DE102005056701B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Planung einer Behandlung - Google Patents
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Planung einer Behandlung eines Tumors eines Patienten bei einer Partikel- und/oder Strahlentherapie.
- Vor einer Partikel- und/oder Strahlentherapie zur Behandlung eines an einem Tumor erkrankten Patienten wird üblicherweise mit einem medizintechnischen bildgebenden Verfahren, insbesondere mit einer Computertomographie, eine dreidimensionale Aufnahme gemacht, um medizinische Befunde oder physikalische und chemische Phänomene zu veranschaulichen. Diese Aufnahme liefert wichtige Informationen über den Tumor, über seine Lage, Größe, das Stadium seiner Entwicklung und über die Art des betroffenen Gewebes und dient als Grundbilddatensatz für die Therapie.
- Während der Therapie werden zur Kontrolle und zur Repositionierung des Patienten mittels eines Hilfsbildgebungsgeräts weitere Aufnahmen des Tumors gemacht. Ein Vergleich der weiteren Aufnahmen mit dem Grundbilddatensatz zeigt, ob eine Repositionierung des Patienten notwendig ist, um eine einwandfreie Behandlung zu gewährleisten. Diese Aufnahmen sind in der Regel zweidimensionale Aufnahmen, insbesondere Röntgenaufnahmen. Mittels solcher Aufnahmen, und insbesondere mit solchen, die mit mehreren Strahl-Detektorsystemen, welche zueinander orthogonale Achsen aufweisen, aufgenommen sind, kann ein Vergleich mit den 3D-Daten des Grundbilddatensatzes erfolgen. Heutzutage kommen auch Systeme zur dreidimensionalen volumetrischen Bildgebung zum Einsatz, wie Cone-Beam-Computertomographen, die insbesondere bereits in einem Behandlungsgerät integriert sind. Auch könnten andere bildgebende Verfahren zur Überprüfung der Positionierung und des Behandlungserfolgs eingesetzt werden. Beispielweise ist hierfür auch die Positronen-Emissions-Tomographie hervorzuheben.
- Die übliche Vorgehensweise zur Auswahl der Hilfsbildgebungsgeräte und zum Einstellen der Parameter, die geeignet gute Aufnahmen mit dem Hilfsbildgebungsgerät gewährleisten, ist allerdings verbesserungsbedürftig. Sowohl die Auswahl der Parameter zur Bildgebung als auch die Auswahl der Hilfsbildgebungsgeräte und Häufigkeit der Aufnahmen obliegen alleine dem medizinischen Personal.
- Die US 2005/0259779 A1 offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren, bei denen ein Kontrastmittel verwendet wird, um eine Bestrahlungsdosis, eine Bestrahlungsenergie und/oder eine Bestrahlungsdauer zu optimieren, so dass eine Qnline-Optimierung der Therapie in Echtzeit erreicht werden kann. Die Signale des Kontrastmittels werden während der Behandlung mit Erwartungswerten verglichen, um zu bestimmen, ob eine Optimierung der Therapie nötig ist.
- Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur verbesserten, automatisierten Planung der Behandlung anzugeben. Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde eine Vorrichtung anzugeben, mit deren Hilfe dieses Verfahrens durchgeführt wird.
- Die erstgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Planung einer Behandlung eines Tumors eines Patienten bei einer Partikel- und/oder Strahlentherapie, wobei aus Eingangsdaten, welche die Art und Anzahl der vorhandenen bildgebenden Geräte, den Tumor charakterisierende Größen und/oder den Patienten charakterisierende Größen umfassen, in einem Auswertemodul unter Berücksichtigung eines auf Erfahrungen basierenden, in einem Speicher abgespeicherten funktionalen Zusammenhangs Ausgabedaten, welche die Art, die Häufigkeit der Verwendung und/oder die Parameter zur Einstellung des einzusetzenden bildgebenden Gerätes umfassen, für einen Bildgebungsplan ermittelt werden.
