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Die
Erfindung betrifft allgemein eine Strahlentherapieanlage zur Behandlung
von Tumoren oder dergleichen und insbesondere eine Rechenmethode
zum Ausrichten eines Patienten auf einen zuvor vorbereiteten Bestrahlungsbehandlungsplan.
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Medizinische
Anlagen zur Strahlentherapie behandeln Tumorgewebe mit einer Hochenergiestrahlung.
Die Intensität
der Strahlung und ihre Platzierung müssen genau gesteuert werden,
um sicherzustellen, dass der Tumor eine ausreichende Strahlung erhält, um zerstört zu werden,
und um eine Beschädigung
des umgebenden und benachbarten nicht tumorösen Gewebes zu minimieren.
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Bei
der Strahlentherapie mit einer externen Strahlenquelle behandelt
die in Bezug zu dem Patienten externe Strahlungsquelle den jeweiligen
internen Tumor. Die externe Quelle ist normalerweise derartig justiert,
dass ein Strahl nur direkt auf die tumoröse Stelle gerichtet ist. Die
Hochenergiestrahlungsquelle kann eine Röntgenstrahlenquelle oder eine Elektronenstrahlenquelle
eines Linearbeschleunigers im Bereich von 2 bis 25 MeV oder eine
Gammastrahlenquelle hochfokussierter Radioisotope wie eine Kobalt-60-Quelle
mit einer Energie von 1,25 MeV sein.
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Typischerweise
wird der Tumor unter verschiedenen, d. h. unterschiedlichen Winkeln
behandelt, wobei die Intensität
und die Form des Strahles passend eingestellt wird. Die Möglichkeit
mehrere Strahlen zu verwenden, die auf die Stelle des Tumors zusammenlaufen,
dient zur Reduzierung der Dosis auf Flächen des umgebenden nichttumorösen Gewebes.
Die Winkel, unter welchen der Tumor bestrahlt wird, werden ausgewählt, um
Winkel zu vermeiden, die in einer Bestrahlung von besonders empfindlichen
Strukturen in der Nähe
der tumorösen
Stelle resultieren würden.
Die Winkel und Intensitäten
der Strahlen für
einen besonderen Tumor bilden einen Behandlungsplan für diesen
Tumor.
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Ein
hochgenaues Verfahren zur Steuerung der Dosis für einen Patienten benutzt eine
Strahlenquelle, die einen Fächerstrahl
erzeugt, der aus vielen individuellen Strahlen zusammengesetzt ist,
deren Intensität
voneinander unabhängig
gesteuert werden kann. Der Fächerstrahl
umkreist den Patienten in einer Ebene, die eine Scheibe, d. h. einen
scheibenförmigen
Bereich des Patienten bestrahlt, während die Intensität jedes
einzelnen Strahles des Fächerstrahles
als eine Funktion dieses Winkels moduliert wird. Durch passende
Auswahl der Strahlenintensitäten bei
verschiedenen Winkeln können
komplexe Regionen innerhalb der Scheibe genau bestrahlt werden. Das
US-Patent 5 317
616, das am 31. Mai 1994 für den
Anmelder der vorliegenden Patentanmeldung erteilt worden ist, beschreibt
die Konstruktion einer solchen Maschine und ein Verfahren zum Berechnen der
notwendigen Strahlenintensitäten
als eine Funktion des Winkels.
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Um
den Vorteil der verbesserten Genauigkeit der Dosisplatzierung auszunutzen,
die durch solche Bestrahlungstherapiesysteme zur Verfügung gestellt wird,
muss der Bestrahlungsbehandlungsplan auf ein berechnetes Tomographie("CT")-Bild des Patienten ausgelegt
werden, wie es beispielsweise in der EP-A-0 673 661 beschrieben
ist. Wie aus dem Stand der Technik bekannt ist, wird ein CT-Bild
durch eine mathematische Rekonstruktion vieler Projektionsbilder
erzeugt, die in verschiedenen Winkeln um den Patienten aufgenommen
werden. Bei einer typischen Fächerstrahl-CT-Abtastung
sind die Projektionen eindimensionale Linienbilder, die die Dämpfung bzw. Schwächung des
Fächerstrahles
durch eine "Scheibe" des Patienten anzeigen.
Nach Rekonstruktion des zweidimensionalen Tomographiebildes der Scheibe
werden Projektionsdaten, die an sich unverständlich sind, vom Anwender nicht
länger
verwertet oder sie sind nicht länger
zugänglich.
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Mit
Hilfe des CT-Bilds sieht der Radiologe den tumorösen Bereich und bestimmt die
Strahlenwinkel und Intensitäten,
die zur Behandlung des Tumors verwendet werden sollen. Bei einem
automatisierten System wählt
ein Computerprogramm die Strahlenwinkel und Intensitäten, nach
welchem der Arzt den tumorösen
Bereich und die obere und die untere Dosisgrenze für die Behandlung
festgelegt.
