DE19908903A1

DE19908903A1 - Lokalisationseinheit für bild- und positionsgebende Geräte

Info

Publication number: DE19908903A1
Application number: DE19908903A
Authority: DE
Inventors: Christian Lappe; Gernot Echner; Gernot Kuhr; Matthias Ebert; Wolfgang Schlegel
Original assignee: Deutsches Krebsforschungszentrum DKFZ
Current assignee: Deutsches Krebsforschungszentrum DKFZ
Priority date: 1999-03-02
Filing date: 1999-03-02
Publication date: 2000-09-14
Anticipated expiration: 2019-03-03
Also published as: AU3417900A; DE19908903C2; WO2000051493A1

Abstract

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lokalisationseinheit anzugeben, die es ermöglicht , die Lage ein und desselben Objektes, insbesondere eines Objektes im menschlichen oder tierischen Körper, relativ zu unterschiedlichen bildgebenden und/oder positionsgebenden Geräten zu erfassen, ohne die Objekte mittels invasiver Techniken, z. B. stereotaktischen Ringen, zu fixieren. DOLLAR A Die Aufgabe wird gelöst von einer Lokalisationseinheit für bildgebende und positionsgebende Geräte mit einem Basismodul, auf oder in dem in vordefinierten Positionen nicht nur von Sensoren (Sensoren erster Art) eines bildgebenden oder positionsgebenden Gerätes (Gerät erste Art) erfaßbare Marker, sondern auch von den Sensoren (Sensoren weiterer Art) wenigstens eines anderen bildgebenden oder positionsgebenden Gerätes (Gerät weiterer Art) erfaßbare Marker angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Lokalisationseinheit für bildgebende und positions gebende Geräte mit einem Basismodul, auf dem in vordefinierten Positionen von Sensoren (Sensoren erster Art) eines bildgebenden oder positionsgeben den Gerätes (Gerät erster Art) erfaßbare Marker angeordnet sind.

Solche Lokalisationseinheiten sind z. B. in Form von umgangssprachlich als "Beißschienen" bezeichneten, speziell an das Gebiß eines Patienten angepaß ten Markerträgern bekannt. Sie dienen bei der Strahlentherapie dazu, die Lage eines Patienten relativ zum Strahlungsfeld eines Bestrahlungsgerätes zu erfassen, zum Beispiel um Patient und Strahlungsfeld in gewünschter Weise zueinander auszurichten und/oder die Ausrichtung zu überwachen.

Beim Einsatz der bekannten Lokalisationseinheiten tritt häufig das Problem auf, daß die Lage ein und desselben Objektes, zum Beispiel eines Tumors oder einer Läsion, relativ zu unterschiedlichen bildgebenden oder positions gebenden Gerätes erfaßt werden muß. Dies bereitet vor allem dann Schwierigkeiten, wenn sich das interessierende Objekt innerhalb eines anderen Objektes, also zum Beispiel im Körperinneren befindet. Dann kann zwar mittels geeigneter bildgebender Vorrichtungen, wie zum Beispiel Computertomographen, wie Röntgen-, Kernspinresonanz- und Positronen emissions-Tomographen, oder Ultraschallgeräten, die Lage des interessierenden Objektes relativ zur verwendeten Lokalisationseinheit ermittelt werden, jedoch genügt diese Information allein noch nicht zur exakten Positionierung des Objektes in einer anderen Vorrichtung, zum Beispiel in einer Bestrahlungsvorrichtung, die über ein entsprechendes positionsgebendes Gerät, zum Beispiel einer Anordnung von CCD-Kameras verfügt.

