DE19530013C1 - Verfahren und Positioniereinrichtung zur korrekten Positionierung eines Zieles in dem Zielbereich einer Strahlenbehandlungseinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur korrekten Positio­ nierung eines zu bestrahlenden Zieles, insbesondere eines Tumors, in dem einen Zielbereich bildenden Isozentrum einer Strahlenbehandlungseinrichtung, insbesondere eines Linearbe­ schleunigers, wobei die dem Ziel zuvor zugewiesene Koordinaten durch Einstellung des Zielbereiches auf diese Koordinaten aufge­ sucht werden, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des vorgenannten Verfahrens.

Verfahren der eingangs genannten Gattung sind nach der US 53 29 567, der US 51 07 839 und der WO 94/28973 bekannt und sind in der Stereotaxie üblich. Positioniereinrichtungen der vorge­ nannten Gattung sind in unterschiedlichen Ausführungsformen auf dem Markt.

Für eine Stereotaxie geht man nach folgender Weise vor.

Ein Patient, bei dem beispielsweise ein Hirntumor diagnosti­ ziert worden ist, der durch Strahlen eines Linearbeschleunigers bestrahlt werden soll, bekommt, umlaufend um den Stirnbereich seines Kopfes einen Stereotaxie-Rahmen bzw. ein gerüstartiges Zielgerät aufgesetzt. Dieses Zielgerät wird unbewegbar am Kopf des Patienten fixiert, beispielsweise durch Schrauben, die bis in die Schädelknochen des Patienten eindringen.

Üblicherweise weist das Zielgerät drei nach Art von Kasten­ wänden angeordnete Platten auf, nämlich eine Platte vor der Stirn bzw. dem Gesicht des Patienten und zwei dazu rechtwinkelig angeordnete Platten an den beiden Schläfenseiten des Patienten. Durch diese Platten wird ein Bezugssystem mit kartesischen Koor­ dinaten vorgegeben. Hierzu weisen die Platten meist auch Mar­ kierungen auf, die beispielsweise auf Röntgenbildern erkannt werden können. Diese Markierungen erlauben dadurch auch auf Röntgenbildern entsprechende Koordinatenvermessungen.

Der Schädel des Patienten, und damit auch der im Schädel ent­ haltene Hirntumor, ist in diesem Bezugssystem eingebettet. Dem Hirntumor können also in diesem Bezugssystem eindeutige zum Beispiel kartesische Koordinaten, nämlich X-,Y- und Z-Ko­ ordinaten zugeordnet werden. Üblicherweise verläuft die Y-Achse von der Schädelrückseite in Richtung der Stirnseite, und die X-Achse verläuft von der rechten Schläfenseite in Richtung der linken Schläfenseite des Patienten. Die Z-Achse verläuft von der Kinnseite des Schädels zur Schädelkalotte oder auch in umgekehrter Richtung, da es auf die Richtung beziehungsweise das Vorzeichen der Koordinate nicht ankommt.

Um die entsprechenden Koordinaten des gefundenen Hirntumors genau messen und festlegen zu können, und zwar innerhalb des Stereotaxie-Rahmens festlegen zu können, wird von dem Schädel des Patienten, auf dem der Stereotaxie-Rahmen unbeweglich ange­ ordnet ist, eine Computertomographie durchgeführt. Durch eine solche Computertomographie werden per Röntgenbild Schnittan­ sichten des Schädels des Patienten angefertigt, und zwar auf Schädelschnittebenen, also Bildebenen, die in kleinen Abständen in der vorgenannten Z-Richtung des Koordinatensystems aufeinan­ derfolgen. Anhand der Markierungen auf den Platten, die schlä­ fenseitig einander gegenüberliegend neben dem Schädel des Patienten als Bestandteil des Stereotaxie-Rahmens angeordnet sind, können die Z-Abstände der einzelnen Röntgenbilder genau bestimmt und vermessen werden, es kann also die jeweilige Z-Koordinate jedes einzelnen Bildes genau bestimmt werden. Jedes Röntgenbild zeigt selbst die Y-X-Ebene des vom Stereotaxie- Rahmen vorgegebenen Koordinatensystems. Auf den Röntgenbildern, auf denen der Hirntumor zu erkennen ist, können also dessen Y- und X-Koordinaten genau ausgemessen werden. Anhand dieser ausge­ messenen Y- und X-Koordinaten und anhand der für das vermessende Röntgenbild zu bestimmenden Z-Koordinate ist also die Position des Hirntumors im Stereotaxie-Rahmen genau festgelegt.

Soll nun dieser aufgefundene Hirntumor, der in seinen Koordi­ naten im Bezugssystem genau festgelegt worden ist, mit einer Strahlenbehandlungseinrichtung, beispielsweise mit einem Linear­ beschleuniger behandelt, das heißt bestrahlt, werden, so muß der Hirntumor genau in dem aus Strahlenschutzgründen möglichst klein zu wählenden Strahlenfeld der Strahlenbehandlungseinrichtung positioniert werden, und zwar möglichst genau, schnell und einfach positioniert werden.