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Normalerweise
wird das CT-Bild des Patienten im wesentlichen vor der Strahlenbehandlung
gewonnen, um für
den auszuarbeitenden Behandlungsplan Zeit zu gewinnen. Daraus resultiert,
dass sich die Positionierung des Patienten im Zeitraum zwischen
der CT-Bild-Gewinnung und der Strahlenbehandlung verändert haben
wird. Das ist auch in den Fällen
zutreffend, in welchen die Behandlung während einer Anzahl zeitlich
verschiedener Behandlungssitzungen stattfindet.
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Diese
Ungewissheit in der Positionierung des Patienten in Bezug zum Original-CT-Bild kann viele
der Genauigkeitsvorteile zunichte machen, die von der Verwendung
eines CT-Bildes für
den Behandlungsplan erwartet werden.
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Die
vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zur Korrektur von Ausrichtungsfehlern
beim Positionieren des Patienten zwischen dem Zeitpunkt eines dem
Behandlungsplan zugrunde liegenden CT-Bildes und der Strahlentherapie
durch Vergleich einer oder mehrerer vom Patienten unmittelbar vor der
Strahlentherapie aufgenommenen radiographischen Projektionen zum
Auswählen
bzw. Abgleichen der Projektionen des CT-Bildes, die dem Behandlungsplan
zugrunde lagen. Durch die Verwendung der unbearbeiteten Projektionsdaten
vom CT-Bild vor der eigentlichen Widerherstellung des Bildes, kann der
Vergleich schnell und ohne zusätzlichen
Zeitaufwand für
tomographische Rekonstruktionen durchgeführt werden. Lineare Verschiebungen,
Rotationen und Verdrehungen des Patienten (nachfolgend zusammengefasst
als "Bewegung" bezeichnet) können alle
erfasst und entweder durch Modifizierung des Bestrahlungsbehandlungsplanes
oder durch Repositionierung des Patienten kompensiert werden.
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Insbesondere
enthält
das Verfahren einen planungstomographischen Projektionssatz für den Behandlungsumfang
im Patienten. Ein späterer
Bestätigungsprojektionssatz
des Behandlungsumfangs des Patienten, der eine zweite Position einnimmt,
ist ebenfalls Teil des Verfahrens. Ein elektronischer Rechner erzeugt
einen Bestrahlungsbehandlungsplan für den planungstomographischen
Projektionssatz, wobei der Behandlungsplan mindestens eine Orientierung
eines Bestrahlungsstrahles in Bezug zum Patienten beschreibt, der
eine gewünschte
Behandlung des Patienten liefert. Der Computer erhält auch
den Bestätigungsprojektionssatz
(üblicherweise
zu einem späteren
Zeitpunkt) und vergleicht die Bestrahlungsprojektionen des planungstomographischen
Projektionssatzes mit den Bestrahlungsprojektionen des Bestätigungsprojektionssatzes,
um eine Neupositionierung des Patienten zwischen der ersten und
der zweiten Position zu bestimmen. Die Behandlung des Patienten
wird dann entsprechend der durch den elektronischen Rechner bestimmten
Verstellung geändert.
Der Vergleich der Projektionen kann eine einfache Wechselbeziehung
zwischen Projektionen entlang bestimmter Achsen sein.
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Folglich
besteht eine Aufgabe der Erfindung darin, eine Maschine zu schaffen,
die eine exakte Erfassung eines vorher vorbereiteten Behandlungsplanes
für einen
Patienten zum Zeitpunkt der Bestrahlung ermöglicht, wobei die Maschine
eher direkt auf die radiographischen Projektionen zurückgreift
als auf die Rekonstruktion des Volumens solcher Projektionen, da
die letztere eine zusätzliche
Verzögerung des
Behandlungsprozesses mit sich bringen würde.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Notwendigkeit
zur Zeit der Strahlentherapie zu begrenzen, vollständige tomographische Projektionssätze des
Patienten zu erhalten, wie sie zum Vergleich tomographischer Bilder
notwendig sind. Die Möglichkeit
zum direkten Vergleich der Projektionsdaten erlaubt es, die Anzahl
der vom Patienten zu nehmen Projektionen zu beschränken. Beispielsweise
kann eine einzige Projektion entlang jeder der x, y und z-Achse
einen genauen x, y und z-Ausgleich bestimmen.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Registriereinrichtung
zu schaffen, die komplexe Kombinationen der Rotation, Translation und
Drehung des Patienten berücksichtigen
kann. Die zwischen dem Planungs- und Bestätigungsprojektionssatz verglichenen
Projektionen können
einzelne Projektionslinien sein, die durch einen Fächerstrahl
erzeugt werden. Mehrfachvergleich von Mehrfachlinien liefert eine
Serie unterschiedlicher Ausgleiche, die als Gesamtheit analysiert
werden können, um
komplexe Änderungen
der Patientenposition zu erfassen.
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Die
obigen und andere Aufgaben und Vorteil der Erfindung werden durch
die nachfolgende Beschreibung deutlich. In der Beschreibung wird
auf die anliegenden Zeichnungen Bezug genommen, die ein Teil derselben
bilden und in der zur Illustration eine bevorzugte Ausbildung der
Erfindung dargestellt ist. Diese Ausbildung stellt nicht notwendigerweise
den vollen Umfang der Erfindung dar, und es muss Bezug auf die Ansprüche genommen
werden, um den Umfang der Erfindung zu interpretieren.
