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Hintergrund
der Erfindung
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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren, bei dem die
Form, Gestalt, Position und Konfiguration einer Läsion oder
eines Tumors, der durch ein Bestrahlungstherapiegerät behandelt werden
soll, mit größerer Definition
ermittelt werden kann, um einen Behandlungsplan für die Ausrottung desselben
besser zu entwerfen.
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1. Beschreibung
des Stands der Technik
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Das
Ziel heutiger Bestrahlungstherapie von Krebstumoren oder Läsionen besteht
darin, den Tumor auszurotten, während
eine Beschädigung
von gesundem Gewebe und Organen in der Nähe des Tumors im maximal möglichen
Ausmaß vermieden wird.
Da die große
Mehrheit von Tumoren auf Strahlung anspricht, können dieselben gesteuert oder
vollständig
ausgerottet werden, falls eine ausreichende Strahlungsdosis zu dem
Tumorvolumen geliefert wird. Die Lieferung der notwendigen tumorzidalen Dosis
jedoch kann in bestimmten Komplikationen aufgrund einer Beschädigung gesunden
Gewebes, das den Tumor umgibt, oder aufgrund einer Beschädigung an
anderen gesunden Körperorganen
resultieren, die in der Nähe
des Tumors positioniert sind. Eine konforme Therapie ist ein Bestrahlungsbehandlungsansatz,
der versucht, eine genaue Ziellokalisierung mit einer fokussierten
Bestrahlungslieferung zu kombinieren, um die Hochdosisregion eng
an die Region anzupassen, die durch die äußere Oberfläche des Tumors definiert ist,
während
die Dosis zu umgebendem gesundem Gewebe oder benachbarten gesunden
Organen minimiert ist. Verschiedene konforme Therapietechniken sind
auf dem Gebiet gut bekannt.
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Eine
konforme Bestrahlungstherapie bzw. Strahlentherapie verwendet zweckgebundene
Bestrahlungseinheiten, die zum Erzeugen von hochenergetischen Bestrahlungsstrahlen
von Photonen, Elektronen oder anderen geladenen Partikeln in der Lage
sind. Die Bestrahlungseinheit weist typischerweise eine Bestrahlungsquelle
auf, die typischerweise an einem drehbaren Gerüst der Bestrahlungsbehandlungseinheit
befestigt ist. Durch eine Gerüstdrehbewegung
wird die Bestrahlungsquelle um den Patienten gedreht, der typischerweise
auf einem Behandlungstisch platziert ist, und der Bestrahlungsstrahl
wird zu dem Tumor oder der Läsion,
die behandelt werden soll, hin gerichtet. Verschiedene Typen von
Geräten
werden verwendet, um die Form des Bestrahlungsbehandlungsstrahls
anzupassen, um den Umriss des Tumors eng zu umschließen, wie derselbe
durch den Bestrahlungsbehandlungsstrahl gesehen wird, wenn derselbe
den Körper
des Patienten in den Tumor durchquert. Ein Beispiel eines derartigen
Geräts
ist ein Mehrblatt-Kollimator, der aus einem Satz von computergesteuerten
bewegbaren Blättern
oder Fingern besteht, die einzeln in den und aus dem Bestrahlungsstrahl
positioniert werden können,
um denselben zu dem Tumorumriss zu formen. Verschiedene Typen von
Bestrahlungsbehandlungsplanungssystemen können einen Bestrahlungsbehandlungsplan
erzeugen, der, wenn derselbe einmal implementiert ist, eine spezifizierte
Dosis zu dem Tumor liefert, während
das umgebene gesunde Gewebe oder benachbarte gesunde Organe verschont werden.
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Das
grundlegende Problem bei einer konformen Bestrahlungstherapie ist
ein Kennen der Position des Ziels oder der Läsion oder des Tumors oder alternativ
der gesunden Organe mit Bezug auf die beabsichtigte Platzierung
des Bestrahlungsstrahls oder -felds (I) vor dem Entwurf eines Bestrahlungsbehandlungsplans
und (II) zu der Zeit der Bestrahlungsbehandlung. Eine Lokalisierung
des Zielvolumens innerhalb des Patienten vor dem Entwurf eines Bestrahlungsbehandlungsplans
wird durch ein Gewinnen bzw. Erfassen eines dreidimensionalen Bilds
des Patienten mit einem herkömmli chen
Diagnosebilderzeugungsgerät
bzw. diagnostischen Bilderzeugungsgerät durchgeführt, wie beispielsweise einem
computertomografischen („CT") Bilderzeugungsgerät, einem
Magnetresonanzbilderzeugungsgerät („MRI"-Bilderzeugungsgerät) oder
einem positronenemisionstomografischen („PET") Bilderzeugungsgerät, wie dieselben auf dem Gebiet
bekannt sind. Diese hochentwickelten Geräte können von einer Vielfalt von
Herstellern verfügbar
sein, wie beispielsweise GE Medical Systems, Marconi, Toshiba, Siemens,
Phillips und anderen.