Zur Lösung dieses Problems ist aus der Deutschen Patentschrift DE 42 07 632 C2 ein Verfahren bekannt, das das wiederholte exakte Positionieren des Körperteils relativ zu einem medizinischen Gerät erlaubt. Das Verfahren ist jedoch bei der ersten Behandlung mit nicht unerheblichem Ausricht-Aufwand verbunden, der zudem das für den Patienten überaus unangenehme Anlegen eines sogenannten stereotaktischen Ringes erfordert. Bei dem Verfahren muß nämlich zunächst in einem sogenannten Planungsschritt die Lage des zu behandelnden Teilgebiets des Körperteils relativ zu einem an dem Körperteil operativ fixierten stereotaktischen Ring mittels entsprechender bildgebender Verfahren, insbesondere mittels einer Computertomographieaufnahme festge stellt werden. Da der stereotaktische Ring nicht wiederholt an exakt derselben Stelle des Körperteils fixiert werden kann, muß der Patient sodann mit angelegtem stereotaktischen Ring in die Bestrahlungseinrichtung transportiert werden, wo dann das Körperteil mit Hilfe des stereotaktischen Ringes relativ zu dem medizinischen Gerät so ausgerichtet wird, daß sich das zu behandeln de Teilgebiet in der gewünschten Soll-Position befindet, also zum Beispiel im Isozentrum eines Bestrahlungsgeräts. Ist diese Position erreicht, wird mittels an dem medizinischen Gerät oder in dessen Nähe vorgesehener geeigneter Sensoren die Lage zuvor an dem Körperteil ortsfest fixierter "Marker", wie z. B. Dübel, Schrauben, Hülsen oder dergleichen, erfaßt und daraus die Lage des zu behandelnden Teilgebiet relativ zu diesen Markern bestimmt. Nach der Behandlung kann dem Patienten der stereotaktische Ring abgenommen werden, die Marker bleiben jedoch für die Dauer der gesamten Therapie ortsfest mit dem Körperteil verbunden. Bei späteren Behandlungs wiederholungen erfolgt dann die Positionierung durch Erfassung der Marker- Ist-Position, Ermittlung der Ist-Position des zu behandelnden Teilgebiets und Abgleich von Teilgebiet-Ist- mit gewünschter Teilgebiet-Soll-Position.

Da die Fixierung des Körperteils im stereotaktischen Ring, wie erwähnt, für den Patienten äußerst unangenehm ist und zudem zeitaufwendig von geschul tem Fachpersonal vorgenommen werden muß, liegt der Erfindung die Auf gabe zugrunde, eine Lokalisationseinheit anzugeben, die es ermöglicht, die Lage ein und desselben Objektes, insbesondere eines Objektes im mensch lichen oder tierischen Körper, relativ zu unterschiedlichen bildgebenden und/oder positionsgebenden Geräten zu erfassen, ohne die Objekte durch invasive Fixierung, beispielsweise in stereotaktischen Ringen, zu fixieren.

Die Aufgabe wird gelöst von einer Lokalisationseinheit für bildgebende und positionsgebende Geräte mit einem Basismodul, auf oder in dem in vor definierten Positionen nicht nur von Sensoren (Sensoren erster Art) eines bildgebenden oder positionsgebenden Gerätes (Gerät erster Art) erfaßbare Marker, sondern auch von den Sensoren (Sensoren weiterer Art) wenigstens eines anderen bildgebenden oder positionsgebenden Gerätes (Gerät weiterer Art) erfaßbare Marker vorgesehen sind.

Die Erfindung erlaubt es damit erstmalig, mit ein und derselben Lokalisa tionseinheit die Lage eines interessierenden Objektes relativ zu unterschiedli chen bild- oder positionsgebenden Geräten zu bestimmen. Da die Lage der Marker auf dem Basismodul bekannt ist, entfallen umständliche Transforma tionsrechnungen oder -bestimmungsprozesse wie der oben erwähnte Umweg über den stereotaktischen Ring. Ist die Lage des interessierenden Objektes relativ zu einer Art von auf dem Basismodul angeordneten Markern bestimmt, ist auch die Lage des Objektes relativ zu allen anderen auf oder in dem Basismodul angeordneten Marken bekannt.