Hierzu wird der Patient, immer noch unverändert den Stereo­ taxie-Rahmen auf dem Kopf, in die Strahlenbehandlungseinrichtung gebracht. Diese besteht im wesentlichen aus einem Behandlungs­ tisch, dessen Tischplatte in zwei Richtungen in der Ebene der Tischplatte und auf und ab motorisch verschiebbar ist, und aus der eigentlichen Bestrahlungseinrichtung. Diese Bestrahlungs­ einrichtung richtet ihren Strahl auf den Kopf des auf dem Behandlungstisch liegenden Patienten und kann um eine horizontale Achse, die parallel zur Längsachse des Patienten verläuft, geschwenkt werden, so daß rund um den Kopf des Patienten herum eine Bestrahlung des Schädels erfolgen könnte. Tatsächlich wird bei der Bestrahlung die Bestrahlungseinrichtung pendelnd um einen gewissen Winkel um diese Schwenkachse hin und her geschwenkt.

Außerdem ist der Behandlungstisch um eine lotrechte Achse schwenkbar, die sich an derjenigen Stirnseite des Behandlungs­ tisches befindet, über der der Kopf des zu behandelnden Patien­ ten liegt.

Das vom Patientenkopf getragene Zielgerät läßt sich an der genannten Stirnseite des Behandlungstisches in einer ganz bestimmten Position und Orientierung arretieren, so daß nach dieser Arretierung das Zielgerät in bekannter Orientierung unbeweglich gegenüber dem Behandlungstisch fixiert ist. In dem Zielgerät ist dabei quasi der Kopf des Patienten unbeweglich gefangen.

Die Strahlachse der Strahlenbehandlungseinrichtung schneidet sich mit der lotrechten Schwenkachse des Behandlungstisches und mit der horizontalen Schwenkachse der Bestrahlungseinrichtung in einem gemeinsamen Punkt, dem sogenannten Isozentrum. Dieses Isozentrum ist gleichzeitig der Zielbereich der Strahlenbehand­ lungseinrichtung. Dieses Isozentrum muß also für die Behandlung mit dem lokalisierten Tumor abgeglichen werden, das heißt, der Tumor muß sich während der Behandlung genau im Isozentrum der Strahlenbehandlungseinrichtung befinden. Da der von der Be­ strahlungseinrichtung ausgesandte Strahl einen relativ kleinen Durchmesser von größenordnungsmäßig wenigen Millimetern hat, muß die Positionierung relativ genau und korrekt erfolgen. Insbeson­ dere muß der zu behandelnde Tumor wirklich genau im Isozentrum sein, da, wie bereits im vorhergehenden erwähnt, die Bestrahlungs­ einrichtung während der Bestrahlung um die Horizontale geschwenkt wird, den Tumor also über einen gewissen Winkelbereich aus unterschiedlichen Richtungen bestrahlen soll.

Zur Positionierung des Hirntumors im Isozentrum geht man so vor, daß die jeweiligen Koordinaten zunächst auf den drei Plat­ ten des Zielgerätes, beispielsweise durch Kreuze, markiert wer­ den. Auf den einander gegenüberliegenden schläfenseitigen Platten wird also jeweils der Schnittpunkt der Y- und Z-Koordi­ naten des Hirntumors markiert, während auf der stirnseitigen Platte der Schnittpunkt der X- und der Z-Koordinaten markiert wird.

In dem Raum, in der sich die Strahlenbehandlungseinrichtung befindet, ist üblicherweise eine optische Laserstrahlanlage in­ stalliert, die mit drei Laserstrahlen den Verlauf der Schwenk­ achsen und der Strahlachse der Strahleinrichtung wiedergibt, so daß im Schnittpunkt der drei Laserstrahlen das Isozentrum zu­ mindest im abgedunkelten Raum, optisch sichtbar ist. Durch Ver­ schiebung der Tischplatte, die nicht nur in ihrer Ebene in orthogonalen Richtungen; die jeweils mit der Z-Achse und der X-Achse des Koordinatensystems zusammenfallen, verschiebbar ist, sondern auch eine Hubbewegung parallel zur Y-Achse des Koordi­ natensystems durchführen kann, ist der Patient, der quasi im Zielgerät gefangen ist, definiert in den Koordinatenachsenrich­ tungen bewegbar, so daß durch die Tischbewegungen der Hirntumor im Isozentrum der Strahlenbehandlungseinrichtung positioniert werden kann. Die genaue Positionierung ist dann gegeben, wenn die jeweiligen Laserstrahlen genau die entsprechenden Markie­ rungen auf den drei Platten des Zielgerätes treffen. Bei diesen Markierungen kann es sich um Anzeichnungen handeln, also beispielsweise um Bleistiftkreuze. Technisch aufwendiger können die Markierungen aber auch durch an einer digitalen Meßvorrichtung verschiebbare Zielprismen bereitgestellt werden.

Insbesondere ist durch die Anzielung der Markierungen auf den beiden schläfenseitigen Platten des Zielgerätes eine Kontrolle dahingehend möglich, ob das Bezugssystem des Zielgerätes unge­ dreht mit dem quasi einrichtungseigenen Koordinatensystem der Strahlenbehandlungseinrichtung übereinstimmt, daß also die je­ weiligen Koordinatenachsen zueinander parallel verlaufen.

