WO2000015114A1 - Method for positioning a body part for treatment in a medical apparatus - Google Patents

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WO2000015114A1
WO2000015114A1 PCT/DE1999/002872 DE9902872W WO0015114A1 WO 2000015114 A1 WO2000015114 A1 WO 2000015114A1 DE 9902872 W DE9902872 W DE 9902872W WO 0015114 A1 WO0015114 A1 WO 0015114A1
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medical device
body part
ultrasonic transducer
transducer
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PCT/DE1999/002872
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Gernot Kuhr
Christian Lappe
Wolfgang Schlegel
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Deutsches Krebsforschungszentrum Stiftung des öffentlichen Rechts
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    • A61N5/10—X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy
    • A61N5/1048—Monitoring, verifying, controlling systems and methods

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for positioning a body part relative to a medical device.
  • Such methods and devices are known, e.g. from DE 42 07 632 C2. They serve e.g. in radiation therapy to position the body part of a patient to be treated in the medical device in such a way that the rays generated by the medical device hit a specific target area in the body part and e.g. destroy a tumor.
  • the method described in the cited publication has proven itself in practice in so-called "fractional therapy", in which a part of the total dose is irradiated in several therapy sessions.
  • the known methods and devices require the patient to undergo complex and, in addition, mostly extremely unpleasant procedures for him in order to repeatedly achieve the exact alignment of the target area and the medical device.
  • so-called markers in another known method, must be on the patient's body before starting therapy is then monitored during the therapy sessions, surgically fixed, namely implanted in the bones, in particular the skull cap.
  • this procedure is characterized by its significantly higher accuracy, but in the end - just like the mask procedure - it can only be used sensibly in the skull area.
  • the object of the invention is to specify a method and a device for positioning a body part relative to a medical device which, without the complex production of masks or surgical interventions, enables the body part to be positioned precisely and, above all, repeatably relative to the medical device enable, especially in the area of the trunk.
  • the object is achieved on the one hand by a method in which at least one ultrasound image of a partial area of the body part is generated by means of at least one ultrasound transducer, the position of a specific area in the ultrasound image is determined, the position of the ultrasound transducer relative to the medical device is detected and the The body part is positioned as a function of the detected position of the ultrasound transducer and the determined position of the specific area in the ultrasound image.
  • the invention has the advantage, on the one hand, that the time-consuming production of a mask or the surgical fixation of markers is eliminated.
  • the invention has the great advantage that it enables targeted, highly effective radiation therapy in the body trunk: because, for example, a tumor in the body trunk - unlike in the skull area - is constantly moving due to breathing, bladder filling, gastric activity etc. and that in the Radiation therapy used ionizing radiation not only for sick, but also for healthy tissue has a strongly damaging effect, so far either the radiation fields have been blanked out, i.e. only a very small central area of the tumor was irradiated, or it was accepted, including healthy tissue to irradiate and thereby damage.
  • the invention now makes it possible to monitor certain types of tumors or lesions during treatment "online" and to control the relative position of the body part and the medical device in the desired manner, in particular, therefore, in the case of radiation therapy with a medical device in which a Cut the number of relatively weak ionizing ⁇ rays in a center, to align this center with the target area in the body part, e.g. a tumor or a lesion.
  • This minimizes the risk of also hitting healthy tissue during radiation therapy, so that the irradiated dose can be increased in order to improve its effect on the diseased tissue.
  • the target area can be monitored directly in the ultrasound image.
  • the invention therefore advantageously allows the person skilled in the art to select an area in the ultrasound image that enables optimal positioning in the respective application.
  • the ultrasound image can be a so-called "volume image", that is to say a data record containing information about a volume in the respective body part, which is generated directly by a corresponding ultrasound transducer that simultaneously detects a certain volume.
  • ultrasound sectional images in which case the procedure is preferably such that several ultrasound sectional images which are spatially offset from one another are generated, the position of the specific area in the ultrasound sectional images is determined and the position of the body part as a function of the detected position of the ultrasound transducer and the determined position of the specific area in the ultrasound images. In this way, a volume data set is also generated, which has the advantage of greater accuracy in determining the position of the respective area in the ultrasound images.
  • the location of the specific area in the ultrasound image (s) can advantageously be determined automatically, so that particularly rapid and simple positioning and, above all, automatic monitoring and possibly Readjustment of the position is possible, for example, during a therapy session.
  • the position of the ultrasonic transducer (s) relative to the medical device can be detected with the interposition of mechanical devices; the ultrasonic transducer or transducers can e.g. be attached directly to the medical device or a corresponding holder in such a way that on the one hand their e.g. movement is possible due to the breathing of the patient (with which the ultrasound transducer (s) must of course be in contact due to the functional principle) and that on the other hand this movement is detected via the mechanics and converted into corresponding, usually electronic signals.
  • the position of the ultrasound transducer (s) relative to the medical device is preferably recorded wirelessly, in particular optoelectronically. This allows the patient the greatest possible freedom of movement, since only the ultrasound transducer or transducers have to be attached to his body.
