Es ist also in der Lösungsvielfalt der Datenbank 1 eine Lösung vorhanden gewesen, die eine minimale Dosisbelastung von 25 gy auf der Rückenmark-Skala h₃ (Achse 33) ermöglicht, bei ebenfalls vernünftigen Belastungen der anderen Risiken h₁ und h₂, bei einer allerdings noch zu geringen Strahlenlast für das Target T, mit näherungsweise 75 gy.
Der Übergang von der 7 zur 8 soll hinsichtlich einer grafisch schlecht darstellbaren weiteren Funktionalität mit Worten beschrieben werden. Während bei dem Übergang von 6 zur 7 eine im wesentlichen schlagartige Veränderung des Polygons von 6 zum neuen Navigations-Polygon P2 angenommen war, ist die Veränderung des Polygons von P2 nach P3 mit einer alternativen Darstellungsweise versehen, die auch für sämtliche Änderungen der Polygone Anwendung finden kann, ebenso wie die schlagartige Veränderung auch für alle Einzelschritte möglich ist.
Eine stetige oder kontinuierliche Veränderung des einen Polygons zum nächsten Polygon arbeitet so, daß der Benutzer visuell erfährt oder beobachten kann, wie sich ein Polygon P2 z.B. ausgehend vom "verzogenen" Punkt 53b zum Punkt 53c hin insgesamt verändert. Die beiden vom Punkt 53c ausgehenden Linien beginnen vom Punkt 53c aus vom alten Polygon P2 auf die Linien des neuen Polygons überzuwechseln, was einem Wisch-Effekt oder einem stetigen Übergangseffekt gleichkommt, der so langsam ablaufen soll, daß man ihn sichtbar mitbekommt. Die erste stationäre Darstellung von 7 verändert sich dabei in einer Übergangsphase auf die zweite stationäre Darstellung von 8.
Alle sichtbaren Linien des Polygons P2 innerhalb der Planungszone 40 werden dabei von links übergeblendet in alle Linien des Polygons P3. Die Zeit der Überblendung ist eine Übergangsphase, bei der nicht nur eine Lösung aus der Datenbank, sondern zwei Abschnitte von zwei Lösungen aus der Datenbank gleichzeitig, aber jeweils nicht vollständig, sondern in ihren Anteilen stetig verändert dargestellt werden.
Ein Verziehen von Punkt 53b in die andere Richtung (zu 53a) läßt den Wischeffekt umgekehrt beginnen, bei Punkt 52b (von rechts).
Die technische Funktion des Überblendens sorgt für eine leichtere grafische Erfaßbarkeit durch den Benutzer und erweckt ein Gefühl der Richtung und der Qualität des Wechsels, ohne erneut zum bisherigen alten Punkt zurückwechseln zu müssen, um den Unterschied durch ein Hin- und Herbewegen der Punkte 53 und 53b zu erfassen.
Aus der 8 soll eine weitere Verbesserung jetzt erwünscht sein, die eine Erhöhung der Dosis auf der Target-Skala sein soll, wie an 9 veranschaulicht. Hier sind zunächst unveränderte Eckpunkte des Polygons P3 eingezeichnet. Sie sind unverändert, weil vor einem weiteren Verändern anderer Eckpunkte als desjenigen auf der Achse 33 ein Blockieren von Rückwärtsschritten auf der gerade optimierten h₃-Achse gesperrt werden soll.
Diese Sperrung wird durch ein Anklicken des Abschnitts 33a erreicht, der der Achse 33 zugeordnet ist. Entsprechende Bereiche finden sich nach der Darstellung von 5 auch an den anderen Achsen, namentlich die Bereiche 31a, 32a und 30a, jeweils dem Ende der Skala zugeordnet, die eine Verschlechterung anzeigt, um mit den symbolisch dargestellten Pfeilen am jeweils anderen Ende die Zielrichtung der Verbesserung kenntlich zu machen.
Ein Anklicken des sensitiven Bildbereiches 33a sperrt schlechtere Werte als diejenigen, die mit der Einstellung 53 als Kennwert für eine zugehörige Strahlendosis schon optimiert worden sind. Dadurch ergibt sich eine Veränderung der Planungszone 40, weil alle Lösungen jetzt ausgenommen werden, die solche Dosiswerte auf der Skala 33 besitzen, die zwischen dem Punkt 53c und dem maximal möglichen Punkt des oberen Endes des Aktzeptanzintervalles a₃₃ von 6 liegen. Diese Werte sind nach dem Aktivieren der Sperrfunktion auf der Darstellung nach 9 mit einer anderen Farbe gekennzeichnet, hier leicht grau hinterlegt, während die übrige (die verbleibende) Planungszone noch dieselbe Farbe gegenüber der Umgebung besitzt.
Deutlicher dargestellt ist das an 5, wo sich ein erster ausgeblendeter Abschnitt 41 oberhalb der beiden Verbindungsstrecken 64 und 61 ergibt, die zu den benachbarten Achsen von dem festgelegten Punkt 53 reichen. Der ausgeblendete Flächenbereich 41 erstreckt sich bis zum Rand an das Polygon P_a und erfaßt aufgrund der gesperrten Kennwerte in diesem Bereich auch Abschnitte in den übrigen Zonen des Polygons 40, namentlich auf derjenigen Seite, die den Hauptanteil der verbleibenden Planungszone 42 besitzt. Das hat seine Ursache darin, daß Lösungen mit Dosiswerten auf der Achse 33 sich mit anderen Dosiswerten auf den übrigen Achsen 30, 32 und 31 auch in solche Bereiche erstrecken, die dort jetzt nicht mehr erhalten werden können. Eine Gesamtlösung mit vier zusammengehörigen Dosis-Kennwerten wird bereits dann gesperrt, wenn sie einen Punkt als Kennwert besitzt, der betragsmäßig oberhalb des Punktes 53 auf der Achse 33 liegt.