- Der wesentliche Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, dass der Vorgang zur Planung einer Behandlung weitgehend automatisiert ist, so dass der Arbeitsablauf deutlich schneller und einfacher ist und ein besonders hoher Patientendurchsatz erreicht wird. Mit diesem Verfahren kann eine nahezu unbegrenzte Menge an Informationen, die auf Erfahrungen beruhen, gespeichert werden, welche die Basis für anspruchsvolle Berechnungen mehrerer Parameter und Konstellationen von Geräten bilden.
- Das medizinische Personal, welches die Behandlung betreut und durchführt, muss hierbei lediglich vor der ersten Sitzung die Eingangsdaten im Auswertemodul protokollieren. Dies kann beispielsweise über eine Tastatur, eine Maus, eine Sprach- oder eine Datenübermittlungsvorrichtung geschehen. Die patientenunspezifischen Daten wie die Art und Anzahl der im Behandlungsort vorhandenen bildgebenden Geräte kann, nachdem sie ein mal im Auswertemodul erfasst worden sind, bei jeder weiteren Sitzung auch mit verschiedenen Patienten weiter verwendet werden. Die bildgebenden Geräte, die zur Repositionierung des Patienten bei den weiteren Sitzungen verwendet werden, sind z.B. ein Computertomograph, ein Magnetresonanz-Gerät, ein Positronen-Emissionstomograph oder ein Röntgensystem. Weiterhin werden patientenspezifische Daten protokolliert, welche den Tumor und/oder den Patienten charakterisierende Größen umfassen. Solche sind z.B. die Art des betroffenen Gewebes, die Lage und Größe des Tumors, das Gewicht des Patienten, seine körperliche Verfassung oder sein Alter.
- Das Auswertemodul weist insbesondere eine Recheneinheit (Prozessor) und einen Speicher auf, in welchem Speicher ein funktionaler Zusammenhang gespeichert ist. Der funktionale Zusammenhang entspricht einer Datenbank, in der auf Erfahrung basierte Konstellationen und Parameter zur Bildgebung sowie deren Korrelationen zu den Eingangsdaten gespeichert sind. Mittels der Eingangsdaten kann hierbei ein Bildgebungsplan ermittelt werden, welcher z.B. die Art, die Häufigkeit und die Parameter zur Einstellung des einzusetzen bildgebenden Geräts enthalten. Die Parameter zur Einstellung des bildgebenden Geräts sind die technischen Parameter des Geräts und umfassen insbesondere die Ausrichtung, die verwendete Energie, Fokusierungstiefe oder den Abstand, in dem die Aufnahme gemacht wird. Diese Parameter sind so eingestellt, dass Qualitätsaufnahmen gemacht werden können, welche die Genauigkeitsanforderungen erfüllen. Die Ausgangsdaten werden für das medizinische Personal zugänglich gemacht, indem sie z.B. über einen Bildschirm oder einen Drucker ausgegeben werden. Die Ermittlung des Bildgebungsplans mittels des Auswertemoduls erfolgt hierbei sehr viel schneller und mit weniger Fehler behaftet als eine vom Menschen durchgeführte Ermittlung unter Berücksichtigung aufgeschriebener Erfahrungswerte.
- In einer bevorzugten Variante wird der funktionale Zusammenhang im Auswertemodul geändert. Dies kann sowohl eine Ergänzung der Datenbank, als auch eine Änderung der Korrelationen zwischen Eingangsdaten und Ausgabedaten umfassen. Somit erfolgt eine durchgehende Aktualisierung des funktionalen Zusammenhangs aufgrund eigener Erfahrung, welche Aktualisierung zu einer Verbesserung des Verfahrens zur Erstellung eines Bildgebungsplans führt.
- In einer weiteren bevorzugten Variante wird die Änderung des funktionalen Zusammenhangs unter Berücksichtigung der mit den Ausgabedaten gewonnenen Ergebnisse der Bildgebung ermittelt. Falls die Ausgabedaten, die durch das Auswertemodul ermittelt wurden, sich nicht als optimal für die vorgegebenen Eingangsdaten erweisen, wird der funktionale Zusammenhang entsprechend geändert oder ergänzt. Insbesondere haben neu gespeicherte empirische Daten optimaler Ergebnisse und Korrelationen eine höhere Ausgabepriorität als die vom Auswertemodul ursprünglich ermittelten Einstellungen, so dass bei einer wiederholten Planung mit den selben Eingangsdaten die Daten optimiert ausgegeben werden.