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Wenn
gegenwärtig
die Behandlung eingeleitet wird, wird angenommen, dass sowohl die
Position des Patienten als auch die Position des Ziels innerhalb
des Patienten zu der Zeit der Bestrahlungsbehandlung ungefähr die gleichen
sind wie dieselben zu dem Zeitpunkt waren, zu dem der Behandlungsplan erzeugt
wurde. Falls jedoch die Position des Zielvolumens (I) vor der Behandlungsplanerzeugung
oder (II) zu dem Zeitpunkt einer Behandlung nicht korrekt bestimmt
wird, können
Behandlungsfehler in einem Sinn auftreten, dass die konforme Dosis
einer Bestrahlung eventuell nicht zu der korrekten Position innerhalb
des Körpers
des Patienten geliefert wird. Fehler des Typs (I) können auftreten,
falls die herkömmliche
Bilderzeugungsmodalität
die Form, Position und Ausrichtung des Tumors oder der Läsion oder
des interessierenden Organs nicht vollständig aufdeckt. Dies kann auftreten,
da nicht alle herkömmlichen
Diagnosebilderzeugungsgeräte
die genaue Form, Größe und Ausrichtung
eines Tumors geeignet, vollständig
oder gänzlich
bestimmen, was darin resultiert, dass selbst bei der Verwendung
des aktuellsten Diagnosebilderzeugungsgeräts eventuell einige Tumoren
nicht vollständig
diagnostiziert werden. Fehler des Typs (II) können als ein Ergebnis einer
Organverschiebung (Bewegung) von Tag zu Tag auftreten, was aus einer
Vielfalt von Faktoren auftreten kann, wie beispielsweise ein Wachstum
des Tumors, einer Veränderung
der Patientenphysionomie aufgrund eines Gewichtsverlusts oder sogar
einer Patientenatmung. Fehler des Typs (II) können ferner aus einem inkor rekten
Positionieren des Patienten auf dem Behandlungstisch der Bestrahlungsbehandlungseinheit
auftreten.
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Um
die obigen Fehler zu vermeiden, betrachten heutige Bestrahlungsbehandlungspläne typischerweise
das Ziel der Bestrahlung als einen Raum in dem Körper des Patienten einnehmend,
der größer ist
als derselbe wirklich ist, um sicherzustellen, dass der kleinere
Tumor oder die kleinere Läsion
in das größere Volumen
fällt.
Folglich wird etwas gesundes Gewebe oder gesunde Organe, die den
Tumor oder die Läsion
umgeben, mit der maximalen Strahlungsdosis bestrahlt, die für den Tumor
oder das Ziel bestimmt ist. Ein Liefern der maximalen Strahlungsdosis
zu einem größeren Volumen
gesunden Gewebes oder gesunder Organe kann das Risiko eines Beschädigens dieser
erhöhen
und kann beispielsweise zukünftig
Krebs in dem gesunden umgebenen Gewebe fördern. Aus diesem Grund können sich
Onkologen, die eine gegenwärtige
konforme Bestrahlungstherapie verwenden, entscheiden eine niedrigere
Bestrahlungsdosis zu dem beabsichtigtem Behandlungsvolumen zu liefern,
um das Nichtzielgewebe zu verschonen, mit dem möglichen Nachteil eines Beeinträchtigens
des Erfolgs der Behandlung durch ein Unterdosieren eines gewissen
Abschnitts des Zielorgans.
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In
einem Versuch die Lokalisierung der Läsion für die Behandlung von Prostatakrebs
zu verbessern und deshalb Fehler des Typs I zu korrigieren, wurde
ein Verfahren in Holupka et al., US-Patent 5,810,007 offenbart,
das eine transrektale Sonde verwendet, um ein zweidimensionales
Ultraschallbild zu erzeugen. Dieses Bild wird dann einem Bild, das
mit einem herkömmlichen
Diagnosebilderzeugungsgerät erfasst
wird, wie beispielsweise einer CT-Abtastung überlagert. Die Bildregistrierung
bei dem obigen Verfahren erfordert die Identifizierung von zumindest zwei
Justiermarken, die sowohl in dem Ultraschallbild als auch dem Bild
sichtbar sind, das mit dem herkömmlichen
Diagnosebilderzeugungsgerät
erfasst wird. Die folgenden Mängel
können
jedoch den Nutzen des obigen Verfahrens begrenzen:
- 1. Die transrektale Ultraschallsonde kann die Läsion oder
das Organ beträchtlich
verschieben, wobei so ungenaue Informationen über die räumliche Position der Läsion zu
einem Behandlungszeitpunkt geliefert werden, falls zu diesem Zeitpunkt
die transrektale Sonde nicht wieder eingebracht ist. In jedem Fall
kann die Einbringung und Entfernung der Sonde vor einem Einleiten
einer Behandlung eine Verschiebung der Läsion bewirken, was eine weitere
Unsicherheit zu der Lokalisierung des Tumors hinzufügt. Außerdem kann ein
Einbringen der transrektalen Sonde für jede Behandlungssitzung ein
erhebliches Unbehagen des Patienten bewirken, was darin resultiert,
dass dieses Verfahren bei Ärzten
keine Beliebtheit gewinnt.
- 2. Holupka sieht lediglich zweidimensionale Bilder vor und nimmt
an, dass das 2D-Ultraschallbild und das Bild, das mit der herkömmlichen
Diagnosebilderzeugungsmodalität
erhalten wird, in der gleichen Ebene erfasst werden. Aus diesem Grund
würden
zwei identifizierbare Justiermarken in beiden Bildern ausreichen,
um die Bilder zu registrieren und zu überlagern. Es gibt jedoch keine Gewissheit,
dass das Ultraschallbild und das Bild von dem herkömmlichen
Diagnosebilderzeugungsgerät
Bilder in den gleichen Bilderzeugungsebenen liefern, und deshalb
kann eine Abweichung eines Bilds von der Ebene eines Anderen die
Genauigkeit des Verfahrens beträchtlich beeinträchtigen.
- 3. Das obige Verfahren registriert und überlagert ein zweidimensionales
Ultraschallbild auf ein zweidimensionales Bild, das mit einer herkömmlichen
Diagnosebilderzeugungsmodalität
erfasst wird. Somit wird die Ultraschalldefinition der Läsion lediglich
in einer einzigen Ebene durchgeführt. Für die Zwecke
einer dreidimensionalen konformen Therapie ist eine zweidimensionale
Definition der Läsion
unvollständig
und deshalb ungeeignet, da in anderen Bilderzeugungsebenen das Ausmaß bzw. die
Erstreckung des Läsionsvolumens
größer oder
kleiner sein kann.