Das vorgeschilderte übliche Verfahren zur Positionierung und die dazu erforderliche Positioniereinrichtung sind relativ kom­ pliziert. Insbesondere ist eine selbst genau zu positionierende Laserstrahleinrichtung notwendig, deren Zielgenauigkeit aufgrund bekannter Dritteigenschaften vor jeder Behandlung überprüft werden muß. Außerdem müssen drei Markierungen unabhängig voneinander auf den drei Platten des Zielgerätes genau einge­ stellt werden und bei der Positionierung genau angezielt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde den Positioniervorgang zu vereinfachen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß in Verfahrenshinsicht da­ durch gelöst, daß der Abstand zwischen einem zum Zielbereich in bekannter räumlicher Beziehung stehenden Bezugspunkt und einer zum Ziel in bekannter räumlicher Beziehung stehenden Bezugsflä­ che zum Aufsuchen einer Koordinate gemessen und auf der Grund­ lage dieser Messung eingestellt wird und daß die übrigen Koor­ dinaten des Zieles auf der Bezugsfläche eingestellt werden.

Damit wird mit Vorteil bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Einstellung einer der Koordinaten auf eine sehr einfache Abstandsmessung reduziert. Dazu werden als Hilfsmittel ein Bezugspunkt und eine Bezugsfläche festgelegt, und zwar der Bezugspunkt in Bezug auf den Zielbereich der Strahlenbehandlungseinrichtung und die Bezugsfläche in Bezug auf das patientenseitige Ziel. Es ist also die Koordinate des Zielbereiches bezüglich des Bezugspunktes definiert, während die Koordinate des Zieles bezüglich der Bezugsfläche definiert ist. Die Abstandsmessung bzw. Abstandseinstellung zwischen dem Bezugspunkt und der Bezugsfläche zieht also gleichzeitig eine Koordinateneinstellung bzw. Abgleichung von Zielbereich und Ziel nach sich. Die weiteren Koordinaten des Zieles können dann in sehr einfacher Weise auf der Bezugsfläche aufgesucht werden, so daß der Zielbereich auch bezüglich dieser weiteren Koordinaten auf das Ziel abgestimmt wird. Es dürfte sich in der Regel um zwei weitere Koordinaten handeln. Am einfachsten wird ein kartesisches Koordinatensystem verwendet werden. Dann wäre die Bezugsfläche als Bezugsebene zu wählen. Es könnten aber auch andere Koordinatensysteme in Betracht kommen, beispielsweise ein Polarkoordinatensystem. Dann wäre beispielsweise die Bezugsfläche als Kugelfläche zu wählen.

Eine Weiterbildung der Erfindung, bei der ein kartesisches Koordinatensystem zugrunde gelegt wird und die Bezugsfläche als Bezugsebene gewählt wird, zeichnet sich dadurch aus, daß die Strahlachse der Strahlenbehandlungseinrichtung parallel zu einer Koordinatenachse des Bezugssystems eingestellt wird, daß als Bezugsfläche eine zu den beiden anderen Koordinatenachsen parallele Bezugsebene des Bezugssystems gewählt wird, daß bei bekanntem, parallel zur Strahlachse gemessene Abstand zwischen einem gewählten Bezugspunkt und dem Zielbereich der Abstand zwischen dem Bezugspunkt und der gewählten Bezugsebene so einge­ stellt wird, daß die Differenz zwischen dem bekannten Abstand und dem eingestellten Abstand gleich der Differenz der Koordina­ te der Bezugsebene und des Zieles bezüglich der zur Strahlachse parallelen Koordinatenachse ist, und daß die übrigen beiden Ko­ ordinaten der Strahlachse auf der Bezugs ebene entsprechend den Koordinaten des Zieles eingestellt werden.

Vereinfacht gesagt wird also bei dem erfindungsgemäßen Ver­ fahren eine dreifache Markierung und eine Auffindung dieser drei Markierungen bei der Positionierung im Stand der Technik ersetzt durch eine relativ einfache Abstandsmessung und die Auffindung einer einzigen Markierung.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich auf diese Weise we­ sentlich einfacher, genauer und schneller durchführen.

Dennoch sind die Messungen bzw. Einstellungen beim erfin­ dungsgemäßen Verfahren ebenfalls hinreichend, um sicherzustel­ len, daß sich das Ziel in dem einen Zielbereich bildenden Iso­ zentrum befindet, was im nachfolgenden verdeutlicht wird.

Der Patient trägt unveränderbar das Stereotaxie-Zielgerät, das ein Bezugssystem vorgibt, in dem dem zu treffenden Ziel, beispielsweise dem Hirntumor, seine Koordinaten zugeordnet wer­ den. Das Bezugssystem kann also quasi als patienteneigenes Be­ zugssystem angesehen werden. In diesem Bezugssystem wird gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Bezugsebene festgelegt, die parallel zur X-Z-Ebene dieses Bezugssystemes orientiert ist, also eine bestimmte eigene Y-Koordinate (Y_B) hat. Der Einfach­ heit halber wird die Bezugsebene an der Stelle gewählt werden, an der sich ohnehin die stirnseitige Platte des Stereotaxie- Zielgerätes befindet, so daß also diese stirnseitige Platte die zu wählende Bezugebene verkörpert.

Da das vom Patienten unverändert getragene Stereotaxie-Ziel­ gerät am Behandlungstisch der Strahlbehandlungseinrichtung fixiert wird, kann das von diesem Zielgerät vorgegebene Bezugs­ system ab diesem Augenblick auch als einrichtungseigenes Bezugs­ system angesehen werden, dessen Ursprungsposition innerhalb der klaren Behandlungseinrichtung prinzipiell bekannt und unverän­ derbar ist.

