DE69031626T2

DE69031626T2 - Verfahren zur verwendung bei der radiochirurgie

Info

Publication number: DE69031626T2
Application number: DE69031626T
Authority: DE
Inventors: Tomasz Helenowski
Original assignee: DOSE PLAN Inc
Current assignee: DOSE PLAN Inc
Priority date: 1990-06-04
Filing date: 1990-06-04
Publication date: 1998-05-28
Anticipated expiration: 2010-06-05
Also published as: ATE159411T1; CA2083699A1; ES2112252T3; WO1991018644A1; DE69031626D1; EP0497768B1; EP0497768A4; EP0497768A1

Description

Gebiet der Erfindung

Diese Erfindung bezieht sich auf eine Verfahren zur Unterstützung der Planung einer Radiochirurgie unter Anwendung eines Gamma-Messer-Geräts, wobei das Verfahren umfaßt: Elektro-. nisches Auftragen eines digitalisierten dreidimensionalen Echtzeit-Bilds der interessierenden Bereiche unter Entwicklung von X-, Y- und Z-Koordinaten aus vorgegebenen Bezugspunkten auf dem Bild und Manövrieren des Bilds durch den stereoskopischen Raum in die. X-, Y- und Z-Koordinaten, um alle möglichen Sichtlinien auf das Bild zu erhalten.
Das Verfahren umfaßt die Sichtbarmachung des Behandlungsvolumens und der umgebenden Strukturen in dreidimensionaler Echtzeit-Darstellung mit Hilfe eines Computers unter Verwendung stereoskopischer Ansichten. Infolgedessen umfaßt das Verfahren nach der Erfindung das elektronische Überlagern des Bilds mit einer Abbildung des Behandlungsvolumens und dann das simultane Drehen des Bilds und der Behandlungsvolumenabbildung durch den stereoskopischen Raum, um die optimale Plazierung der Behandlungsvolumenabbildung zu bestimmen.
Die Behandlungsbereiche können aus Informationen dargestellt werden, die aus CT-Abtastscheiben oder einem MRI-Abtastgerät gewonnen werden, die beide zweidimensionale Querschnittsbilder des Bereichs erzeugen. Diese strukturellen Bereiche werden dann zur Betrachtung unter irgendeinem Winkel unter Benutzung einer Echtzeit-Computerdarstellung gedreht. Diese computerverstärkte Darstellung bildet die stereoskopischen dreidimensionalen Ansichten, die bei dem radiochirurgischen Verfahren verwendet werden.
Die Behandlungsdosen, die Behandlungseinheiten sind, die durch ein Gamma-Messer erzeugt werden können, werden durch eine Volumenanzeige dargestellt, die etwa die 50-Prozent- Isodosenkurve umreißt. Diese Volumen, die für das Gamma- Messer im wesentlichen sphärisch sind, werden als "Shots" bezeichnet, die dann durch das vorliegende Verfahren im dreidimensionalen Raum bewegt und auf dreidimensionalen Darstellungen in Echtzeit dargestellt werden.
Das Verfahren nach der Erfindung ist zur Verwendung in der stereoskopischen Angiographie adaptierbar, wobei es sich um die Darstellung der Blutgefäße im Gehirn handelt. Bei der Verwendung von zwei simultan angezeigten stereoskopischen ortogonalen Ansichten, die um 90 Grad relativ zueinander gedreht werden können, läßt sich die präzise Lokalisierung der X-, Y- und Z-Koordinaten erhalten. Ein Cursor kann im dreidimensionalen Raum auf der stereoskopischen Angiographiedarstellung unter simultaner Darstellung des Cursors in beiden orthogonalen Ansichten bewegt werden. Indem man ihn simultan in Echtzeit auf beide orthogonale Ansichten projiziert sehen kann, kann eine präzise Lokalisierung der Blutgefäße erhalten werden.
Die aus irgendeiner der Untersuchungen, CT, MRI und Angiographie bestimmten Abtastscheiben können simultan auf einem oder mehreren Computermonitoren als Querschnitte angezeigt werden. Eine Echtzeit-Anzeige der Shot-Näherungen werden in sämtlichen Ebenen simultan im Querschnitt gezeigt. Die Shots können dann in Echtzeit auf allen diesen Querschnitten bewegt werden, um zu bestimmen, wie sie innerhalb der Scheiben und einander interagieren.

