WO2011128156A1 - Vorrichtung zur positionierung von patienten - Google Patents

Vorrichtung zur positionierung von patienten Download PDF

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WO2011128156A1
WO2011128156A1 PCT/EP2011/053415 EP2011053415W WO2011128156A1 WO 2011128156 A1 WO2011128156 A1 WO 2011128156A1 EP 2011053415 W EP2011053415 W EP 2011053415W WO 2011128156 A1 WO2011128156 A1 WO 2011128156A1
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patient
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patient table
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Wolfgang Trumler
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    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
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    • A61N5/1064—Monitoring, verifying, controlling systems and methods for adjusting radiation treatment in response to monitoring
    • A61N5/1069—Target adjustment, e.g. moving the patient support

Definitions

  • the invention relates to a device for positioning patients, in which a patient fixed on a treatment table is moved mechanically into the correct treatment position.
  • patients In the treatment of tumors in particle therapy, patients must be fixed on the treatment table in order to exclude the patient's movements, since the most accurate positioning for proper irradiation is required.
  • the table Since the patient is immobilized on the table, the table must be positioned with the patient by a movable system, usually by a robot, so that the tumor is located where it can be irradiated. This defined point in space is called the iso-center.
  • the invention relates generally to a device for positioning patients, in which a patient table is grasped by a positioning device at a point of attack, which differs substantially from the respective projection to the plane of the surface of the patient table is a treatment point, or isocenter, in which a Sys tem for measuring a ⁇ Tischverbiegung is present and in which a Tischverbiegung effected by the positioning error of the patient is corrected by the positioning means.
  • Figure 1 is an overview of an inventive
  • Figure 2 is a schematic diagram for explaining the measured value detection
  • FIG. 3 is an overview of an expanded device according to the invention.
  • FIG. 1 shows a patient table 1 is shown, which is grasped by a robot R to a point of 2, on the plane of the surface of the patient table the different action point substantially in the respective projection of a sawn 6, for example.
  • a robot R grasped by a robot R to a point of 2
  • the different action point substantially in the respective projection of a sawn 6, for example.
  • 4 ei ⁇ ner table bending is present.
  • the system for measuring the table bending consists of a transmitting part 3 and a receiving part 4.
  • the arrangement of the parts 3 and 4 is advantageously to be chosen so that the transmitting ⁇ part 3 in the respective projection on the plane of the surface of the patient table as close as possible the attacking 2 and the receiving part 4 are as close as possible to the treatment point 6 or to the iso-center so that the measured values can be directly used without major conversions, eg interpolation of the bending for the desired irradiation location.
  • FIG. 2 shows the basic structure of the system for Mes ⁇ solution of Tischverbiegung - henceforth also abbreviated to "meter" - shown with the detection of the Tischverbiegung by measuring the impact point of a beam emitted from a light source 3, the light beam 5, for example a laser beam on. 4a of a light sensor matrix, 4b takes place.
  • the Tischverbiegung is determined on the basis of the impact point of the light beam 5 on the light sensor matrix in different positions 4a and 4b.
  • the light ⁇ sensor matrix in the unloaded state, the light ⁇ sensor matrix is in a first position 4a and the light beam meets a first predetermined point of the However, when the patient table 1 is loaded and thereby bent downwardly, the light sensor array is at a second position 4b and the light beam hits a second predetermined point.
  • the distance between two measuring points is known. From the difference of the measuring points in the sensor array, the bending of the table top can be easily specified or calculated.
  • the measurement data about the state of the tabletop "be ⁇ loaded / unloaded" expanded is optionally possible ⁇ ness that the system for measuring the Tischverbiegung even calibrated by the measurement point in the unloaded was to ⁇ is stored as a reference value.
  • the computational center of the light beam can be calculated from the brightness distribution of the pixels of the light sensor matrix illuminated by the light beam.
  • a center point around which the patient table 1 fluctuates is derived by software technology, for example by time-averaging, from the temporal change of the measurement points, thereby causing a time-varying bending of the tabletop, e.g. by external shocks, is eliminated.
  • the arrangement according to the invention may optionally include, as example ⁇ as shown in Figure 3, in addition by an arrangement for measuring the rotation of the patient table 1 extends ⁇ the.
  • ⁇ as shown in Figure 3
  • an arrangement for measuring the rotation of the patient table 1 extends ⁇ the.
  • the arrangement shown is chosen so that the first Messge ⁇ advises 3, 4 measures from the point of the robot 2 at the iso-center or to the treatment in point 6.
  • the two further measured ⁇ devices each measure the bending starting from iso ⁇ center to the respective opposite edge of the table, wherein the measurement directions of the two further measuring devices 31, 41 and 32, 42 is substantially perpendicular to the measurement direction of the first measuring device 3 4.
  • the additional Mes ⁇ solutions of the table rotation, the positional deviation of a point, or tumor is calculated whose center does not lie by the Tischverbiegung table and rotation in the iso-center.
  • the calculations in the unit E are relatively simple with the help of the set of rays and the rules for translation and, if necessary, rotation of coordinate systems feasible.