Auf die tatsächliche Position des Ursprunges dieses Bezugs­ systems innerhalb der Strahlenbehandlungseinrichtung kommt es allerdings nicht an. Vielmehr muß bei dem erfindungsgemäßen Ver­ fahren nur sichergestellt werden, daß zunächst einmal die Strahlachse der Strahlenbehandlungseinrichtung parallel zur Y-Achse des Bezugssystemes eingestellt ist, wobei aber natürlich bei der Behandlung diese Strahlrichtung ohnehin wechselt, wenn die Positionierung, das heißt die Abgleichung von Zielbereich und Ziel, erst einmal vorgenommen ist. Theoretisch wäre es auch möglich, die erfindungsgemäße Einstellung ohne diese Ausrichtung der Strahlrichtung parallel zur Y-Achse oder einer anderen Koor­ dinaten-Achse des Bezugssystemes vorzunehmen. Die Einstellung würde dadurch allenfalls trigonometrisch komplizierter, aber nicht unmöglich.

Im Bereich der Strahlenbehandlungseinrichtung wird ein Be­ zugspunkt für alle Strahlenbehandlungsvorgänge festgelegt. Die­ ser Bezugspunkt wird bevorzugt auf der Strahlachse selbst fest­ gelegt, und zwar besonders bevorzugt im Bereich der Austritts­ öffnung des Strahls aus dem Bestrahlungskopf der Strahlenbehand­ lungseinrichtung, beispielsweise im Bereich der Austrittsöffnung eines Kollimatorsystems dieses Bestrahlungskopfes. Der Bezugspunkt kann aber auch an anderer Stelle festgelegt werden. Wichtig ist nur, daß zwischen diesem Bezugspunkt und dem quasi geräte-spezifisch festgelegten Isozentrum, also dem festgelegten Zielbereich der Strahlenbehandlungseinrichtung der Abstand bekannt ist, und zwar bevorzugt der zur Y-Ko­ ordinatenachse des Koordinatensystems parallele Abstand. Von diesem Bezugspunkt aus gesehen, ist es also bekannt, wie weit das Isozentrum bzw. der Zielbereich der Strahlenbehandlungseinrichtung entfernt ist. Außerdem ist bekannt, welchen Abstand das Ziel von der Bezugsebene hat, also beispielsweise von der stirnseitigen Platte des Stereotaxie- Zielgerätes. Das Isozentrum bzw. der Zielbereich der Strahlenbehandlungseinrichtung befindet sich dann auf gleicher Höhe mit dem Ziel, wenn der Abstand zwischen dem Bezugspunkt und der Bezugsebene plus dem Abstand zwischen der Bezugsebene und dem Ziel gleichlang ist wie der bekannte Abstand zwischen dem Bezugspunkt und dem Isozentrum bzw. dem Zielbereich der Strahlenbehandlungseinrichtung.

Sobald der entsprechende Abstand zwischen dem Bezugspunkt und der Bezugsebene eingestellt ist, und sich somit der Zielbereich und das Ziel auf gleicher Ebene befinden, nämlich einer Ebene parallel zur gewählten Bezugsebene, können die übrigen Koordina­ ten, also die X- und Z-Koordinaten aufgesucht werden, indem der Schnittpunkt der Strahlachse mit der Bezugsebene auf diese ent­ sprechenden Koordinaten eingestellt wird.

Dazu kommt es übrigens nicht darauf an, daß die X-Achse und die Z-Achse in bestimmter Weise zur Strahlenbehandlungseinrich­ tung ausgerichtet sind, da auf der Bezugsebene das entsprechende Koordinatenpaar unmittelbar aufgesucht wird, wobei die Aufsuch­ wege beliebig sind. Dieses Aufsuchen erfolgt in bekannter Weise beispielsweise durch entsprechende Verschiebungen der Tischplat­ te des Behandlungstisches, ebenso wie die Höheneinstellung durch Höhenveränderung der Tischplatte des Behandlungstisches erfolgen kann.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren sind insbesondere keine weiteren Bezugsebenen notwendig, die beispielsweise zu der not­ wendigen Bezugsebene senkrecht stehen. Insbesondere sind also bei einem entsprechenden Stereotaxie-Zielgerät keine schläfen­ seitigen Platten mehr notwendig. Auf der vorzugsweise nur noch verbleibenden stirnseitigen Platte muß nur eine Koordinatenmar­ kierung vorgesehen werden, so daß auch diesbezüglich das er­ findungsgemäße Verfahren vereinfacht ist und weniger Fehlerquel­ len aufweist. Nicht zuletzt kann ein kompliziertes, teures und zunächst einmal ebenfalls selbst zu justierendes Laser-Optik­ system völlig entfallen.

Vorzugsweise wird beim erfindungsgemäßen Verfahren der Ab­ stand zwischen dem Bezugspunkt und der Bezugsebene mechanisch gemessen, also einfach quasi mit einem Lineal. Dazu wird bevor­ zugt die Bezugsebene durch eine Platte gebildet und es wird ein Meßstab verwendet, der zur Abstandmessung vom Bezugspunkt bis an die Platte auf Anschlag herangefahren wird, so daß sich bei einem axialverschiebbaren Meßstab und einer entsprechenden Skalierung beispielsweise der Abstand sehr einfach im Bereich des Bezugspunktes ablesen läßt.