Dabei können die Marker sowohl derart ausgebildet sein, daß sie von den Sensoren erster Art und auch von Sensoren wenigstens einer weiteren Art erfaßbar sind, so daß nur eine Art von Markern auf oder in dem Basismodul vorgesehen werden muß. Da unterschiedliche bild- oder positionsgebende Geräte oftmals jedoch auch unterschiedliche Markeranordnungen (d. h. in bestimmter Weise angeordnete, z. B. unterschiedlich beabstandete Marker besser erfassen können als andere Anordnungen derselben Marker) bzw. unterschiedliche Marker (d. h. aus unterschiedlichem Material, von unterschiedlicher Form und Geometrie etc.) "bevorzugen", wird es oftmals zweckmäßig sein, auf oder in dem Basismodul wenigstens zwei Arten von Markern vorzusehen, die jeweils von bildgebenden oder positionsgebenden Geräten unterschiedlicher Art erfaßbar sind. Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind dann die von den Sensoren eines bestimmten bildge benden oder positionsgebenden Gerätes erfaßbaren Marker derart auf oder in dem Basismodul angeordnet, daß ihre Position hinsichtlich der Erfaßbarkeit durch die Sensoren des bestimmten Gerätes optimiert ist.

Dabei ist im übrigen der Begriff "Sensor" hier sehr weit zu fassen und beinhaltet alle Arten der eine Bestimmung der Lage der Marker erlaubenden Mittel, also z. B. auch Röntgenfilm und dergleichen, wobei die Sensoren natürlich in geeigneter Weise erregt werden müssen. Je nach Einsatzzweck können auf oder in dem Basismodul Marker angeordnet werden, die z. B. von den Sensoren folgender bild- und/oder positionsgebender Geräten erfaßbar sind: Röntgengeräte, stationäre Röntgenanlagen und Röntgen-Computerto mographen, Kernspinresonaztomographen, Positronen-Emissionstomographen, Ultraschallgeräte, Elektro- und/oder Magneto-Enzephalographen, Videokameras und CCD-Zellen. Dabei ist es nicht notwendig, daß immer alle Arten von Markern auf dem Basismodul angeordnet sind, denn die Marker können auch austauschbar ausgestaltet werden, wozu in das Basismodul z. B. an bestimmten Stellen Schraubgewinde eingelassen sein können, in die dann die jeweils benötigten, mit entsprechenden Gegengewinden versehenen Marker eingeschraubt werden. Eine austauschbare Gestaltung ist insbesondere auch dann zweckmäßig, wenn aktive, z. B. leuchtende Marker verwendet werden, so daß funktionsgestörte oder -unfähige Marker leicht gegen neue ausgetauscht werden können und nicht ein einzelner ausgefallener Marker das gesamte Basismodul unbrauchbar macht.

Als Marker kommen dabei völlig unterschiedliche, von den jeweiligen Sensoren optimal erfaßbare Peil- und Ortungseinheiten in Betracht, die sowohl rein passiv (wie z. B. sichtbare, auf dem Basismodul aufgesetzte nagelartige Vorsprünge oder nicht-sichtbare, in das Basismodul integrierte z. B. bei Röntgenbildverfahren gut kontrastierende Drähte) als auch aktiv sein und beispielsweise elektromagnetische Wellen oder Felder ausstrahlen und/oder empfangen können.

Insbesondere können die Marker auch Emitter-Spulen sein, die geeignet angeregt werden. Die von den Emitter-Spulen ausgesandte Strahlung kann beispielsweise durch Magnetometer oder Gradiometer als Sensoren empfangen werden.