Es ergibt sich demnach eine reduzierte Planungszone 42, die innerhalb eines neuen äußeren Umrisses P_a' zu liegen kommt, wie in 5 größer dargestellt und in 9 durch eine unterschiedliche Grauwert-Belegung gekennzeichnet. Es ergibt sich auch eine neuere innere Randlinie P_i', die sich hauptsächlich auf der rechten Seite der 5 befindet, während die neue äußere Grenzlinie P_a' hauptsächlich auf der linken Fläche zu liegen kommt. Das ist aber abhängig davon, welcher der verlagerbaren Kennwerte 50 bis 53 für eine Fixierung oder Haltefunktion ausgewählt wird. Die entsprechende Zuordnung ist leicht aus der zuvor gegebenen Beschreibung und einer möglichen Drehung des Diagramms nach 5 nach rechts oder links ersichtlich.
Es versteht sich, daß der gesperrte Bereich 41 auch wieder aktiviert werden kann, wenn die Lock-Funktion durch Anklicken des Bildabschnitts 33a der 9 nochmals aktiviert wird, im Sinne einer Toggle-Funktion, so daß sich wieder ein Bild nach 8 ergibt. Es können auch mehrere Punkte in dem Polygon festgelegt werden, bezogen auf die Skalenwerte 50c, 52c und 51c von 9, die dann weitere Abschnitte aus der Planungszone herausnehmen, um eine nochmals reduzierte Planungszone zu erreichen.
Dieselbe Funktion des Ausblendens von Abschnitten der Planungszone 40, also das Beibehalten einer reduzierten, verbleibenden Planungszone 42, ist in 5a durch den dunklen Bereich innerhalb der helleren Gesamt-Planungszone 40 symbolisiert. In ihm ist das einbeschriebene Polygon P5 eingezeichnet, durch welches an zwei Achsen 31, 36 mit der Lock-Funktion gemäß obiger Beschreibung Gray-Werte so fixiert wurden, dass – bei einem Risikoorgan – keine Werte oberhalb dieses Wertes mehr eingestellt werden können. Das ist symbolisch durch das geschlossene Schloß am rechten Rand der Achsenkennzeichnung symbolisiert. Statt eines Gray-Werts als feste Grenze kann auch ein ganzer Gray-Bereich so herangezogen werden, dass die Lösungen ausgeschlossen werden, die einen Kennwert außerhalb dieses Gray-Bereichs haben.
Für die folgende Beschreibung soll von einer jetzt aus 9 heraus abgeleiteten weiteren Verbesserung der T-Achse 30 ausgegangen werden. Die Dosis für das Target ist nach der Kennwert-Darstellung 50c noch zu gering. Es wird deshalb eine Verlagerung in Richtung des dieser Achse zugeordneten Pfeils so vorgenommen, daß die 10 entsteht, bei der der Punkt 50c auf den Punkt 50 gelegt wird, bei Beibehalten der Lock-Funktion der Achse h₃, also eines Festlegens des Punktes 53.
Mit oder ohne einen fließenden Übergang wird die 10 dann gebildet, die eine neue Punktegeometrie 53, 50, wie beschrieben, und die Punkte 51d und 52d, entsprechend den Punkten 51 und 52 von 5 besitzt. Dadurch ergibt sich das Polygon P1 als Navigationskörper, wie schon in der 5 dargestellt. Diese gefundene Lösung, dargestellt durch das Polygon P1 entspricht einem gefundenen Optimum, bei dem zwar gegenüber der 9 die h₂-Achse deutlich verschlechtert wurde, aber die h1-Achse unverändert blieb, die h3-Achse minimiert wurde und die Targetachse 30 auf das bestmögliche Optimum 50 (entsprechend einem Wert von 75 gy) optimiert werden konnte.
Die dieser Einstellung, also der gefundenen Lösung entsprechenden Steuerwerte für einen Strahlen-Therapieplan, der später zum Einsatz kommen kann, nachdem er über die Steuerleitungen 6, 7 in das Therapiegerät übertragen wurde, entspricht dabei einer Auswahl von Steuergrößen für die Einstellung des Strahlenkopfes an den unterschiedlichen Gerätewinkeln α_i und entspricht damit einer vorgegebenen Intensitätsverteilung, wie es aus 3a mit drei unterschiedlichen Richtungen schematisch erkennbar ist, aber für das hier beschriebene Beispiel anhand der 2 aus fünf unterschiedlichen Richtungen Strahlungseinflüsse beinhaltet, verbunden mit entsprechender Intensitätseinstellung gemäß den 2a bis 2e.
