DE102005034913A1

DE102005034913A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Gewinnung eines Bilddatensatzes zur Planung einer Strahlentherapie eines Patienten, Verwenden einer derartigen Vorrichtung sowie Verfahren zur Patientenpositionierung

Info

Publication number: DE102005034913A1
Application number: DE102005034913A
Authority: DE
Inventors: Klaus Herrmann; Eike Dr. Rietzel; Andreas Sommer
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 2005-07-26
Filing date: 2005-07-26
Publication date: 2007-02-15
Also published as: EP1907054B1; DE602006017847D1; EP1907054A1; ATE485874T1; WO2007012649A1; US20080240349A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (3) zur Gewinnung eines Bilddatensatzes zur Planung (19) einer Strahlentherapie (31) eines Patienten (5), umfassend eine CT-Gantry (9) und eine Patientenpositioniereinheit (7), dadurch gekennzeichnet, dass die Patientenpositioniereinheit (7) derart ausgebildet ist, dass der Patient (5) im Raum in eine beliebige Körperposition bringbar ist, in der vorzugsweise auch die Strahlentherapie (31) durchgeführt wird, und dass die CT-Gantry (9) derart frei beweglich angeordnet ist, dass in dieser Körperposition des Patienten (5) eine Bildgebung zur Strahlentherapieplanung (19) durchführbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung eines Bilddatensatzes zur Planung einer Strahlentherapie eines Patienten und eine Vorrichtung mit einer CT-Gantry und einer Patientenpositioniereinheit zur Gewinnung eines derartigen Bilddatensatzes, ein Verwenden einer derartigen Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Patientenpositionierung zur Strahlentherapie.
In der Strahlentherapieplanung werden Computertomographie-Geräte (CT-Geräte) zur computergestützten Erzeugung von 3D-Bilddaten eines einen Tumor enthaltenen Körperbereichs eines Patienten verwendet. Anhand der Bilddaten werden die für eine erfolgreiche Bestrahlung des Tumors notwendigen Bestrahlungsfelder, d.h. die Intensität und Einfallsrichtung der Strahlung, festgelegt. Dabei wird ausgenutzt, dass die Abschwächung der bildgebenden Röntgenstrahlung auf die Wechselwirkung des Therapiestrahls mit dem durchstrahlten Gewebe skalierbar ist.
Für die Therapieplanung werden bevorzugt CT-Geräte verwendet, da diese für ein großes Volumen hochauflösend die Abschwächung der durch eine Röntgenquelle aus verschiedenen Richtungen auf den Patienten emittierten Röntgenstrahlung beim Durchdringen des Körperbereichs durch Röntgendetektoren messen. Die Röntgenquelle und die Röntgendetektoren rotieren dabei um den in einer Messöffnung liegenden Patienten, so dass Messungen aus einer Vielzahl von Durchleuchtungsrichtungen durchgeführt werden, die zu dem hoch auflösenden 3D-Bilddatensatz führen.
Typischerweise befindet sich der Patient bei heutigen CT-Geräten während der Untersuchung auf einer in der Messöffnung positionierten Patientenliege in einer liegenden Körperhaltung. Damit die Anatomie bei der Bestrahlung mit der Anatomie, auf der die Planung erfolgte, übereinstimmt, erfolgt auch die Bestrahlung in dieser Lage. Zur Bestrahlung werden zum einen Bestrahlungsplätze mit einer festen Bestrahlungsrichtung und zum anderen Gantry-basierte Bestrahlungsplätze verwendet, in denen die Bestrahlung aus verschiedenen Richtungen durch Rotation des Strahlenaustritts der Gantry um den Patienten möglich ist. Bestrahlt wird bei der konventionellen Strahlentherapie mit Röntgenstrahlung und bei der Partikeltherapie mit beispielsweise Protonen, Neutronen und Kohlenstoffionen.
Bei der Therapieplanung ist man je nach verwendetem Bestrahlungsplatz in den verwendbaren Einfallsrichtungen des Therapiestrahls und aufgrund der zugrunde liegenden Planungsbildgebung in der Positionierung des Patienten eingeschränkt. Eine Lageänderung des Patienten hat gewöhnlich eine interne Verschiebung innerer Organe zur Folge. Daher empfiehlt es sich, die Planungsbildgebung in Bestrahlungsposition durchzuführen, um die Anatomie in Bestrahlungslage möglichst genau zu erfassen.

Aus der DE 101 46 915 A1 ist auch bereits eine Röntgenapparatur, insbesondere ein Computertomographie-Gerät, bekannt, die zur Untersuchung eines Patienten in aufrechter oder teilweise aufrechter Körperhaltung und damit unter einer natürlichen, statischen Belastung eines bestimmten Körperbereichs vorgesehen ist. Dabei kann insbesondere zur Ausrichtung der Messebenen die Rotationsebene der Apparatur gekippt werden.

