DE4432890B4

DE4432890B4 - Vorrichtung zum Erfassen der Position von Bestrahlungszielpunkten

Info

Publication number: DE4432890B4
Application number: DE4432890A
Authority: DE
Inventors: Stefan Vilsmeier; Stefan Lippstreu; Michael Bertram
Original assignee: Brainlab AG
Current assignee: Brainlab AG
Priority date: 1994-09-15
Filing date: 1994-09-15
Publication date: 2004-02-19
Anticipated expiration: 2014-09-16
Also published as: US5628315A; DE4432890A1

Abstract

Vorrichtung zum Erfassen der Position von Bestrahlungszielpunkten mit
a) einer Verankerungseinrichtung (10) zur Befestigung an einem Patienten-Referenzsystem, insbesondere an einem stereotaktischenImmobilisierungssystem, z. B. einem Kopfring, und
b) einer an der Verankerungseinrichtung (10) angebrachten Markierungseinrichtung für mindestens einen Koordinatenpunkt in verschiedenen räumlichen Projektionen, dadurch gekennzeichnet, dass
c) die Markierungseinrichtung aus mehreren, den Koordinatenpunkt räumlich festlegenden computerbedrucktenFlächenmaterialien mit aufprojiziertenKoordinatenmarkierungen der Bestrahlungszielpunkte besteht.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erfassen der Position von Bestrahlungszielpunkten der durch den Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Gattung.
Zu den Erkrankungen, die strahlentherapeutisch behandelt werden, gehören insbesondere Gehirntumore oder Gefäßmissbildungen; auch funktionelle Ziele werden bestrahlt. Konventionelle invasive neurochirurgische Behandlungsmethoden sind nicht bei allen Indikationen anwendbar und bringen zudem den Nachteil mit sich, dass oftmals ein Risiko der Schädigung der den Krankheitsherd umgebenden gesunden Partien erwächst.
Die Bestrahlungstherapie ist für diese Krankheiten eine anerkannte therapeutische Methode, da ein nachgewiesener Zusammenhang ihrer Wirkung mit einem Therapieeffekt beim Patienten besteht. Mittels eines Linearbeschleunigers können z.B. ein Kopftumor, aber auch andere erkrankte Körperteile behandelt werden. Hierzu ist natürlich zunächst eine genaue Lokalisation der erkrankten Partien, in diesem Beispielsfall des Tumors, notwendig. Diese kann mit Hilfe einer Computertomographie durchgeführt werden, wobei der Patient schon während der Tomographie ein Referenzsystem, bei Gehirntumoren meist einen Kopfring, trägt. Durch eine präzise Lokalisation und Erfassung der Form des Tumors eröffnet sich die Möglichkeit, die Strahlendosis auf Normalgewebe zu reduzieren, während gleichzeitig das erkrankte Gewebe mit einer erwünschten höheren Dosis behandelt werden kann. Bei der Auswertung der Tomographiedaten wird die genaue Lage des Tumors bezüglich des Referenzsystems unter Verwendung dreier Koordinatenachsen festgelegt. Hierbei wird auch die Position des Bestrahlungszielpunktes, das sogenannte Isozentrum, im Tumor errechnet. In einigen Fällen kann es auch notwendig sein, zwei Isozentren zu bestimmen.
Nachdem nunmehr die Lage des Tumors und des Bestrahlungszielpunktes relativ zu einem am Kopf verbleibenden oder mit hoher Genauigkeit reproduzierbar wieder anbringbaren Referenzsystem feststeht, besteht die Notwendigkeit, zumindest das Isozentrum zur Bestrahlung von au ßen so zu markieren, dass es mit dem Strahl eines Linearbeschleunigers getroffen und behandelt werden kann.
Gemäß dem gegenwärtigen Stand der Technik wird hierzu eine Verankerungseinrichtung auf das Referenzsystem, d.h. den Kopfring, aufgesetzt. Diese Verankerungseinrichtung kann z.B. die Form eines nur aus den Seitenkanten bestehenden Quaders haben, der, wenn er am Referenzsystem angebracht ist, den Kopf des Patienten umgibt. In diesem Fall sind zwischen zwei Seitenkanten des Quaders wiederum Zwischenschienen angebracht, die entlang dieser Seitenkanten an Skalen verschiebbar und einstellbar sind, und damit einer Markierungseinrichtung, z.B. einem prismenförmigen Körper die Möglichkeit geben, mit der Genauigkeit der Skalen auf einen Punkt der entsprechenden Flächen eingestellt zu werden.
Ein großer Nachteil dieser vorbeschriebenen Vorrichtung betrifft die relative Ungenauigkeit, mit der sich die Projektion des Isozentrums auf den jeweiligen Seitenflächen der Verankerungseinrichtung mittels der Skalen einstellen lässt. Diese Einstellung wird manuell vorgenommen und kann naturgemäß die Genauigkeit der Skala nicht übertreffen (etwa 0,5 mm). Gerade für die strahlentherapeutische Behandlung ist aber die genaue Festlegung des Isozentrums sehr wichtig, da Schädigungen der den Tumor umgebenden gesunden Bereiche unbedingt zu vermeiden sind.
Ein weiterer großer Nachteil der konventionellen Vorrichtung besteht darin, dass die Übertragung der aus der Tomographie erhaltenen Daten auf das Skalensystem einen manuellen Schritt erfordert, bei dem die große Gefahr besteht, dass erhaltene Koordinaten bei der Einstellung verwechselt werden. Eine solche Verwechslung kann im schlimmsten Fall dazu führen, dass gesunde Hirnbereiche bestrahlt und damit geschädigt werden, wobei dies bei der Bestrahlung kritischer Strukturen zu bleibenden Schädigungen des Seh- oder Sprechvermögens und sogar zum Tode des Patienten führen kann.
Weitere Nachteile betreffen die relativ geringe Anschaulichkeit dieser Positionierungsmethode, die eine visuelle Überprüfung der Korrektheit des Markierungspunktes kaum zulässt, sowie die Schwierigkeiten, weitere Informationen, z.B. die Form des Tumors im Umriss zu kennzeichnen. Es ist ebenfalls schwer möglich, mehrere Projektionen von Bestrahlungszentren an dieser Vorrichtung einzustellen.