Die beschriebenen 6 ff enthalten so, wie in 5 erläutert, auch Archivierungsfunktionen 75 und Monitoring-Funktionen 70, die entsprechend einem Aufzeichnungsbefehl, einem Wiedergabebefehl oder einem Ablaufen von zuvor aufgezeichnetem Navigationspolygonen NP entsprechen. Dazu werden bei einem entsprechenden "Klick" auf die Sichtbereiche am Bildschirm über das Handhabungsinstrument und den entsprechenden Mauszeiger Pointer auf bestimmte Lösungen zwischengespeichert. Die Abspeicherung aktueller Navigations-Polygone, die für eine spätere Neubetrachtung noch einmal aufgehoben werden sollen, geschieht mit dem Store-Bereich 75a auf dem Sichtschirm 3. Ist zumindest ein Navigations-Poylgon NP über den Store-Bereich gespeichert, kann durch ein Anklicken des Abschnitts 75b "View" des Funktionsbereiches 75 in ein Wechseln in das Anzeigen gespeicherter Funktionen erhalten werden. Das Speichern bzw. Referenzieren geschieht durch die beschriebenen Pointer (Zeiger) auf den Datenbanksatz, der eine der in Speicher 1 gespeicherten Lösungen ist. Diese Speicherung kann in einer ersten Log-Datei erfolgen und bei Anklicken eines View-Bereichs 75b am Schirm 3 wechselt das Planungswerkzeug, also die Bildschirmdarstellung auf dem Bildschirm 3, in den View-Modus und zeigt die jeweiligen Navigations-Polygone NP an, die zuvor über den Store-Bereich ausgewählt wurden. Die entsprechende Gestalt der zugehörigen Planungszone 40 oder nur 42 (abzüglich des Abschnitts 41) wird zugehörig dargestellt.
Durch die Recorder-Buttons im Abschnitt 70 der Bildschirmdarstellung kann ein Vorwärts oder ein Rückwärts innerhalb der Log-Datei erfolgen. Es können so neue Anfangspunkte für eine neue Optimierungssuche gewählt werden, die einer früher schon einmal gefunden Lösung entsprechen, die zwischengespeichert wurde, bevor man in eine seinerzeit als zuversichtlich vermutete Richtung weiter optimieren wollte, was dann zu keinem sinnvollen Ergebnis geführt hat. Eine Rückkehr zu dem zuvor gespeicherten Ausgangspunkt als NP ist dabei hilfreich.
Neben der einen beschriebenen Log-Datei kann auch eine sequentielle Log-Datei automatisch mitgeführt werden, die jeden Entwicklungsschritt des NP in der Planungszone verfolgt und aufzeichnet, so daß man durch Vorwärts-, Rückwärts- und Anfangs- und Ende-Schaltbereiche im Funktionsabschnitt 70 eine Steuerung erreichen kann. Das Abrufen früher einmal gesehener Lösungen wird erleichtert.
Vergleichbare Hilfsmittel können auch bei den 5b und 5a Einsatz finden, die dort nicht gesondert dargestellt sind, aber entsprechend übertragen werden können. Soweit zuvor bei einer Verbesserung der Strahlendosis der Targetachse 30 (Erhöhung der Dosis) von einer Verlagerung eines Kennwerts in der Planungszone gesprochen wurde, ist das entsprechend auf die 5a bzw. 5b mit der außerhalb der Planungszone liegenden Achse 34 so zu verstehen, dass die dort eingestellte Dosis erhöht wird, was nicht unmittelbaren, aber mittelbaren Einfluß auf die Darstellung des verbliebenen Polygons NP in der Planungszone hat, sei es hinsichtlich seiner Form oder sei es hinsichtlich der Bezifferung der Achsen mit den dort angegebenen Skalierungswerten.
Obwohl zuvor ein Schwerpunkt auf den in 5 dargestellten Abschnitt einer Bildschirmdarstellung gelegt worden ist, soll die zugehörig auch dargestellte Nebeninformation nicht vernachlässigt werden. Dies zeigt die aus dem sehr abstrakten Denkmodell der Planungszone näher an die Realität gerückte Isodosen-Darstellung und Dosis-Volumen-Darstellung der beiden links in 6 sichtbaren Diagramme. Die jeweils in der globalen Planungszone 40 markierte Polygon-Darstellung NP ist Ausgangspunkt und schafft eine leichte optische Visualisierung der in der Datenbank auch noch zur Verfügung stehenden und dem Benutzer vertrauteren Visualisierung von als solchen bekannten Isodosen und Volumen-Histogrammen. Auch diese sind bei 5a, 5b anwendbar.
Ein physikalisches Therapie-Setup ist im Hintergrund auch gespeichert und kann ggf. in einem physikalischen Planungsfenster eingesehen werden, unter "Information".
Während die Darstellung nach 5 zweidimensional bevorzugt arbeitet, ist bei den Isodosen die zweidimensionale Darstellung durch unterschiedlich liegende Tansversal-Schnitte in die dritte Dimension erweiterbar. Ebenso ist die Dosis/Volumen-Histogrammdarstellung gemäß 11 dazu in der Lage, die flächige Darstellung von 5 dem Benutzer anschaulich in die dritte Dimension zu transferieren, wobei die Dosis auf der Abszisse und der zugehörige Volumenanteil auf der Ordinate aufgetragen ist. Beispielsweise ist die Dosis/Volumen-Verteilung als Graph dV_T so gestaltet, daß die erwünschten 80 gy in 65% des Volumens des Targets T erhalten werden, während 35% mit einer geringeren Dosis beaufschlagt werden. Die vorgegebenen Grenzwerte RW_max für die Risiken und RW_min für das Target sind auf der horizontalen Achse aufgetragen und daraus ist ersichtlich, daß für die Organe (die Risikovolumina) ein Verlauf von dV_R so erhalten wird, daß weit weniger als 20% bis hin zu 10% über dem Maximalwert der Strahlenbelastung liegt.
Aufgrund der Darstellung als Volumen ist die dritte Dimension in dieser Graphik enthalten. Eine einer Vielzahl von möglichen zweidimensionalen Schnitten ist die Isodosen-Darstellung. Eine reine zweidimensionale Darstellung in der Planungszone 40 ist der Ausgangspunkt für die zuvor beschriebenen zwei Hilfsdarstellungen.