  • a device for positioning a body part relative to a medical device in which at least one ultrasound transducer for generating ultrasound images of a partial area of the body part and means for detecting the position of the ultrasound transducer relative to the medical device are provided .
  • the ultrasound transducer can be a so-called "volume scanner” that directly records information about a certain volume.
  • sectional image scanners each of which only records information from one sectional plane
  • those ultrasound transducers which have mechanical and / or electronic means for spatially displacing the sectional image planes scanned by them, so that it is possible without It is possible to change the position of the ultrasound transducers on the patient's body (where they are usually strapped), to capture different sectional views and thus to determine the position of the area of interest very precisely.
  • the device has image processing means, in particular a computer, for automatically determining the position of the specific area in the ultrasound image (s), which not only permits a very quick position determination and thus positioning, but which also advantageously reduces the risk of human errors .
  • At least one sensor can be provided for the automatic detection of the position of the ultrasound transducer (s) relative to the medical device.
  • the ultrasound transducer or transducers can be mechanically coupled to the medical device, the coupling of course having to be designed such that the contact of the ultrasound transducer with the patient is ensured.
  • the device preferably has at least one sensor which has at least one CCD cell, so that the position of the ultrasound transducer can be observed and detected without the transducer being mechanically tighten.
  • two or more such sensors will be used for position monitoring.
  • at least one position marking that can be detected by the sensor or sensors can then be provided on each ultrasonic transducer, which enables a particularly simple and precise determination of the position of the transducers.
  • FIG. 1 shows a perspective view of a medical device equipped with an inventive device for positioning a patient
  • Fig. 2 shows the ultrasonic transducer used in the device of FIG. 1 in an enlarged view
  • Fig. 3 is a stylized schematic diagram of the device and positioning device shown in FIG. 1 to illustrate the
  • FIG. 1 and 3 show a medical device designated in its entirety by 10, namely a linear accelerator with an accelerator head 14 attached to a support arm 12 together with the associated radiation diaphragm 16 for generating ionizing rays 18 and irradiation thereof into an area 20 to be treated (FIG. 3 ), e.g. one Lug tumor, shown.
  • the device shown as an example has a - as indicated by the arrows 22 - movable table 24, also called Linac table, it being emphasized here that, depending on the type of medical device, alternatively or additionally, other means for changing the relative position of to be treated body area and medical device can be provided.
  • the accelerator is pivoted and movable, so that it is possible to irradiate the beams 18 and 18 'in succession from different directions in the target area 20.
  • an ultrasound transducer 30 is suitable, e.g. by means of a belt, not shown here, is held in such a way that the transducer 30 can take ultrasound images, in particular ultrasound sectional images, in a sectional image plane 32 of the body region to be treated in a manner known per se.
  • the ultrasound images are fed wirelessly or in a wired manner to an ultrasound evaluation and control unit 40 which has a screen 36 and an input unit 38 and by means of which, for example, various transmission and reception parameters can be set on the ultrasound transducer 30 and which allow it to determine the position of the body area to be treated in the pictures, it being emphasized at this point that the unit 40 also forms part of a separate screen, which is separate in the exemplary embodiment shown 42 and having their own input unit 44 and here with the unit 40, as indicated by the line 46, can be wireless or wired - central evaluation and control unit 48.
  • position markings 50 are fixed in place on the transducer 30 and can be detected by the sensors 52 and 54 designed here as cameras. As indicated by lines 56 and 58, sensors 52 and 54 are also connected to central evaluation and control unit 48, which determines the position of transducer 30 from the data recorded by the sensors.
  • the central evaluation and control unit 48 can generate corresponding control signals and e.g. Forward via a data line 60 to the respective positioning device (in the example, to the movable table 24 and possibly also to the positioning means known per se for moving and pivoting the accelerator head and possibly also to an adjustable beam diaphragm) in order to transmit the beams 18 , 18 'into the treatment area or - in the case of several rays coming from different directions and intersecting in one center - to bring the radiation center into alignment with the treatment area.
  • the respective positioning device in the example, to the movable table 24 and possibly also to the positioning means known per se for moving and pivoting the accelerator head and possibly also to an adjustable beam diaphragm

Abstract

The aim of the invention is to simplify the positioning of a body part and a medical apparatus and to permit a repeated, exact positioning of a region, notably in the area of the trunk, in relation to the apparatus. To this end ultrasound images are produced by means of at least one ultrasonic transducer, the position of a given area in the ultrasound image is determined, the position of the ultrasonic transducer in relation to the medical apparatus is detected and the positioning of the body part is controlled in accordance with the position of the ultrasonic transducer determined and the detected position of the given area in the ultrasound image.

Description

Verfahren zur Positionierung eines Körperteils zur Behandlung an einem medizinischen Gerät Method of positioning a body part for treatment on a medical device
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Positionie- rung eines Körperteils relativ zu einem medizinischen Gerät.The invention relates to a method and a device for positioning a body part relative to a medical device.