Stand der Technik

Die mechanische und elektronische Ausrüstung und Apparatur, die in der stereotaktischen Chirurgie eingesetzt wird, ist gegenwärtig verfügbar und ihre Funktion zur Anwendung auf dem spezifischen Gebiet ist in der Fachwelt bekannt.
Eine zusammenfassende Einführung in die zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens notwendigen Apparaturen findet man in einem Artikel mit dem Titel "Stereotactic Neurosurgery Planning on a PC Based Work Station", Seiten 75 - 81, Journal of Digital Imaging 1989, Vol 2, Nr. 2, worauf der erste Teil des Anspruchs 1 basiert. Bezüglich dreidimensional rekonstruierter CT-Bilder siehe Journal Computer Assist Tomography, Vol. 12 Nr. 1, 1988, Technical Note Holography of 3 D Surface Reconstructed CT Images. Siehe außerdem den Artikel "Stereoscopic Computed Three-Dimensional Surface Displays", Radiographics Vol. 5 Nr. 6, November 1985.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Das in dieser Anmeldung beschriebene erfindungsgemäße Verfahren ist am besten unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen verständlich, in welchen zeigt:
Fig. 1 ein Flußdiagramm des Verfahrensablaufs Schritt für Schritt und
Fig. 2 ein Flußdiagramm des Anzeigeprogramms des Verfahrens bei dessen Ausführung.