- Vorteilhafterweise wird mittels des einzusetzenden bildgebenden Gerätes ein Bilddatensatz gewonnen, welcher zur Änderung der Behandlungsparameter verwendet wird. Die Behandlung unterstützende Aufnahmen des Tumors werden auch gemacht, um wichtige Information über seine Zurückbildung zu erhalten. Gleichzeitig liefert der Bilddatensatz Daten über mögliche Veränderungen im körperlichen Zustand des Patienten. Um wirkungsvolle Ergebnisse ohne eventuelle Nebenwirkungen auf den Patienten zu erreichen, werden die Änderungen des Tumors oder des Patienten bei der Planung der Behandlung berücksichtigt, was zu einer Anpassung der Behandlungsparameter führt.
- Weiterhin von Vorteil ist, dass die Behandlungsparameter durch einen Abgleich zwischen dem Bilddatensatz und einem ursprünglichen Grundbilddatensatz errechnet werden. Der dreidimensionale Grundbilddatensatz wird am Anfang der Behandlung insbesondere mit einem Computertomographen erhalten und gibt ausführliche Information über den Tumor. Diese Information wird im Laufe der Therapie als Referenz-Quelle für die weiteren unterstützenden Aufnahmen verwendet. Die Bilddatensätze, die während der Therapie gewonnen werden, werden mit dem Grundbilddatensatz verglichen, um insbesondere Abweichungen in der Lage des Patienten zu detektieren, denn solche Abweichungen erschweren ein gezieltes Bestrahlen des erkranktes Gewebes.
- Bevorzugt umfassen die Eingangsdaten zusätzlich die Art und Anzahl vorhandener Bestrahlungsvorrichtungen und im Auswertemodul werden Ausgabedaten für einen Behandlungsplan ermittelt. Der Bildgebungsplan ist somit ein Teil des Behandlungsplans, welcher z.B. zusätzliche Einstellungen der Bestrahlungsvorrichtungen enthält.
- Weiter bevorzugt tauscht das Auswertemodul über ein Netzwerk mit den bildgebenden Geräten und/oder Bestrahlungsvorrichtungen Daten aus. Eine Anbindung aller vorhandener Geräte in einem Netzwerk mit dem Auswertemodul bringt den Vorteil, dass eine automatische, vom Auswertemodul angesteuerte Änderung der Parameter der Geräte ermöglicht ist. Dies reduziert deutlich den menschlichen Aufwand sowohl bei der Behandlungsplanung als auch bei der Durchführung der Bildgebung und der Bestrahlung des Tumors.
- Um eine sichere Positionierung des Patienten auf der zur Bilderfassung verwendeten Apparatur zu gewährleisten, wird vorzugsweise mittels des Auswertemoduls ein Dry-run des einzu setzenden bildgebenden Geräts simuliert. Bei einem Dry-run wird das zur Bildgebung verwendete Gerät in die Stellung gebracht, in der es die unterstützenden Aufnahme des Tumors machen soll. Dabei wird überprüft, ob es auf seinem Weg mit anderen Vorrichtungen kollidiert oder den Patienten erfasst und verletzt. Mit Hilfe des vorliegenden Verfahrens kann diese Überprüfung mittels des Auswertemoduls errechnet werden. Hierbei wird auch die Größe des auf der Liege positionierten Patienten berücksichtigt und der Bewegungsablauf des bildgebenden Geräts wird berechnet. Falls das Gerät bei seiner Bewegung mit anderen Vorrichtungen kollidiert oder den Patienten erfasst, wird eine Warnung ausgegeben. Insbesondere wird dann mittels des Auswertemoduls eine neue Bewegungsbahn berechnet.
