DE19841859A1 - Verfahren zur Positionierung eines Körperteils zur Behandlung an einem medizinischen Gerät - Google Patents

Abstract

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Positionierung von Körperteil und medizinischem Gerät zu vereinfachen und insbesondere auch im Bereich des Körperstamms die wiederholbare exakte Positionierung eines Gebietes relativ zum Gerät zu ermöglichen. DOLLAR A Zur Lösung dieser Aufgabe werden mittels wenigstens eines Ultraschallwandlers Ultraschallbilder erzeugt, die Lage eines bestimmten Gebietes in dem Ultraschallbild ermittelt, die Position des Ultraschallwandlers relativ zu dem medizinischen Gerät erfaßt und die Positionierung des Körperteils in Abhängigkeit von der erfaßten Position des Ultraschallwandlers und der ermittelten Lage des bestimmten Gebietes in dem Ultraschallbild gesteuert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Positionie­ rung eines Körperteils relativ zu einem medizinischen Gerät.

Solche Verfahren und Vorrichtungen sind bekannt, z. B. aus der DE 42 07 ­ 632 C2. Sie dienen z. B. bei der Strahlentherapie dazu, das zu behandelnde Körperteil eines Patienten so in dem medizinischen Gerät zu positionieren, daß die von dem medizinischen Gerät erzeugten Strahlen ein bestimmtes Zielgebiet in dem Körperteil treffen und dort z. B. einen Tumor zerstören. Dabei hat sich insbesondere das in der genannten Druckschrift beschriebene Verfahren in der Praxis bei der sogenannten "fraktionierten Therapie", bei welcher in mehreren Therapiesitzungen jeweils ein Teil der Gesamtdosis eingestrahlt wird, überaus bewährt.

Die bekannten Verfahren und Vorrichtungen erfordern es jedoch, den Patienten aufwendigen und zudem für ihn meist äußerst unangenehmen Prozeduren zu unterziehen, um die exakte Ausrichtung von Zielgebiet und medizinischem Gerät auch wiederholt zu erreichen. So ist es bei einem bekannten Verfahren erforderlich, für jeden Patienten eine spezielle Halterung ("Maske") anzufertigen, in welcher er bei den Therapiesitzungen eingespannt wird. Bei einem anderen bekannten Verfahren müssen am Körper des Patienten vor Therapiebeginn sogenannte Marker, deren Lage dann bei den Therapiesitzungen überwacht wird, operativ fixiert, nämlich in den Knochen, insbesondere der Schädeldecke implantiert werden. Dieses Verfahren zeichnet sich gegenüber dem Verfahren mit der Fixierung in einer Maske durch seine deutlich höhere Genauigkeit aus, ist aber letztendlich - ebenso wie das Maskenverfahren - sinnvoll nur im Schädelbe­ reich einsetzbar.

Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Positionierung eines Körperteils relativ zu einem medizinischen Gerät anzugeben, welche ohne die aufwendige Anfertigung von Masken oder operative Eingriffe eine exakte und vor allem auch wiederholbare Positionierung des Körperteils relativ zu dem medizinischen Gerät ermöglichen, und zwar insbesondere auch im Bereich des Körper­ stamms.

Die Aufgabe wird zum einen gelöst von einem Verfahren, bei welchem mittels wenigstens eines Ultraschallwandlers wenigstens ein Ultraschallbild eines Teilbereichs des Körperteils erzeugt wird, die Lage eines bestimmten Gebietes in dem Ultraschallbild ermittelt wird, die Position des Ultra­ schallwandlers relativ zu dem medizinischen Gerät erfaßt wird und die Positionierung des Körperteils in Abhängigkeit von der erfaßten Position des Ultraschallwandlers und der ermittelten Lage des bestimmten Gebietes in dem Ultraschallbild erfolgt.