Claims

Planungshilfe zur interaktiven Auswahl eines Strahlentherapieplans aus einer Datenbank (1) mit einer Vielzahl von vorberechneten oder vorgegebenen Plänen als gespeicherte Lösungen, wobei jede Lösung (i) einen Strahlentherapieplan repräsentiert, der selbst aus einer Vielzahl von Steuergrößen oder Befehlen (x₁, y₇, α₁, α₂, α₃, I₁, I₂) besteht, die einem Strahlentherapiegerät (10, 11, 12) beaufschlagbar sind (6, 7) oder für dieses Gerät (10) zur Verfügung gestellt werden, zeitlich vor einer Ausführung der Steuergrößen oder Befehle im Rahmen einer (zeitlich späteren) Durchführung der Therapie (die hier nicht beansprucht wird); (ii) mehrere Kennwerte von Strahlendosen für zumindest vier Gewebevolumen enthält, beispielsweise ein Zielvolumen (T, Target) und mindestens drei Risikovolumen (Risikoorgan, h₁, h₂, h₃); und wobei (a) zumindest drei Achsen als Dosisskalen (31, 32, 33) so auf einer Darstellungseinrichtung (3; 3a, 3b) sichtbar aufgetragen oder dargestellt werden, dass zumindest drei nicht übereinander fallende Achsen gebildet sind; (b) die Kennwerte (51, 52, 53; jeweils a bis c) der Strahlendosen zumindest einer Vielzahl der gespeicherten Lösungen für zumindest drei der zumindest vier Gewebevolumen so den zumindest drei Achsen jeweils zugehörig zugewiesen sind, daß für jede dieser Achsen ein Intervall (a₃₁, a₃₂, a₃₃) entsteht, welche zumindest drei Intervalle für die nicht übereinander fallenden Achsen (31, 32, 33) gemeinsam eine sichtbare Planungszone (40; 41, 42) festlegen; (c) die Planungszone (40) auf der Darstellungseinrichtung (3) gegenüber dem Umfeld (45, 45a) hervorgehoben oder unterscheidungsfähig ist; (d) eine weitere Achse (34) als weitere Dosisskala außerhalb der Planungszone (40) sichtbar dargestellt oder aufgetragen ist, der die Kennwerte der vierten der zumindest vier Gewebevolumen zugeordnet sind.
Planungshilfe nach Anspruch 1, wobei jede der zumindest drei Achsen (31 bis 33) einen Abschnitt als Intervall aufweist, der in der Planungszone (40) liegt und die Abschnitte jeweils einen oberen und einen unteren Randwert (30m, 30n) aufweisen.
Planungshilfe nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Planungszone als eine Planungsfläche (40) eine polygonförmige Gestalt aufweist, mit innerem und äußerem Randpolygon (P_i, P_a).
Planungshilfe nach Anspruch 1, wobei Verbindungsstrecken von Intervallenden oder von Randwerten der Intervalle benachbarter Achsen (31, 32; 31, 33) eine äußere und eine innere Begrenzung der Planungszone festlegen, zur erfaßbaren Visualisierung der in der Datenbank gespeicherten Lösungsvielfalt.
Planungshilfe nach Anspruch 1, wobei innerhalb der Planungszone (40) im Zustand einer ersten stationären Darstellung nur eine Lösung aus der Datenbank so dargestellt wird, daß ihre Kennwerte (51, 52, 53; 50b, 51b bis 53b) von Strahlendosen auf den zumindest drei Achsen (31 bis 33) mit sichtbaren Linien verbunden werden, zur Bildung eines Navigations-Linienkörpers (NP, P1, P2).
Planungshilfe nach Anspruch 5, wobei alle Verbindungslinien innerhalb der Planungszone (40) liegen.
Planungshilfe nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Verbindungslinien geradlinig verlaufen, um ein Polygon (P1) als Navigations-Linienkörper mit einer gleichen Eckenzahl zu bilden, wie eine Anzahl von äußeren Ecken der Planungszone (40). 7a. Planungshilfe nach Anspruch 1, wobei die Kennwerte auf der weiteren Achse (34) im wesentlichen gleich sind, zur Veranschaulichung eines Dosiswerts. 7b. Planungshilfe nach Anspruch 1, wobei die Kennwerte der Strahlendosen auf der weiteren Achse (34) diejenigen der Targetachse bzw. des Targets (Zielvolumen, T) sind. 7c. Planungshilfe nach Anspruch 1 und 5 und 7a, wobei der auf der weiteren Achse (34) dargestellte Kennwert veränderbar ist und bei einer Veränderung auch die Darstellung des Navigations-Linienkörpers (NP, P1, P2) in der Planungszone (40) mit veränderbar ist, insbesondere proportional vergrößert wird. 7d. Planungshilfe nach Anspruch 7c, wobei der Kennwert auf der weiteren Achse (34) als Stellsymbol auf einer Achse eines Schiebereglers dargestellt ist, und wobei das Stellsymbol entlang der Achse (bildlich dargestellt) verschiebbar ist.
Planungshilfe nach Anspruch 5, wobei in einem Übergangszustand von der ersten stationären Darstellung zu einer zweiten stationären Darstellung (51c bis 53c) eine Form oder Lage des ersten Linienkörpers (NP) sich verändert und einen zweiten Linienkörper bildet (P3), aber in der Planungszone (40) verbleibt, zur Darstellung einer zweiten Lösung aus der Datenbank mit ihren zugehörigen Kennwerten für Strahlendosen von den zumindest drei Gewebevolumen.