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1 ist
eine perspektivische, abgeschnittene Ansicht eines Strahlentherapiesystemes,
das zur Akquisition d. h. zur Auswertung von Bestrahlungsprojektionen
und zur Erzeugung von hochenergetischen Bestrahlungstherapiestrahlen
vorgesehen ist, und die einen Patiententisch zur Lagerung eines
Patienten auf diesem zeigt;
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2 ist
eine vereinfachte Ansicht einer Scheibe d. h. eines scheibenförmigen Bereichs
eines Gegenstandes, wie eines Patienten, die Linienprojektionen
des Gegenstandes zeigt, die an zwei Winkeln q genommen worden sind,
mit Abschwächungen
A entlang der Dimension t in der vertikalen Achse jeder Projektion;
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3 ist
ein Sinogramm, das aus vielen Linienprojektionen wie diesen geformt
ist, wie sie in 2 über 360 Grad des Winkels q
mit der Abschwächung
der Projektionen erwartet werden, die durch die Schraffur angezeigt
sind;
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4 ist
eine perspektivische Ansicht eines vereinfachten Gegenstandes, der
abgetastet d. h. gescanned werden kann, wobei eine schraubenlinienförmige und
Scheibe-für-Scheibe-Abtastbahn
dargestellt ist;
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5 ist
ein Satz von Sinogrammen des Gegenstandes gemäß 4, wie er
bei einer Scheibe-für-Scheibe-Abtastung
erzeugt werden kann;
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6 ist
ein Sinogramm des Gegenstandes gemäß 4, wie es
bei einer schraubenlinienförmigen
Abtastung erzeugt werden kann;
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7 ist
ein abgebildeter Gegenstand ähnlich
dem gemäß 2,
der einen gleichmäßigen Querschnitt
besitzt und über
einem vereinfachten Sinogramm dieses Gegenstandes positioniert ist;
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8 ist
eine der 7 ähnliche Figur, die den gleichen
Gegenstand zeigt, der jedoch in Bezug zum Zentrum der Abtastung
nach rechts verstellt ist, und die die Änderung im Sinogramm zeigt,
die durch diese Verschiebung verursacht ist;
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9 ist
eine der 7 ähnliche Zeichnungsfigur, die
den gleichen Gegenstand zeigt, der in Bezug zum Zentrum der Abtastung
nach oben verstellt ist, und die die Änderung im Sinogramm zeigt, die
durch diese Verschiebung verursacht ist;
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10 ist
eine der 7 ähnliche Zeichnungsfigur, die
eine vereinfachte Darstellung eines willkürlich abgebildeten Gegenstandes
und sein Sinogramm mit senkrechten Projektionen, die durch Pfeile
markiert sind, zeigt;
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11 ist
eine der 10 ähnliche Zeichnungsfigur, die
den Gegenstand in einer willkürlichen Verstellung
zeigt und die eine Darstellung eines Bereiches seines Sinogrammes
entsprechend dem Sinogramm gemäß 10 verdeutlicht;
und
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12 ist
eine Flussdiagrammdarstellung zur Verdeutlichung der prinzipiellen
Schritte des Verfahrens der vorliegenden Erfindung.
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Wie
aus 1 ersichtlich ist, enthält eine Strahlentherapiemaschine 10,
die zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung geeignet ist,
einen strahlendurchlässigen
Tisch 12, der ein freitragendes Oberteil 14 besitzt.
Das Tischoberteil 14 wird in einer Bohrung 18 eines
ringförmigen
Gehäuses 20 der
Maschine 10 aufgenommen, wobei der Tisch 12 entlang Schienen 16 beweglich
ist, die sich entlang einer z-Achse eines kartesischen Koordinatensystems 22 erstrecken.
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Der
Tisch 12 enthält
außerdem
ein internes Schienengebilde und eine Hebeeinrichtung (die nicht dargestellt
sind), um eine Einstellung des Oberteils 14 in einer seitlichen
horizontalen Position (angezeigt durch die x-Achse des Koordinatensystems 22)
und vertikal (angezeigt durch die y-Achse des Koordinatensystems 22)
zu ermöglichen.
Die Bewegung in der x-y-Richtung ist durch den Durchmesser der Bohrung 18 begrenzt.
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Ein
rotierendes Portal 24, das zur Bohrung 18 koaxial
vorgesehen und im Gehäuse 20 angeordnet
ist, trägt
an seiner Innenoberfläche
eine Röntgenstrahlquelle 26 und
eine Hochenergiestrahlenquelle 28. Die Röntgenstrahlenquelle 26 und
die Strahlenquelle 28 drehen sich mit dem Portal 24 um
ein Rotationszentrum 64, das in der Nähe der Oberseite des Patiententisches 12 vorgesehen
ist, wenn das Tischoberteil 14 in der Bohrung 18 positioniert
ist.