Solche Verfahren und Vorrichtungen sind bekannt, z.B. aus der DE 42 07 632 C2. Sie dienen z.B. bei der Strahlentherapie dazu, das zu behandelnde Körperteil eines Patienten so in dem medizinischen Gerät zu positionieren, daß die von dem medizinischen Gerät erzeugten Strahlen ein bestimmtes Zielgebiet in dem Körperteil treffen und dort z.B. einen Tumor zerstören. Dabei hat sich insbesondere das in der genannten Druckschrift beschriebene Verfahren in der Praxis bei der sogenannten "fraktionierten Therapie" , bei welcher in mehreren Therapiesitzungen jeweils ein Teil der Gesamtdosis eingestrahlt wird, überaus bewährt.Such methods and devices are known, e.g. from DE 42 07 632 C2. They serve e.g. in radiation therapy to position the body part of a patient to be treated in the medical device in such a way that the rays generated by the medical device hit a specific target area in the body part and e.g. destroy a tumor. In particular, the method described in the cited publication has proven itself in practice in so-called "fractional therapy", in which a part of the total dose is irradiated in several therapy sessions.
Die bekannten Verfahren und Vorrichtungen erfordern es jedoch, den Patienten aufwendigen und zudem für ihn meist äußerst unangenehmen Prozeduren zu unterziehen, um die exakte Ausrichtung von Zielgebiet und medizinischem Gerät auch wiederholt zu erreichen. So ist es bei einem bekannten Verfahren erforderlich, für jeden Patienten eine spezielle Halterung ("Maske") anzufertigen, in welcher er bei den Therapiesitzungen eingespannt wird. Bei einem anderen bekannten Verfahren müssen am Körper des Patienten vor Therapiebeginn sogenannte Marker, deren Lage dann bei den Therapiesitzungen überwacht wird, operativ fixiert, nämlich in den Knochen, insbesondere der Schädeldecke implantiert werden. Dieses Verfahren zeichnet sich gegenüber dem Verfahren mit der Fixierung in einer Maske durch seine deutlich höhere Genauigkeit aus, ist aber letztendlich - ebenso wie das Maskenverfahren - sinnvoll nur im Schädelbereich einsetzbar.However, the known methods and devices require the patient to undergo complex and, in addition, mostly extremely unpleasant procedures for him in order to repeatedly achieve the exact alignment of the target area and the medical device. In the case of a known method, it is necessary to produce a special holder (“mask”) for each patient, in which he is clamped during the therapy sessions. In another known method, so-called markers, their position, must be on the patient's body before starting therapy is then monitored during the therapy sessions, surgically fixed, namely implanted in the bones, in particular the skull cap. Compared to the procedure with fixation in a mask, this procedure is characterized by its significantly higher accuracy, but in the end - just like the mask procedure - it can only be used sensibly in the skull area.
Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Positionierung eines Körperteils relativ zu einem medizinischen Gerät anzugeben, welche ohne die aufwendige Anfertigung von Masken oder operative Eingriffe eine exakte und vor allem auch wiederholbare Positionierung des Körperteils relativ zu dem medizinischen Gerät ermöglichen, und zwar insbesondere auch im Bereich des Körperstamms.Proceeding from this, the object of the invention is to specify a method and a device for positioning a body part relative to a medical device which, without the complex production of masks or surgical interventions, enables the body part to be positioned precisely and, above all, repeatably relative to the medical device enable, especially in the area of the trunk.
Die Aufgabe wird zum einen gelöst von einem Verfahren, bei welchem mittels wenigstens eines Ultraschallwandlers wenigstens ein Ultraschallbild eines Teilbereichs des Körperteils erzeugt wird, die Lage eines bestimmten Gebietes in dem Ultraschallbild ermittelt wird, die Position des Ultraschallwandlers relativ zu dem medizinischen Gerät erfaßt wird und die Positionierung des Körperteils in Abhängigkeit von der erfaßten Position des Ultraschallwandlers und der ermittelten Lage des bestimmten Gebietes in dem Ultraschallbild erfolgt.The object is achieved on the one hand by a method in which at least one ultrasound image of a partial area of the body part is generated by means of at least one ultrasound transducer, the position of a specific area in the ultrasound image is determined, the position of the ultrasound transducer relative to the medical device is detected and the The body part is positioned as a function of the detected position of the ultrasound transducer and the determined position of the specific area in the ultrasound image.