Beschreibung der Erfindung

Die unter Verwendung von Bildquellen, welche die cerebrale Struktur im Zusammenwirken mit einer computerisierten Arbeitsstation einschließlich der verfügbaren Software definiert, ausgeführte stereotaktische Chirurgie stellt ein annehmbares medizinisches Verfahren dar. Die Methode der Entwicklung der notwendigen Bilder sowie der Bahnverläufe der Schüsse energiereicher ionisierender Strahlung wird durch Verwendung des stereotaktischen Rahmens erhalten, der die Koordinatengeometrie entwickelt. Die Behandlungsbereiche werden aus Informationen dargestellt, die aus Modalitäten wie beispielsweise CT, MRI und DSA abgeleitet werden.
Wie durch Fig. 1 dargestellt ist, beginnt das Verfahren mit dem Plazieren eines stereotaktischen Rahmens auf dem Patienten, und durch diesen werden resultierende grafische Punkte bestimmt. Im Schritt 2 werden diese Bezugsgrafiken mit Abtastscheiben überlagert, die durch CT- oder MRI-Verfahren erhalten werden, welche die zu behandelnden Bereiche in ihrer Beziehung zu der umgebenden sicheren Struktur zeigen.
Im Schritt 3 werden dann die Kopfmaße in die bereits existierende Software koordiniert, so daß Targetbereiche und sichere Struktur digitalisiert werden können. Im dritten Schritt werden die dreidimensionalen Bilder von Target und sicheren Strukturbereichen dargestellt. Im folgenden Schritt können selektive Teile dieser Bilder coloriert und gedreht werden, um alle möglichen Sichtlinien zu erhalten, so daß vorgesehene Schüsse optimal auf die Targetbereiche positioniert werden können, entsprechend deren Konfiguration einschließlich Länge, Breite und Tiefe.
Im abschließenden Schritt. werden die perspektifischen Isodosenkurven auf diese Bilder aufgelegt. In dieser Stufe kann bestimmt werden, ob die Schüsse der Targetabbildung entsprechen oder nicht. Diese kontinuierliche unbehinderte Betrachtung aus unterschiedlichen Drehwinkeln ermöglicht eine Echtzeit-Darstellung des Targetbereichts, der sicheren Struktur sowie der Schußpositionen und Volumen.
Das Verfahren ermöglicht die Einstellung von Volumen und Position jedes einzelnen Schusses, was den Operator in die Lage versetzt, sicherzustellen, daß keine Schußüberlagerungen stattfinden, die ein unerwünschtes Bestrahlungsmaß erzeugen würden. Die stereoskopische Darstellung der Schüsse und der zu behandelnden Bereiche ermöglicht eine optimale Plazierung der Isodosenkurve.
Wenn nur ein Grafikbildschirm zur Anzeige verfügbar ist, werden die Scheiben um den aktiven Schuß und so viele zusätzliche Scheiben wie möglich angezeigt. Wenn mehrere Grafikbildschirme verfügbar sind, werden alle Scheiben angezeigt. Die Schußmanipulation in Echtzeit wird auf den Scheiben unter Verwendung der gleichen Steuerfunktionen wie für die dreidimensionale Anzeige dargestellt.
Das vorstehend beschriebene Verfahren ermöglicht es dem Operator, in den Umriß des Behandlungsvolumens (Schüsse) und sonstigen interessierenden Bereiche (Tumore oder beeinflußte Strukur) einzutreten unter Weglassung oder Ermöglichung des Ausschlußes auszusparender, per Definition kritischer Strukturen. Diese Darstellung wird aus einer Reihe transversaler axialer Biluer konstruiert. Diese Umrisse werden dann als Linienmodell-Stereopaar-Bildgruppe angezeigt. Durch Anwendung eines Anzeigesystems, das es erlaubt, jedes der Bilder mit dem richtigen Auge zu betrachten, werden die Strukturen als dreidimensionales Modell dargestellt.
Näherungen der Schüsse werden dann auf dieser Darstellung überlagert und können im stereotaktischen Raum bewegt werden. Das gesamte Bild kann dann in jeder Richtung zur optimalen Betrachtung der Targets und Schüsse gedreht werden. Teile des gesamten Volumens können zur Betrachtung ausgewählt werden, um eine bessere Sichtbarmachung der Schußpositionen relativ zu den Targeträndern zu ermöglichen.
Diese neue Funktion erlaubt es dem Operator, eine sehr effektive Näherung der Schüsse zum Abdecken des Targets zu erhalten, und die Fähigkeit, die kritischen Strukturen zu vermeiden. Nach Plazieren der Schüsse können ihre berechneten Isodosenkonturen als stereoskopisches Paar angezeigt werden, das dem digitalisierten Bild überlagert ist, und es kann zur genauen Prüfung gedreht werden.
Die folgenden Daten, die durch das Flußdiagramm der Fig. 2 dargestellt sind, werden zur vorhandenen Software zugegeben und umfassen als Schritt 1 das Digitalisieren von CT- oder MRI-Bildern sowie das Digitalisieren von Scheiben aus der berechneten Axialtomografieabtastung / MRI-digitalisierten Bildem, einschließlich Laplace- und anderen Randnachweisalgorithmen. Schritt 2 benutzt einen Maus-Digitalisierer zur Wahl der Anzeigekurven, wobei die Anzeigecharakteristiken sowie die Schußpositionen eingestellt werden. Dieser Schritt ermöglcht das Aufbereiten von Kurven und / oder Löschen von Kurven und stellt nach Bedarf die Bezugsdistanz dar.
Der abschließende Schritt erfordert das Berechnen des Dosimetriezentrums aus orthogonalen Bildern unter Verwendung früherer Programmierung einschließlich Verwendung der Digitalisierereingabe aus den erstellten Achsen sowie der Eingabe aus dem Dosimietriezentrum. Zu dem folgenden kann eine manuelle Eingabe von Skalenablesungen hinzugefügt werden.
Es ist notwendig, Minimum/Maximum-X-Werte, Y-Werte für den gegebenen Z-Wert aus dem Angio-Umriß zum Korrelieren der transversalen axialen CT- oder MRI-Bilder zu erzeugen. Ebenso mssen Querschnittsdarstellungen aus digitalisierten angiografischen Darstellungen erzeugt werden, um die Querschnitte mit anderen Untersuchungen zu korrelieren.
Die Dosimetriezentrum-Berechnungen können aus AP- und LAT- Darstellungen erstellt werden. Angiografische Umrisse werden aus orthogonalen Ansichten zur Anzeige digitalisiert Angiografische Volumen können außerdem aus orthogonalen Ansichten zur Anzeige digitalisiert werden. Das Digitalisieren der angiografischen Volumen aus orthogonalen stereoskopischen Ansichten zur Anzeige erfolgt unter Verwendung koplanarer Scheiben, Das Planen des angiografischen Volumens aus den orthogonalen stereoskopischen Ansichten erfolgt unter Verwendung von Schußnäherungen. Das Erzeugen vorhergesagter Angio- Umrisse erfolgt aus digitalen CT-Scheiben, und es wird eine 3-D-Mauseingabe zur Abbildungs information verwendet.
Das Programm kann ein erstes Menü umfassen, welches die Anzeige und Einstellung von Farbbildern einschließlich Farbe zur Bildverdeckung sowie von Farbe zur Abbildung ermöglicht, eine Gelenkdarstellung von Achsen, eine Ein/Aus-Verzögerung der Wegnahme verdeckter Gelenklinien, Farbänderung, farbcodierte Bildschirmmarkierungen und schließlich eine Ausdruck- Instruktionshandbuch.
Ein weiteres Menü kann Daten umfassen, die sich auf die Schüsse beziehen, so daß diese modifiziert, aufbereitet oder zur Anzeige ausgewählt werden können. Jeder Schuß kann bewegt werden oder alle erforderlichen Schüsse können zusammen zur Bewegung in neue Koordinaten gekuppelt werden, ein Ausdruck von Schüssen kann unter Anzeige eingesparter Schüsse und geladener Schüsse mit allen auf Kula übertragenen Schußinformationen erhalten werden.
Das erste Menü ermöglicht dann das Drehen und Einstellen der Bilder und der Schußvolumen. Es ermöglicht die Anzeige aller Kurven mit Ausnahme derjenigen der Schüsse sowie die Darstellung der Schüsse ohne die anderen Kurven, um darzustellen, wie sie alle zusammenwirken. Das Menü zeigt alle Punkte außerhalb eine spezifischen Distanz von der Z-Koordinate des Zentrums oder alle Schüsse außerhalb einer spezifischen Distanz vom Zentrum an.
Das zweite Menü ermöglicht die Aktivierung eines Zielcursors, der eine variable Größe in der Z-Richtung hat und der, wenn er aktiviert wird, die Anzeige der Kurven bewirkt, die in den vom Zielkursor angezeigten Z-Bereich fallen. Das zweite Menü aktiviert die Grafikanzeige zwischen der stereoskopischen 3-D-Anzeige und den Scheiben sowie die simultane Anzeige der Scheiben, mit darin überlagerten Schußdarstellungen.
Während das bevorzugte Verfahren zur Ausführung der Erfindung dargestellt und beschrieben worden ist, ist dieses variierbar und modifizierbar, ohne von der in den anliegenden Patentansprüchen beanspruchten Erfindung abzuweichen.