Die Erfindung hat zum einen den Vorteil, daß das aufwendige Anfertigen einer Maske oder die operative Fixierung von Markern entfällt. Zum anderen hat die Erfindung den großen Vorteil, daß mit ihr eine gezielte, hochwirksame Strahlentherapie im Körperstamm möglich wird: da sich z. B. ein Tumor im Körperstamm - anders als im Schädelbereich - aufgrund von Atmung, Blasenfüllung, Magentätigkeit etc. ständig etwas bewegt und die bei der Strahlentherapie eingesetzte ionisierende Strahlung nicht nur für krankes, sondern auch für gesundes Gewebe eine stark schädigende Wirkung hat, wurden bislang entweder die Strahlenfelder großflächig ausgeblendet, d. h. es wurde nur ein sehr kleiner Zentrumsbereichs des Tumors bestrahlt, oder es wurde in Kauf genommen, auch gesundes Gewebe zu bestrahlen und dadurch zu schädigen. Die Erfindung erlaubt es nun, bestimmte Arten von Tumoren oder Läsionen bei der Behandlung "online" zu überwachen und die relative Position von Körperteil und me­ dizinischem Gerät in der gewünschten Weise zu steuern, insbesondere also bei der Strahlentherapie mit einem medizinischen Gerät, bei dem sich eine Anzahl relativ schwacher ionisierender Strahlen in einem Zentrum schneiden, dieses Zentrum mit dem Zielgebiet im Körperteil, also z. B. einem Tumor oder einer Läsion, in Deckung zu bringen. Damit wird die Gefahr, auch gesundes Gewebe bei der Strahlentherapie zu treffen, minimiert, so daß die eingestrahlte Dosis erhöht werden kann, um so deren Wirkung auf das kranke Gewebe zu verbessern.

Je nach Art des Anwendungsfalls kann dabei das Zielgebiet direkt im Ultraschallbild überwacht werden. So ist es z. B. möglich, krebsbefallenes Prostatagewebe direkt im Ultraschallbild zu erkennen. Bei anderen Anwendungsfällen ist es auch denkbar, im Ultraschallbild nicht das jeweils interessierende Zielgebiet direkt sondern z. B. die Lage eines an das Zielgebiet angrenzenden im Ultraschallbild deutlich erkennbaren, z. B. totalreflektierenden Objektes, wie z. B. eines Knochens, einer Luftröhre etc., zu überwachen, wenn die Lage des Zielgebiet relativ zu diesem Objekt bekannt ist. Die Erfindung erlaubt es also dem Fachmann vor­ teilhaft, ein im jeweiligen Anwendungsfall eine optimale Positionierung ermöglichendes Gebiet im Ultraschallbild zu wählen.

Das Ultraschallbild kann ein sogenanntes "Volumenbild", also ein Informationen über ein Volumen im jeweiligen Körperteil enthaltender Datensatz sein, der direkt von einem entsprechenden, ein gewisses Volumen gleichzeitig erfassenden Ultraschallwandler erzeugt wird. Es ist aber ebensogut möglich, Ultraschallschnittbilder zu verwenden, wobei dann bevorzugt so vorgegangen wird, daß mehrere, räumlich gegeneinander versetzte Ultraschallschnittbilder erzeugt werden, die Lage des bestimmten Gebietes in den Ultraschallschnittbildern ermittelt wird und die Positionie­ rung des Körperteils in Abhängigkeit von der erfaßten Position des Ultra­ schallwandlers und der ermittelten Lage des bestimmten Gebietes in den Ultraschallbildern erfolgt. Auf diese Weise wird dann ebenfalls ein Volumendatensatz erzeugt, was den Vorteil größerer Genauigkeit der Lagebestimmung des jeweiligen Gebietes in den Ultraschallbildern besitzt.

Dabei kann - je nach Anwendungsfall - die Ermittlung der Lage des bestimmten Gebietes in dem bzw. den Ultraschallbilder(n) vorteilhaft automatisch erfolgen, so daß eine besonders schnelle und einfache Positionierung und vor allem auch automatische Überwachung und ggf. Nachjustierung der Position z. B. während einer Therapiesitzung möglich ist.