Die Erfindung hat zum einen den Vorteil, daß das aufwendige Anfertigen einer Maske oder die operative Fixierung von Markern entfällt. Zum anderen hat die Erfindung den großen Vorteil, daß mit ihr eine gezielte, hochwirksame Strahlentherapie im Körperstamm möglich wird: da sich z.B. ein Tumor im Körperstamm - anders als im Schädelbereich - aufgrund von Atmung, Blasenfüllung, Magentätigkeit etc. ständig etwas bewegt und die bei der Strahlentherapie eingesetzte ionisierende Strahlung nicht nur für krankes, sondern auch für gesundes Gewebe eine stark schädigende Wirkung hat, wurden bislang entweder die Strahlenfelder großflächig ausgeblendet, d.h. es wurde nur ein sehr kleiner Zentrumsbereichs des Tumors bestrahlt, oder es wurde in Kauf genommen, auch gesundes Gewebe zu bestrahlen und dadurch zu schädigen. Die Erfindung erlaubt es nun, bestimmte Arten von Tumoren oder Läsionen bei der Behandlung "online" zu überwachen und die relative Position von Körperteil und medizinischem Gerät in der gewünschten Weise zu steuern, insbesondere also bei der Strahlentherapie mit einem medizinischen Gerät, bei dem sich eine Anzahl relativ schwacher ionisierender < Strahlen in einem Zentrum schneiden, dieses Zentrum mit dem Zielgebiet im Körperteil, also z.B. einem Tumor oder einer Läsion, in Deckung zu bringen. Damit wird die Gefahr, auch gesundes Gewebe bei der Strahlentherapie zu treffen, minimiert, so daß die eingestrahlte Dosis erhöht werden kann, um so deren Wirkung auf das kranke Gewebe zu verbessern.The invention has the advantage, on the one hand, that the time-consuming production of a mask or the surgical fixation of markers is eliminated. To the others, the invention has the great advantage that it enables targeted, highly effective radiation therapy in the body trunk: because, for example, a tumor in the body trunk - unlike in the skull area - is constantly moving due to breathing, bladder filling, gastric activity etc. and that in the Radiation therapy used ionizing radiation not only for sick, but also for healthy tissue has a strongly damaging effect, so far either the radiation fields have been blanked out, i.e. only a very small central area of the tumor was irradiated, or it was accepted, including healthy tissue to irradiate and thereby damage. The invention now makes it possible to monitor certain types of tumors or lesions during treatment "online" and to control the relative position of the body part and the medical device in the desired manner, in particular, therefore, in the case of radiation therapy with a medical device in which a Cut the number of relatively weak ionizing <rays in a center, to align this center with the target area in the body part, e.g. a tumor or a lesion. This minimizes the risk of also hitting healthy tissue during radiation therapy, so that the irradiated dose can be increased in order to improve its effect on the diseased tissue.
Je nach Art des Anwendungsfalls kann dabei das Zielgebiet direkt im Ultraschallbild überwacht werden. So ist es z.B. möglich, krebsbefallenes Prostatagewebe direkt im Ultraschallbild zu erkennen. Bei anderen Anwendungsfällen ist es auch denkbar, im Ultraschallbild nicht das jeweils interessierende Zielgebiet direkt sondern z.B. die Lage eines an das Zielgebiet angrenzenden im Ultraschallbild deutlich erkennbaren, z.B. totalreflektierenden Objektes, wie z.B. eines Knochens, einer Luftröhre etc., zu überwachen, wenn die Lage des Zielgebiet relativ zu diesem Objekt bekannt ist. Die Erfindung erlaubt es also dem Fachmann vor- teilhaft, ein im jeweiligen Anwendungsfall eine optimale Positionierung ermöglichendes Gebiet im Ultraschallbild zu wählen.Depending on the type of application, the target area can be monitored directly in the ultrasound image. For example, it is possible to recognize prostate tissue with cancer directly in the ultrasound image. In other applications, it is also conceivable not to direct the target area of interest in each case in the ultrasound image, but, for example, the location of one of the To monitor the target area of an object that is clearly recognizable in the ultrasound image, for example a totally reflecting object such as a bone, a trachea, etc., if the position of the target area relative to this object is known. The invention therefore advantageously allows the person skilled in the art to select an area in the ultrasound image that enables optimal positioning in the respective application.
Das Ultraschallbild kann ein sogenanntes "Volumenbild" , also ein Informationen über ein Volumen im jeweiligen Körperteil enthaltender Datensatz sein, der direkt von einem entsprechenden, ein gewisses Volumen gleichzeitig erfassenden Ultraschallwandler erzeugt wird. Es ist aber ebensogut möglich, Ultraschallschnittbilder zu verwenden, wobei dann bevorzugt so vorgegangen wird, daß mehrere, räumlich gegeneinander versetzte Ultraschallschnittbilder erzeugt werden, die Lage des bestimmten Gebietes in den Ultraschallschnittbildern ermittelt wird und die Positionie- rung des Körperteils in Abhängigkeit von der erfaßten Position des Ultraschallwandlers und der ermittelten Lage des bestimmten Gebietes in den Ultraschallbildern erfolgt. Auf diese Weise wird dann ebenfalls ein Volumendatensatz erzeugt, was den Vorteil größerer Genauigkeit der Lagebestimmung des jeweiligen Gebietes in den Ultraschallbildern besitzt.The ultrasound image can be a so-called "volume image", that is to say a data record containing information about a volume in the respective body part, which is generated directly by a corresponding ultrasound transducer that simultaneously detects a certain volume. However, it is equally possible to use ultrasound sectional images, in which case the procedure is preferably such that several ultrasound sectional images which are spatially offset from one another are generated, the position of the specific area in the ultrasound sectional images is determined and the position of the body part as a function of the detected position of the ultrasound transducer and the determined position of the specific area in the ultrasound images. In this way, a volume data set is also generated, which has the advantage of greater accuracy in determining the position of the respective area in the ultrasound images.