Planungshilfe nach Anspruch 5 und Anspruch 8, wobei während des Übergangszustandes ein Wechsel von dem ersten Linienkörper (P2) zu dem zweiten Linienkörper (P3) fließend oder allmählich erfolgt, um den Wechsel anschaulich und sichtbar zu machen und im sichtbar fließenden Wechsel zwei Lösungen oder zugehörige Linienkörper (P3, P2) jeweils zumindest abschnittsweise gleichzeitig sichtbar darzustellen.
Planungshilfe nach Anspruch 1, wobei jede Lösung für eine Anzahl von Dosisverteilungen (2a bis 2e) für mehrere Winkellagen (α₁ bis α₅) steht, zur nicht unmittelbaren Weitergabe an einen Strahlenkopf (12) eines Therapiegerätes (10, 11), insbesondere an zugehörige Mehrfachstreifen (13, 14) eines Multileaf-Kollimators vor einem Strahlenkopf (12).
Planungshilfe nach Anspruch 1, wobei in der Planungszone (40), die von einem Hintergrund (45a, 45) als Umfeld insbesondere farbig oder vom Grauwert her abgesetzt ist, während einer stationären Darstellung nur eine einzige der Vielzahl von gespeicherten Lösungen dargestellt wird.
Planungshilfe nach Anspruch 1, wobei ein erster Abschnitt (41) der Planungszone sperrbar ist, um den verbliebenen Abschnitt (42) der Planungszone (40) für Veränderungen eines einbeschriebenen Navigationskörpers (NP) zu belassen.
Planungshilfe nach Anspruch 12, wobei die Sperrung wieder aufhebbar ist, um den ersten Abschnitt (41) dem verbliebenen Abschnitt für Veränderungen des einbeschriebenen Navigationskörpers wieder hinzuzufügen.
Planungshilfe nach Anspruch 12 oder 13, wobei die Sperrung des ersten Abschnitts (41) durch Blockieren eines Kennwertes (53) auf einer der Achsen (33) erfolgt, wodurch der Kennwert (53) einen Scheitelbereich, insbesondere einen Scheitelpunkt festlegt, einen neuen Eckenbereich eines neuen äußeren Polygons (P_a') bildet und "bestimmte Lösungen" der Datenbank gesperrt sind, (i) für eine Darstellung als Navigations-Linienkörper (NP) und (ii) für eine Auswahl, wobei die "bestimmten Lösungen" einen Kennwert als Dosis-Kennwert auf der einen Achse (33) besitzen, der im gesperrten Abschnitt (41) außerhalb des Scheitelbereichs liegt.
Planungshilfe nach Anspruch 1, wobei die Kennwerte (51, 52, 53) der Strahlendosen durch EUD-Werte als gemittelte Dosisverteilungen pro Organ oder Target repräsentiert sind.
Planungshilfe zur interaktiven Auswahl von Steuergrößen (x₁, y₇, α₁, α₂, α₃, I₁, I₂) eines Strahlentherapieplans aus einer Datenbank (1) mit einer Vielzahl von vorberechneten oder vorgegebenen Lösungen, wobei jede Lösung (i) einen Strahlentherapieplan repräsentiert, der in technischer Hinsicht selbst aus einer Vielzahl von Steuergrößen oder Befehlen besteht, die einem Strahlentherapiegerät (10, 11, 12) beaufschlagbar sind (6, 7) oder für dieses Gerät (10) zur Verfügung gestellt werden; (ii) zumindest einen Kennwert einer Strahlendosis für ein Zielvolumen (T, Target) und mindestens ein Risikovolumen (Risikoorgan, h₁, h₂, h₃) enthält, welche Kennwerte in der Datenbank (1) so gespeichert sind, daß sie zumindest zweidimensional verfügbar sind; und wobei (a) mehrere Achsen als Strahlendosisskalen (30, 31, 32, 33) für mehrere Gewebevolumen, wie Zielvolumen (T) oder Risikovolumen (h₁, h₂, h₃) , auf einer Darstellungseinrichtung (3; 3a, 3b) sichtbar aufgetragen oder dargestellt werden, zur Bildung von Achsen, wobei zumindest zwei benachbarte Achsen (30, 32; 30, 33) parallel verlaufen; (b) die Planungszone (40) auf der Darstellungseinrichtung (3) gegenüber einem Umfeld (45, 45a) hervorgehoben oder unterscheidungsfähig dargestellt ist und sie (40) aus der Zusammenfassung aller Lösungen der Datenbank (1) definiert ist, wobei eine der Vielzahl von Lösungen in der Planungszone (40) ihr gegenüber hervorgehoben ist (NP; P1, P2, P3, P4).
Planungshilfe zur interaktiven Auswahl von Steuergrößen (x₁, y₇, α₁, α₂, α₃, I₁, I₂) eines Strahlentherapieplans aus einer Datenbank (1) mit einer Vielzahl von vorberechneten oder vorgegebenen Lösungen, wobei jede Lösung (i) einen Strahlentherapieplan repräsentiert, der in technischer Hinsicht selbst aus einer Vielzahl von Steuergrößen oder Befehlen besteht, die einem Strahlentherapiegerät (10, 11, 12) beaufschlagbar sind (6, 7) oder für dieses Gerät (10) zur Verfügung gestellt werden; (ii) ein Kennwert einer Strahlendosis für mindestens ein Zielvolumen (T, Target) und mehrere vergleichbare Kennwerte für mehrere Risikovolumen (Risikoorgan, h₁, h₂, h₃) enthält, welche Kennwerte in der Datenbank (1) gespeichert sind; wobei die Kennwerte (50, 51, 52, 53) für zumindest eine Vielzahl der gespeicherten Lösungen so den jeweils zugehörigen Achsen zugewiesen werden, daß für mehrere Risikoachsen (31, 32, 33) Akzeptanzintervalle (a₃₁, a₃₂, a₃₃) entstehen, die eine Planungszone (40; 41, 42) festlegen, wobei eine Targetachse (34) außerhalb liegt.