- 4. Ferner ist Holupka von begrenzter Anwendung, da dasselbe
lediglich mit Bezug auf eine sehr begrenzte Anzahl von Tumoren,
wie beispielsweise des Rektums, des unteren Dickdarms und der Prostata
verwendet werden kann. Dasselbe kann nicht für andere Typen von Tumoren
verwendet werden.
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Um
Fehler des Typs II zu korrigieren, wurde durch Carol, US-Patent
Nr. 5,411,026, ein anderes System vorgeschlagen, um das Ziel oder
die Läsionsposition
vor einer Bestrahlungsbehandlungssitzung zu verifizieren. Das System
weist ein Ultraschallbilderzeugungsgerät, um zumindest ein Ultraschallbild
der Läsion
in dem Körper
des Patienten zu erfassen, und ein Gerät auf, um die Position des
Ultraschallbilderzeugungsgeräts
oder der Sonde mit Bezug auf das Bestrahlungstherapiegerät anzugeben.
Das obige System verifiziert, dass die tatsächliche Position der Läsion unmittelbar
vor der Behandlungssitzung konform zu der erwünschten Position der Läsion in
dem Bestrahlungsbehandlungsplan ist, durch ein Vergleichen der Umrisse
der äußeren Oberfläche der
Läsion,
wie dieselben auf dem zumindest einen Ultraschallbild definiert
sind, mit dem Umriss der äußeren Oberfläche der
Läsion,
wie derselbe auf dem zumindest einen Diagnosebild definiert ist, das
durch ein computertomografisches („CT") oder alternativ durch ein Magnetresonanzbilderzeugungsgerät („MRI"-Gerät) erhalten
und für
den Entwurf des Bestrahlungsplans verwendet wird. Die folgenden Mängel können jedoch
den Nutzen des obigen Systems begrenzen.
- 1.
Die Erscheinung des Tumors oder der Läsion oder des Organs in dem
Ultraschallbild oder den Bildern kann eine von dieser eines Tumors
oder einer Läsion
oder eines Organs in den Bildern, die mit herkömmlichen Diagnosegeräten erhalten werden,
unterschiedliche Erscheinung aufweisen. Somit kann der Prozess eines
Vergleichens von Umrissen der äußeren Oberflächen des
Tumors oder der Läsion
oder des Organs, wie dieselben in Bildern erscheinen, die mit unterschiedlichen
Bilderzeugungsgeräten
erhalten werden, ungenau sein, da diese Oberflächen sowohl in Erscheinung als
auch Erstreckung unterschiedlich sein können. Mit anderen Worten vergleicht
Carol Äpfel mit
Orangen, was in einer unvollständigen
Bewertung des Tumors resultiert. Da der Trend bei einer konformen
Behandlung zu einer genaueren räumlichen
Lieferung der exakten Dosis einer Strahlung hin geht, ist dieser
Mangel ziemlich erheblich.
- 2. Ferner adressiert Carol nicht Fehler des Typs I, wodurch
die Diagnosebilder, die mit Computertomografie- oder Magnetresonanzbilderzeugungsgeräten erhalten
werden, die Position oder die Erstreckung des Tumors oder der Läsion oder
des Organs aufgrund der inhärenten
Begrenzung der Geräte
mit Bezug auf bestimmte Tumoren bei bestimmten Positionen nicht
vollständig
aufdecken. Falls ferner die Computertomografie- oder Magnetresonanzdiagnosebilder
den Tumor oder das Organ oder die Läsion nicht oder nicht vollständig aufdecken,
fehlt Carol die Einrichtung, um eine äußere Oberfläche zu umreißen, um
als eine Referenz für
den Vergleich mit der äußeren Oberfläche des
Tumors oder der Läsion
oder des Organs zu dienen, die auf dem einen oder den mehreren Ultraschallbildern
umrissen ist.
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Angesichts
der obigen Beschreibung des Stands der Technik ist es deshalb eine
Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte
Vorrichtung für
Bestrahlungstherapiebehandlungen zu schaffen, um die Auftretensrate
der oben definierten Fehler des Typs I und des Typs II zu verringern.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein neuartiges Verfahren
und eine neuartige Vorrichtung für
eine genaue Lokalisierung, Bemessung und Definition eines Tumors
oder einer Läsion
oder eines anderen Organvolumens bei einer Vorbereitung für eine Bestrahlungstherapie
zu schaffen.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Verwendung einer
Ultraschallbilderzeugung bei der Planungsstufe eines Behandlungsplans zu
schaffen.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren
und eine verbesserte Vorrichtung zum Einrichten eines Ultraschallbilds oder
einer Mehrzahl von Ultraschallbildern für eine Zieldefinition und Lokalisierung
und ein Korrelieren dieses Bildes oder der Mehrzahl von Ultraschallbildern
mit Bestrahlungstherapiesimulatorbildern zu schaffen, die mit herkömmlichen
Diagnosebilderzeugungsgeräten
erhalten werden, wie beispielsweise einem computertomografischen
(„CT") Bilderzeugungsgerät, einem
Magnetresonanzbilderzeugungsgerät
(„MRI"-Gerät) oder
einem Positronenemmisionsbilderzeugungsgerät („PET").
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Es
ist ebenfalls eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein neuartiges
Verfahren zur dreidimensionalen Überlagerung
eines dreidimensionalen Ultraschallbilds einer Läsion auf ein anderes dreidimensionales
Läsionsbild
zu schaffen, wie beispielsweise CT oder MRI.
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Es
ist noch eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren
und eine verbesserte Vorrichtung zum genauen Positionieren des Ziels
relativ zu Bestrahlungstherapiestrahlen basierend auf der Registrierung
eines Ultraschallbilds oder der Mehrzahl von Ultraschallbildern,
die unmittelbar vor oder nach der Gewinnung herkömmlicher Diagnosebilder bzw.
diagnostischer Bilder gewonnen werden, zu einem Ultraschallbild
oder einer Mehrzahl von Bildern, die unmittelbar vor einer Bestrahlungsbehandlungssitzung
gewonnen werden, zu schaffen.