- Die zweitgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung zur Planung einer Bestrahlung nach Anspruch 9. Die in den vorhergehenden Ansprüchen angegebenen Vorteile und bevorzugten Varianten sind sinngemäß auf diese Vorrichtung zu übertragen.
- Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt die einzige Figur schematisch:
-
1 ein Blockdiagramm eines Verfahrens zur Planung einer Behandlung. - In
1 ist schematisch der Ablauf eines Verfahrens zur Planung einer Behandlung eines Tumors eines Patienten dargestellt. Der Patient wird auf eine Liege positioniert und mittels bildgebender Geräte werden Aufnahmen seines erkrankten Gewebes getätigt und ausgewertet. Die Aufnahmen, die in einem Bilddatensatz1 erfasst werden, dienen zur Erstellung eines Bildgebungsplans2 , welcher Teil der Therapie ist. Mittels des Bildgebungsplans2 wird sicher gestellt, dass genau das vom Tumor betroffene Gewebe bei einer Strahlen- oder Partikeltherapie bestrahlt wird. - Zur Durchführung des Verfahrens ist eine Vorrichtung
3 vorgesehen, die ein Auswertemodul4 umfasst, welches einen Eingang5 und einen Ausgang6 aufweist. Über den Eingang5 , der z.B. eine Tastatur, eine Maus, eine Sprach- oder Datenübermittlungsvorrichtung ist, werden Eingangsdaten7 protokolliert. Die Eingangsdaten7 bestehen in diesem Ausführungsbeispiel aus drei Blocks8 ,9 ,10 . Der Block8 stellt die patientenunspezifischen Daten dar, nämlich die Art und Anzahl der am Behandlungsort vorhandenen bildgebenden Geräte. Solche Geräte können ein Computertomograph, ein Magnetresonanz-Gerät, ein Positronen-Emissionstomograph oder ein Röntgensystem sein. Der Block9 umfasst die patientenspezifischen Daten wie die den Tumor charakterisierenden Größen – beispielweise Lage und Größe des Tumors und Art des erkrankten Gewebes, sowie die den Patienten charakterisierenden Größen, z.B. Alter, Größe, Körpergewicht oder körperliche Verfassung des Patienten. Optional können bei der Planung die Art und Anzahl der vorhandenen Bestrahlungsvorrichtungen berücksichtigt werden, was mit Block10 angedeutet ist. - Die protokollierten Eingangsdaten
7 werden im Auswertemodul4 ausgewertet. Das Auswertemodul7 verfügt über eine Recheneinheit11 , insbesondere einen Prozessor zur elektronischen Datenverarbeitung, und einen Speicher12 zur Speicherung von Daten. Im Speicher12 ist ein funktionaler Zusammenhang13 gespeichert, mit dessen Hilfe die Auswertung der Eingangsdaten7 und die Erstellung des Bildgebungsplans2 erfolgt. Der funktionale Zusammenhang13 entspricht einer Datenbank, welche erfahrungsbasierte Konstellationen und Parameter zur Bildgebung enthält. Somit werden im Auswertemodul4 Korrelationen zwischen den Eingangsdaten7 und den gespeicherten Daten ermittelt, die zur Erstellung des Bildgebungsplans2 dienen. - Ermittelte Ausgangsdaten
14 werden über den Ausgang6 dem medizinischen Personal zur Verfügung gestellt. Der Ausgang6 kann dabei ein Bildschirm, ein Drucker oder eine andere Vorrichtung zur Datenausgabe sein. Der vom Auswertemodul4 erstellte Bildgebungsplan2 , welcher ein Teil eines Behandlungsplans15 ist, umfasst beispielweise die Art und Häufigkeit des einzusetzenden bildgebenden Geräts und die Parameter zur Einstellung dieses Geräts. Die Parameter des bildgebenden Geräts sind z.B. Ausrichtung, verwendete Energie, Fokusierungstiefe, etc. - Die mit Hilfe des Bildgebungsplans