Dabei kann - je nach Anwendungsfall - die Ermittlung der Lage des bestimmten Gebietes in dem bzw. den Ultraschallbilder(n) vorteilhaft automatisch erfolgen, so daß eine besonders schnelle und einfache Positionierung und vor allem auch automatische Überwachung und ggf. Nachjustierung der Position z.B. während einer Therapiesitzung möglich ist.Depending on the application, the location of the specific area in the ultrasound image (s) can advantageously be determined automatically, so that particularly rapid and simple positioning and, above all, automatic monitoring and possibly Readjustment of the position is possible, for example, during a therapy session.
Die Position des bzw. der Ultraschall wandler(s) relativ zu dem medizinischen Gerät kann unter Zwischenschaltung mechanischer Einrichtungen erfaßt werden; der oder die Ultraschallwandler können also z.B. direkt an dem medizinischen Gerät oder einer entsprechenden Halterung derart befestigt werden, daß einerseits ihre z.B. durch die Atmung des Patienten (mit dem der oder die Ultraschallwandler natürlich funktionsprinzipsbedingt in Kontakt stehen müssen) bedingte Bewegung möglich ist und daß andererseits diese Bewegung über die Mechanik erfaßt und in entsprechende, in der Regel elektronische Signale umgesetzt wird. Bevorzugt wird jedoch die Position des bzw. der Ultraschallwandler(s) relativ zu dem medizinischen Gerät drahtlos, insbesondere optoelektronisch erfaßt. Dies ermöglicht es, dem Patienten weitestmögliche Bewegungsfreiheit zu lassen, da nur der oder die Ultraschallwandler an seinem Körper befestigt werden müssen.The position of the ultrasonic transducer (s) relative to the medical device can be detected with the interposition of mechanical devices; the ultrasonic transducer or transducers can e.g. be attached directly to the medical device or a corresponding holder in such a way that on the one hand their e.g. movement is possible due to the breathing of the patient (with which the ultrasound transducer (s) must of course be in contact due to the functional principle) and that on the other hand this movement is detected via the mechanics and converted into corresponding, usually electronic signals. However, the position of the ultrasound transducer (s) relative to the medical device is preferably recorded wirelessly, in particular optoelectronically. This allows the patient the greatest possible freedom of movement, since only the ultrasound transducer or transducers have to be attached to his body.
Die oben genannte Aufgabe wird ferner gelöst von einer Vorrichtung zur Positionierung eines Körperteils relativ zu einem medizinischen Gerät, bei welcher wenigstens ein Ultraschallwandler zur Erzeugung von Ultraschall- bildern eines Teilbereichs des Körperteils und Mittel zur Erfassung der Position des Ultraschallwandlers relativ zu dem medizinischen Gerät vorgesehen sind. Dabei kann der Ultraschallwandler ein sogenannter "Volumenscanner" sein, der direkt Informationen über ein gewisses Volumen erfaßt. Es ist aber auch möglich, Schnittbildscanner einzusetzen, die jeweils nur Informationen aus einer Schnittebene erfassen, wobei dabei allerdings solche Ultraschall- wandler bevorzugt werden, die über mechanische und/oder elektronische Mittel zum räumlichen Versetzen der von ihnen abgetasteten Schnittbildebenen verfügen, so daß es ohne die Lage der Ultraschall wandler am Körper des Patienten (wo sie in der Regel festgeschnallt werden) zu verändern möglich ist, verschiedene Schnittansichten zu erfassen und so die Lage des interessierenden Gebiets sehr genau zu bestimmen.The above-mentioned object is also achieved by a device for positioning a body part relative to a medical device, in which at least one ultrasound transducer for generating ultrasound images of a partial area of the body part and means for detecting the position of the ultrasound transducer relative to the medical device are provided . The ultrasound transducer can be a so-called "volume scanner" that directly records information about a certain volume. However, it is also possible to use sectional image scanners, each of which only records information from one sectional plane, although preference is given to those ultrasound transducers which have mechanical and / or electronic means for spatially displacing the sectional image planes scanned by them, so that it is possible without It is possible to change the position of the ultrasound transducers on the patient's body (where they are usually strapped), to capture different sectional views and thus to determine the position of the area of interest very precisely.
Vorteilhaft verfügt die Vorrichtung über Bildverarbeitungsmittel, insbesondere einen Computer, zur automatischen Ermittlung der Lage des bestimmten Gebietes in dem bzw. den Ultraschallbilder(n) , was nicht nur eine sehr schnelle Lageermittlung und damit Positionierung erlaubt, sondern was auch die Gefahr menschlicher Fehler vorteilhaft reduziert.Advantageously, the device has image processing means, in particular a computer, for automatically determining the position of the specific area in the ultrasound image (s), which not only permits a very quick position determination and thus positioning, but which also advantageously reduces the risk of human errors .