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Die
Röntgenstrahlenquelle 26 ist
kollimiert, um einen Fächerstrahl 30 zu
erzeugen, der im allgemeinen in der x-y-Ebene liegt und die Bohrung 18 und
folglich das Tischoberteil 14 kreuzt, wenn das Tischoberteil 14 in
der Bohrung 18 positioniert wird. Der Fächerstrahl 30 divergiert
um eine zentrale Achse 31, deren Winkel durch die Position
des Portals 14 gesteuert wird. Die Achse 31 wird
nachfolgend als die Projektionsachse bezeichnet.
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Nach
dem Herausbewegen des Tischoberteils 14 wird der Fächerstrahl 30 durch
einen linearen Felddetektor 32 empfangen, der der Strahlungsquelle 28 diametral
gegenüber
liegend positioniert ist. Folglich erlaubt das rotierende Portal 24 die
Gewinnung fächerstrahl-radiographischer
Projektionen eines Patienten auf dem Tischoberteil 14 bei
einer Vielzahl von Winkeln q um den Patienten.
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Die
Strahlenquelle 28 ist derartig angeordnet, dass sie einen
Fächerstrahl
einer hochenergetischen Strahlung 34 ähnlich dem Fächerstrahl 30 projiziert,
der jedoch den Fächerstrahl 30 unter
einem rechten Winkeln kreuzt, um an der anderen Seite des Portals 24 durch
den Strahlendetektor und Anschlag 36 empfangen zu werden.
Der Fächerstrahl
hochenergetischer Strahlen 34 divergiert um eine Strahlungsachse,
die innerhalb des Strahles zentriert und zur Projektionsachse 31 senkrecht
ist.
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Die
Strahlungsquelle 28 besitzt eine Kollimator 38,
der an ihrer Vorderseite angebracht ist, um den Fächerstrahl
hochenergetischer Strahlung 34 in eine Vielzahl benachbarter
Strahlen zu unterteilen, deren Intensität individuell gesteuert werden
kann. Ein derartiger Kollimator ist im US-Patent 5 317 616 der Anmelder
der vorliegenden Anmeldung beschrieben. Die Anordnung der Strahlungsquelle 28 und
der Röntgenstrahlquelle 26 sind
genau gekennzeichnet, so dass Bilder, die von der Strahlungsquelle 28 erhalten
werden, dazu verwendet werden könne,
auf die Strahlungsquelle 28 zu ziehen.
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Ein
Computer 40 besitzt einen Bildschirm 42 und eine
Maus und Tastatur 44, die an sich bekannt und an die Strahlentherapiemaschine 10 angeschlossen
sind, um die Bewegung des Tisches 12 zu steuern und den
Betrieb des Portales 24 gemeinsam mit dem der Strahlungsquelle 28 und
der Röntgenstrahlenquelle 26 zu
koordinieren und Daten von dem linearen Felddetektor 32 während einer
Abtastung des Patienten entsprechend den bekannten Verfahren zu
sammeln.
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Wie
aus 2 ersichtlich ist, enthält eine Scheibe 50 eines
abgebildeten Gegenstandes, wobei die Abbildung entlang der x-y-Ebene
erfolgt ist, ein schwach dämpfendes
Material 52, das zwei Einschlüsse 54 hochdämpfenden
Materials besitzt. Strahlung, die sich entlang Strahlenachsen 31 durch die
Scheibe 50 (entlang eines vertikalen oder eines anterioren/posterioren
Winkels ("AP")) erstreckt, erzeugt
eine Projektion 56, die die Schwächung der Röntgenstrahlung aufzeichnet,
die sich durch die Scheibe 50 entlang einer einzigen Linie
senkrecht zur Strahlenachse 31 erstreckt. Der Abstand entlang
dieser Senkrechten zur Projektionsachse ist mit t bezeichnet. Die
Einschlüsse 54 können am
vertikalen Winkel aufgelöst
werden, und von nun an sind in der Projektion 56 zwei Dämpfungsspitzen 58 vorhanden.
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Im
Gegensatz hierzu fluchten bei einer zweiten Projektion entlang einer
Projektionsachse 31' bei einem
Winkel q gegen die Vertikale die Einschlüsse 54, so dass die
Projektion 56' eine
einzige Dämpfungsspitze 58' zeigt.
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Wie
die 3 zeigt, können
Projektionen an einem unterschiedlichen Winkel q über 360
Grad kombiniert werden, um ein Sinogramm 60 zu bilden, das
im Computer 40 als eine Matrix von Daten temporär gespeichert
wird. Wie bildlich dargestellt, besteht diese Matrix von Daten jeweils
aus Reihen, die einen unterschiedlichen Winkel q, und Spalten, die einen
unterschiedlichen Abstand t entlang der Projektion darstellen. Werte
der Dämpfung,
die als Zahlenwerte im Computer 40 gespeichert sind, sind
als schraffierte Kurven 62 dargestellt.
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Wie
aus dem Stand der Technik gut bekannt ist, ist ein Sinogramm, das
t-Werte, die die
größte Querschnittsbreite
einer abgebildeten Scheibe 50 umspannt, und q-Werte über 360
Grad besitzt, ausreichend, um ein Tomographiebild der Scheibe durch zum
Beispiel das Verfahren der gefilterten Rückprojektion zu rekonstruieren.