Aus EP 0 220 501 B1 ist eine Röntgendiagnostikanlage mit einer verstellbaren Röntgenröhre, einem verstellbaren Bildaufnahmesystem und einer Patientenliege bekannt, wobei diese Anlagenkomponenten individuell dreidimensional mit Hilfe von motorisch betätigbarer Stellmittel bewegt werden können.

Aus WO 99/53997 ist ein Verfahren zur Bestrahlung eines Patienten mit einem horizontalen Partikel-Beam bekannt, indem der Patient mit Hilfe einer Fixiereinheit derart zum Strahl ausgerichtet wird, dass die Körperachse senkrecht zum Partikelstrahl steht.

Eine Aufgabe der Erfindung ist es, die oben erläuterten Einschränkungen hinsichtlich der Einfallsrichtung bei der Strahlentherapie, insbesondere für Bestrahlungsplätze mit fester Strahlrichtung, aufzuheben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1, ein Verwenden der Vorrichtung nach Anspruch 4, ein Verfahren zur Gewinnung von Bilddaten des Patienten nach Anspruch 5, ein Verfahren zur Patientenpositionierung nach Anspruch 11 und eine Strahlentherapieanlage nach Anspruch 12.

Ein Vorteil der Vorrichtung zur Gewinnung eines Bilddatensatzes liegt darin, dass ein Patient in jeder beliebigen Position zur Gewinnung eines Bilddatensatzes zur Planung einer Strahlentherapie mit Hilfe einer CT-Gantry untersucht werden kann. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass anstatt die Einfallsrichtung des Therapiestrahls zur Patientenhauptachse durch eine Drehung des Therapiebestrahls um den Patienten zu realisieren, nun der Patient beliebig ausgerichtet und damit die Einstrahlrichtung insbesondere auch an Bestrahlungsplätzen mit fester Strahlrichtung mit der Anatomie abgestimmt werden kann.

Dies wird dadurch ermöglicht, dass der Patient in dieser Lage auch bei der Therapieplanung bildgebend erfasst wird, da sich ansonsten die inneren Organe in ihrer Lage zwischen Planungsbildgebung und Bestrahlung aufgrund einer Lageänderung des Patienten verschieben könnten. Die der Bestrahlungsplanung zugrunde liegenden Kippwinkel des Patienten bzw. der Patientenliege werden in die Bestrahlungsdaten übernommen. Der Pa tient wird in dieser Lage auch bestrahlt, sofern keine kleinere Positionskorrektur erfolgt.

Die Erfindung vereinfacht den Aufbau von Therapieanlagen, da auf Gantry-Bestrahlungsplätze verzichtet werden kann. Dies führt vor allem bei Partikeltherapieanlagen zu starken Kosteneinsparungen, zu einer Flexibilität in der Wahl der Einfallsstrahlrichtung und damit zu einer guten Separierung zwischen bestrahltem Gewebe und solchem, das nicht bestrahlt werden soll.

Wesentliche Vorteile der Erfindung sind somit erstens die Möglichkeit auf eine Gantry zu verzichten und zweitens die Bestrahlung zu verbessern, indem die Bestrahlungsplanung in der anschließenden Bestrahlungsposition durchgeführt wird.

Ein wesentliches Merkmal einer Ausführungsform der Erfindung liegt darin, dass ein Patient im Raum in einer beliebigen Körperposition zur Gewinnung eines Bilddatensatzes durchleuchtet wird. Die Körperposition beschreibt hierbei die Ausrichtung des Patienten im Raum, das heißt, sie umfasst zum einen die Haltung des Patienten beispielsweise auf der Patientenliege und zum anderen die dreidimensionale Lage der Patientenliege (mit dem Patienten) im Raum. Ausgehend von dieser Körperposition wird eine CT-Gantry mit Strahlenquelle und Strahlendetektor, entlang der Hauptachse des Patienten relativ zum Patienten (oder der Patient relativ zur Gantry) zur Gewinnung eines Bilddatensatzes bewegt. Je nach Ausführungsform der Vorrichtung zur Gewinnung eines Bilddatensatzes zur Planung einer Strahlentherapie kann dabei evtl. auch zuerst die CT-Gantry über die Patientenliege gebracht werden, bevor dann die entsprechende Körperposition eingenommen wird, indem sowohl CT-Gantry als auch die Patientenliege gekippt werden. Basierend auf diesen Bilddaten erfolgt die Therapieplanung, d.h. z.B. die Festlegung der Einfallsrichtung des Therapiestrahls und der Strahlungsintensität, so wie z.B. bei Partikeln die Energie der Partikel. Mögliche Einfallsrichtungen wurden durch die zur Verwendung vorgesehene Bestrahlungsvor richtung vorgegeben, d.h. beispielsweise einen Partikelstrahl in horizontaler Richtung oder unter 45° von oben oder eine Gantry mit in einer Rotationsebene einstellbaren Winkeln.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind durch die Merkmale der Unteransprüche gekennzeichnet.