Zur automatischen Erfassung der Position des bzw. der Ultraschallwand- ler(s) relativ zu dem medizinischen Gerät kann wenigstens ein Sensor vorgesehen werden. Dabei können der bzw. die Ultraschallwandler mechanisch mit dem medizinischen Gerät gekoppelt sein, wobei natürlich die Kopplung derart ausgebildet sein muß, daß das Anliegen des Ultraschallwandlers am Patienten gewährleistet ist. Bevorzugt weist die Vorrichtung jedoch wenigstens einen Sensor auf, der über wenigstens eine CCD-Zelle verfügt, so daß die Lage des Ultraschallwandlers beobachtet und erfaßt werden kann, ohne den Wandler in einer Mechanik ein- zuspannen. In der Regel wird man zwei oder mehr solche Sensoren zur Lagebeobachtung einsetzen. In zweckmäßiger Weiterbildung der Erfindung kann dann an jedem Ultraschallwandler wenigstens eine von dem bzw. den Sensor/Sensoren erfaßbare Positionsmarkierung vorgesehen werden, die eine besonders einfache und genaue Bestimmung der Position der Wandler ermöglicht.At least one sensor can be provided for the automatic detection of the position of the ultrasound transducer (s) relative to the medical device. In this case, the ultrasound transducer or transducers can be mechanically coupled to the medical device, the coupling of course having to be designed such that the contact of the ultrasound transducer with the patient is ensured. However, the device preferably has at least one sensor which has at least one CCD cell, so that the position of the ultrasound transducer can be observed and detected without the transducer being mechanically tighten. Usually two or more such sensors will be used for position monitoring. In an expedient development of the invention, at least one position marking that can be detected by the sensor or sensors can then be provided on each ultrasonic transducer, which enables a particularly simple and precise determination of the position of the transducers.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigen:Further details and advantages of the invention will become apparent from the following description in conjunction with the drawing. Show it:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines mit einer erfindungs- gemäßen Vorrichtung zur Positionierung eines Patienten ausgerüsteten medizinischen Gerätes;1 shows a perspective view of a medical device equipped with an inventive device for positioning a patient;
Fig. 2 den bei der Vorrichtung gemäß Fig. 1 eingesetzten Ultraschallwandler in vergrößerter Darstellung undFig. 2 shows the ultrasonic transducer used in the device of FIG. 1 in an enlarged view and
Fig. 3 eine stilisierte Prinzipskizze von Gerät und Positionier- Vorrichtung gemäß Fig. 1 zur Verdeutlichung desFig. 3 is a stylized schematic diagram of the device and positioning device shown in FIG. 1 to illustrate the
Zusammenspiels der einzelnen Komponenten.Interaction of the individual components.
In den Figuren 1 und 3 ist ein in seiner Gesamtheit mit 10 bezeichnetes medizinisches Gerät, nämlich ein Linearbeschleuniger mit an einem Trägerarm 12 befestigten Beschleunigerkopf 14 nebst zugehöriger Strahlenblende 16 zur Erzeugung ionisierender Strahlen 18 und Einstrahlung selbiger in ein zu behandelndes Gebiet 20 (Fig. 3), z.B. einen Lugentumor, gezeigt. Das beispielhaft gezeigte Gerät verfügt über einen - wie durch die Pfeile 22 angedeutet - verfahrbaren Tisch 24, auch Linac- Tisch genannt, wobei an dieser Stelle betont sei, daß je Art des medizinischen Geräts alternativ oder zusätzlich auch andere Mittel zur Veränderung der relativen Position von zu behandelndem Körpergebiet und medizinischem Gerät vorgesehen werden können. Wie in Fig. 3 durch die Bezugszeichen 14' und 16' sowie die Pfeile 26 angedeutet, ist der Beschleuniger verschwenk- und verfahrbar gelagert, so daß es möglich ist, die Strahlen 18 und 18' nacheinander aus verschiedenen Richtungen in das Zielgebiet 20 einzustrahlen.1 and 3 show a medical device designated in its entirety by 10, namely a linear accelerator with an accelerator head 14 attached to a support arm 12 together with the associated radiation diaphragm 16 for generating ionizing rays 18 and irradiation thereof into an area 20 to be treated (FIG. 3 ), e.g. one Lug tumor, shown. The device shown as an example has a - as indicated by the arrows 22 - movable table 24, also called Linac table, it being emphasized here that, depending on the type of medical device, alternatively or additionally, other means for changing the relative position of to be treated body area and medical device can be provided. As indicated in Fig. 3 by the reference numerals 14 'and 16' and the arrows 26, the accelerator is pivoted and movable, so that it is possible to irradiate the beams 18 and 18 'in succession from different directions in the target area 20.