Aus der US 4,475,550 ist eine Stereotaxievorrichtung mit einem Rahmen bekannt, dessen Wände mit metallischen Schichtstreifen oder linearen Nuten versehen sind, die Anzeigeeinrichtungen ausbilden. Die US 5,107,839 offenbart ein computergesteuertes, stereotaktisches Strahlenbehandlungssystem bei dem mittels eines Käfigs Referenzpunkte bestimmt werden, wobei ein Kontrastmaterial verwendet wird, das in z-förmigen Elementen enthalten ist.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Erfassen der Position von Bestrahlungszielpunkten zur Verfügung zu stellen, die die oben beschriebenen Nachteile des Standes der Technik überwindet. Insbesondere soll eine genaue und verlässliche Positionierung eines oder mehrerer Bestrahlungszielpunkte ermöglicht werden.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zum Erfassen der Position von Bestrahlungszielpunkten gelöst, die gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 ausgestaltet ist.

Der Vorteil, die Markierungseinrichtung bei einer Vorrichtung gemäß der Erfindung aus mehreren den Koordinatenpunkt räumlich festlegenden computerbedruckten Flächenmaterialien auszubilden, liegt zunächst einmal darin, dass die aus der Computertomographie erhalten Daten in ihrer Umsetzung als auf eine Fläche projizierte Positionierungskoordinaten sehr genau auf das Flächenmaterial übertragen werden können. Hierbei besteht die Möglichkeit, eine Genauigkeit von 0,1 mm zu erreichen. Dies ist vor allem im Hinblick auf die Vermeidung der Schädigung gesunder Bereiche eine sehr wichtige Verbesserung. Auch ist es durch eine computergesteuerte Erzeugung der Projektion des Koordinatenpunktes auf Flächenmaterialien möglich, mehrere Bestrahlungszielpunkte auf ein Flächenmaterialstück aufzubringen, falls die Form der erkannten Partie dies erforderlich macht.