Eine solche Sammlung von Projektionen wird als tomographischer Projektionssatz
bezeichnet. Das Muster des Sinogramms 60 ist im allgemeinen
das Muster überlagerter
Sinuskurven 62 (daher der Name), wobei jede Kurve 62 eine grundsätzliche
Periode in q von 360 Grad als ein Ergebnis der augenscheinlichen
Bewegung der Einschlüsse 54 in
der Bahn um ein Zentrum der Portalrotation 64 besitzt,
wenn die Projektionen bei verschiedenen Winkeln q durchgeführt werden.
Im allgemeinen zeichnen Gegenstände
hin zur Rotationsachse 64 des Portals Sinuskurven mit kleineren
Amplituden auf, während
Einschlüsse 54,
die vom Zentrum der Rotation 64 weiter entfernt sind, Sinuskurven
mit größeren Amplituden
aufzeichnen. Die Phase der Sinuskurven hängt im allgemeinen von der
Ausgangsposition des Einschlusses 54 in Bezug zur ersten Projektion
bei q = 0 ab.
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Bei
einer konventionellen CT-Akquisition ist das Sinogramm 60 der 3 in
ein Tomographiebild der Scheibe 50 rekonstruiert und das
Sinogramm 60 wird dann abgelegt.
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Die
Sinogrammdarstellung der 3 kann ebenso einen Strahlenbehandlungsplan
beschreiben, bei dem die Werte an jedem Ort (t, q) in dem Sinogramm 60 nicht
eine Dämpfung
der Röntgenstrahlbestrahlung
sondern die Stärke
eines der vielen benachbarten Strahlen des Fächerstrahles des hochenergetischen
Fächerstrahles 34 darstellen,
der durch den Patienten transmittiert wird. Wie im oben erwähnten US-Patent
5 317 616 beschrieben worden ist, kann eine solche Steuerung eines
hochintensiven Bestrahlungsstrahles gemäß einem Sinogramm 60 mittels
eines via Computer 40 (siehe 1) gesteuerten
Kollimators 38 erreicht und am Patienten eine Dosis sehr
genau verabreicht werden.
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Wenn
zum Beispiel die Einschlüsse 54 gemäß 2 Tumore
sind, kann ein Strahlungsbehandlungsplan im allgemeinen gut zu Kurven 62 passen,
der Strahlen einer hochintensiven Strahlung erzeugt, die sich an
den Einschlüssen 54 bei
einer Auswahl verschiedener Winkel q überschneiden, um an den Einschlüssen 54 eine
hoch gesteigerte Dosis aber anderswo eine niedrige Dosis zu erzeugen.
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Noch
einmal auf 1 Bezug nehmend folgt, dass
das tomographische Bild, das vom Sinogramm 60 erzeugt wird,
dazu verwendet werden kann, einen Bestrahlungsbehandlungsplan zu
erstellen, der sich präzise
auf dieses Tomographiebild bezieht. Die am 7. Juni 1995 angemeldete
US-Patentanmeldung
08/477 055 beschreibt allgemein eine interaktive Methode zur Erzeugung
eines Behandlungsplanes in Form eines Sinogramms 60, das
auf einem Tomographiebild basiert.
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Nun
wird auf 4 Bezug genommen, wobei in einer "Scheiben-für-Scheibe"-Abtastung der abgebildete Gegenstand 51 in
eine Vielzahl Scheiben bzw. scheibenförmige Flächen 70 unterteilt
ist, die entlang der z-Achse aufgeteilt sind, und wobei die Akquisition
der Projektionen mit der Strahlenachse 31 erzielt wird,
die in eine einzige Ebene gebündelt werden,
wenn sie um den abgebildeten Gegenstand 51 rotiert, was
allgemein durch den Pfeil 72 angezeigt ist. Am Ende der
360-Grad-Drehung wird der Gegenstand entlang der z-Achse durch eine
Bewegung des Tisches 12 bewegt, bis die nächste Scheibe
mit der Strahlenachse 31 fluchtet.
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Bei
einer alternativen Akquisitionsmethode, die als "schraubenförmige Abtastung" bezeichnet wird,
folgt die Projektionsachse einer schraubenlinienförmigen Bahn
durch den abgebildeten Gegenstand 51, bei der der Tisch
12 um einen kleinen Betrag in der z-Richtung mit jeder Änderung
des Winkels q erhöht
wird.
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Bei
der vorher erwähnten
Scheibe-für-Scheibe-Akquisition
wird eine Serie von Sinogrammen 60' erzeugt, von welchen jedes identisch
ist zu den in Bezug zur 3 beschriebenen und die die
typische 360-Grad-Portalbewegung einschließen. Unterschiedliche Scheiben 70 liefern
eine z-Achsen-Information um den abgebildeten Gegenstand 51,
die in einer Abfolge von Sinogrammen 60' reflektiert sind, von welchen
jedes einen anderen, aber konstanten z-Wert besitzt.
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Im
Gegensatz dazu erzeugt die schraubenlinienförmige Akquisition ein Sinogramm 60'', bei dem jede Reihe des Sinogramms 60'' eine unterschiedliche Vergrößerung sowohl
in q als auch in z darstellt.