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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren oder eine Vorrichtung für (a) eine
Läsionslokalisierung
und eine Tumor- oder Läsions-
oder Organdefinition für
eine Bestrahlungstherapiebehandlungsplanung und (b) für eine Verifizierung
und Korrektur einer Läsionsposition
während
einer Bestrahlungstherapiebehandlung.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Gemäß einem
Aspekt kann die vorliegende Erfindung eine Anzahl von Schritten
umfassen, um die Lokalisierung, Bemessung, Definition und Ausrichtung
eines Tumors oder einer Läsion
oder eines Organs oder irgendeines anderen Bereichs eines Körpers zu
verbessern. Obwohl die vorliegenden Erfindung eventuell für eine Krebsbehandlung
bei Menschen betrachtet wird, ist klar, dass dieselbe ebenfalls
für andere
nicht Krebs behandelnde medizinische Anwendungen sowohl bei Menschen
als auch Tieren verwendet werden kann.
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Gemäß einem
allgemeinen Aspekt kann die Lokalisierung, Bemessung, etc. ... eines
Tumors notwendig sein, um einen Behandlungsplan für die Behandlung
oder Ausrottung eines Tumors oder für irgendeine andere notwendige
oder erforderliche medizinische Untersuchung zu entwickeln. Die
Schritte können
folgende aufweisen: Anordnen des Patienten auf dem Tisch des herkömmlichen
Diagnosebilderzeugungsgeräts;
Gewinnen bzw. Erfassen eines Diagnosebilds oder einer Mehrzahl von
Diagnosebildern unter Verwendung irgendeines bekannten herkömmlichen
Diagnosebilderzeugungsgeräts,
wie beispielsweise einer CT-, MRI- oder PET-Abtastung. Die Gewinnung
bzw. Erfassung kann die Verwendung einer Anzahl von Justiermarken
aufweisen, die an der Patientenoberfläche platziert sind, so dass
die geometrische Ausrichtung des Diagnosebilds oder der Diagnosebilder
mit Bezug auf das Diagnosebilderzeugungsgerät bestimmt werden kann; Erfassen
eines Ultraschallbilds oder einer Mehrzahl von Ultraschallbildern
unmittelbar vor oder unmittelbar nach der Erfassung der Diagnosebilder,
wobei die Ultraschallbilderzeugungseinrichtung in einer bekannten
geometrischen Ausrichtung mit Bezug auf das Diagnosebilderzeugungsgerät für jedes
erzeugte Ultraschallbild angeordnet ist; Überlagern (auf dem Gebiet als
Verschmelzen bekannt) oder Kombinieren des Ultraschallbilds oder
der Ultraschallbilder mit dem Diagnosebild oder den Diagnosebildern
bei der vorhergehenden Kenntnis der geometrischen Ausrichtung derselben:
Umreißen der
Konturen der äußeren Oberfläche des
Tumors oder der Läsion
oder des Organs auf dem Ultraschallbild oder den Ultraschallbildern
und simultanes Anzeigen der obigen äußeren Oberfläche auf
dem Diagnosebild oder den Diagnosebildern; Verwenden der obigen
Konturen der äußeren Oberfläche des
Tumors oder der Läsion
oder des Organs für
den Entwurf eines Bestrahlungsbehandlungsplans bzw. Strahlungs-/Strahlenbehandlungsplans.
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Mit
Bezug auf die Verifizierung der Tumor- oder Läsions- oder Organposition mit Bezug auf das Bestrahlungstherapiegerät kann das
Verfahren folgende Schritte umfassen: Anordnen des Patienten auf
dem Behandlungstisch eines Bestrahlungstherapiegeräts; Erzeugen
zumindest eines Ultraschallbilds, d. h. US-Bilds, der Läsion in
dem Körper
des Patienten mit der US-Bilderzeugungseinrichtung, d. h. der Sonde,
die in einer bekannten geometrischen Ausrichtung für jedes
erzeugte US-Bild angeordnet ist; Vergleichen des obigen Ultraschallbilds
oder der Ultraschallbilder mit dem Ultraschallbild oder den Ultraschallbildern,
die zu dem Zeitpunkt der Erfassung der Diagnosebilder erhalten werden,
wodurch die Position des Tumors oder der Läsion oder des Organs mit Bezug
auf das Bestrahlungstherapiegerät
verifiziert werden kann, um eine Konformität mit der erwünschten
Position des Tumors oder der Läsion
oder des Organs in dem Bestrahlungsbehandlungsplan einzurichten.
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Ein
anderes bevorzugtes Merkmal der vorliegenden Erfindung kann das
Verfahren zum Vergleichen oder Registrieren des Ultraschallbilds
oder der Ultraschallbilder, die unmittelbar vor der Bestrahlungsbehandlungssitzung
erfasst werden, zu dem Ultraschallbild oder den Ultraschallbildern
umfassen, die unmittelbar vor oder nach der Erfassung der Diagnosebilder
erhalten werden. Dieses Verfahren kann entweder eine Graupegelbildkorrelation
ohne den Bedarf von Konturumrissen oder alternativ die Registrierung
geometrischer Objekte (wie es auf dem Gebiet bekannt ist) verwenden,
die aus den Umrissen der äußeren Oberfläche des
Tumors oder der Läsion oder
des Organs gebildet sind, wie es auf dem Ultraschallbild oder den
Ultraschallbildern definiert ist, die in dem Diagnose- und dem Bestrahlungstherapieraum
erfasst werden.
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Als
ein Ergebnis des obigen Bildvergleichs ist ein anderes bevorzugtes
Merkmal der vorliegenden Erfindung der Schritt eines Bestimmens
der notwendigen Tumor- oder Läsions-
oder Organverschiebung, um den Tumor oder die Läsion oder das Organ bei der
erwünschen
Position anzuordnen, die durch den Bestrahlungsbehandlungsplan vorgeschrieben ist.