2 gewonnenen Aufnahmen werden als Bilddatensatz1 gespeichert und mit einem Grundbilddatensatz16 verglichen. Der Grundbilddatensatz16 wird am Anfang der Behandlung mittels eines bildgebenden Verfahrens zum Erzeugen dreidimensionaler Aufnahmen, insbesondere mittels eines Computertomographen, gebildet. Der Grundbilddatensatz16 wird auf einem für das Auswertemodul4 zugänglichen Datenträger gespeichert, welcher Datenträger auch der Speicher12 des Auswertemoduls4 sein kann. Im Laufe der Behandlung, falls wesentliche Veränderungen in der Größe und/oder der Lage des Tumors detektiert werden, können erneut 3D-Aufnahmen gemacht werden, welche weiterhin als Grundbilddatensatz16 verwendet werden. Der Vergleich des Bilddatensatzes1 mit dem Grundbilddatensatz16 liefert Informationen über die Entwicklung, bzw. Zurückbildung des Tumors, welche für die Behandlung von großer Bedeutung sind. - Eine Optimierung des Verfahrens wird gewährleistet, indem der funktionale Zusammenhang
13 derart ausgebildet ist, dass er vom medizinischen Personal geändert werden kann. Die Änderungen umfassen sowohl eine Ergänzung der Datenbank als auch das Einstellen von neuen Korrelationen zwischen den Eingangsdaten7 und den Ausgangsdaten14 . Wenn es sich herausstellen sollte, dass die vom Auswertemodul4 errechneten Ausgangsdaten14 für die Bildgebung nicht optimal sind, kann der funktionale Zusammenhang13 durch Daten ergänzt werden, die aus eigener Erfahrung erhalten sind. Solchen nachgetragenen erfahrungsgemäßen Parameterwerten und Einstellungen kann insbesondere eine höhere Ausgabepriorität zugeordnet werden. Insbesondere kann diese Änderung auch automatisiert durch eine entsprechende Vernetzung der beteiligten Geräte erfolgen. - Das vorliegende Verfahren zur Planung der Behandlung des Patienten bietet einen hohen Automatisierungsgrad der Planung, welcher den menschlichen Aufwand bei der Planung deutlich herabsetzt. Dies kann insbesondere durch eine elektronische Patientenakte erreicht werden, in welcher beispielweise der Grundbilddatensatz
16 , die patientenspezifischen und patientenunspezifischen Daten8 ,9 gespeichert werden. Bei nachfolgenden Sitzungen werden weitere Aufnahmen gemacht, die mit dem gespeicherten Grundbilddatensatz16 , abgeglichen werden. Dieser Abgleich liefert Information darüber, ob eine Repositionierung des Patienten notwendig ist, um die Bestrahlung des Tumors durchzuführen. - Während der Bestrahlung kann außerdem ein Positronen-Emissionstomograph eingesetzt werden, der die biochemische und physiologische Vorgänge abbildet. Insbesondere der Einsatz von mehreren Geräten zur Bildgebung macht ein Dry-run notwendig, welcher mittels des Auswertemoduls
4 virtuell durchgeführt wird. Bei der Simulation des Dry-runs werden die Positionen und Bewegungsabläufe aller für die Bildgebung benötigten Geräte rechnerisch ermittelt. Eine experimentelle Ermittlung der Bewegungsabläufe mehrerer Geräte ist oft zu kompliziert, deshalb bieten die vorliegenden Verfahren und Vorrichtung den Vorteil, dass aufwendige Tests, bei denen mehrerer Geräte in ihre Einsatzstellungen verfahren werden, nicht mehr notwendig sind.