Vorzugsweise ist ein solcher Meßstab als Zeiger ausgebildet, der mit seinem freien Ende auf die Bezugsebene bzw. die Bezugs­ platte deutet. Die Zeigerspitze kann dann sehr einfach zur Auf­ findung auch der übrigen beiden Koordinaten auf der Platte bzw. der Bezugsebene verfahren werden, bis er genau auf die gesuchte Markierung weist. Eine solche Markierung könnte in gewohnter Weise beispielsweise ein Bleistiftkreuz sein. Es wäre aber auch denkbar, eine ortveränderbare vorgegebende Markierung zu ver­ wenden, die beispielsweise sogar eine kleine Einbuchtung auf­ weist, in der der entsprechende Zeiger definitiv einrasten bzw. eintauchen könnte und dabei zum Beispiel ein elektrisches Signal auslösen könnte.

Eine bevorzugte Stelle, einen derartigen Meßstab anzuordnen, wäre die Strahlaustrittsbohrung der Strahlenbehandlungseinrich­ tung, in die ein solcher Meßstab axial verschieblich paßgenau eingeführt werden könnte.

Eine Abstandsmessung könnte aber auch berührungslos, zum Beispiel elektronisch und/oder optisch erfolgen.

Die Ansprüche 10 bis 20 geben Merkmale zur vorrichtungsmäßigen Umsetzung des vorgeschilderten Verfahrens an, mit den ebenfalls vorgeschilderten Vorteilen.

Beispielsweise ist gemäß Anspruch 15 vorgesehen, den Meßstab in die Halterung an einem Strahlkollimator einzuführen.

Die Ansprüche 18 bis 20 geben vorteilhafte Hinweise auf Möglichkeiten der Ausbildung der Abstandsmeßeinrichtung.

Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische, perspektivische Ansicht einer Strahlenbehandlungseinrichtung,

Fig. 2 den Strahl-Ausgangsbereich einer Strahlenbehand­ lungseinrichtung gemäß Fig. 1 in vergrößerter Dar­ stellung,

Fig. 3 den Strahl-Ausgangsbereich gemäß Fig. 2 in einer Seitenansicht mit darunter angeordnetem Stereotaxie- Zielgerät,

Fig. 4 ein Stereotaxie-Zielgerät gemäß Fig. 3 in perspek­ tivischer Ansicht in wiederum vergrößerter Darstel­ lung und

Fig. 5 eine Skizze zur Erläuterung der mathematisch-geome­ trischen Verhältnisse.

Die Fig. 1 zeigt in schematischer, perspektivischer Ansicht eine an sich bekannte Strahlenbehandlungseinrichtung.

Diese Strahlenbehandlungseinrichtung umfaßt einen Behand­ lungstisch 1, dessen Tischplatte 2 in drei orthogonalen Richtun­ gen entsprechend der Doppelpfeile 3 bis 5 ortsveränderbar ist. Auf dem Behandlungstisch 2 kann ein zu behandelnder Patient 6 gelegt werden, der in der Fig. 1 gestrichelt angedeutet ist.

Am Kopfende der beweglichen Tischplatte 3 ist ein Stereo­ taxie-Zielgerät 7 angeordnet und fixiert, das im wesentlichen als Rahmen bzw. Kastengerüst ausgebildet ist. Dieses Stereo­ taxie-Zielgerät ist unveränderbar am Kopf bzw. am Schädel 6 angeordnet, so daß zumindest der Kopf des Patienten 6 bewegungs­ unfähig in diesem Stereotaxie-Zielgerät 7 gefangen ist und also seine feste Position bezüglich des Behandlungstisches 1 beibe­ hält.

Innerhalb des Kopfes des Patienten 6 befindet sich beispiels­ weise das mit Strahlung zu behandelnde Ziel, nämlich zum Bei­ spiel ein Hirntumor.

Weiter umfaßt die Strahlenbehandlungseinrichtung die eigent­ liche Bestrahlungseinrichtung 8 mit einem Bestrahlungskopf 9, aus dem durch einen Strahlenkollimator 10 ein Strahl S entlang einer Strahlachse austreten kann. Um den Strahlenkollimator 10 herum befindet sich ebenfalls ein Gerüst, das in der Fig. 1 zum Teil abgebrochen dargestellt ist.

Der Bestrahlungskopf 9 ist um zwei Achsen schwenkbar, nämlich um eine horizontale Achse H und um eine vertikale Achse V. Die horizontale Achse H verläuft etwa in Längsrichtung des Behand­ lungstisches 1. Die vertikale Achse V verläuft parallel zum Doppelpfeil 5 durch den Kopf des Patienten 6.

Der gemeinsame Punkt, in dem sich die Horizontalachse H, die Vertikalachse V und die Achse des Strahles S treffen, ist das Isozentrum I der Strahlenbehandlungseinrichtung, in das auch der eingestellte Zielbereich Z′ der Strahlenbehandlungseinrichtung eingestellt ist. Der Strahl S wird beispielsweise mit einem Linearbeschleuniger erzeugt.