Ein weiteres bevorzugtes Merkmal der vorliegenden Erfindung kann
den Schritt eines Durchführens der
obigen bestimmten Tumor- oder
Läsions-
oder Organverschiebung durch ein Bewegen des Behandlungstischs mit
Bezug auf das Bestrahlungsbehandlungsgerät, ein Drehen des Behandlungstischs
mit Bezug auf das Bestrahlungsbehandlungsgerät, ein Drehen des Kollimators
des Bestrahlungsbehandlungsgeräts
sowie ein Drehen des Gerüsts
des Bestrahlungstherapiegeräts
oder irgendeine Kombination der obigen umfassen, aber nicht darauf
begrenzt.
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Deshalb
ist gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung folgendes vorgesehen:
ein
Verfahren zum räumlichen
Lokalisieren einer Läsion
für die
Zwecke einer Bestrahlungsbehandlungsplanung, das folgende Schritte
aufweist:
Erzeugen eines oder mehrerer Diagnosebilder bzw. diagnostischer
Bilder der Läsion
unter Verwendung eines Diagnosebilderzeugungsgeräts bzw. diagnostischen Bilderzeugungsgeräts, das
aus der Gruppe ausgewählt
ist, die eine CAT-Abtastung, eine PET-Abtastung, eine CT-Abtastung
aufweist,
Zuweisen einer ersten dreidimensionalen Koordinate für die Läsion auf
dem Diagnosebild unter Verwendung eines Absolut koordinatenreferenzsystems
bzw. absoluten Koordinatenreferenzsystems,
Erzeugen eines oder
mehrerer Ultraschallbilder der Läsion
oder Verwendung eines Ultraschallgeräts
Zuweisen einer zweiten
dreidimensionalen Koordinate für
die Läsion
auf dem Ultraschallbild unter Verwendung des Absolutkoordinatenreferenzsystems,
Verschmelzen
des Ultraschallbilds und des Bilds unter Verwendung der ersten und
der zweiten dreidimensionalen Koordinate, um ein genaueres Bild
der Läsion
zu erhalten.
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Gemäß einem
weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel
sieht die vorliegende Erfindung folgendes vor:
ein Verfahren
zum räumlichen
Lokalisieren eines Tumors für
die Zwecke einer Bestrahlungsbehandlungsplanung, das folgende Schritte
aufweist:
Platzieren einer Mehrzahl von Justiermarken an dem Patienten
in der Nähe
der geschätzten
Position des Tumors,
Zuweisen einer ersten dreidimensionalen
Koordinate für
die Justiermarken unter Verwendung eines Absolutkoordinatensystems,
Erzeugen
eines oder mehrerer Diagnosebilder des Tumors unter Verwendung eines
Diagnosebilderzeugungsgeräts,
das aus der Gruppe ausgewählt
ist, die eine CRT-Abtastung, eine PET-Abtastung, eine CT-Abtastung
aufweist, wobei das zumindest eine Diagnosebild auf demselben ein
Bild des Tumors aufweist und ferner die Justiermarken aufweist,
Zuweisen
einer zweiten dreidimensionalen Koordinate für den Tumor auf dem zumindest
einen Diagnosebild unter Verwendung der ersten dreidimensionalen Koordinate
der Justiermarken als eine Referenz,
Erzeugen eines oder mehrerer
Ultraschallbilder des Tumors unter Verwendung eines Ultraschallgeräts, wobei
das zumindest eine Ultraschallbild auf demselben ein Bild des Tumors
aufweist und ferner die Justiermarken aufweist,
Zuweisen einer
dritten dreidimensionalen Koordinate für den Tumor auf dem Ultraschallbild
unter Verwendung der ersten dreidimensionalen Koordinate der Justiermarken
als eine Referenz,
Verschmelzen des Ultraschallbilds und des
Bilds unter Verwendung der zweiten und der dritten dreidimensionalen
Koordinate, um ein genaues Bild des Tumors zu erhalten.
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Gemäß noch einem
weiteren bevorzugen Aspekt der vorliegenden Erfindung kann ein Verfahren
zum räumlichen
Lokalisieren eines Tumors für die
Zwecke einer Strahlungsbehandlungsplanung vorgesehen sein, das folgende
Schritte aufweist:
Platzieren einer Mehrzahl von Justiermarken
an dem Patienten in der Nähe
der geschätzten
Position des Tumors,
Zuweisen einer ersten dreidimensionalen
Koordinate für
die Justiermarken unter Verwendung eines Absolutkoordinatensystems,
Erzeugen
eines oder mehrerer Diagnosebilder des Tumors unter Verwendung eines
Diagnosebilderzeugungsgeräts,
das aus der Gruppe ausgewählt
ist, die eine CAT-Abtastung, eine PET-Abtastung, eine CT-Abtastung
aufweist, wobei das zumindest eine Diagnosebild auf demselben ein
Bild des Tumors aufweist und ferner die Justiermarken aufweist,
Zuweisen
einer zweiten dreidimensionalen Koordinate für den Tumor auf dem zumindest
einen Diagnosebild unter Verwendung der ersten dreidimensionalen Koordinate
der Justiermarken als eine Referenz,
Erzeugen eines oder mehrerer
Ultraschallbilder des Tumors unter Verwendung eines Ultraschallgeräts, wobei
das zumindest eine Ultraschallbild auf demselben ein Bild des Tumors
aufweist,
Verwenden eines Positionierungssystems, das konfiguriert
ist, um zu ermöglichen,
dass die Position und die Ausrichtung des einen oder der mehreren
Ultraschallbilder bekannt ist, derart, dass einem Tumor auf dem
einen oder den mehreren Ultraschallbildern eine dreidimensionale
Koordinate in dem Absolutkoordinatenreferenzsystem zugewiesen werden
kann,
Verschmelzen des Ultraschallbilds und des Bilds unter
Verwendung der zweiten und der dritten dreidimensionalen Koordinate,
um ein genaues Bild des Tumors zu erhalten.