Auf dem Tisch 24 befindet sich ein - in Fig. 3 nur im Schnitt gezeigter - Patient 28, an dessen Körperstamm ein Ultraschallwandler 30 in geeigneter Weise, z.B. mittels eines hier nicht gezeigten Gurtes, derart gehalten wird, daß der Wandler 30 in an sich bekannter Weise Ultraschallbilder, insbesondere Ultraschallschnittbilder in einer Schnittbildebene 32 vom zu behandelnden Körpergebiet aufnehmen kann.On the table 24 is a patient 28 - shown only in section in FIG. 3 - on whose trunk an ultrasound transducer 30 is suitable, e.g. by means of a belt, not shown here, is held in such a way that the transducer 30 can take ultrasound images, in particular ultrasound sectional images, in a sectional image plane 32 of the body region to be treated in a manner known per se.
Die Ultraschallbilder werden - wie durch die Linie 34 angedeutet - drahtlos oder drahtgebunden einer über einen Bildschirm 36 und eine Eingabeeinheit 38 verfügenden Ultraschallauswerte- und -Steuereinheit 40 zugeleitet, mittels derer z.B. verschiedene Sende- und Empfangsparameter am Ultraschallwandler 30 eingestellt werden können und die es erlaubt, in den Bildern die Lage des zu behandelnden Körpergebietes zu ermitteln, wobei an dieser Stelle betont sei, daß die Einheit 40 auch Teil einer - im gezeigten Ausführungsbeispiel gesonderten, über einen eigenen Bildschirm 42 und eine eigene Eingabeeinheit 44 verfügenden und hier mit der Einheit 40, wie durch die Linie 46 angedeutet, drahtlos oder drahtgebunden gekoppelten - zentralen Auswerte- und Steuereinheit 48 sein kann.As indicated by the line 34, the ultrasound images are fed wirelessly or in a wired manner to an ultrasound evaluation and control unit 40 which has a screen 36 and an input unit 38 and by means of which, for example, various transmission and reception parameters can be set on the ultrasound transducer 30 and which allow it to determine the position of the body area to be treated in the pictures, it being emphasized at this point that the unit 40 also forms part of a separate screen, which is separate in the exemplary embodiment shown 42 and having their own input unit 44 and here with the unit 40, as indicated by the line 46, can be wireless or wired - central evaluation and control unit 48.
Wie insbesondere in Fig. 2 gut zu erkennen, sind an dem Wandler 30 Positionsmarkierungen 50 ortsfest angebracht, die von den hier als Kameras ausgebildeten Sensoren 52 und 54 erfaßt werden können. Die Sensoren 52 und 54 stehen - wie durch die Linien 56 und 58 angedeutet - ebenfalls mit der zentralen Auswerte- und Steuereinheit 48 in Verbindung, die aus den von den Sensoren erfaßten Daten die Position des Wandlers 30 bestimmt.As can be seen particularly well in FIG. 2, position markings 50 are fixed in place on the transducer 30 and can be detected by the sensors 52 and 54 designed here as cameras. As indicated by lines 56 and 58, sensors 52 and 54 are also connected to central evaluation and control unit 48, which determines the position of transducer 30 from the data recorded by the sensors.
Sind nun die Lage des zu behandelnden Gebietes 20 relativ zu dem Wandler 30 und die Lage des Wandlers 30 relativ zu dem medizinischen Gerät 10 bekannt, kann die zentrale Auswerte- und Steuereinheit 48 entsprechende Steuersignale erzeugen und z.B. über eine Datenleitung 60 an die jeweilige Positioniereinrichtung (im Beispiel also an den verfahr- baren Tisch 24 und ggf. auch an die zum Verfahren und Verschwenken des Beschleunigerkopfes vorgesehenen an sich bekannten Positioniermittel und eventuell auch an eine einstellbare Strahlenblende) weiterleiten, um die Strahlen 18, 18' in das Behandlungsgebiet zu leiten oder - bei mehreren aus verschiedenen Richtungen einfallenden und sich in einem Zentrum schneidenden Strahlen - das Strahlenzentrum mit dem Behandlungsgebiet in Deckung zu bringen. If the position of the area 20 to be treated relative to the transducer 30 and the position of the transducer 30 relative to the medical device 10 are now known, the central evaluation and control unit 48 can generate corresponding control signals and e.g. Forward via a data line 60 to the respective positioning device (in the example, to the movable table 24 and possibly also to the positioning means known per se for moving and pivoting the accelerator head and possibly also to an adjustable beam diaphragm) in order to transmit the beams 18 , 18 'into the treatment area or - in the case of several rays coming from different directions and intersecting in one center - to bring the radiation center into alignment with the treatment area.