Eine Bestrahlung bzw. Stereotaxie des im Kopf des Patienten 6 befindlichen Zieles kann erst dann erfolgen, wenn das Isozentrum I bzw. der Zielbereich Z′ deckungsgleich mit dem Ziel Z positio­ niert ist. Es muß also der Patientenkopf, der sich in dem Ste­ reotaxie-Zielgerät 7 befindet mittels definierter Bewegungen der Tischplatte 2 in Richtung der Doppelpfeile 3 bis 5 so verfahren werden, bis sich das Ziel Z, also beispielsweise ein Hirntumor, genau im Isozentrum I bzw. im Zielbereich Z′ der Strahlenbehand,­ lungseinrichtung befindet.

Fig. 2 zeigt ebenfalls schematisch und perspektivisch in ver­ größerter Darstellung den Strahlaustrittsbereich des Bestrah­ lungskopfes 9 der Strahlenbehandlungseinrichtung, insbesondere Jen Strahlenkollimator 10. In die Strahlausgangsbohrung dieses Strahlenkollimators 10 ist axial verschiebbar ein mit einer ent­ sprechenden Maßskala versehender Meßstab 11 erfindungsgemäß ein­ geführt. Dieser Meßstab 11 ist als mechanischer Zeiger ausgebil­ det und mit einer Zeigerspitze an seinem freien Ende versehen.

Bei einem Ein- oder Ausschieben des Meßstabes 11 in die Strahlausgangsbohrung des Strahlenkollimators 10 oder aus dieser heraus, läßt sich an der dem Meßstab 11 zugewandten Stirnseite des Strahlenkollimators 10 jeweils der gerade eingestellte Ab­ stand zwischen dieser Stirnseite und der Zeigerspitze des Meß­ stabes 11 ablesen. Die Stelle, in der der Meßstab 11 durch die entsprechende Stirnseite des Strahlenkollimators 10 in den Strahlenkollimator 10 eintritt wird also als ein Bezugspunkt b gewählt.

In Fig. 3 ist eine Seitenansicht des in Fig. 2 dargestell­ ten Bestrahlungskopfteiles des Bestrahlungskopfes 9 darge­ stellt. Unter dem Meßstab 11 ist eine Seitenansicht des Stereo­ taxie-Zielgerätes 7 dargestellt. Die Zeigerspitze des Meßstabes 11 schlägt gerade auf der oberen, bezüglich des Patientenkopfes stirnseitigen Platte des Stereotaxie-Zielgerätes 7 auf. Im Be­ reich des Bezugspunktes b kann also der Abstand zwischen der entsprechenden Kollimatorstirnseite und der oberen Platte des Stereotaxie-Zielgerätes 7 abgelesen werden. Neben dem Stereo­ taxie-Zielgerät 7 sind die Y-Achse und die Z-Achse eines Bezugs­ systemes angedeutet, welches an dem Stereotaxie-Zielgerät 7 bei­ spielsweise vorgegeben werden könnte. Innerhalb des Stereotaxie- Zielgerätes 7 befindet sich das Ziel Z, also beispielsweise der Hirntumor im Kopf des Patienten 6. Diese Ziel Z hat in dem ge­ zeigten Koordinatensystem bestimmte Koordinaten X_z, Y_z und Z_z, die aus einer vorhergehenden Messung, beispielsweise aus einer vorhergehenden Computertomographie, genau bekannt sind.

Unterhalb dieses Zieles Z könnte sich beispielsweise irgend­ wo das Isozentrum I bzw. der Zielbereich Z′ befinden. Wenn das Ziel Z in das Isozentrum I gefahren werden soll, müßte also in jedem Falle zunächst einmal die Tischplatte 2 des Behandlungs­ tisches 1 entlang des Doppelpfeiles 5 heruntergefahren werden, bis sich Z und I auf gleicher Ebene befinden, also auf gleicher Ebene parallel zur oberen Bezugs ebene B des Stereotaxie-Zielge­ rätes 7. Wird bei diesem Herunterfahren der Anschlag der Zeiger­ spitze des Meßstabes 11 auf der Bezugsebene B beibehalten, ver­ längert sich entsprechend der Abstand zwischen dem Bezugspunkt b und der Zeigerspitze bzw. der Bezugsebene B, nämlich der Ab­ stand d. Das Ziel Z und das Isozentrum I befinden sich auf gleicher Höhe, also auf der gleichen Ebene, wenn der Abstand d plus der Koordinatendifferenz Y_B minus Y_Z insgesamt gleich ist dem konstant bleibenden Abstand D zwischen dem Bezugspunkt b und dem Isozentrum I. Dabei ist Y_B die Y-Koordinate der Bezugsebene B im Koordinatensystem. Die Lage des Ursprunges des Koordinaten­ systems selbst ist unmaßgeblich.

Fig. 4 zeigt noch einmal schematisch und perspektivisch in vergrößerter Darstellung das Stereotaxie-Zielgerät 7 mit ange­ deuteten Koordinatenachsen. Innerhalb des Zielgerätes 7 ist der Kopf des Patienten 6 angedeutet. Weiter ist vorrichtungsmäßig angedeutet, daß das Stereotaxie-Zielgerät 7 mit Hilfe von Armen 12 und gegebenenfalls vorhandenen, nicht näher dargestellten Schrauben unverrückbar am Kopf des Patienten fixiert ist.