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Gemäß einem
anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist folgendes vorgesehen:
ein
System zum räumlichen
Lokalisieren einer Läsion für die Zwecke
einer Strahlungsbehandlungsplanung, das folgende Merkmale aufweist:
ein
Diagnosebilderzeugungsgerät
bzw. ein diagnostisches Bilderzeugungsgerät, das aus der Gruppe ausgewählt ist,
die ein MRI-Abtastgerät,
ein PET-Abtastgerät,
ein CET-Abtastgerät aufweist,
wobei das Diagnosebilderzeugungsgerät zum Erzeugen zumindest eines
Diagnosebilds der Läsion
angepasst ist,
ein Ultraschallgerät, wobei das Ultraschallgerät zum Erzeugen
zumindest eines Ultraschallbilds der Läsion angepasst ist,
eine
Einrichtung zum Bereitstellen eines Absolutkoordinatenreferenzsystems
bzw, absoluten Koordinatenreferenzsystems, derart, dass der Läsion eine erste
dreidimensionale Koordinate auf dem Diagnosebild und eine zweite
dreidimensionale Koordinate auf dem Ultraschallbild zugewiesen wird,
eine
Einrichtung zum Verschmelzen des Diagnosebilds und des Ultraschallbilds
unter Verwendung der ersten dreidimensionalen Koordinate und der
zweiten dreidimensionalen Koordinate, um ein genaueres Bild der
Läsion
zu erhalten.
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Kurze Beschreibung
der Figuren
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1 ist
ein Funktionsblockdiagramm des Ausführungsbeispiels der vorliegenden
Erfindung.
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2 ist
eine perspektivische Ansicht eines herkömmlichen Diagnosebilderzeugungsgeräts, wobei
ein Patient schematisch auf dem Bilderzeugungsgerät dargestellt
ist.
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3 ist
eine weitere perspektivische Ansicht eines Bilderzeugungsgeräts von 2.
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4 ist
ein Beispiel eines Bilds, das durch das Bilderzeugungsgerät von 2 erzeugt
wird und den Abschnitt der Läsion
innerhalb des Patientenkörpers
darstellt.
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5 ist
ein Beispiel eines Bilds, das durch das Bilderzeugungsgerät von 2 erzeugt
wird und Justiermarken bei bekannten Positionen mit Bezug auf das
Diagnosebilderzeugungsgerät
und auf dem Diagnosebild oder den Diagnosebildern sichtbar darstellt.
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6 ist
eine Darstellung der dreidimensionalen Diagnosebilddaten, die aus
den mehreren Diagnosebildern rekonstruiert sind, wie beispielsweise dem
einen, das in 5 gezeigt ist.
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7 ist
eine perspektivische schematische Ansicht des herkömmlichen
Diagnosebilderzeugungsgeräts
von 2, einschließlich
einer Einrichtung zum Erzeugen eines Ultraschallbilds der Läsion innerhalb
des Körpers
des Patienten.
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8 ist
eine Darstellung eines Ultraschallbilds des Tumors oder der Läsion oder
des Organs.
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9 ist
eine perspektivische Ansicht, die mehrere Ultraschallbilder angibt,
die von einer Läsion mit
der Ultraschallvorrichtung von 7 genommen werden.
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10 ist
eine Darstellung der dreidimensionalen Ultraschallbilddaten, die
aus den mehreren Ultraschallbildern rekonstruiert sind, die in dem Raum
des Diagnosebilderzeugungsgeräts
erfasst werden und in 9 gezeigt sind.
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11 ist
eine Darstellung der dreidimensionalen Ultraschall- und Diagnosebilddatensätze, die überlagert
oder kombiniert sind.
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12 ist
eine Darstellung einer Sequenz zweidimensionaler Ultraschallbilder
der Läsion
innerhalb der dreidimensionalen Ultraschalldaten, wobei die äußere Oberfläche der
Läsion
umrissen ist.
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13 ist
eine dreidimensionale Aufbereitung des Umrisses des Bilds, das aus
den Läsionskonturen
präpariert
ist, wie es in 12 dargestellt ist.
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14 ist
eine perspektivische Ansicht eines herkömmlichen Bestrahlungstherapiebehandlungsgeräts oder
eines linearen Beschleunigers, der eine drehbare Liege, einen Kollimator
und ein Gerüst umfasst.
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15 ist
eine perspektivische schematische Ansicht des linearen Beschleunigers,
der eine Einrichtung zum Erzeugen eines Ultraschallbilds der Läsion innerhalb
des Körpers
des Patienten umfasst.
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16 ist
eine Ansicht, die mehrere Ultraschallbilder angibt, die von einer
Läsion
mit dem Ultraschallbilderzeugungsgerät von 15 genommen sind.
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17 ist
eine Darstellung der dreidimensionalen Ultraschallbilddaten, die
aus den mehreren Ultraschallbildern rekonstruiert sind, die in dem Raum
des Therapiegeräts
erfasst werden und in 16 gezeigt sind.
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18 ist
eine Darstellung mehrerer zweidimensionaler Ultraschallbilder, wobei
die äußere Oberfläche der
Läsion
von 17 umrissen ist.
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19 ist
eine dreidimensionale Aufbereitung des Umrisses des Bilds, das aus
der Mehrzahl von Bildern von 18 präpariert
ist.
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20 ist
eine Darstellung des Prozesses zum Bestimmen der notwendigen Korrekturen
bei der Behandlungseinrichtung (Tischposition, Kollimator- und Gerüstdrehbewegung)
vor einer Behandlungssitzung basierend auf einer Kontur- oder Oberflächenregistrierung.
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21 ist
eine Darstellung des Prozesses zum Bestimmen der notwendigen Korrekturen
bei der Behandlungseinrichtung (Tischposition, Kollimator- und Gerüstdrehbewegung)
vor einer Behandlungssitzung basierend auf einer Bildkreuzkorrelation.
