DE19856467A1 - Radiation exposure device intrapulmonary tumor in defined breathing position, e.g. inspiration; has pulse sensors and uses algorithm to compare signals with target parameters defined during radiation planning - Google Patents
Radiation exposure device intrapulmonary tumor in defined breathing position, e.g. inspiration; has pulse sensors and uses algorithm to compare signals with target parameters defined during radiation planningInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur standardisierten Bestrahlung von umschriebenen intrathorakalen Tumoren in Inspiration oder einer anderen definierten Atemlage sowie ein Verfahren zur Standardisierung der Bestrahlung. Die Vorrichtung besteht aus Impulsgebern zur Bestimmung der Körperkontur, der Position des Zwerchfells und der Thoraxorgane, der intrathorakaler Raumforderungen, des inspiratorischen thorakalen Gasvolumens, des intrathorakalen Druckes oder Druckes am Mund, deren Signale am Strahlentherapiegerät vor oder während der Bestrahlung abgeglichen werden.The invention relates to a device for standardized irradiation of circumscribed intrathoracic tumors in inspiration or another defined breathing position as well Radiation standardization procedures. The device consists of pulse generators to determine the body contour, the position of the diaphragm and the thoracic organs, the intrathoracic masses, the inspiratory thoracic gas volume, the intrathoracic pressure or pressure on the mouth, the signals on the radiotherapy device before or adjusted during the irradiation.
Normalerweise werden intrathorakale Tumoren bei flacher Spontanatmung ohne Unterbrechung der Atmung bestrahlt. Die bekannten Prozeduren bei der Bestrahlung von intrathorakalen Tumoren in definierter Atemlage bestehen in der Aufforderung des Patienten zur Inspiration ohne Kontrolle der tatsächlich durchgeführten Inspiration (Willett et al. Cancer 69, 1232-1237, 1987) oder in der mit dem Atemzyklus synchronisierten Bestrahlung während eines Teils des Atemzyklus ohne Beeinflussung der Spontanatmung. Hierbei bewegt sich der Thorax während der Bestrahlung, ohne daß eine tiefe Inspiration erreicht wird. Der Atemzyklus wird dabei durch Messung der Bewegung der Luftströmung am Mund bestimmt (Tada et al. Radiology 207, 779-783, 1998; Ohara et al. Int. J. Radiat. Oncol. Biol. Phys. 17, 853-857, 1989). Die Patentschriften US 5,764,723 und WO 98/16151 (PCT) beschreiben ein Radiotherapiegerät, welches an die Herz- und Atemtätigkeit des Patienten gekoppelt ist. In der europäischen Patentschrift EP 377764 und im US-Patent 5,067,494 werden Therapie- und Untersuchungsgeräte beschrieben, bei denen eine exakte Erfassung der Atemtätigkeit des Patienten, insbesondere eine Erfassung des Atemvolumens, sichergestellt wird. Der Patient atmet durch ein Spirometer, das einen Meßumformer für die Messung von Volumina und einen Geber für die Erzeugung von Triggersignalen aufweist. Ferner kann im Spirometer ein Verschluß für den Atemweg vorgesehen sein, der derart gesteuert ist, daß der Atemfluß beim Erreichen eines bestimmten Sollwertes unterbrochen wird. Der Nachteil der hiermit durchführbaren Technik ist, daß nur das intrathorakale Gasvolumen oder die Position im Atemzyklus, nicht aber die Anordnung der Thoraxorgane oder des Tumors zum Bestrahlungsfeld selbst zur Auslösung der Bestrahlung führen. Normally, with shallow spontaneous breathing, intrathoracic tumors become without Breathing interruption irradiated. The known procedures in the irradiation of intrathoracic tumors in a defined breathing position consist of the patient's request for inspiration without checking the actually performed inspiration (Willett et al. Cancer 69, 1232-1237, 1987) or in radiation synchronized with the respiratory cycle during part of the breathing cycle without influencing spontaneous breathing. Here the thorax moves during irradiation without reaching deep inspiration becomes. The breathing cycle is measured by measuring the movement of the air flow Mouth determined (Tada et al. Radiology 207, 779-783, 1998; Ohara et al. Int. J. Radiat. Oncol. Biol. Phys. 17, 853-857, 1989). The patents US 5,764,723 and WO 98/16151 (PCT) describe a radiotherapy device that responds to the cardiac and respiratory activity of the patient is coupled. In European patent EP 377764 and in US patent 5,067,494 Therapy and examination devices are described in which an exact recording the breathing activity of the patient, in particular a recording of the breathing volume, is ensured. The patient breathes through a spirometer, which is a transmitter for the Measurement of volumes and a transmitter for generating trigger signals. Furthermore, a closure for the airway can be provided in the spirometer, which is controlled that the respiratory flow is interrupted when a certain setpoint is reached becomes. The disadvantage of the technique that can be carried out with this is that only the intrathoracic Gas volume or position in the breathing cycle, but not the arrangement of the thoracic organs or lead the tumor to the radiation field itself to trigger the radiation.