Claims

Patentansprüche: Claims:
1. Verfahren zur Positionierung eines Körperteils relativ zu einem medizinischen Gerät dadurch gekennzeichnet, daß mittels wenigstens eines Ultraschallwandlers wenigstens ein Ultraschall- bild eines Teilbereichs des Körperteils erzeugt wird, daß die Lage eines bestimmten Gebietes in dem Ultraschallbild ermittelt wird, daß die Position des Ultraschallwandlers relativ zu dem medizinischen Gerät erfaßt wird und daß die Positionierung des Körperteils in Abhängigkeit von der erfaßten Position des Ultraschallwandlers und der ermittelten Lage des bestimmten Gebietes in dem Ultraschallbild erfolgt.1. A method for positioning a body part relative to a medical device, characterized in that at least one ultrasound image of a partial area of the body part is generated by means of at least one ultrasound transducer, that the position of a specific area in the ultrasound image is determined that the position of the ultrasound transducer is relative to the medical device is detected and that the positioning of the body part takes place depending on the detected position of the ultrasound transducer and the determined position of the specific area in the ultrasound image.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das Ultraschallbild ein Volumenbild ist.2. The method according to claim 1, characterized in that the ultrasound image is a volume image.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das3. The method according to claim 1, characterized in that the
Ultraschallbild ein Schnittbild ist.Ultrasound image is a sectional image.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere, räumlich gegeneinander versetzte Ultraschallschnittbilder erzeugt werden, daß die Lage des bestimmten Gebietes in den Ultraschallschnittbildern ermittelt wird und daß die Positionierung des Körperteils in Abhängigkeit von der erfaßten Position des Ultraschallwandlers und der ermittelten Lage des bestimmten Gebietes in den Ultraschallbildern erfolgt.4. The method according to claim 3, characterized in that a plurality of spatially offset ultrasonic sectional images are generated, that the position of the specific area is determined in the ultrasonic sectional images and that the positioning of the body part in dependence on the detected position of the Ultrasonic transducer and the determined location of the specific area in the ultrasound images.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ermittlung der Lage des bestimmten Gebietes in dem bzw. den Ultraschallbilder(n) automatisch erfolgt.5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the determination of the position of the specific area in the ultrasound image (s) is carried out automatically.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Position des bzw. der Ultraschallwandler(s) relativ zu dem medizinischen Gerät drahtlos, insbesondere optoelektronisch erfaßt wird.6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the position of the ultrasonic transducer (s) relative to the medical device is detected wirelessly, in particular optoelectronically.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Position des bzw. der Ultraschallwandler(s) relativ zu dem medizinischen Gerät unter Zwischenschaltung mechanischer Einrichtungen erfaßt wird.7. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the position of the ultrasonic transducer (s) is detected relative to the medical device with the interposition of mechanical devices.
8. Vorrichtung zur Positionierung eines Körperteils relativ zu einem medizinischen Gerät dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein8. Device for positioning a body part relative to a medical device, characterized in that at least one
Ultraschallwandler zur Erzeugung von Ultraschallbildern eines Teilbereichs des Körperteils vorgesehen ist und daß die Vorrichtung über Mittel zur Erfassung der Position des Ultraschallwandlers relativ zu dem medizinischen Gerät verfügt.Ultrasound transducer for generating ultrasound images of a portion of the body part is provided and that the device has means for detecting the position of the ultrasound transducer relative to the medical device.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der9. The device according to claim 8, characterized in that the
Ultraschallwandler ein Volumenscanner ist. Ultrasonic transducer is a volume scanner.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Ultraschall wandler ein Schnittbildscanner ist.10. The device according to claim 8, characterized in that the ultrasonic transducer is a sectional image scanner.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Ultraschallwandler über mechanische und/oder elektronische Mittel zum räumlichen Versetzen der von ihm abgetasteten11. The device according to claim 10, characterized in that the ultrasonic transducer via mechanical and / or electronic means for the spatial displacement of the scanned by him
Schnittbildebene verfügt.Cross section plane has.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, daß Bildverarbeitungsmittel zur automatischen Ermittlung der Lage des bestimmten Gebietes in dem bzw. den Ultraschallbilder(n) vorgesehen sind.12. Device according to one of claims 8 to 11, characterized in that image processing means for automatically determining the position of the specific area in the or the ultrasound images (s) are provided.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Sensor zur Erfassung der Position des bzw. der Ultraschallwandler(s) relativ zu dem medizinischen Gerät vorgesehen ist.13. Device according to one of claims 8 to 12, characterized in that at least one sensor for detecting the position of the ultrasonic transducer (s) is provided relative to the medical device.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor über eine CCD-Zelle verfügt.14. The apparatus according to claim 13, characterized in that the sensor has a CCD cell.
15. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß an jedem Ultraschallwandler wenigstens eine von dem Sensor erfaßbare Positionsmarkierung vorgesehen ist. 15. The apparatus of claim 12 or 13, characterized in that at least one position mark detectable by the sensor is provided on each ultrasonic transducer.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. die Ultraschallwandler mechanisch mit dem medizinischen Gerät gekoppelt sind.16. The device according to one of claims 8 to 15, characterized in that the ultrasonic transducer or transducers are mechanically coupled to the medical device.
17. Medizinisches Gerät, insbesondere Bestrahlungsgerät mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 16. 17. Medical device, in particular radiation device with a device according to one of claims 8 to 16.
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