Ein zweiter, fast noch höher zu bewertender Vorteil der Vorrichtung, die gemäß der vorliegenden Erfindung ausgestaltet ist, liegt darin, dass ein bei der Vorrichtung gemäß dem Stand der Technik notwendiger manueller Schritt bei der Koordinatenfestlegung eliminiert wird. Die gefährliche Fehlerquelle, die eine Verwechslung der Koordinaten beim Einstellen des Zielpunktes darstellt, wird erfindungsgemäß dadurch ausgeschlossen, dass durch das automatische Bedrucken der Flächenmaterialien mittels des Computers, der seine Daten vom Tomographen erhält, immer die mit den entsprechend richtigen Koordinaten aufgedruckten Zielpunktprojektionen auf die entsprechend richtigen Flächenmaterialien aufgedruckt werden, die hierbei gleichzeitig vom Computer so markiert werden können, dass jeder Irrtum bei ihrer Anbringung ausgeschlossen ist.

Hierbei eröffnen sich viele Möglichkeiten, Irrtümer bei der Positionierung der Flächenmateria- lien an der Verankerungseinrichtung völlig auszuschließen. Es kann somit sichergestellt werden, dass wirklich nur erkrankte Bereiche behandelt werden und gesunde Bereiche vor gefährlicher Strahlenkonzentration bewahrt werden.

Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist die Verankerungseinrichtung ein rechtwinkliges, Würfel- oder quaderfömiges, auf einer Seite offenes Gehäuse auf, das an den Seitenflächen Aufnahmen für die computerbedruckten Flächenmaterialien hat. Das bewährte System, eine Verankerungseinrichtung wie oben beschrieben auszugestalten, lässt sich damit auch sehr gut auf eine erfindungsgemäße Vorrichtung übertragen, wobei das Material für die Verankerungseinrichtung aus geeigneten leichten aber stabilen Werkstoffen ausgewählt werden kann.

Bevorzugt sind die erfindungsgemäß verwendeten Flächenmaterialien Folien mit auf die jeweilige Fläche projizierten computergedruckten Koordinatenmarkierungen. Folien sind mittels eines Computerdruckers einwandfrei zu bedrucken und gestatten es dem Patienten, auch bei auf einem Referenzsystem aufgesetzter Verankerungseinrichtung seine Umgebung noch zu beobachten, was sich vor allem für Patienten, die anfällig für klaustrophobische Zustände sind, günstig auswirkt.

Es besteht weiterhin die Möglichkeit, die Umrisse des zu bestrahlenden Körpers, beispielsweise eines Tumors, mit auf die Flächenmaterialien aufzutragen, was die Anschaulichkeit für die Behandelnden sehr erhöht und außerdem eine weitere visuelle Kontrolle der richtigen Einstellung des Bestrahlungszielpunktes liefert.

Bevorzugt sind die Aufnahmen und die zugehörigen Flächenmaterialstücke mit jeweils für eine Seite des Gehäuses passenden Positionierungsmarken versehen. Diese Positionierungsmarken können so angeordnet werden, dass jeweils nur auf der richtigen Seite der Verankerungseinrichtung die Positionierungsmarken der Aufnahmen und der Flächenmaterialstücke übereinstimmen, so dass auf diese Weise schon durch gebührende Sorgfalt ausgeschlossen wird, dass ein falsches Flächenmaterialstück in eine Aufnahme eingesetzt werden kann. Hierdurch wird wiederum eine ordnungsgemäße Behandlung des Patienten sichergestellt.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung sind die Aufnahmen und die computerbedruckten Flächenmaterialien so ausgestaltet, dass jeweils nur das einer Aufnahme zugehörige Flächenmaterialstück in diese Aufnahme eingelegt werden kann. Die Größe und Form der Aufnahmen und der Flächenmaterialstücke können hierbei für jede verwendete Seite der Verankerungseinrichtung so ausgestaltet werden, dass es unmöglich ist, ein Flächenmaterialstück in eine falsche Aufnahme einzulegen und damit Behandlungsfehler zu riskieren. So kann eine nicht sachgemäße Bestrahlung aufgrund der Verwechslung von Koordinatenmarkierungspunkten mit bis zu 100%-iger Sicherheit vermieden werden.