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Abstract

Die Erfindung betrifft im Wesentlichen eine Vorrichtung zur Positionierung von Patienten, bei der ein Patiententisch von einer Positioniereinrichtung an einer Angriffsstelle gefasst wird, die im Wesentlichen in der jeweiligen Projektion auf die Ebene der Oberfläche des Patiententisches verschieden von einem Behandlungspunkt bzw. Iso-Zentrum ist, bei der ein System zur Messung einer Tischverbiegung vorhanden ist und bei der ein durch die Tischverbiegung bewirkter Positionierungsfehler des Patienten durch die Positioniereinrichtung korrigiert wird. Bei der Strahlenbehandlung von Tumoren in der Partikel Therapie ist eine hohe Positionsgenauigkeit von großer Bedeutung für den Behandlungserfolg. Durch die Erfindung können selbst geringe Verbiegungen im Submillimeterbereich ermittelt und kompensiert werden.

Description

Beschreibung
Vorrichtung zur Positionierung von Patienten Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Positionierung von Patienten, bei der ein auf einem Behandlungstisch fixierter Patient mechanisch in die richtige Behandlungsposition bewegt wird. Bei der Behandlung von Tumoren in der Partikel-Therapie müssen die Patienten auf dem Behandlungstisch fixiert werden, um Bewegungen des Patienten ausschließen zu können, da eine möglichst genaue Positionierung für eine korrekte Bestrahlung erforderlich ist. Da der Patient auf dem Tisch immobilisiert ist, muss der Tisch mit dem Patienten durch ein bewegliches System, meist durch einen Roboter, so positioniert werden, dass sich der Tumor dort befindet wo er bestrahlt werden kann. Dieser definierte Punkt im Raum wird als Iso-Zentrum bezeichnet .
Hierbei kommt es, besonders bei schweren Patienten, zu gerin¬ gen Verbiegungen des Tisches, die häufig zu Positionierungs¬ problemen führen, da die Positionierung eines Tumors üblicherweise im Submillimeterbereich erfolgen soll.
Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe besteht nun dar¬ in, eine Vorrichtung zur Positionierung von Patienten anzugeben, bei der dieser Nachteil möglichst vermieden wird. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 erfindungsgemäß gelöst. Die weiteren Ansprüche betreffen be¬ vorzugte Ausgestaltungen der Erfindung.
Die Erfindung betrifft im Wesentlichen eine Vorrichtung zur Positionierung von Patienten, bei der ein Patiententisch von einer Positioniereinrichtung an einer Angriffsstelle gefasst wird, die im Wesentlichen in der jeweiligen Projektion auf die Ebene der Oberfläche des Patiententisches verschieden von einem Behandlungspunkt bzw. Iso-Zentrum ist, bei der ein Sys¬ tem zur Messung einer Tischverbiegung vorhanden ist und bei der ein durch die Tischverbiegung bewirkter Positionierungsfehler des Patienten durch die Positioniereinrichtung korri- giert wird.
Bei der Strahlenbehandlung von Tumoren in der Partikel Therapie ist eine hohe Positionsgenauigkeit von großer Bedeutung für den Behandlungserfolg. Durch die Erfindung können selbst geringe Verbiegungen im Submillimeterbereich ermittelt und kompensiert werden.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei zeigt
Figur 1 eine Übersichtsdarstellung einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung, Figur 2 eine Prinzipdarstellung zur Erläuterung der Messwerterfassung und