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Bei
dem in 4 dargestellten Beispiel ist ein hochdämpfender
Einschluss 54 in einem niedrig dämpfenden Material 52 enthalten,
das sich jedoch nur durch die ersten beiden Scheiben 70 erstreckt. Folglich
zeigen in 5 nur die ersten zwei Sinogramme 60' Dämpfungssinuskurven 62 von
den Einschlüssen 54. Ähnlich zeigen
in dem schraubenlinienförmig
erworbenen Sinogramm 60'' der 6 nur die
ersten 720 Grade des Sinogramms 60'' eine Dämpfungssinuskurve 62.
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Gemäß 7 besitzt
ein abgebildeter Gegenstand 51' einen kreisförmigen Querschnitt mit einem
gleichförmig
niedrig dämpfenden
Material 52 mit kreisförmigen
Einschlüssen 54 aus
hochdämpfendem
Material bei einer 12-Uhr- und
einer 3-Uhr-Position, die mit A und B bezeichnet sind, und das abgetastet
wird, um ein Sinogramm 60 zu erzeugen. Wenn das Zentrum
der Rotation 64 in der kreisförmigen Region des abgebildeten
Objektes 51' zentriert ist,
zeichnet jeder Körper
A und B eine einzige Periode einer Sinuskurve 62 auf, die
eine Amplitude 80 und eine Phasendifferenz besitzt, die
einen Winkel von 90 Grad einschließen (d. h. der Körper A zeichnet
eine Sinusfunktion von q und der Körper B zeichnet das Negative
der Kosinusfunktion des Winkels q auf).
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Wenn
gemäß 8 das
Zentrum der Rotation 64 innerhalb des abgebildeten Gegenstandes 51' nach links
verschoben ist, um auf dem gleichen Niveau wie der Körper B zu
verbleiben, aber nach links in vertikaler Fluchtung mit dem Körper A bewegt
ist, verschieben sich die sinusförmigen
Bahnen A und B zu sinusförmigen
Bahnen A' und B', wobei die sinusförmige Bahn
B' die gleiche Phase
besitzt wie die sinusförmige
Bahn B, aber eine größere Amplitude, und
die sinusförmige
Bahn A' sowohl in
der Amplitude als auch in der Phase in Bezug zur Bahn A zunimmt
bzw. vergrößert ist.
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Gemäß 9 erzeugt
im Unterschied eine Verschiebung der Scheibe 50' nach oben eine
unterschiedliche Änderung
der Bahnen A und B. Insbesondere die neue Bahn A'' ist
in der Phase die gleiche wie die Bahn A, sie besitzt jedoch eine
vergrößerte Amplitude
während
die Bahn B'' ein wenig in der
Amplitude vergrößert ist,
aber in der Phase in Bezug zur Bahn B zurückfällt.
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Folglich
ist ersichtlich, dass, wenn ein Behandlungsplan gemäß einem
Bild vorbereitet worden ist, das vom Sinogramm gemäß 7 rekonstruiert wurde,
eine nachfolgende Verschiebung des Patienten gemäß den 8 und 9 leicht
durch einen Vergleich des Sinogramms 60 mit den Sinogrammen 60' oder 60'' ohne die Erzeugung eines wiederhergestellten
Bildes ermittelt werden kann, was zeitaufwändig ist und rechnerseitig
eine intensive Aufgabe darstellt.
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Es
wird nun auf 10 Bezug genommen, wobei ein
erster Schritt der Benutzung der Maschine einen tomographischen
Projektionssatz 100 erzeugt, der von einer Reihe von Sinogrammen
von einem interessanten Volumen eines Patienten 102 gebildet ist.
Die Sinogramme bilden einen planungstomographischen Projektionssatz,
der in einem Bild wiederhergestellt werden kann und der verwendet
wird, um ein (nicht dargestelltes) zweites Sinogramm zu bestimmen,
das einen Bestrahlungsbehandlungsplan für einen Patienten beschreibt,
der in derselben Weise positioniert ist, wie der das Sinogramm 100 liefernde.
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Zu
einer späteren
Zeit, wenn die Bestrahlungstherapie begonnen wird, kann der Patient 102, wie
in 11 dargestellt ist, wirkungsvoll in Bezug zur
Position des Patienten zur Zeit des planungstomographischen Projektionssatzes 100 verschoben worden
sein. Zu dieser späteren
Zeit wird ein Bestätigungsprojektionssatz 104 erstellt.
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Obwohl
der Bestätigungsprojektionssatz 104 von
demselben Patienten 102 ist, schaut das Sinogramm des Bestätigungsprojektionssatzes 104 wegen
der Verschiebung des Patienten 102 in Bezug zum Tischoberteil 14 anders
aus.
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Es
wird auch auf 12 Bezug genommen, wobei beim
Verfahrensblock 120 die Sinogramme 100 und 104 in
bezug auf die z-Achse zueinander in Wechselbeziehung gebracht sind.