Zur weiteren Erläuterung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird nunmehr auf die beiliegenden Figurenblätter Bezug genommen. Es zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht einer Verankerungseinrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 eine Aufsicht auf eine obere Platte einer Verankerungseinrichtung xriit einem Teilquerschnitt, der die Befestigungseinrichtung für die computerbedruckten Flächenmaterialien zeigt; und
3 ein Beispiel für eine in eine Aufnahme einzusetzende computerbedruckte Folie.
In der perspektivischen Ansicht der 1 ist eine Verankerungseinrichtung in ihrer Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 10 angedeutet. Die Verankerungseinrichtung 10 wird an ihrer mit einem Kopfausschnitt versehenen Unterseite an einem festen Referenzsystem, z.B. einem Kopfring so befestigt, dass die mit C bezeichnete Vorderseite über dem Gesichtsbereich des Patienten zu liegen kommt. Aufnahmen und Führungen für die computerbedruckten Flächenmaterialien, in diesem Falle Folien, sind an der Oberseite A, der Vorderseite C und den beiden Seitenflächen B und D dargestellt, wobei die der Seite B gegenüberliegende Seite D in der perspektivischen Ansicht der 1 nicht sichtbar ist.
Zur Führung und Befestigung der computerbedruckten Flächenmateralien sind auf der oberen Seite A zwei Führungsschienen 11a sowie zwei Klemmbefestigungen 12a vorgesehen, die mittels Schrauben 13a festgeklemmt und gelöst werden können. An den Seiten B, C und D übernehmen die über die Platten überstehenden Vorsprünge der oberen Platte A und der Bodenplatte E die Funktion der Führungsschienen, die auf der oberen Platte A angebracht sind. Auch an diesen Vorsprüngen sind mittig und beiderseitig die Klemmbefestigungen 12b und 12c angebracht, die mittels ihrer Schrauben 13b und 13c zum Halten der computerbedruckten Flächenmaterialien verwendet werden.
Damit wird erkennbar, dass der festzulegende Koordinatenpunkt, mit dem der Tumor lokalisiert ist, an vier Flächen mit jeweils zwei Projektionspunkten markiert wird. Es stehen also für einen im Raum mit drei Koordinatenwerten festgelegten Punkt insgesamt acht Koordinatenwerte zur Verfügung. Bei angesetzten computerbedruckten Folien kann damit mittels dieser Überbestimmung nochmals eine visuelle Kontrolle der richtigen Anordnung der Markierungspunkte durchgeführt werden.
Auf der Vorderseite C sind vier Positionierungsmarken 14, in diesem Fall in einen Kreis eingezeichnete Kreuze vorgesehen. Die dieser Seite zugeordnete computerbedruckte Folie weist ebenfalls in derselben Position angezeichnete gleichartige Positionierungsmarken auf, so dass dann, wenn beim Anbringen und Festklemmen der Folie alle Marken miteinander übereinstimmen, davon ausgegangen werden kann, dass die Folie richtig angeordnet ist und der Bestrahlungszielpunkt in der Position dieser Seite korrekt festgelegt ist. Die Positionierungsmarken sind an jeder der Seiten anders angeordnet, so dass schon deshalb keine Verwechslung bei den Folien möglich ist, weil sich eine falsche computerbedruckte Folie nicht so auf einer nicht dazugehörigen Seite anordnen lasst, dass die Kreuzmarkierungen übereinstimmen.
Aus der 2, die in der obigen Darstellung eine obere Platte der Vomchtung gemäß der vorliegenden Erfindung sowie eine Schnittdarstellung des Befestigungsmechanismus, d.h. der Klemmen 12a, der Führungsschienen 11a und der Schrauben 13a zeigt, wird noch einmal das Befestigungsprinzip dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung deutlich. In eine Nut 16 in der oberen Platte A ist die Führungsschiene 11a eingesetzt. Mittig in dieser Führungsschie ne ist eine Schraube 13a, hier eine Rändelschraube, in ein Gewinde in der Führungsschiene eingeschraubt und drückt mit ihrer unteren Fläche von oben auf eine Befestigungsklemme 12a, wodurch diese Klemme 12a in der Lage ist, eine computerbedruckte Folie auf der oberen Fläche der Seite A zusammen mit der gegenüberliegenden Befestigungsvorrichtung festzuklemmen und zu positionieren.
Wie ebenfalls ersichtlich wird, dient der über die Platte C vorstehende Teil 11C der Platte A als Führungsschiene für eine auf der Seite C anzubringende computerbedruckte Folie. Die ebenfalls aus einer Rändelschraube 13c und einer Klemme 12c bestehende Befestigungsvorrichtung der Seite C entspricht ansonsten in Funktion und Wirkung derjenigen der Oberseite A.
Durch geeignete Konstruktionsmaßnahmen, z.B. an jeder Seite unterschiedlich abgesetzte Kanten in den Führungsschienen oder ähnliche Gestaltungsmaßnahmen ist es bei der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung sehr leicht möglich, die Führungen oder die Platten so auszubilden, dass jeweils nur die zugehörige computerbedruckte Folie auf der jeweiligen Seite A, B, C oder D anbringbar ist. Damit wird auf einfache Weise ein sehr sicheres System zur Festlegung von Bestrahlungszielpunkten zur Verfügung gestellt.
In der 3 ist eine Ablichtung einer in eine Aufnahme der Seite A einzusetzende Folie dargestellt. Die Folie ist mit der Bezeichnung A für die Seitenfläche A und mit Positionierungsmarken, auch hier in einen Kreis eingezeichnete Kreuze, versehen, die nur beim richtigen Einsetzen der Folie in die Aufnahme mit den dort befindlichen Markierungen in Übereinstimmung zu bringen sind. Ein aus X- und Y-Koordinaten bestehendes Koordinatensystem wird rechtwinklig auf der Folie aufgespannt.
Mit den aus der Computertomogaphie erhaltenen Daten sind zwei Isozentren 1 und 2 als Projektionen auf diese Fläche mit Kreuzen markiert, so dass die Erfassung des Zielpunktes durch den Strahl des Linearbeschleunigers hier mit der Genauigkeit des Computerausdrucks vorgenommen werden kann. Um die Anschaulichkeit zu verbessern und eine nochmalige visuelle Kontrolle durch den Behandelnden zu ermöglichen sind die vom Computer erfassten Umrisse des zu behandelnden Tumors ebenfalls auf der Folie aufgedruckt.
Die Folien für die anderen Seitenflächen B, C und D sind entsprechend ausgestaltet und mit Markierungen und Umrissen versehen.
Es soll noch einmal erwähnt sein, dass die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung nicht auf die Behandlung von Erkrankungen im Gehirn beschränkt ist. Durch entsprechend ausgestaltete Verankerungseinrichtungen und Referenzsysteme können mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung alle strahlentherapeutisch zu behandelnden Erkrankungen auch anderer Körperteile therapiert werden.