Abweichungen der Lage der Thoraxorgane vor oder während der Bestrahlung zu der Position zum Zeitpunkt der Bestrahlungsplanung vor Beginn der Strahlentherapie, z. B. durch unterschiedliche Anspannung der äußeren Atemmuskulatur (Atmung gegen den Verschluß im Spirometer) können zu einer deutlichen Dosisabweichung im Planungszielvolumen führen und damit die Heilungschancen des Patienten gravierend beeinflussen.Deviations in the position of the thoracic organs before or during the radiation to the Position at the time of radiation planning before starting radiation therapy, e.g. B. due to different tension of the external respiratory muscles (breathing against the Closure in the spirometer) can lead to a significant dose deviation in the Lead planning volume and thus seriously heal the patient's chances of recovery influence.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Technik und eine Verfahrensweise zur Bestrahlung intrathorakaler Tumoren in Inspiration oder einer anderen definierten Atemlage zu entwickeln, mit der sich die Nachteile der bekannten Methoden und Vorrichtungen beseitigen lassen. Die Aufgabe wurde durch eine Vorrichtung zur geometrisch standardisierten Bestrahlung umschriebener intrapulmonaler Tumoren in Inspiration oder einer anderen definierten Atemlage gelöst. Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht aus Impulsgebern zur Bestimmung der Körperkontur und/oder Position des Zwerchfells und/oder Position der Thoraxorgane oder intrathorakaler Raumforderungen und/oder der Bestimmung des inspiratorischen thorakalen Druckes oder Druckes am Mund, deren Signale mittels definierter Algorithmen mit den während der Bestrahlungsplanung festgesetzten Zielgrößen am Strahlentherapiegerät vor und/oder während der Bestrahlung abgeglichen werden.The invention has for its object a technique and a method for Irradiation of intrathoracic tumors in inspiration or another defined breathing position to develop with the disadvantages of the known methods and devices get eliminated. The task was accomplished geometrically by a device standardized irradiation of circumscribed intrapulmonary tumors in inspiration or another defined breathing position solved. The device according to the invention consists of Pulse generators for determining the body contour and / or position of the diaphragm and / or position of the thoracic organs or intrathoracic masses and / or the Determination of the inspiratory thoracic pressure or pressure on the mouth, their signals by means of defined algorithms with the ones fixed during the treatment planning Target values compared on the radiation therapy device before and / or during the irradiation become.