In dem Fall der Sinogramme der 10 und 11,
die – wie
dargestellt – schraubenlinienförmig erzeugt
werden, ist die z-Achse
einfach die Spaltendimension und die Wechselbeziehung wird durch
Summierung aller Werte des Sinogramms entlang jeder Reihe durchgeführt und
anschließend
werden die einzelnen Spaltensummen für das Sinogramm 100 mit
den einzelnen Spaltensummen des Sinogramms 104 in Wechselbeziehung
gebracht. Die Summierung des Sinogramms entlang der Reihe vereinfacht
die Berechnung und neigt zum Eliminieren der Wirkung der seitlichen
Verschiebung des Patienten in diesem ersten Schritt. Für eine Scheiben-für-Scheibe-Akquisition kann
eine ausgewählte
Reihe jedes Sinogramms mit konstantem z summiert werden und die
Wechselbeziehung kann zwischen entsprechenden Reihen von Sinogrammen
für unterschiedliche
z-Werte sein.
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In
jedem Fall begründet
der Punkt höchster Wechselbeziehung
der beiden Sinogramme eine z-Achsen-Verstellung des Patienten 102 zwischen dem
Zeitpunkt des planungstomographischen Projektionssatzes des Sinogramms 100 und
den Projektionen des Bestätigungsprojektionssatzes 104.
Der Beginn des Sinogramms 104, der dem Beginn des Sinogramms 100 entspricht,
ist durch den Pfeil 122 bezeichnet. Die Differenz zwischen
dem Pfeil 122 und der Spitze des Sinogramms 100 stellt
eine z-Achsen-Verstellung des Patienten dar und wird für eine zukünftige Benutzung
aufgezeichnet.
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Beim
Prozessblock 124 werden Projektionen im Sinogramm 100 in
der AP (q = 0 Grad und q = 180 Grad) und in seitlichen Richtungen
(q = 90 Grad und q = 270 Grad) identifiziert und die entsprechende
AP und seitliche Projektionen in dem Sinogramm 104 nächst demjenigen
im Sinogramm 100 werden ebenfalls identifiziert, von welchen
jedes in den Sinogrammen 100 und 104 eine Reihe
ist. Die Winkel dieser Projektionen sind in Bezug zur Strahlentherapiemaschine 10 und
sind leicht durch die Lage der Daten in dem Sinogramm bestimmt.
Die identifizierten Projektionen im Sinogramm 104 besitzen
typischerweise keine feste Beziehung in Bezug zum Beginn 122 des Sinogramms 104.
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Beim
Prozessblock 126 werden die Projektionen bei diesen Winkeln
in dem Bestätigungsprojektionssatz 104 in
Wechselbeziehung zu den entsprechenden Projekten bei denselben Winkeln
für den planungstomographischen
Projektionssatz 100 gebracht. Der maximale Wechselbeziehungswert
entspricht einer Verschiebung des Patienten 102 entlang
einer Achse, die zur bestimmten Projektionsachse senkrecht ist.
Folglich zeigt der maximale Wechselbeziehungswert für die Projektionen
bei q = 0 Grad zwischen dem planungstomographischen Projektionssatz 104 und
dem Bestätigungsprojektionssatz 104 eine
seitliche Verschiebung des Patienten entweder nach links oder nach
rechts entlang der x-Achse an. Wenn der Spitzenwert der Wechselbeziehung
im Zentrum der individuellen Reihe der Sinogramme 100 und 104 ist,
hat keine Verschiebung stattgefunden. Wenn dieser links ist, hat
eine Verschiebung nach links, und wenn er rechts vom Zentrum ist,
hat eine Verschiebung nach rechts stattgefunden.
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Ähnlich kann
eine vertikale Verschiebung (entlang der y-Achse) des Patienten
durch eine Wechselbeziehung d. h. Korrelation der Projektionen bei
q = 90 Grad oder bei q = 270 Grad erfasst werden.
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Im
Falle einer Scheibe-für-Scheibe-Abtastung
können
die Projektionen für
entgegengesetzte Portalwinkel für
ein bestimmtes Sinogramm 100 oder 102, z. B. q
= 0 Grad und q = 180 Grad gemittelt werden, bevor eine Korrelation
mit den Projektionen des anderen Sinogramms erfolgt. Bei schraubenlinienförmiger Abtastung,
bei der die Zunahme von q der Zunahme der z-Achsen-Verschiebung entspricht,
können
gegenüberliegende
Projektionen getrennt behandelt werden, um unterschiedliche x- und
y-Ausgleichswerte des Patienten für unterschiedliche Werte der
z-Achsen-Verschiebung zu liefern. Eine solche Variation in der x-
und y-Verschiebung als Funktion von z kann eintreten, wenn der Patient
nicht entlang des Tischoberteils 14 ausgerichtet ist.