Sofern eine ein-eindeutige dreidimensionale Lagebestimmung der Lokali sationseinheit im Raum allein durch Erfassung der Marker gewünscht ist, kann vorteilhaft eine Lokalisationseinheit zum Einsatz kommen, bei welcher auf oder in dem Basismodul von jeder dort angeordneten Art von Markern wenigstens drei Marker vorgesehen sind.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist ein an dem Basismodul befestig bares Adaptermodul vorgesehen, wobei Adaptermodul und Basismodul vorteilhaft derart ausgebildet sein können, daß sie relativ zueinander in exakt reproduzierbarer Position befestigbar sind. Ein solches Adaptermodul erlaubt es, die Lokalisationseinheit an unterschiedlichen Objekten und Halterungen zu befestigen. Insbesondere kann das Adaptermodul derart ausgebildet sein, daß es an einer an einem zu untersuchenden Objekt befestigbaren Halterung wiederholt in exakt derselben Position befestigbar ist, was z. B. die Positionie rung eines Patienten bei der sog. fraktionierten Strahlentherapie, bei der der Patient wiederholt in bestimmter Weise relativ zu einem Bestrahlungsgerät positioniert werden muß, enorm erleichtert, sofern der Patient über eine entsprechende "Halterung" für das Adaptermodul verfügt. Eine solche Halterung kann z. B. von am Patienten operativ befestigten Schrauben und Dübeln gebildet werden, aber bereits die Zähne des Patienten selbst stellen oftmals eine geeignete Halterung im Sinne der Erfindung dar, wobei dann das Adaptermodul lediglich eine durch Abdruck hergestellte Negativform des Gebisses des Patienten aufzuweisen braucht.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nach folgenden Beschreibung eines von vielen möglichen Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung.

In der Zeichnung ist rein schematisch eine in ihrer Gesamtheit mit 10 be zeichnete Lokalisationseinheit gezeigt, die aus einem Basismodul 12 und einem nur teilweise gezeigten, an dem Basismodul wiederholt in derselben Position befestigbaren Adaptermodul 14 besteht. Das Adaptermodul 14 kann in an sich bekannter und daher hier nicht gezeigter Weise an einem zu unter suchenden Objekt, z. B. am Oberkiefer eines Patienten, befestigt werden.

Auf dem Basismodul 12 sind verschiedene Arten von Markern angeordnet, nämlich Marker für optische Sensoren, und zwar passive Marker 16 und aktive leuchtende Marker 18, Marker 20 für elektromagnetisch arbeitende Sensoren wie z. B. SQUID-Sensoren, Marker 22, die Schallwellen, insbeson dere Ultraschallwellen, gut reflektieren, sowie Marker 24, deren Lage von den Sensoren eines Positronen-Emissionstomographen erfaßbar ist. Zusätzlich sind in das Basismodul drahtähnliche Marker 26 und 28 integriert, die sich in Röntgenbildern, z. B. Röntgen-Computertomographien (Marker 26) bzw. bei Kernspinresonanzaufnahmen (Marker 28), deutlich abzeichnen und so eine Lagebestimmung erlauben. Die Anordnung der einzelnen Arten von Markern ist dabei jeweils so getroffen, daß sie hinsichtlich der zur Erfassung der jeweiligen Marker dienenden Sensoranordnung optimiert ist, daß also bei Beobachtung der Marker mit den jeweiligen Sensoren eine problemlose Lagebestimmung möglich ist.

Eine erfindungsgemäße Lokalisationseinheit mit Markern, die im Computerto mographiebild detektierbar sind (CT-Marker), und mit Markern, die von CCD-Kameras erfaßbar sind (CCD-Marker), kann z. B. folgendermaßen eingesetzt werden: Vom Gebiß eines Patienten wird ein Abdruck genommen und damit eine entsprechende Halterung für das Adaptermodul geformt. Mittels des Adaptermoduls wird das Basismodul am Patienten befestigt, worauf eine Computertomographieaufnahme des Kopfes des Patienten ein schließlich des Basismoduls angefertigt wird. Aus der Aufnahme ergibt sich die Lage eines zu behandelnden Volumens, z. B. eines Tumors, relativ zu den CT-Markern und damit - da die Lage der CCD-Marker relativ zu den auf demselben Basismodul angeordneten CT-Markern bekannt ist - auch die Lage relativ zu den CCD-Markern. Bei einer späteren Bestrahlung des Volumens mittels eines geeigneten Bestrahlungsgerätes, das über eine CCD-Kameras aufweisende Positioniereinrichtung verfügt, kann das Basismodul wieder am Patienten befestigt werden, und die Positionierung kann halb- oder voll automatisch durch Beobachtung der CCD-Marker erfolgen.