Mindestens ein Impulsgeber mißt dabei die Position eines anatomischen Fixpunktes oder von Organgrenzen absolut und/oder relativ zum Isozentrum des Strahlentherapiegerätes oder zum Bestrahlungsfeld selbst. Stimmen die Soll- und Istwerte innerhalb definierter Toleranzgrenzen überein, so wird mit der Bestrahlung begonnen bzw. diese fortgesetzt. Liegen die Werte außerhalb der definierten Toleranzgrenzen, wird die Bestrahlung unterbrochen oder nicht begonnen. Abweichungen zum Sollzustand, die auf einen unterschiedlichen Inspirationsgrad zurückzuführen sind, werden optional dem Patienten durch Signale angezeigt. Durch diese Signale (etwa durch ein optisches oder akustisches Signal oder nach Aufforderung durch den Operator) wird dem Patienten angezeigt, seinen Inspirationsgrad oder intrathorakales Gasvolumen zu verändern, bis die Werte übereinstimmen. Falls das intrathorakale Gasvolumen während der Bestrahlung durch eine Maschine kontrolliert wird, wird die Übereinstimmung von Soll- und Zielgrößen der Thoraxexkursion über diese Maschine oder diese Maschine regulierende Verfahren erreicht. Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, daß auf diese Weise während der Bestrahlung die Zielgrößen und damit die intrathorakale Geometrie mit hoher Reproduzierbarkeit konstant gehalten werden können. Bei Abweichungen, die auf die Lagerung oder Positionierung des Patienten zurückzuführen sind, werden Lagerung oder Positionierung korrigiert und danach mit einem neuen Atemzyklus mit dem Ziel der Bestrahlung in definierter Atemlage begonnen.At least one pulse generator measures the position of an anatomical fixed point or of organ boundaries absolutely and / or relative to the isocentre of the radiation therapy device or to the radiation field itself. Are the target and actual values within a defined range? Tolerance limits match, radiation is started or continued. If the values lie outside the defined tolerance limits, the irradiation is carried out interrupted or not started. Deviations from the target state, due to a Different degrees of inspiration can be attributed to the patient indicated by signals. These signals (such as an optical or acoustic Signal or at the request of the operator) is displayed to the patient Change degree of inspiration or intrathoracic gas volume until the values to match. If the intrathoracic gas volume during the irradiation by a Machine is checked, the agreement of target and target values of the Thoracic excursion achieved via this machine or this machine regulating procedure. It has surprisingly been found that in this way during the Irradiation the target sizes and thus the intrathoracic geometry with high Reproducibility can be kept constant. In the event of deviations due to the Storage or positioning of the patient can be attributed to storage or Positioning corrected and then with a new breathing cycle with the goal of Radiation started in a defined breathing position.
Impulsgeber zur Erfassung der äußeren Kontur des Thorax des Patienten am Strahlentherapiegerät in Bestrahlungsposition sind z. B. Infrarotkameras, Video-Kameras und/oder Abstandsmesser (z. B. mechanisch, optisch, auf Schallwellen oder anderen physikalischen Verfahren beruhend). Impulsgeber zur Erfassung der Position des Zwerchfells, intrathorakaler Raumforderungen und/oder der intrathorakalen Organe sind z. B. ein Bildempfänger, der mit Hilfe der elektronischen Datenverarbeitung unter Echtzeitbedingungen Feldkontrollbilder am Strahlentherapiegerät liefert, Röntgen- Durchleuchtungsanlagen und/oder Computer-Tomographen (CT) und/oder Kernspintomographen im Bestrahlungsraum, Spirometer und/oder Messegeräte zur Erfassung des intrathorakalen bzw. am Mund oder am Tubus anliegenden Luftdruckes bzw. Verschlußdruckes.Pulse generator for recording the outer contour of the patient's thorax on Radiation therapy device in the radiation position are e.g. B. infrared cameras, video cameras and / or distance meters (e.g. mechanical, optical, on sound waves or others based on physical processes). Pulse generator for detecting the position of the Diaphragm, intrathoracic masses and / or the intrathoracic organs are e.g. B. an image receiver that with the help of electronic data processing under Real-time conditions field control images on the radiation therapy device delivers, x-ray X-ray systems and / or computer tomographs (CT) and / or MRI scanners in the radiation room, spirometers and / or measuring devices for Detection of the intrathoracic or air pressure applied to the mouth or tube or Closure pressure.
Zielgröße ist die Position von Thoraxorganen und/oder des Tumors zum Zeitpunkt der Bestrahlungsplanung zum Bestrahlungsgerät, wie sie bei der Planung festgelegt und z. B. in Form eines Planungs-CT's festgelegt wurde. Bestrahlt wird, wenn die oben genannten Regelgrößen mit den Zielgrößen innerhalb eines zum Planungszeitpunkt definierten Toleranzbereiches übereinstimmen. Jegliche Algorithmen bzw. EDV-gestützte Verfahren, die den oben genannten charakteristischen Abgleich zwischen Ziel- und Sollgrößen realisieren, sind von der erfinderischen Lösung erfaßt.The target size is the position of the thoracic organs and / or the tumor at the time of the Irradiation planning for the radiation device as specified in the planning and z. B. in Form of a planning CT. Is irradiated when the above Control variables with the target variables within a defined at the time of planning Tolerance range match. Any algorithms or computer-aided procedures, the the above-mentioned characteristic comparison between target and target values realize are covered by the inventive solution.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Standardisierung der Bestrahlung umschriebener intrapulmonaler Tumoren in Inspiration oder einer anderen definierten Atemlage mit Hilfe der beschriebenen Vorrichtung besteht darin, daß die Signale der Impulsgeber zum Beginn oder zum Beenden der Bestrahlung dergestalt Verwendung finden, daß bei Übereinstimmung der Werte innerhalb definierter Toleranzgrenzen mit der Bestrahlung begonnen bzw. diese fortgesetzt und bei Nichtübereinstimmung der Werte in definierten Toleranzgrenzen die Bestrahlung unterbrochen oder noch nicht begonnen wird.The method according to the invention for standardizing the radiation is more specific intrapulmonary tumors in inspiration or another defined breathing position with the help The device described is that the signals from the pulse generator at the beginning or to end the irradiation in such a way that at Agreement of the values within defined tolerance limits with the radiation started or continued and if the values in defined did not match Tolerance limits the irradiation is interrupted or has not yet started.