Die obere stirnseitige Platte des Stereotaxie-Zielgerätes 7 entspricht der Bezugsebene B. Die beiden anderen, schläfensei­ tigen Platten des Stereotaxie-Zielgerätes 7 sind bei der erfin­ dungsgemäßen Koordinateneinstellung und Positionierung nicht notwendig. Sie sind aber zunächst einmal in an sich bekannter Weise in der Fig. 4 gezeigt, um beispielhaft Z-förmige Mar­ kierungen 13 auf diesen Platten anzudeuten, die beispielsweise bei einer Computertomographie dazu dienen können, die Z-Koordi­ nate des jeweiligen Computerschnittes bzw. Röntgenschnittbildes festzulegen, wobei die Röntgenbilder in aufeinanderfolgenden Ebenen angefertigt werden, die zur X-Y-Ebene parallel sind. Durch die Z-Form der Z-Markierungen 13 kann beispielsweise auf dem Röntgenbild der jeweilige Balkenabstand der Z-Balken erkannt werden, so daß eine Z-Position der Bildebene hieraus ablesbar ist. Diese Bestimmung der Z-Koordinate von Röntgenschnittbil­ dern ist aber an sich bekannt und gehört zur ursprünglichen Festlegung der Koordinaten des Zieles Z. Für die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vor­ richtung ist prinzipiell unwesentlich, nach welcher Methode diese Koordinaten zunächst einmal gefunden wurden.

Aus der Fig. 4 soll klar werden, daß nach der korrekten Einstellung des Abstandes d mit Hilfe der Zeigerspitze des Meß­ stabes 11 dann auch noch der Schnittpunkt der Y- und der Z-Koor­ dinate des Zieles Z aufgesucht werden können, indem die Zeiger­ spitze die Bezugsebene B abfährt. Die entsprechenden Koordinaten X_z und Z_z können auf der Bezugsebene B markiert werden wie dies beispielhaft in der Fig. 4 angedeutet ist. Der Meßstab 11 könnte übrigens auch zwischen einer Ruhe- und einer Funktions­ stellung verschwenkt werden.

Fig. 5 zeigt noch einmal perspektivisch die bereits im Zu­ sammenhang mit der Fig. 3 und auch mit der Fig. 4 erläuterten geometrischen Verhältnisse. In einem von dem Stereotaxie-Zielge­ rät 7 vorgegebenen Bezugssystem wird, vorzugsweise auf der Strahlachse des Strahles S ein Bezugspunkt b gewählt und außer­ dem wird eine Bezugsebene B gewählt, die zu der X-Z-Ebene des Bezugssystemes parallel ist und die Koordinaten (X, Y_B, Z) auf­ weist. Haben in dem Bezugssystem, wie in der Fig. 5 darge­ stellt, das Ziel Z und der Zielbereich Z′ nach einem ent­ sprechenden Abgleich bzw. einer entsprechenden Positionierung, wie zu den Fig. 3 und 4 geschildert, dieselben Y-Koordinaten, so entspricht hinsichtlich der Y-Koordinate der Abstand D zwischen dem Bezugspunkt b und dem Zielbereich Z′ der Summe des Abstandes d zwischen dem Bezugspunkt b und der Bezugsebene B plus der Y-Koordinatendifferenz Y_B minus Y_Z, also der Differenz der jeweiligen Y-Koordinaten des Zieles Z und der Bezugsebene B. Die Differenz Y_B minus Y_Z kann beispielsweise auf einem Röntgenbild bei der Computertomographie unmittelbar ausgemessen werden, insbesondere wenn die Bezugsebene B die obere stirn­ seitige Platte des Stereotaxie-Zielgerätes 7 ist, die auch bei dem Röntgen des Patienten genauso vorhanden sein kann zum Beispiel mit einem Z-Balken als Orientierung versehen. Es sind nur die beiden seitlichen Platten erforderlich oder nur eine oder keine, wenn man die Z-Koordinate mechanisch bestimmt. Die absoluten Y-Koordinaten müßten dabei gar nicht festgestellt werden, so daß der Ursprung des Koordinatensystems völlig unwesentlich ist. Insbesondere ist auch unwesentlich, ob eine der beiden Y-Koordinaten aus der Differenz für sich genommen bezüglich der X-Z-Ebene vielleicht negativ ist. Der Abstand D ist ebenfalls sozusagen gerätespezifisch bekannt und konstant. Der Abstand d wird, wie im Zusammenhang mit der Fig. 3 geschildert, nach Bedarf eingestellt. Nach der in Fig. 5 gezeigten Positionierung stimmen auch die X- und Z-Koordinaten des Zieles Z und des Zielbereiches Z′ überein, indem der Schnittpunkt der X-Koordinate mit der Z-Koordinate des Zieles Z mit Hilfe der Zeigerspitze des Meßstabes 11 auf der Bezugsebene B an der Stelle (X_z, Y_B; Z_z) aufgesucht wurde. Die zweite, in der Fig. 5 dargestellte Ebene, die parallel zur X-Y-Ebene des Bezugssystems verläuft, ist erfindungsgemäß nicht notwendig, sondern soll in der Darstellung nur in der Perspektivansicht ein deutlicheres Perspektivbild gewähren.