Die Position des bzw. der Ultraschallwandler(s) relativ zu dem medizini­ schen Gerät kann unter Zwischenschaltung mechanischer Einrichtungen erfaßt werden; der oder die Ultraschallwandler können also z. B. direkt an dem medizinischen Gerät oder einer entsprechenden Halterung derart befestigt werden, daß einerseits ihre z. B. durch die Atmung des Patienten (mit dem der oder die Ultraschallwandler natürlich funktionsprinzipsbedingt in Kontakt stehen müssen) bedingte Bewegung möglich ist und daß andererseits diese Bewegung über die Mechanik erfaßt und in entsprechen­ de, in der Regel elektronische Signale umgesetzt wird. Bevorzugt wird jedoch die Position des bzw. der Ultraschallwandler(s) relativ zu dem medizinischen Gerät drahtlos, insbesondere optoelektronisch erfaßt. Dies ermöglicht es, dem Patienten weitestmögliche Bewegungsfreiheit zu lassen, da nur der oder die Ultraschallwandler an seinem Körper befestigt werden müssen.

Die oben genannte Aufgabe wird ferner gelöst von einer Vorrichtung zur Positionierung eines Körperteils relativ zu einem medizinischen Gerät, bei welcher wenigstens ein Ultraschallwandler zur Erzeugung von Ultraschall­ bildern eines Teilbereichs des Körperteils und Mittel zur Erfassung der Position des Ultraschallwandlers relativ zu dem medizinischen Gerät vorgesehen sind.

Dabei kann der Ultraschallwandler ein sogenannter "Volumenscanner" sein, der direkt Informationen über ein gewisses Volumen erfaßt. Es ist aber auch möglich, Schnittbildscanner einzusetzen, die jeweils nur Informationen aus einer Schnittebene erfassen, wobei dabei allerdings solche Ultraschall­ wandler bevorzugt werden, die über mechanische und/oder elektronische Mittel zum räumlichen Versetzen der von ihnen abgetasteten Schnittbild­ ebenen verfügen, so daß es ohne die Lage der Ultraschallwandler am Körper des Patienten (wo sie in der Regel festgeschnallt werden) zu verän­ dern möglich ist, verschiedene Schnittansichten zu erfassen und so die Lage des interessierenden Gebiets sehr genau zu bestimmen.

Vorteilhaft verfügt die Vorrichtung über Bildverarbeitungsmittel, ins­ besondere einen Computer, zur automatischen Ermittlung der Lage des bestimmten Gebietes in dem bzw. den Ultraschallbilder(n), was nicht nur eine sehr schnelle Lageermittlung und damit Positionierung erlaubt, sondern was auch die Gefahr menschlicher Fehler vorteilhaft reduziert.

Zur automatischen Erfassung der Position des bzw. der Ultraschallwand­ ler(s) relativ zu dem medizinischen Gerät kann wenigstens ein Sensor vorgesehen werden. Dabei können der bzw. die Ultraschallwandler mechanisch mit dem medizinischen Gerät gekoppelt sein, wobei natürlich die Kopplung derart ausgebildet sein muß, daß das Anliegen des Ultra­ schallwandlers am Patienten gewährleistet ist. Bevorzugt weist die Vorrichtung jedoch wenigstens einen Sensor auf, der über wenigstens eine CCD-Zelle verfügt, so daß die Lage des Ultraschallwandlers beobachtet und erfaßt werden kann, ohne den Wandler in einer Mechanik ein­ zuspannen. In der Regel wird man zwei oder mehr solche Sensoren zur Lagebeobachtung einsetzen. In zweckmäßiger Weiterbildung der Erfindung kann dann an jedem Ultraschallwandler wenigstens eine von dem bzw. den Sensor/Sensoren erfaßbare Positionsmarkierung vorgesehen werden, die eine besonders einfache und genaue Bestimmung der Position der Wandler ermöglicht.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines mit einer erfindungs­ gemäßen Vorrichtung zur Positionierung eines Patienten ausgerüsteten medizinischen Gerätes;