Die erfindungsgemäße Verfahrensweise zur Standardisierung der Bestrahlungstechnik
besteht darin,
The procedure according to the invention for standardizing the radiation technique consists in
- a) daß die Übereinstimmung der Position von atembeweglichen Thoraxstrukturen mit der Position bei der Bestrahlungsplanung zum raumfesten Koordinatensystem oder den Bestrahlungsfeldern Auslöser für die Bestrahlung oder die Voraussetzung ihrer Fortsetzung ist. Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung die Strahlentherapie intrathorakaler Tumoren mit sehr guter Genauigkeit in der Reproduktion der Position der Thoraxorgane zu den Strahlenfeldern ermöglicht;a) that the correspondence of the position of breathable thoracic structures with the Position in radiation planning for the fixed coordinate system or Irradiation fields triggers the irradiation or the prerequisite for its continuation is. It has surprisingly been found that the device according to the invention the radiation therapy of intrathoracic tumors with very good accuracy in the Reproduction of the position of the thoracic organs to the radiation fields enables;
- b) nur bei definierter Atemlage z. B. in Inspiration zu bestrahlen. Während der Inspiration befindet sich das Lungengewebe in einem ausgedehnteren Zustand. Die Erfindung bewirkt, daß bei vielen intrathorakalen Tumoren das bestrahlte Lungenpartialvolumen im Vergleich zum Gesamtlungenvolumen deutlich reduziert werden kann, und die Dosisvolumenhistogramme der Lungen günstiger verlaufen als in Atemmittellage, wodurch das Risiko von akuten wie auch späten Strahlenschäden in der Lunge sinkt.b) only with a defined breathing position z. B. to irradiate in inspiration. During inspiration the lung tissue is in an expanded state. The invention causes that in many intrathoracic tumors the irradiated partial lung volume in comparison to the total lung volume can be significantly reduced, and the Dose volume histograms of the lungs are more favorable than in the respiratory position, which means that the risk of acute as well as late radiation damage in the lungs decreases.
Eine spezielle Ausführungsform der Erfindung bezieht sich auf Patienten, deren Mitarbeit etwa durch respiratorische Insuffizienz eingeschränkt ist. In diesen Fällen wird das intrathorakale Gasvolumen durch eine Vorrichtung reproduziert, die die Atmung steuert oder unterstützt. Die Strahlentherapie erfolgt dann in tiefer Inspiration.A special embodiment of the invention relates to patients whose cooperation is limited by respiratory insufficiency. In these cases, it will intrathoracic gas volume reproduced by a device that controls breathing or supported. The radiation therapy then takes place in deep inspiration.
Das Wesen der Erfindung liegt in einer Kombination bekannter und neuer Elemente sowie neuer Lösungswege, die sich gegenseitig beeinflussen und in ihrer neuen Gesamtwirkung einen Gebrauchsvorteil und den erstrebten Erfolg ergeben, der darin liegt, daß sich die Dosis-Volumenbelastung der Lunge gegenüber dem bekannten Stand deutlich senken läßt und damit das Risiko von akuten wie auch späten Strahlenschäden in der Lunge gesenkt werden kann.The essence of the invention lies in a combination of known and new elements as well new solutions that influence each other and in their new overall effect a benefit in use and the desired success, which lies in the fact that the Dose volume load on the lungs can be significantly reduced compared to the known level and thus reduce the risk of acute as well as late radiation damage in the lungs can be.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert, ohne auf dieses Beispiel beschränkt zu sein.The invention is explained using an exemplary embodiment, without referring to this example to be limited.