Planungshilfe nach einem der Ansprüche 1 bis 17, als Verfahren zur Steuerung einer visuell wahrnehmbaren Darstellung.
Planungshilfe nach einem der Ansprüche 1 bis 17, als Sichtschirmdarstellung.
Planungshilfe, Planungsdarstellung oder Verfahren zur Steuerung einer visuell wahrnehmbaren Darstellung für die Auswahl zumindest eines Abschnitts einer Strahlentherapie aus einer Datenbank von mehreren möglichen, insbesondere pareto-optimalen Lösungen, wobei jede der Lösungen eine Vielzahl von Steuereinstellungen des Bestrahlungsgerätes umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß (i) mehrere Strahlendosisskalen (30 bis 33) von Gewebevolumen in einer Strahlendarstellung aufgetragen und bildlich dargestellt werden; (ii) aus vorab in der Datenbank (1, 1a) gespeicherten möglichen Lösungen ein Akzeptanzintervall (a₃₀, a₃₃) auf jedem der Strahlen aufgetragen wird, wobei jedes Akzeptanzintervall einen oberen und einen unteren Randwert (30m, 30n) aufweist; (iii) durch eine direkte Verbindung der Randwerte von jeweils auf Nachbarskalen bzw. Nachbarstrahlen liegenden Akzeptanzintervallen ein globaler Planungshorizont als Planungszone (40; 41, 42) eingerahmt wird, zur erfaßbaren Visualisierung einer in der Datenbank verfügbaren Lösungsvielfalt.
Verfahrenswerkzeug nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß Pfeilspitzen an den Strahlen in Richtung einer jeweils zunehmenden Dosis bei Targets und in Richtung einer abnehmenden Dosis bei Risiken (h₁, h₂) zeigen.
Verfahrenswerkzeug nach Anspruch 20, wobei die Dosiswerte nur einer Lösung aus der Datenbank (1) in den entsprechenden Akzeptanzintervallen als Punkte kenntlich gemacht werden und im wesentlichen gradlinig verbunden sind oder werden, um ein Navigations-Polygon (NP) zu bilden, das eine Lösung aus der Datenbank zusammenhängend anschaulich darstellt (6).
Verfahrenswerkzeug nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß nach einem Ziehen mit einem Zeiger eines Bediengerätes (4) an einer Stelle des Navigations-Polygons, insbesondere einer Ecke des Polygons längs des zugehörigen Strahls (33) und innerhalb des entsprechenden Akzeptanzintervalls (a₃₃) das aktuelle Navigations-Polygon (P2) ausgeblendet und anschließend dasjenige Navigations-Polygon (P3) eingeblendet wird, das eine Lösung in der Datenbank visualisiert, deren Bewertung im aktuellen Akzeptanzintervall dem verlagerten Punkt des Navigations-Polygons am nächsten kommt, insbesondere deren Kennwerte in den anderen Akzeptanzintervallen gleichzeitig eine geringstmögliche Abweichung zu den bisher dargestellten Punkten auf den Strahlen des vorhergehenden Navigations-Polygons aufweisen.
Verfahrenswerkzeug nach einem der Ansprüche 20 oder 23, dadurch gekennzeichnet, daß Markierungselemente (33a, 31a) den Strahlen (als Strahlendosisskalen) zugeordnet sind, um ein Sperren eines jeweiligen Abschnitts (a₃₃) des Akzeptanzintervalls des zugeordneten Strahls (33) zu verursachen, und zwar von dem jeweils schlechtwertigsten Randpunkt bis zu dem angezeigten Eckpunkt des Navigations-Polygons.
Verfahrenswerkzeug nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß durch Anklicken oder Betätigen eines Markierungselements (33a, 31a) ein Abschnitt des entsprechenden Akzeptanzintervalls (a₃₃) gesperrt wird oder sperrbar ist.
Verfahrenswerkzeug nach Anspruch 25, wobei nach dem Sperren nur noch solche Lösungen aus der Datenbank in einer reduzierten Planungszone (42) selektierbar sind, die außerhalb des gesperrten Abschnitts (41) der Planungszone liegen und zumindest ein Randwert (30n, 30m) eines der Akzeptanzintervalle der anderen der Dosisskalen geändert wird.
Verfahrenswerkzeug nach Anspruch 26, wobei die eingeschränkte Planungszone (42) als ein Planungshorizontanteil hervorgehoben dargestellt wird, gegenüber dem ausgeblendeten ersten Planungshorizontanteil (41), wobei die beiden Anteile summiert die Planungszone ergeben.
Verfahrenswerkzeug nach Anspruch 27, wobei mehrere Abschnitte von mehreren Achsen sperrbar sind, um mehrere Abschnitte des Planungshorizonts zu sperren, unter Belassung eines jeweils weiter reduzierten Rest-Planungshorizontanteils.