Fig. 2 den bei der Vorrichtung gemäß Fig. 1 eingesetzten Ultraschallwandler in vergrößerter Darstellung und

Fig. 3 eine stilisierte Prinzipskizze von Gerät und Positionier­ vorrichtung gemäß Fig. 1 zur Verdeutlichung des Zusammenspiels der einzelnen Komponenten.

In den Fig. 1 und 3 ist ein in seiner Gesamtheit mit 10 bezeichnetes medizinisches Gerät, nämlich ein Linearbeschleuniger mit an einem Trägerarin 12 befestigten Beschleunigerkopf 14 nebst zugehöriger Strahlenblende 16 zur Erzeugung ionisierender Strahlen 18 und Ein­ strahlung selbiger in ein zu behandelndes Gebiet 20 (Fig. 3), z. B. einen Lugentumor, gezeigt. Das beispielhaft gezeigte Gerät verfügt über einen - wie durch die Pfeile 22 angedeutet - verfahrbaren Tisch 24, auch Linac- Tisch genannt, wobei an dieser Stelle betont sei, daß je Art des medizini­ schen Geräts alternativ oder zusätzlich auch andere Mittel zur Veränderung der relativen Position von zu behandelndem Körpergebiet und medizini­ schem Gerät vorgesehen werden können. Wie in Fig. 3 durch die Bezugszeichen 14' und 16' sowie die Pfeile 26 angedeutet, ist der Beschleuniger verschwenk- und verfahrbar gelagert, so daß es möglich ist, die Strahlen 18 und 18' nacheinander aus verschiedenen Richtungen in das Zielgebiet 20 einzustrahlen.

Auf dem Tisch 24 befindet sich ein - in Fig. 3 nur im Schnitt gezeigter - Patient 28, an dessen Körperstamm ein Ultraschallwandler 30 in geeigneter Weise, z. B. mittels eines hier nicht gezeigten Gurtes, derart gehalten wird, daß der Wandler 30 in an sich bekannter Weise Ultraschallbilder, insbesondere Ultraschallschnittbilder in einer Schnittbildebene 32 vom zu behandelnden Körpergebiet aufnehmen kann.

Die Ultraschallbilder werden - wie durch die Linie 34 angedeutet - drahtlos oder drahtgebunden einer über einen Bildschirm 36 und eine Eingabeeinheit 38 verfügenden Ultraschallauswerte- und -steuereinheit 40 zugeleitet, mittels derer z. B. verschiedene Sende- und Empfangsparameter am Ultraschallwandler 30 eingestellt werden können und die es erlaubt, in den Bildern die Lage des zu behandelnden Körpergebietes zu ermitteln, wobei an dieser Stelle betont sei, daß die Einheit 40 auch Teil einer - im gezeigten Ausführungsbeispiel gesonderten, über einen eigenen Bildschirm 42 und eine eigene Eingabeeinheit 44 verfügenden und hier mit der Einheit 40, wie durch die Linie 46 angedeutet, drahtlos oder drahtgebunden gekoppelten - zentralen Auswerte- und Steuereinheit 48 sein kann.