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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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Eine
Darstellung eines Ausführungsbeispiels des
Verfahrens und der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung ist in
den Komponenten der Vorrichtung und Bildern gezeigt, die von den
Figuren abgeleitet sind. In dem schematischen Diagramm von 1 ist das
Ausführungsbeispiel
der Erfindung allgemein dargestellt. Um eines der Ziele der vorliegenden
Erfindung zu erreichen, d. h. um die genauest mögliche Definition der Größe, Position
und Ausrichtung eines Tumors 010 zu erhalten, wurde herausgefunden, dass
der Zielbereich eines Körpers
eines Patienten 009, der angeblich einen Tumor 010 aufweist,
unter Verwendung zweier getrennter Diagnosevorrichtungen abgetastet
oder diagnostiziert werden kann und dass die resultierenden Bilder
verglichen werden können.
Dies kann durch ein Vergleichen des Bilds des Tumors 010,
das durch die Verwendung eines Diagnosegeräts erfasst wird, das aus einer
Gruppe ausgewählt
ist, die ein MRI, CT oder PET aufweist, mit dem Bild des Tumors 010,
das mit einer Ultraschallvorrichtung, wie beispielsweise diesen
von Acuson, GE Medical Systems, Siemens, Toshiba und anderen erhalten
wird, erreicht werden. Die Reihenfolge, in der die zwei Bilder erfasst
werden, ist ohne Bedeutung, solange die Bilder innerhalb einer kurzen Zeitperiode
von dem anderen erfasst werden, z. B. innerhalb einer Stunde, aber
nicht begrenzt darauf.
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Gemäß diesem
Aspekt kann das erste Bild, das erfasst werden soll, beispielsweise
durch die Verbindung eines Diagnosebilderzeugungsgeräts 002 erfasst
werden, das beispielsweise ein Computertomografie-Abtastgerät („CT"-Abtastgerät), ein Magnetresonanzbilderzeugungsabtastgerät („MRI"-Abtastgerät) oder
alternativ ein Positronenemmissionstomografieabtastgerät („PET"-Abtastgerät) oder
irgendein anderes äquivalentes
Gerät oder
irgendein anderes Bilderzeugungsdiagnosegerät sein kann. Mit Bezug auf 2 ist
ein (herkömmliches)
Diagnosebilderzeugungsgerät 002 schematisch
mit einem herkömmlichen
Bilderzeugungstisch 001 gezeigt, auf dem ein Patient 009,
der einen Tumor oder eine Läsion
oder ein Organ von Interesse 010 aufweist, angeordnet sein
kann. Das Diagnosebilderzeugungsgerät 002 kann ein Querschnittsbild 023 oder
eine „Scheibe" (slice) des Körpergewebes
erzeugen, wobei eine derartige „Scheibe" schematisch in 4 dargestellt
ist, wobei der Tumor oder die Läsion
oder das Organ von Interesse 010 gezeigt ist. Mehrere Diagnosebilder 023 können durch
ein Bewirken einer Relativbewegung zwischen dem Diagnosebilderzeugungsgerät 002 und
dem Patienten 009 in dem Scheibenerfassungsraum 017 des
Diagnosebilderzeugungsgeräts 002 erfasst
werden, wie es beispielsweise in 3 gezeigt
ist. 6 stellt ein dreidimensionales Bild 027 dar,
das aus einer Mehrzahl von „aufeinander
folgenden" Diagnosebildern 023 von
Teilen oder Abschnitten des Patienten 009 gebildet oder
rekonstruiert ist.
-
Da
das Bild des Tumors 010, das mit dem Diagnosebilderzeugungsgerät 002 erfasst
wird, mit dem Bild des gleichen Tumors 010 verglichen werden
soll, das mit einem Ultraschallgerät 005, 008 genommen
ist, wie es in 1 zu sehen ist, ist es notwendig,
dass der Tumor referenziert wird, d. h. demselben ein Satz von Koordinaten
gegeben wird, die ermöglichen,
dass der Vergleich wirksam ist. Zum Beispiel können die Koordinaten unabhängig von
sowohl dem Diagnosebilderzeugungsgerät 002 als auch dem
Ultraschallgerät 005, 008 sein.
Das Koordinatensystem muss jedoch eventuell in der Lage sein, die
Positionen eines Tumors 010, der mit dem Diagnosebilderzeugungsgerät 002 gefunden
wird, mit der Position des gleichen Tumors 010, der mit dem
Ultraschallbilderzeugungsgerät 005, 008 gefunden
wird, zu korrelieren. Deshalb muss eventuell ein Absolutkoordinatensystem 011 eingerichtet
werden.
-
Zu
diesem Zweck kann eine Einrichtung zum Zuweisen einer absoluten
Koordinate für
den Tumor 010 an einem Absolutkoordinatensystem 011 vorgesehen
sein, wobei die absolute Koordinate verwendet werden kann, um das
beispielsweise CT-Bild
des Tumors 010 mit dem Ultraschallbild desselben zu korrelieren.
Um dies zu tun, kann eine Anzahl von Markierern, auch als Justiermarken
bekannt, beispielsweise drei Justiermarken 029, wie es
in 5 dargestellt ist, an dem Körper 009 des Patienten
in oder um die Nähe
der Läsion
herum vor der Erfassung der Diagnosebilder 023 platziert
werden. Gemäß einer
Praxis können
die Justiermarken 029 alle in der gleichen Ebene platziert
sein. Die Position der Justiermarken (die irgendwelche physischen
Markierer sein können,
die in einem Diagnosebild ohne Weiteres gesehen oder identifiziert
werden können)
kann dann in dem Absolutkoordinatensystem 011 durch die
Verwendung irgendeines bekannten Systems, z. B. eines Messungssystems
ermittelt werden.
-
Das
Messungssystem kann irgendeine bekannte Form oder Gestalt annehmen.