Claims (14)
- Verfahren zur Planung einer Behandlung eines Tumors eines Patienten bei einer Partikel- und/oder Strahlentherapie, bei dem ein Bildgebungsplan ermittelt wird, wobei aus Eingangsdaten (
7 ), welche die Art und Anzahl der vorhandenen bildgebenden Geräte, den Tumor charakterisierende Größen und/oder den Patienten charakterisierende Größen umfassen, in einem Auswertemodul (4 ) unter Berücksichtigung eines auf Erfahrungen basierenden, in einem Speicher (12 ) abgespeicherten funktionalen Zusammenhangs (13 ) Ausgabedaten (14 ), welche die Art, die Häufigkeit der Verwendung und/oder die Parameter zur Einstellung des einzusetzenden bildgebenden Gerätes umfassen, für einen Bildgebungsplan (2 ) ermittelt werden. - Verfahren nach Anspruch 1, wobei der funktionale Zusammenhang (
13 ) im Auswertemodul (4 ) geändert wird. - Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Änderung des funktionalen Zusammenhangs (
13 ) unter Berücksichtigung der mit den Ausgangsdaten (14 ) gewonnenen Ergebnisse der Bildgebung (2 ) ermittelt wird. - Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mittels des einzusetzenden bildgebenden Gerätes ein Bilddatensatz (
1 ) gewonnen wird, welcher zur Änderung von Behandlungsparametern verwendet wird. - Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Behandlungsparameter durch einen Abgleich zwischen dem Bilddatensatz (
1 ) und einem ursprünglichen Grundbilddatensatz (16 ) errechnet werden. - Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Eingangsdaten (
7 ) zusätzlich die Art und Anzahl vorhandener Bestrahlungsvorrichtungen (10 ) umfassen und im Auswertemodul (4 ) Ausgabedaten (14 ) für einen Behandlungsplan (15 ) ermittelt werden. - Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Auswertemodul (
4 ) über ein Netzwerk mit den bildgebenden Geräten und/oder Bestrahlungsvorrichtungen Daten austauscht. - Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mittels des Auswertemoduls (
4 ) ein Dry-run des einzusetzenden bildgebenden Gerätes simuliert wird. - Vorrichtung (
3 ) zur Planung einer Behandlung eines Tumors eines Patienten bei einer Partikel- und/oder Strahlentherapie, umfassend die Ermittelung eines Bildgebungsplans, die Vorrichtung umfassend ein Auswertemodul (4 ) mit einem Eingang (5 ) zum Empfang von Eingangsdaten (7 ), einem Speicher (12 ) und einem Ausgang (6 ) zur Ausgabe ermittelter Ausgabedaten (14 ), wobei das Auswertemodul (4 ) dafür vorgesehen ist, aus den Eingangsdaten (7 ), welche die Art und Anzahl der vorhandenen bildgebenden Geräte, den Tumor charakterisierende Größen und/oder den Patienten charakterisierende Größen umfassen, durch einen Abgleich mit einem in dem Speicher (12 ) abgespeicherten auf Erfahrungen basierenden funktionalen Zusammenhang (13 ) die Ausgabedaten (14 ) zu ermitteln, welche die Art, die Häufigkeit der Verwendung und/oder die Parameter zur Einstellung des einzusetzenden bildgebenden Gerätes in Form von einem Bildgebungsplan (2 ) umfassen. - Vorrichtung (
3 ) nach Anspruch 9, wobei das Auswertemodul (4 ) zur Änderung des funktionalen Zusammenhangs (13 ) ausgebildet ist. - Vorrichtung (
3 ) nach Anspruch 10, wobei das Auswertemodul (4 ) zur Änderung des funktionalen Zusammenhangs (13 ) unter Berücksichtigung der mit den Ausgangs daten (14 ) gewonnen Ergebnisse der Bildgebung ausgebildet ist. - Vorrichtung (
3 ) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei das Auswertemodul (4 ) zusätzlich zur Verarbeitung der Art und Anzahl vorhandener Bestrahlungsvorrichtungen (10 ) als Eingangsdaten (7 ) und für die Ausgabe von Ausgabedaten (14 ) für einen Behandlungsplan (15 ) vorgesehen ist. - Vorrichtung (
3 ) nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei das Auswertemodul (4 ) über ein Netzwerk mit den bildgebenden Geräten und/oder Bestrahlungsvorrichtungen verbindbar ist. - Vorrichtung (
3 ) nach einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei das Auswertemodul (4 ) zur Ermittlung eines Dry-runs des einzusetzenden bildgebenden Gerätes ausgebildet ist.
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