Verfahrenswerkzeug nach einem der Ansprüche 24 bis 28, wobei durch Betätigen, insbesondere ein Anklicken mit einem Mauszeiger, eines vorher bereits betätigten Markierungselements (33a) der zugehörig gesperrte Abschnitt des Akzeptanzintervals bzw. Planungshorizonts wieder freigegeben wird oder freigebbar ist, um die zugehörigen Lösungen aus der Datenbank wieder selektieren zu können und deren Visualisierungen als zum aktuellen Planungshorizont hinzugenommen dargestellt werden.
Verfahrenswerkzeug nach Anspruch 22, wobei ein Übergang von einem Navigations-Polygon (NP = P2) zu einem folgenden Navigations-Polygon (P3) fließend geschieht, mit Darstellung von Zwischenzuständen.
Verfahrenswerkzeug nach Anspruch 20, wobei ein Navigations-Polygon vorgesehen ist, das innerhalb der Planungszone sichtbar unterschiedlich dargestellt ist und als Dosisverteilungs-Polygon eine Verteilung von Strahlendosen, insbesondere nach EUD-Werten angibt.
Verfahrenswerkzeug nach Anspruch 20, wobei durch das Betätigen eines dargestellten begrenzten Steuerabschnitts (75) die Speicherung einer Nummer der aktuell dargestellten Lösung im aktuellen Navigations-Polygon (P1) initiiert wird.
Verfahrenswerkzeug nach Anspruch 32, wobei durch Betätigen eines anderen begrenzten Steuerabschnitts (75) der Darstellung in einen Sicht-Modus umgeschaltet wird, um von der Datenbank (1) die Lösungen zu den gespeicherten Nummern zur Darstellung (3, 3a) bereitzustellen, die unter Verwendung des ersten Steuerabschnitts des Sichtschirms (3) gespeichert wurden.
Verfahrenswerkzeug nach Anspruch 33, wobei mit Hilfe von Recorder-Abschnitten (70) auf dem Sichtschirm die den zugehörigen gespeicherten Lösungen entsprechenden Visualisierungen nach Anwenderwunsch darstellbar sind oder dargestellt werden.
Verfahrenswerkzeug nach Anspruch 20, wobei Lösungen, insbesondere Zeiger auf gespeicherte Datensätze der Datenbank, welche einem aktuell dargestellten Navigations-Polygon (P2) zugeordnet sind, in einem Hintergrund automatisch in einer Log-Datei sequentiell gespeichert werden (5, 1).
Verfahrenswerkzeug nach Anspruch 35, wobei durch das Betätigen eines von mehreren Recorder-Bildabschnitten (70), deren Funktionen Recorder-Funktionen entsprechen, die Visualisierungen der in der Log-Datei referenzierten Lösungen nach Anwenderwünschen abrufbar sind bzw. abgerufen werden.
Verfahrenswerkzeug nach Anspruch 33 oder 36, wobei das Betätigen eines vorher bereits betätigten Steuerabschnitts eine Umschaltung in einen Modus veranlaßt, der eine Fortsetzung der Navigation in der aktuellen Planungszone gestattet.
Verfahrenswerkzeug nach einem der Ansprüche 32 bis 37, bei dem die Betätigung ein Anklicken mit einem Mauszeiger oder ein Berühren des Sichtschirms an einer spezifischen Stelle des Sichtschirms (3) ist.
Planungswerkzeug nach Anspruch 24 oder 25, wobei die Sperrung des ersten Abschnitts (41) durch ein Sperren der schlechteren Skalenwerte erfolgt, die bezogen sind auf die Dosis und Dosisrichtung auf der jeweiligen Achse (30 bis 33).
Planungswerkzeug nach Anspruch 5, 20 oder 23, wobei in einer zweiten stationären Darstellung ein weiterer Linienkörper (NP) mit Kennwerten (50c bis 53c) als Ecken dargestellt wird, dessen Ecken gegenüber dem im ersten stationären Zustand dargestellten Linienkörper eine in Summe gesehen geringstmögliche Abweichung aufweist bzw. der zweite Linienkörper (P3) der zu den nicht verschobenen Eckpunkten nächstmögliche Linienkörper ist bzw. eine neue Lösung als Linienkörper dargestellt wird, deren nicht aktiv verschobene Eckpunkte zu den zuvor dargestellten Eckpunkten eine geringste Abweichung besitzen.
Planungswerkzeug zur interaktiven Auswahl einer Objektgestaltung oder von Steuergrößen (x₁, y₇, α₁, α₂, α₃, I₁, I₂) aus einer Datenbank (1) mit einer Vielzahl von vorberechneten oder vorgegebenen Lösungen, wobei jede Lösung (i) in technischer Hinsicht selbst aus einer Vielzahl von Steuergrößen oder Befehlen besteht, die einem operativen Gerät (10, 11, 12) beaufschlagbar sind (6, 7) oder für dieses Gerät (10) zur Verfügung gestellt werden; oder (ii) technische Parameter aufweist, die technische Eigenschaften des zu gestaltenden Objekts beschreiben bzw. bestimmen; und wobei (a) mehrere Achsen mit Skalen (30, 31, 32, 33) für Kennwerte der Lösungen auf einer Darstellungseinrichtung (3; 3a, 3b) sichtbar aufgetragen oder dargestellt werden, zur Bildung von Eigenschaftsachsen, wobei keine der Achsen übereinanderfällt; (b) die Kennwerte (50, 51, 52, 53) für zumindest eine Vielzahl der gespeicherten Lösungen so den jeweils zugehörigen Achsen zugewiesen werden, daß für jede Achse (31, 32, 33, 30) ein Akzeptanzintervall (a₃₀, a₃₁, a₃₂, a₃₃) entsteht, die für alle Achsen gemeinsam eine Planungszone (40; 41, 42) festlegen; (c) die Planungszone (40) auf der Darstellungseinrichtung (3) gegenüber dem Umfeld (45, 45a) hervorgehoben oder gegenüber dem Umfeld unterscheidungsfähig sichtbar dargestellt wird, (d) eine weitere Achse (34) außerhalb der Planungszone (40) vorgesehen ist.