Claims

1. Verfahren zur Unterstützung der Planung eines radiochirurgischen Eingriffs unter Verwendung eines Gamma-Messer-Geräts, wobei das Verfahren umfaßt:

das elektronische Auftragen eines digitalisierten dreidimensionalen Echtzeit-Bilds der interessierenden Bereiche,

das Entwickeln von X-, Y- und Z-Koordinaten aus vorgegebenen Bezugspunkten auf dem Bild,

das Manövrieren des genannten Bildes durch den stereoskopischen Raum in den X-, Y- und Z-Koordinaten, um alle möglichen Sichtlinien des genannten Bildes zu erhalten,

gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

elektronisches Überlagern des Bildes mit einer Abbildung des Behandlungsvolumens, und dann

simultanes Drehen des genannten Bildes und der Behandlungsvolumenabbildung durch den stereoskopischen Raum zur Bestimmung der optimalen Plazierung der Behandlungsvolumenabbildung.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch das Auswählen von Teilen der interessierenden Bereiche sowie von Abschnitten der Behandlungsabbildung zur simultanen Bewegung.

3. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch das Färben der angezeigen interessierenden Bereiche sowie der Behandlungsabbildung mit ausgewählten Farbtönen und Wechseln der Farbtöne der gewählten gefärbten Bereiche.

4. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch das Auswählen von Abschnitten der angezeigten interessierenden Bereiche, die definierte Linien haben, und Hervorheben der definierten Linien ausgewählter Abschnitte.

5. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch das Berechnen von Isodosenkonturen, die als im digitalisierten Bild überlagerte stereoskopische Paare angezeigt werden, und Manipulieren dieser Konturen durch den stereoskopischen Raum.