Figur 3 eine Übersichtsdarstellung einer erweiterten erfindungsgemäßen Vorrichtung.
In Figur 1 ist ein Patiententisch 1 dargestellt, der durch einen Roboter R an einer Angriffsstelle 2 gefasst wird, die im Wesentlichen in der jeweiligen Projektion auf die Ebene der Oberfläche des Patiententisches verschieden von einem Be- handlungspunkt 6, bspw. einer Bestrahlungsstelle einer Strah¬ lenquelle S, ist und bei dem ein System zur Messung 3, 4 ei¬ ner Tischverbiegung vorhanden ist.
Das System zur Messung der Tischverbiegung besteht aus einem Sendeteil 3 und einem Empfangsteil 4. Die Anordnung der Teile 3 und 4 ist vorteilhafter Weise so zu wählen, dass der Sende¬ teil 3 in der jeweiligen Projektion auf die Ebene der Oberfläche des Patiententisches möglichst nahe bei der Angriffs- stelle 2 und der Empfangsteil 4 möglichst nahe beim dem Be¬ handlungspunkt 6 bzw. beim Iso-Zentrum liegen, um die gemessenen Werte ohne größere Umrechnungen, z.B. Interpolation der Verbiegung für den gewünschten Bestrahlungsort, direkt ver- wenden zu können.
Für evtl. erforderliche Berechnungen ist jedoch optional eine entsprechende Einheit E vorhanden. In Figur 2 ist der prinzipielle Aufbau des Systems zur Mes¬ sung der Tischverbiegung - künftig auch kurz „Messgerät" genannt - gezeigt, wobei die Erfassung der Tischverbiegung durch Messung des Auftreffpunkts eines von einer Lichtquelle 3 emittierten Lichtstrahls 5, bspw. eines Laserstrahls, auf einer Lichtsensormatrix 4a, 4b erfolgt. Die Tischverbiegung wird anhand des Auftreffpunkts des Lichtstrahls 5 auf der Lichtsensormatrix in unterschiedlichen Positionen 4a und 4b ermittelt. Im unbelasteten Zustand befindet sich die Licht¬ sensormatrix in einer ersten Position 4a und der Lichtstrahl trifft einen ersten bestimmten Punkt der Lichtsensormatrix. Wird der Patiententisch 1 jedoch belastet und dadurch nach unten verbogen, befindet sich die Lichtsensormatrix an einer zweiten Position 4b und der Lichtstrahl trifft einen zweiten bestimmten Punkt.
Durch den physikalischen Aufbau der Lichtsensormatrix ist der Abstand zwischen zwei Messpunkten bekannt. Aus der Differenz der Messpunkte im Sensorarray kann die Verbiegung der Tischplatte einfach angegeben bzw. berechnet werden. Werden die Messdaten um den Zustand der Tischplatte „be¬ lastet/unbelastet" erweitert, besteht optional die Möglich¬ keit dass sich das System zur Messung der Tischverbiegung selbst kalibriert, indem der Messpunkt im unbelasteten Zu¬ stand als Referenzwert gespeichert wird.
Aufgrund physikalischer Gegebenheiten kann es schwierig sein den Lichtstrahl 5 auf genau einen Messpunkt der Lichtsensormatrix 4a, 4b zu begrenzen. In einer optionalen Ausgestaltung der Erfindung kann deshalb der rechnerische Mittelpunkt des Lichtstrahls aus der Helligkeitsverteilung der durch den Lichtstrahl beleuchteten Bildpunkte der Lichtsensormatrix errechnet werden.
In einer weiteren optionalen Ausgestaltung der Erfindung, wird ein Mittelpunkt um den der Patiententisch 1 schwankt softwaretechnisch, bspw. durch zeitliche Mittelwertbildung, aus der zeitlichen Veränderung der Messpunkte abgeleitet, da- mit eine zeitlich schwankende Verbiegung der Tischplatte, z.B. durch externe Erschütterungen, beseitigt wird.