Wie insbesondere in Fig. 2 gut zu erkennen, sind an dem Wandler 30 Positionsmarkierungen 50 ortsfest angebracht, die von den hier als Kameras ausgebildeten Sensoren 52 und 54 erfaßt werden können. Die Sensoren 52 und 54 stehen - wie durch die Linien 56 und 58 angedeutet - ebenfalls mit der zentralen Auswerte- und Steuereinheit 48 in Verbindung, die aus den von den Sensoren erfaßten Daten die Position des Wandlers 30 bestimmt. Sind nun die Lage des zu behandelnden Gebietes 20 relativ zu dem Wandler 30 und die Lage des Wandlers 30 relativ zu dem medizinischen Gerät 10 bekannt, kann die zentrale Auswerte- und Steuereinheit 48 entsprechende Steuersignale erzeugen und z. B. über eine Datenleitung 60 an die jeweilige Positioniereinrichtung (im Beispiel also an den verfahr­ baren Tisch 24 und ggf. auch an die zum Verfahren und Verschwenken des Beschleunigerkopfes vorgesehenen an sich bekannten Positioniermittel und eventuell auch an eine einstellbare Strahlenblende) weiterleiten, um die Strahlen 18, 18' in das Behandlungsgebiet zu leiten oder - bei mehreren aus verschiedenen Richtungen einfallenden und sich in einem Zentrum schneidenden Strahlen - das Strahlenzentrum mit dem Behandlungsgebiet in Deckung zu bringen.

Claims (17)

1. Verfahren zur Positionierung eines Körperteils relativ zu einem medizinischen Gerät, dadurch gekennzeichnet, daß mittels wenigstens eines Ultraschallwandlers wenigstens ein Ultraschall­ bild eines Teilbereichs des Körperteils erzeugt wird, daß die Lage eines bestimmten Gebietes in dem Ultraschallbild ermittelt wird,
daß die Position des Ultraschallwandlers relativ zu dem medizini­ schen Gerät erfaßt wird und
daß die Positionierung des Körperteils in Abhängigkeit von der erfaßten Position des Ultraschallwandlers und der ermittelten Lage des bestimmten Gebietes in dem Ultraschallbild erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ultraschallbild ein Volumenbild ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ultraschallbild ein Schnittbild ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere, räumlich gegeneinander versetzte Ultraschallschnittbilder erzeugt werden, daß die Lage des bestimmten Gebietes in den Ultraschallschnittbildern ermittelt wird und daß die Positionierung des Körperteils in Abhängigkeit von der erfaßten Position des Ultraschallwandlers und der ermittelten Lage des bestimmten Gebietes in den Ultraschallbildern erfolgt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Ermittlung der Lage des bestimmten Gebietes in dem bzw. den Ultraschallbilder(n) automatisch erfolgt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Position des bzw. der Ultraschallwandler(s) relativ zu dem medizinischen Gerät drahtlos, insbesondere optoelektronisch erfaßt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Position des bzw. der Ultraschallwandler(s) relativ zu dem medizinischen Gerät unter Zwischenschaltung mechanischer Einrichtungen erfaßt wird.

8. Vorrichtung zur Positionierung eines Körperteils relativ zu einem medizinischen Gerät dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Ultraschallwandler zur Erzeugung von Ultraschallbildern eines Teilbereichs des Körperteils vorgesehen ist und daß die Vorrichtung über Mittel zur Erfassung der Position des Ultraschallwandlers relativ zu dem medizinischen Gerät verfügt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Ultraschallwandler ein Volumenscanner ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Ultraschallwandler ein Schnittbildscanner ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Ultraschallwandler über mechanische und/oder elektronische Mittel zum räumlichen Versetzen der von ihm abgetasteten Schnittbildebene verfügt.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß Bildverarbeitungsmittel zur automatischen Ermittlung der Lage des bestimmten Gebietes in dem bzw. den Ultraschallbilder(n) vorgesehen sind.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Sensor zur Erfassung der Position des bzw. der Ultraschallwandler(s) relativ zu dem medizinischen Gerät vorgesehen ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor über eine CCD-Zelle verfügt.

15. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß an jedem Ultraschallwandler wenigstens eine von dem Sensor erfaßbare Positionsmarkierung vorgesehen ist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. die Ultraschallwandler mechanisch mit dem medizinischen Gerät gekoppelt sind.

17. Medizinisches Gerät, insbesondere Bestrahlungsgerät mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 16.