Planungswerkzeug zur interaktiven Auswahl einer Objektgestaltung oder von Steuergrößen (x₁, y₇, α₁, α₂, α₃, I₁, I₂ ) eines Gerätes aus einer Datenbank (1) mit einer Vielzahl von vorberechneten oder vorgegebenen Lösungen, wobei (a) mehrere Achsen (30, 31, 32, 33) für Eigenschaften des Gerätes oder Objekts auf einer Darstellungseinrichtung (3; 3a, 3b) sichtbar aufgetragen oder dargestellt werden, wobei die Achsen nicht übereinanderfallen und zumindest zwei benachbarte Achsen (36, 37; 30, 35) parallel verlaufen; (b) Kennwerte (50, 51, 52, 53) der Eigenschaften für zumindest eine Vielzahl der gespeicherten Lösungen so den Achsen jeweils zugehörig zugewiesen werden, daß Akzeptanzintervalle (a₃₀, a₃₁, a₃₂, a₃₃) entstehen, die für die Achsen gemeinsam eine Planungszone (40; 41, 42) auf der Darstellungseinrichtung (3) festlegen; (c) die Planungszone (40) gegenüber einem Umfeld (45, 45a) hervorgehoben oder gegenüber dem Umfeld unterscheidungsfähig sichtbar dargestellt wird.
Planungswerkzeug nach einem der Ansprüche 41 bis 42, als Verfahren zur Steuerung einer visuell wahrnehmbaren Darstellung.
Planungswerkzeug nach einem der Ansprüche 41 bis 42, als Sichtschirmdarstellung.
Planungswerkzeug nach Anspruch 41, wobei jede Achse (30 bis 37, ohne 34) einen Abschnitt als Akzeptanzintervall aufweist, der innerhalb der Planungszone (40) liegt und jeder Abschnitt einen oberen und einen unteren Randwert (30m, 30n) aufweist.
Planungswerkzeug nach Anspruch 41 oder 42, wobei Verbindungsstrecken von Intervallenden oder der Randwerte nach Anspruch 45 von benachbarten Achsen (30, 32) eine äußere und eine innere Begrenzung der Planungszone festlegen, zur erfaßbaren Visualisierung der in der Datenbank gespeicherten Lösungsvielfalt.
Planungswerkzeug nach Anspruch 41 oder 42, wobei innerhalb der Planungszone im Zustand einer ersten stationären Darstellung nur eine Lösung aus der Datenbank so dargestellt wird, daß ihre Kennwerte (50, 51, 52, 53; 50b bis 53b) als technische Eigenschaften auf den Achsen (30 bis 33) mit sichtbaren Linien verbunden werden, zur Bildung eines Navigations-Linienkörpers (NP, P1, P2).
Planungswerkzeug nach Anspruch 47, wobei in einem Übergangszustand von einer ersten stationären Darstellung zu einer zweiten stationären Darstellung (50c bis 53c) eine Form oder Lage des ersten Linienkörpers (NP) sich verändert und einen zweiten Linienkörper bildet (P3), aber innerhalb der Planungszone (40) verbleibt, zur Darstellung einer zweiten Lösung aus der Datenbank mit ihren zugehörigen technischen Kennwerten.
Planungswerkzeug nach Anspruch 48, wobei während des Übergangszustandes ein Wechsel von dem ersten Linienkörper (P2) zu dem zweiten Linienkörper (P3) fließend oder allmählich erfolgt, um den Wechsel anschaulich und sichtbar zu machen und im sichtbar fließenden Wechsel zwei Lösungen oder zugehörige Linienkörper (P3, P2) jeweils zumindest abschnittsweise gleichzeitig sichtbar darzustellen.
Planungswerkzeug nach Anspruch 41 oder 42, wobei in der Planungszone (40), die vom Hintergrund (45a, 45) insbesondere farbig oder vom Grauwert her abgesetzt ist, während eines Zustandes einer stationären Darstellung nur eine einzige der Vielzahl von gespeicherten Lösungen dargestellt wird.
Planungswerkzeug nach Anspruch 41 oder 42, wobei ein erster Abschnitt (41) der Planungszone gesperrt wird oder sperrbar ist (30a bis 33a), um die verbliebene Planungszone (42) für Veränderungen des einbeschriebenen Navigationskörpers (NP) zu belassen.
Planungswerkzeug nach Anspruch 51, wobei die Sperrung wieder aufhebbar ist, um den ersten Abschnitt (41) dem verbliebenen Abschnitt für Veränderungen des einbeschriebenen Navigationskörpers wieder hinzuzufügen.
Planungswerkzeug nach Anspruch 51, wobei die Sperrung des ersten Abschnitts (41) durch Blockieren eines Eigenschaftswertes (53) auf einer der Achsen (33) erfolgt, wodurch der Kennwert (53) einen Scheitelpunkt oder Scheitelbereich festlegt, ein neues äußeres Polygon (P_a') bildet und bestimmte Lösungen der Datenbank gesperrt werden (i) für eine Darstellung als Navigations- Linienkörper (NP) und (ii) für eine Auswahl, wobei die bestimmten Lösungen einen Kennwert als Eigenschaftswert auf der einen Achse (33) besitzen, der im gesperrten Abschnitt (41) liegt.