Claims (20)

1. Verfahren zur korrekten Positionierung eines zu bestrahlenden Zieles, insbesondere eines Tumors, in dem einen Zielbereich bildenden Isozentrum einer Strahlenbehandlungs­ einrichtung, insbesondere eines Linearbeschleunigers, wobei die dem Ziel zuvor zugewiesenen Koordinaten durch Einstellung des Zielbereiches auf diese Koordinaten aufgesucht werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen einem zum Zielbereich (Z′, I) in bekannter räumlicher Beziehung stehenden Bezugspunkt (b) und einer zum Ziel (Z) in bekannter räumlicher Beziehung stehenden Bezugsfläche (B) zum Aufsuchen einer Koordinate gemessen und auf der Grundlage dieser Messung eingestellt wird und daß die übrigen Koordinaten des Zieles auf der Bezugsfläche eingestellt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, unter Verwendung eines unbeweglich am Patienten anzuordnenden Stereotaxie-Zielgerätes (7), das ein Bezugssystem für die Koordinaten des Zieles (X_z, Y_z, Z_z) bildet, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlachse (S) der Strahlenbehandlungseinrichtung parallel zu einer Koordinatenachse (Y) des Bezugssystems eingestellt wird, daß als Bezugsfläche (B) eine zu den beiden anderen Koordinatenachsen (X, Z) parallele Bezugsebene des Bezugssystems gewählt wird, daß bei bekanntem, parallel zur Strahlachse (S) gemessenem Abstand (D) zwischen einem gewählten Bezugspunkt (b) und dem Zielbereich (Z′, I) der Abstand (d) zwischen dem Bezugspunkt (b) und der gewählten Bezugsebene so eingestellt wird, daß die Differenz zwischen dem bekannten Abstand (D) und dem eingestellten Abstand (d) gleich der Differenz der (Y-) Koor­ dinate der Bezugsebene (Y_B) und des Zieles (Y_z) bezüglich der zur Strahlachse (S) parallelen Koordinatenachse (Y) ist, und daß die übrigen beiden Koordinaten (X, Z) der Strahlachse (S) auf der Bezugsebene (B) entsprechend den Koordinaten des Zieles (X_z, Z_z) eingestellt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (d) zwischen dem Bezugspunkt (b) und der Bezugsfläche (B) mechanisch gemessen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (d) zwischen dem Bezugspunkt (b) und der Bezugsfläche (B) elektronisch und/oder optisch gemessen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugsebene (B) des Bezugssystems durch eine in der Bezugsebene (B) angeordnete Platte gebildet wird, und daß der Abstand (d) zwischen dieser Platte und dem Bezugspunkt (b) mittels eines Meßstabes (11) durch Anschlag des freien Endes des Meßstabes (11) an der Platte gemessen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßstab (11) als Zeiger mit seinem freien Ende zum Auffinden und Einstellen der in der Bezugsebene (B) liegenden beiden Koordina­ ten des Zieles (Z) auf der Platte verfahren wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Koordinatenschnittpunkt der in der Bezugsebene (B) liegenden Koordinaten des Zieles (Z) auf der Platte markiert wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Meßstab (11) paßgenau und axial verschieb­ bar in die Strahlaustrittsbohrung der Strahlenbehandlungsein­ richtung eingeführt wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Bezugspunkt (b) auf der Strahlachse (S) selbst gewählt wird.

10. Positioniereinrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch, eine Abstandsmeßeinrichtung zur Messung des Abstandes zwischen einem zum Zielbereich (Z′, I) in bekannter räumlicher Beziehung stehenden Bezugspunkt (b) und einer zum Ziel (Z) in bekannter räumlicher Beziehung stehenden Bezugsfläche (B).

11. Positioniereinrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch einen im Bereich des Strahlausganges der Strahlenbehand­ lungseinrichtung parallel zur Strahlrichtung (S) verschiebbar anordbaren Meßstab (11) und durch eine senkrecht zur Strahlrichtung orientierbare Platte des Stereotaxie-Zielgerätes (7) als Bezugsebene (B), wobei die Platte als Anschlagebene für den Meßstab (11) dient.

12. Positioniereinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Meßstab (11) als auf die Platte weisender Zeiger ausgebildet ist.

13. Positioniereinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß auf der dem Zeiger zugewandten Plattenseite eine in der Plattenebene ortsveränderbare Zielmarkierung für die Zeigerspitze vorgesehen ist.

14. Positioniereinrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßstab (11) in seinem Quer­ schnitt paßgenau an eine Strahlaustrittsbohrung der Strahlen­ behandlungseinrichtung angepaßt ist, derart, daß er in diese Strahlaustrittsbohrung axial verschiebbar einführbar ist.

15. Positioniereinrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die als Verschiebeführung für den Meßstab (11) vorgesehene Halterung Bestandteil eines Strahlkollimators (10) ist.

16. Positioniereinrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß sie als selbständiges, am Bestrahlungskopf der Bestrahlungseinrichtung befestigbares Zusatzgerät ausgebildet ist.

17. Positioniereinrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß sie als an einem Stereotaxie- Zielgerät (7) befestigbares Selbständiges Zusatzgerät ausgebildet ist.

18. Positioniereinrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßstab (11) als Zeiger mit Zeigerspitze ausgebildet ist, wobei die Zeigerspitze Bestandteil eines Digitizers ist und die Bezugsebene (B) als Digitalisier- Tableau verwirklicht ist.

19. Positioniereinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur Abstandsmessung eine kontaktlose Abstands­ meßeinrichtung vorgesehen ist.

20. Positioniereinrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die kontaktlose Abstandsmeßeinrichtung eine Reflexions- und Sensoreinrichtung zur Aussendung, Reflexion und zum Empfang eines elektromagnetischen Strahles oder einer Schallwelle umfaßt.