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Es
versteht sich für
einen Fachmann, dass ähnliche
Korrelationen alle 90 Grad entlang den Sinogrammen 100 und 102 gemacht
werden können, um
eine Vielzahl von Ausgleichen zu erzeugen, und dass außerdem die
Ausgleiche miteinander verglichen werden können, um andere Arten von Bewegungen
des Patienten einschließlich
Drehungen des Patienten um willkürliche
Rotationszentren zu ermitteln. Wenn folglich beispielsweise frühere Reihen
von Sinogrammen eine Verschiebung des Patienten nach unten mit progressiven
Abnahmen der Größe anzeigen,
bis sich daraus eine positive Verschiebung ergibt, kann eine Drehung
in einer vertikalen Ebene gefolgert werden.
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Unter
nochmaliger Bezugnahme auf 12 können die
Ausgleiche, die bei den Prozessblöcken 120 und 126 berechnet
werden, verwendet werden, um die Bestrahlungsbehandlung einzustellen,
wie sie durch den Prozessblock 130 angezeigt wird. Bei
der einfachsten Einstellung wird die Position des Patienten bewegt,
um die ermittelten Ausgleiche zu kompensieren. Das kann durch eine
Einstellung des Tisches entlang der x- oder y- oder z-Achse um einen Betrag
durchgeführt
werden, der durch die obigen Verschiebungen angezeigt wird.
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Alternativ
kann der Strahlungsbehandlungsplan angeglichen werden, um die Bewegung
des Patienten zu kompensieren. Angenommen, dass der Bestrahlungsbehandlungsplan
in Form eines Sinogramms ist, erfordert die Einstellung einfach
eine Verschiebung des Sinogramms in direkter Proportion zu den gemessenen
Ausgleichen: z-Ausgleich-Verschiebungen jeder Reihe des Sinogramms
durch eine oder mehrere Reihen; x- und y-Ausgleiche erfordern eine
Verschiebung der Reihen des Sinogramms durch eine oder mehrere Spalten
in Abhängigkeit vom
Winkel q dieser Reihe und des x- oder y-Ausgleichs. Im allgemeinen wird die
Anzahl der verschobenen Spalten die x-Verstellung sein, die den Sinus von
q regelt plus die y-Verstellung, die den Kosinus von q regelt.
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Obwohl
erkannt worden ist, dass die unverarbeiteten Projektionsdaten der
Projektionssinogramme verwendet werden können, um die Registrierung
und passende Ausrichtung des Patienten zu ermitteln, versteht es
sich für
einen Fachmann, dass andere Methoden zum Vergleich der Sinogramme 100 und 104 verwendet
werden können,
einschließlich
beispielsweise solcher, die Bereiche des Sinogramms vor oder nach
der Korrelation mitteln oder anspruchsvollere statistische Mittelwertwerkzeuge wie
solche, die Phasenverschiebungen oder Amplitudenverschiebungen erkennen,
wie sie unter Bezugnahme auf die 7 bis 9 beschrieben
worden sind.
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Die
obige Beschreibung ist die einer bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung. Es versteht sich jedoch, dass in der Praxis viele Modifikationen
durchgeführt
werden können,
ohne den Geist und den Umfang der Erfindung zu verlassen. Beispielsweise
muss der Bestätigungsprojektionssatz
nicht unbedingt ein tomographischer Projektionssatz (d. h. geeignet
zum Wiederaufbauen in einem tomographischen Bild) sein, aber er
kann aus ausgewählten
Projektionen über
wichtige Winkel bestehen. Auch der planungstomographische Projektionssatz
kann von einer von der Strahlentherapiemaschine getrennten CT-Maschine
gewonnen werden. Der Bestätigungsprojektionssatz
kann auch von einer nur für
diesen Zweck eingesetzten CT-Maschine erzeugt werden und der Patient
an der Strahlungstherapiemaschine mittels einer entfernbaren Patientenhalterung
positioniert werden, die am Patienten angebracht ist.
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Die
Technologie des direkten Vergleichs der Projektionsdaten zwischen
CT-Projektionssätzen bietet
auch einen praktischen Weg zum Vergleichen eines früheren CT-Bildes
mit einem späteren
CT-Bild eines Patienten für
Anwendungen anderer Therapien als Strahlungstherapien. Durch den
Vergleich zweiter Bilder, die zu unterschiedlichen Zeiten aufgenommen worden
sind, können
Tendenzen wie Gewichtsverlust, der durch die Behandlung oder durch
ein Schrumpfen des Tumors verursacht wird, besser analysiert werden.
Säulendiagramme
oder andere Analysetechniken, die bei zusammenpassenden oder fluchtenden
Bildern angewandt werden, können dazu
eingesetzt werden, um solche Tendenzen zu quantifizieren. Es muss
festgehalten werden, das die beiden Bilder nicht von CT-Maschinen
zu sein brauchen, sondern dass diese Technologie allgemein angewandt
werden kann, um Bilder von unterschiedlichen Projektionsbildmodalitäten zu vergleichen.
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Schließlich kann
es gelegentlich erforderlich sein, Projektionssätze zu vergleichen, die von
verschiedenen Patienten oder von einem Patienten und einem Standardpatientenmodell
zu Vergleichs- oder Forschungszwecken erstellt wurden.
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Um
die Allgemeinheit über
die verschiedenen Ausführungsformen
in Kenntnis zu setzen, die in den Umfang der Erfindung fallen, sind
die folgenden Ansprüche
formuliert.