Es folgt die Erläuterung von zwei Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der 1 und 2. Es zeigen:
1 schematisch eine Vorrichtung zur Gewinnung eines Bilddatensatzes in einem Bestrahlungsraum einer Strahlentherapieanlage und
2 ein Flussdiagramm zur Verdeutlichung des Betriebs einer derartigen Strahlentherapieanlage.
1 zeigt eine Strahlentherapieanlage 1 mit einer Vorrichtung 3 zur Gewinnung eines Bilddatensatzes zur Planung einer Strahlentherapie eines Patienten 5. Die Vorrichtung 3 umfasst dabei eine Patientenpositioniereinheit 7, die derart ausgebildet ist, dass der Patient 5 im Raum in eine beliebige Körperposition bringbar ist. In dieser Körperposition wird mit Hilfe einer CT-Gantry 9 ein Bilddatensatz gewonnen, der zur Planung einer Strahlentherapie des Patienten 5 verwendet wird. Dazu ist die CT-Gantry 9 derart frei beweglich angeordnet, dass in der Körperposition des Patienten 5 die Bildgebung zur Strahlentherapieplanung durchführbar ist. Beispielsweise wird die CT-Gantry 9 über ein Gestell 11 drehbar, verschiebbar und kippbar gehalten. Eine Relativbewegung der CT-Gantry bzw. dessen Röntgenstrahler und Röntgenstrahlungsdetektoren, in Bezug zum Patienten 5, kann einerseits über die Patientenpositioniereinheit mit einer Verschiebung des Patienten oder durch eine Bewegung der CT-Gantry 9 erfolgen.
Beim Betrieb der Strahlentherapieanlage 1 werden dabei beispielsweise die in 2 anhand eines Flussdiagramms ver deutlichten Schritte vollzogen. Nach dem Veranlassen 13 einer beliebigen Körperposition durch den Patienten 5 erfolgt ein Ausrichten 15 einer Bildgebungsvorrichtung (z.B in 1 die CT-Gantry 9) auf die Körperposition des Patienten 5. Dabei ist unter der Körperposition sowohl die Körperhaltung des Patienten 5 auf beispielsweise einer Patientenliege 8 oder einem Patientenstuhl als auch die Ausrichtung einer derartigen Patientenhalterung im Raum zu verstehen.
Mithilfe einer Relativbewegung 17 von Patient 5 zur Bildgebungsvorrichtung 9 werden Bilddaten gewonnen, die beispielsweise zur Therapieplanung geeignete 3D-Bilder des Patienten erzeugen lassen. Mithilfe dieser Daten wird ein Bestrahlungsplan 19 erstellt, der die Einfallsrichtung der Therapiestrahlung sowie weitere Strahlparameter festlegt. Anschließend erfolgt ein Positionieren 21 des Patienten 5 in der Bestrahlungsposition nahe eines Austritts 23 eines Therapiestrahls 25. Dazu wird beispielsweise eine identische Patientenpositioniereinheit 7A verwendet, auf der der Patient 5 entweder in der gleichen Körperposition, die der Therapieplanung zugrunde lag, oder in einer Bestrahlungsposition, die dieser Körperposition sehr nahe kommt, positioniert. In dieser Bestrahlungsposition, die vorzugsweise der Körperposition entspricht, sind nun beispielsweise Organe 27 des Patienten 5 derart im Körper räumlich zu einem zu bestrahlenden Tumor 29 angeordnet, dass die Bestrahlung diese Organe 27 oder zu schonendes Körpergewebe möglichst wenig belastet.
Abschließend wird in der Bestrahlungsposition mit Hilfe des Therapiestrahls 25 eine Strahlentherapie 31 durchgeführt.
Mögliche Therapiestrahlen 25 sind Partikelstrahlen, beispielsweise Protononen oder Kohlenstoffionen oder hochenergetische Röntgenstrahlung. Der Strahlaustritt 23 kann beispielsweise ein Fixed-Beam-Strahlaustritt sein, d.h., die Strahlrichtung des Therapiestrahls ist festgelegt. Alternativ kann der Strahlaustritt 23 der Strahlaustritt einer Gantry sein, mit der der Strahlaustritt um den Patienten in einer Ebene rotiert werden kann.