Die erfindungsgemäße Anordnung kann optional, wie beispiels¬ weise in Figur 3 gezeigt, zusätzlich durch eine Anordnung zur Messung der Verdrehung des Patiententisches 1 erweitert wer¬ den. Hierbei werden vorteilhafter Weise zusätzlich zu dem einen Messgerät 3, 4 weitere Messgeräte 31, 41 und 32, 42, an¬ gebracht . Die gezeigte Anordnung ist so gewählt, dass das erste Messge¬ rät 3, 4 vom Angriffspunkt des Roboters 2 zum Iso-Zentrum bzw. zum Behandlungspunkt 6 misst. Die beiden weiteren Mess¬ geräte messen jeweils die Verbiegung ausgehend vom Iso¬ Zentrum zur jeweiligen gegenüberliegenden Tischkante, wobei die Messrichtungen der beiden weiteren Messgeräte 31, 41 und 32, 42 im Wesentlichen rechtwinklig zu der Messrichtung des ersten Messgeräts 3, 4 verläuft. Durch die zusätzlichen Mes¬ sungen der Tischverdrehung wird die Positionsabweichung eines Punktes, bzw. Tumors, berechnet, dessen Mittelpunkt durch die Tischverbiegung und Tischverdrehung nicht im Iso-Zentrum liegt .
Die Berechnungen in der Einheit E sind relativ einfach mit Hilfe des Strahlensatzes und den Regeln zur Translation und ggf- Rotation von Koordinatensystemen durchführbar.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Positionierung von Patienten,
- bei der ein Patiententisch (1) von einer Positionierein- richtung ( R ) an einer Angriffsstelle (2) gefasst wird, die im Wesentlichen in der jeweiligen Projektion auf die Ebene der Oberfläche des Patiententisches verschieden von einem Be¬ handlungspunkt (6) ist,
- bei der ein System (3, 4) zur Messung einer Tischverbiegung vorhanden ist und
- bei der ein durch die Tischverbiegung bewirkter Positionierungsfehler des Patienten durch die Positioniereinrichtung ( R ) korrigiert wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
bei der das System (3, 4) zur Messung einer Tischverbiegung im Empfangsteil (4) zur Detektion des Positionierungsfehlers eine Lichtsensormatrize (4a, 4b) enthält.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2,
bei der eine Einheit ( E ) derart vorhanden ist, dass, sofern von einem Lichtstrahl (5) des Sendeteils (3)
mehrere Sensoren der Lichtsensormatrix (4a, 4b) erfasst werden, ein Mittelpunkt des Lichtstrahls aus der Helligkeitsver- teilung der durch den Lichtstrahl beleuchteten Sensoren errechnet wird.
4. Vorrichtung nach einem Anspruch 2 oder 3,
bei der eine Einheit ( E ) derart vorhanden ist, dass, sofern von einem Lichtstrahl (5) des Sendeteils (3) im zeitlichen
Verlauf unterschiedliche Sensoren der Lichtsensormatrix (4a, 4b) erfasst werden, ein Mittelpunkt um den der Patiententisch (1) in seiner Tischverbiegung zeitlich schwankt errechnet wird .
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Sendeteil (3) in der jeweiligen Projektion auf die Ebene der Oberfläche des Patiententisches möglichst nahe bei der Angriffsstelle (2) und der Empfangsteil (4) möglichst nahe beim dem Behandlungspunkt (6) liegen.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der zusätzlich ein System (31, 41, 32 und 42) zur Messung der Verdrehung des Patiententisches (1) vorhanden ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6,
bei der zur Messung der Verdrehung des Patiententisches (1) zwei weitere Systeme (31, 41 und 32, 42) zur Messung einer
Tischverbiegung vorhanden sind, wobei die Messrichtungen der beiden weiteren Systeme im Wesentlichen +90° und -90° zu der Messrichtung des ersten Systems (3, 4) verlaufen.
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