Claims

Vorrichtung zum Erfassen der Position von Bestrahlungszielpunkten mit a) einer Verankerungseinrichtung (10) zur Befestigung an einem Patienten-Referenzsystem, insbesondere an einem stereotaktischen Immobilisierungssystem, z. B. einem Kopfring, und b) einer an der Verankerungseinrichtung (10) angebrachten Markierungseinrichtung für mindestens einen Koordinatenpunkt in verschiedenen räumlichen Projektionen, dadurch gekennzeichnet, dass c) die Markierungseinrichtung aus mehreren, den Koordinatenpunkt räumlich festlegenden computerbedruckten Flächenmaterialien mit aufprojizierten Koordinatenmarkierungen der Bestrahlungszielpunkte besteht.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verankerungseinrichtung ein rechtwinkliges, würfel- oder quaderförmiges, auf einer Seite (E) offenes Gehäuse aufweist, das an den Seitenflächen (A, B, C, D) Aufnahmen (11, 12, 13) für die computerbedruckten Flächenmaterialien hat.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächenmaterialien Folien mit auf die jeweilige Fläche projezierten computergedruckten Koordinatenmarkierungen sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Flächenmaterialien die Umrisse des zu bestrahlenden Körpers aufgedruckt sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmen (11, 12, 13) und die zugehörigen Flächenmaterialstücke mit jeweils für nur eine Seite des Gehäuses passenden Positionierungsmarken (14) versehen sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmen (11, 12, 13) und die computerbedruckten Flächenmaterialien so ausgestaltet sind, daß jeweils nur das einer Aufnahme zugehörige Flächenmaterialstück in diese Aufnahme eingelegt werden kann.