Claims

Vorrichtung (3) zur Gewinnung eines Bilddatensatzes zur Planung (19) einer Strahlentherapie (31) eines Patienten (5) umfassend eine CT-Gantry (9) und eine Patientenpositioniereinheit (7), dadurch gekennzeichnet, dass die Patientenpositioniereinheit (7) derart ausgebildet ist, dass der Patient (5) im Raum in eine beliebige Körperposition bringbar ist, in der vorzugsweise auch die Strahlentherapie (31) durchgeführt wird, und dass die CT-Gantry (9) derart frei beweglich angeordnet ist, dass in dieser Körperposition des Patienten (5) eine Bildgebung zur Strahlentherapieplanung (19) durchführbar ist.
Vorrichtung (3) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Patientenpositioniereinheit (7) einen Roboter umfasst, der eine freie Ausrichtung und Bewegung des Patienten (5), der insbesondere auf einer Patientenliege (8) der Patientenpositioniereinheit (7) liegend oder in einem Patientenstuhl der Patientenpositioniereinheit (7) sitzend oder stehend gelagert ist, erlaubt.
Vorrichtung (3) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die CT-Gantry (9) horizontal und/oder vertikal verschiebbar und/oder entlang einer einstellbarer Richtung verschiebbar und/oder um eine einstellbarer Achse verkippbar ist, so dass insbesondere Bildebenen der Bildgebung senkrecht zur beliebig einstellbaren Patientenausrichtung angeordnet sind.
Verwenden einer Vorrichtung (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zur Gewinnung von CT-Bilddaten für die Erstellung eines Strahlentherapieplans (19).
Verfahren zur Gewinnung von Bilddaten eines Patienten (5) zur Erstellung eines Strahlentherapieplans (19) mit folgenden Verfahrensmerkmalen: – Veranlassen (13) einer beliebigen Körperposition durch den Patienten (5), welche einer späteren Bestrahlungsposition sehr nahe kommt bzw. der Bestrahlungsposition entspricht, – Ausrichten (15) einer Bildgebungsvorrichtung auf die Körperposition, – Veranlassen einer Relativbewegung (17) von Patient (5) zur Bildgebungsvorrichtung bei gleichzeitiger Datengewinnung mittels der Bildgebungsvorrichtung.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass beim Veranlassen (13) der Körperposition sowohl eine Körperhaltung vom Patienten (5) auf einer Patientenhalterung, insbesondere auf einer Patientenliege (8) oder auf einem Patientenstuhl, eingenommen als auch eine Ausrichtung des Patienten (5) mitsamt der Patientenhalterung in dieser Körperhaltung vorgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausrichtung des Patienten (5) in dieser Körperhaltung, insbesondere über eine Robotoreinheit, welche an der Patientenhalterung angreift, vorgenommen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Körperposition im Patientenkörper einen günstigen Therapiestrahlengang eines Therapiestrahls (25) einer Strahlentherapieanlage (1), insbesondere eines Fixed-Beam-Partikelstrahls, ermöglicht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Ausrichtung der Bildgebungsvorrichtung eine CT-Gantry (9) der Bildgebungsvorrichtung derart positioniert wird, dass der Patient (5) auf der Symmetrieachse der CT-Gantry (9) angeordnet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Relativbewegung (17) Patient (5) und/oder Bildgebungsvorrichtung bewegt werden.
Verfahren zur Patientenpositionierung (21) bei einer Strahlentherapie (31) eines Patienten (5) mit folgenden Verfahrensmerkmalen: – Veranlassen (13) der Einnahme einer beliebigen Körperposition durch den Patienten (5), welche einer späteren Bestrahlungsposition sehr nahe kommt bzw. der Bestrahlungsposition entspricht, – Ausrichten (15) einer Bildgebungsvorrichtung auf die Körperposition, – Veranlassen einer Relativbewegung (17) von Patient (5) zur Bildgebungsvorrichtung bei gleichzeitiger Bilddatengewinnung mittels der Bildgebungsvorrichtung, – Erstellen eines Bestrahlungsplans (19) aufgrund der gewonnen Bilddaten für eine Bestrahlungsposition, die der Körperposition sehr nahe kommt bzw. der Körperposition entspricht und – Veranlassen der Einnahme der Bestrahlungsposition vom Patienten.
Strahlentherapieanlage (1) mit einer Vorrichtung zur Gewinnung eines Bilddatensatzes zur Planung (19) einer Strah lentherapie (31) eines Patienten (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 3 und mit einem Bestrahlungsplatz, der eine weitere Patientenpositioniereinheit (7A) aufweist, mit der der Patient (5) im Raum in eine beliebige bei der Bestrahlungsplanung (19) bestimmte Bestrahlungsposition bringbar ist.