Claims

1. Lokalisationseinheit für bildgebende und positionsgebende Geräte mit einem Basismodul, auf oder in dem in vordefinierten Positionen von Sensoren (Sensoren erster Art) eines bildgebenden oder positionsgeben den Gerätes (Gerät erster Art) erfaßbare Marker vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß auf oder in dem Basismodul in vordefinierten Positionen von den Sensoren (Sensoren weiterer Art) wenigstens eines anderen bildgebenden oder positionsgebenden Gerätes (Gerät weiterer Art) erfaßbare Marker vorgesehen sind.

2. Lokalisationseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Marker derart ausgebildet sind, daß sie sowohl von den Sensoren erster Art als auch von Sensoren wenigstens einer weiteren Art erfaßbar sind.

3. Lokalisationseinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf oder in dem Basismodul wenigstens zwei Arten von Markern vorgesehen sind, die jeweils von bildgebenden oder positionsgebenden Geräten unterschiedlicher Art erfaßbar sind.

4. Lokalisationseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Marker auswechselbar auf oder in dem Basis modul angeordnet sind.

5. Lokalisationseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf oder in dem Basismodul passive Marker vorgesehen sind.

6. Lokalisationseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf oder in dem Basismodul aktive Marker vor gesehen sind.

7. Lokalisationseinheit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die aktiven Marker elektromagnetische Wellen oder Felder ausstrahlen und/oder empfangen können.

8. Lokalisationseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der auf oder in dem Basismo dul vorgesehenen Marker von den Sensoren eines Röntgen-Computer tomographen erfaßbar ist.

9. Lokalisationseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der auf oder in dem Basismo dul vorgesehenen Marker von den Sensoren eines Kernspinresonanz tomographen erfaßbar ist.

10. Lokalisationseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der auf oder in dem Basismo dul vorgesehenen Marker von den Sensoren eines Ultraschallgerätes erfaßbar ist.

11. Lokalisationseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der auf oder in dem Basismo dul vorgesehenen Marker von den Sensoren eines Positronenemissions- Tomographen erfaßbar ist.

12. Lokalisationseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der auf oder in dem Basismo dul vorgesehenen Marker von den Sensoren eines Elektro- und/oder Magneto-Enzephalographen erfaßbar ist.

13. Lokalisationseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der auf oder in dem Basismodul vorgesehenen Marker von den Sensoren eines Magnetometers oder Gradiometers erfassbar ist.

14. Lokalisationseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Sensoren eines bestimmten bildge benden oder positionsgebenden Gerätes erfaßbaren Marker derart auf oder in dem Basismodul angeordnet sind, daß ihre Position hinsichtlich der Erfaßbarkeit durch die Sensoren des bestimmten Gerätes optimiert ist.

15. Lokalisationseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß von wenigstens einer, vorzugsweise jeder, auf oder in dem Basismodul vorgesehenen Art von Markern wenigstens drei Marker vorgesehen sind.

16. Lokalisationseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß ein an dem Basismodul befestigbares Adapter modul vorgesehen ist.

17. Lokalisationseinheit nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Adaptermodul und das Basismodul derart ausgebildet sind, daß sie relativ zueinander in exakt reproduzierbarer Position befestigbar sind.

18. Lokalisationseinheit nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeich net, daß das Adaptermodul derart ausgebildet ist, daß es an einer an einem zu untersuchenden Objekt befestigbaren Halterung wiederholt befestigbar ist.

19. Lokalisationseinheit nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Adaptermodul an der Halterung wiederholt in exakt derselben Position befestigbar ist.

20. Lokalisationseinheit nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Adaptermodul eine Aufnahme für einen Gebißabdruck aufweist.

21. An dem Basismodul einer Lokalisationseinheit nach einem der Ansprü che 1 bis 15 befestigbares Adaptermodul.

22. Verwendung einer Lokalisationseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 20 bei einem medizinischen bildgebenden oder positionsgebenden Verfahren.