Der Patient atmet in Bestrahlungsposition auf dem Patiententisch durch ein Spirometer (offenes System), das mit einem volumetrisch gesteuerten Ventil ausgerüstet ist. Die Kopplung der Atemwege an das Spirometer erfolgt durch ein Mundstück (Verschluß der Nase durch eine Nasenklemme) oder durch eine Maske. Nach Durchlaufen des unteren Umkehrpunktes der Atemschleife wird das Ventil nach Initialisierung bei einem frei wählbaren Luftvolumen für eine frei wählbare Zeitdauer geschlossen. Der Patient wird jeweils vor der Bestrahlung trainiert, bei Ventilschluß den Atem anzuhalten, ohne am Ventil/Mundstück einen Über-/Unterdruck aufzubauen. Zu Beginn der Verschlußzeit des Ventils wird die Abweichung der Lage des Zwerchfells und der Thoraxwand vom Sollwert bei Bestrahlungsplanung mit Hilfe eines Feldkontrollbildes, das elektronisch mit dem abgespeicherten Bild bei Bestrahlungsplanung (Sollzustand) verglichen wird, bestimmt. Das Feldkontrollbild wird mit Hilfe eines geeigneten Bildempfängers und elektronischer Datenverarbeitung unter Echtzeitbedingungen während eines kleinen Teils der gesamten Bestrahlungszeit für das jeweilige Feld am Beginn der Bestrahlung generiert. Stimmen Soll- und Istwert innerhalb vordefinierter Fehlergrenzen überein, wird die Bestrahlung des entsprechenden Feldes durchgeführt. Bei Abweichungen, die auf Anspannungen der Atemmuskulatur zurückzuführen sind, wird nach einer Ruhephase mit einem neuen Atemzyklus bis zum Atemwegsverschluß in Inspiration begonnen. Sind auch diesmal Abweichungen vorhanden, wird bei einem dritten Versuch das Ventil bei einem entsprechend der Abweichungen erhöhten oder verminderten intrathorakalen Volumen geschlossen. Bei der Planung wurde zuvor der Einfluß des intrathorakalen Luftvolumens auf die Position der Thoraxorgane und des Tumors zum Bestrahlungsfeld bestimmt.The patient breathes in the radiation position on the patient table through a spirometer (open system) equipped with a volumetrically controlled valve. The The respiratory tract is coupled to the spirometer through a mouthpiece (closure of the Nose through a nose clip) or through a mask. After going through the bottom Reversal point of the breathing loop, the valve becomes free after initialization selectable air volume closed for a freely selectable period of time. The patient will each trained before the radiation to hold their breath when the valve closes without on Valve / mouthpiece to build an over / under pressure. At the beginning of the shutter speed of the Valve is the deviation of the position of the diaphragm and the chest wall from the target value for radiation planning with the help of a field control image, which is electronically with the stored image is compared in radiation planning (target state). The Field control image is made using a suitable image receiver and electronic Data processing under real time conditions for a small part of the total Irradiation time generated for the respective field at the beginning of the irradiation. Votes target and the actual value within predefined error limits, the irradiation of the appropriate field. In the event of deviations due to tension in the Respiratory muscles are caused after a rest period with a new one Breathing cycle to airway occlusion started in inspiration. Are also this time If there are deviations, the valve will be increased or decreased intrathoracic volume according to the deviations closed. When planning, the influence of the intrathoracic air volume was previously considered the position of the thoracic organs and the tumor to the radiation field is determined.
Fig. 1 zeigt schematisch die Wechselwirkung zwischen Patient, Impulsgeber i, dem Algorithmus zur Überprüfung auf Übereinstimmung innerhalb der vorgegebenen Toleranzen und gegebenfalls einem Signal an den Patienten und andererseits dem Sollzustand i bei der Therapieplanung, dem Algorithmus zur Überprüfung auf Übereinstimmung innerhalb der vorgegebenen Toleranzen, einem Signal zum Beginn oder zur Fortsetzung der Strahlentherapie und damit zur Steuerung des Strahlentherapiegerätes. Fig. 1 shows schematically the interaction between the patient, i pulse, the algorithm for checking a match within the given tolerances, and, optionally, a signal to the patient, and on the other hand the target state i in the treatment planning, the algorithm for checking a match within the predetermined tolerance, a signal to start or to continue the radiation therapy and thus to control the radiation therapy device.
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