Zum Beispiel kann das Messungssystem bei einem Ausführungsbeispiel
einen oder mehrere Laser oder Lasersysteme aufweisen, wobei die
Laser beispielsweise an den Wänden
oder der Decke des Raums angeordnet sein können, in dem das Diagnosebilderzeugungsgerät 002 positioniert
ist. Derartige Messungssysteme sind auf dem Gebiet bekannt und können beispielsweise
im Handel von einer Firma namens Cemar Electric, Produkt Cermaligne,
Modell Nummer CL 505-CH2, erworben werden. Die Laser oder irgendein
anderes geeignetes Gerät
können
auf die Justiermarken gerichtet sein und dadurch, dass die Laserstrahlen
von den Justiermarken zu der Quelle derselben oder zu irgendeinem
anderen Messungsgerät
zurückgeworfen
werden, können
die Koordinaten der Justiermarken bestimmt und zugewiesen werden.
Folglich können
den Justiermarken absolute Koordinaten zugewiesen werden, beispielsweise
X1, Y1, Z1, wie es in 5 dargestellt
ist. Das Messungssystem kann dann die absoluten Koordinaten der Justiermarken
zu dem Diagnosebilderzeugungsgerät herunterladen
oder weiterleiten.
-
Aus
der in 5 dargestellten Scheibe 023, die sowohl
die Justiermarke 029 als auch den Tumor 010 an
der gleichen Scheibe zeigt, ist es dann möglich, irgendeinem Punkt des
Tumors 010 eine absolute Koordinate in dem Absolutkoordinatensystem 011 zuzuweisen.
Dies kann durch eine einfache Korrelation basierend auf der relativen
Position der Justiermarken 029 und des Tumors 010 vorgenommen
werden, wie es in der Bildscheibe 023 gezeigt und in dem Bildkoordinatensystem 030 der
Scheibe 023 gemessen ist. Da die Koordinaten der Justiermarken 029 in dem
Absolutkoordinatensystem 011 bekannt sind und die relative
Position des Tumors 010 mit Bezug auf die Justiermarken 029 aus
Informationen bekannt ist, die in der Scheibe 023 von 5 gezeigt
sind, kann ein herkömmlicher
Anpassungsalgorithmus, der Durchschnittsfachleuten auf dem Gebiet
bekannt ist, verwendet werden, um eine Transformationsmatrix oder
eine Koordinatentransformation zu bestimmen, um irgendeinem Punkt
in dem Tumor 010 absolute Koordinaten zuzuweisen, beispielsweise
X2, Y2, Z2. Die Bestimmung der Koordinaten (X, Y,
Z) irgendeines Objekts innerhalb des Diagnosebilds 023 oder 027,
und deshalb zugewiesener absoluter Koordinaten innerhalb des Absolutkoordinatensystems 011,
kann auf diese Weise erzielt werden.
-
Obwohl 4 und 5 als
das Absolutkoordinatensystem 011 durch den Patienten 009 angeordnet
aufweisend gezeigt sind, ist es klar, dass das Absolutkoordinatensystem 011 anders
als durch den Körper 009 hindurch
angeordnet sein kann.
-
Ein
zusätzlicher
Schritt bei der Bestimmung der Größe, Position und Ausrichtung
eines Tumors 010 kann in 7 dargestellt
sein, bei der eine Einrichtung 005, 008 zum Erzeugen
zumindest eines Ultraschallbildes 016 der Läsion 010 gezeigt
ist. Die Einrichtung 008 zum Erzeugen zumindest eines Ultraschallbilds
kann in dem Diagnosebilderzeugungsraum angeordnet sein, in dem das
Diagnosebilderzeugungsgerät 002 positioniert
ist. Die Einrichtung 008 zum Erzeugen eines Ultraschallbildes 016 kann eine
herkömmliche,
im Handel erhältliche
Ultraschallsonde 005 verwenden. Die Ultraschallsonde 005 kann
in Kontakt mit dem Körper 009 des
Patienten gebracht werden, um das Ultraschallbild oder die Ultraschallbilder 016 des
Tumors oder der Läsion
oder des Organs 010 zu erzeugen, wie es in 8 dargestellt
ist. Wie es in 9 dargestellt ist, kann durch ein
Bewegen, Verschieben oder Drehen der Ultraschallsonde 005 eine
Mehrzahl von Ultraschallbildern 016 des Tumors oder der
Läsion
oder des Organs 010 in verschiedenen Ebenen erfasst werden. In 9 ist
die Läsion 010 innerhalb
der Mehrzahl von Ultraschallbildern 016 angeordnet gezeigt,
wobei die Ebene jedes Ultraschallbilds die Ausrichtung der Ultraschallsonde 005 zu
der Zeit der Ultraschallbilderfassung darstellt. Wie es zu sehen
ist, sind die Ebenen eventuell nicht notwendigerweise parallel zueinander.
Aus der Mehrzahl von Ultraschallbildern 016 kann eine Rekonstruktion
des dreidimensionalen Volumens oder Bild 031 (10)
der Ultraschalldaten durchgeführt
werden.
-
Um
das dreidimensionale Volumen 031 aus den Ultraschalldaten
genau zu rekonstruieren und um eine absolute Koordinate in dem Absolutkoordinatensystem 011 zuzuweisen,
müssen
die Ausrichtung und die Position (hierin im Folgenden als die Ausrichtung
bezeichnet) der Ultraschallsonde 005 mit Bezug auf das
Absolutkoordinatensystem 011 zu der Zeit bekannt sein,
zu der jedes Ultraschall des Tumors 010 gemacht wird. Um
dies zu erzielen, kann eine Einrichtung 006a, 006b zum
Angeben der (räumlichen)
Ausrichtung der Ultraschallsonde 005 verwendet werden und
kann insbesondere in dem Raum des Diagnosegeräts 002 angeordnet
sein, wie es in 7 gezeigt ist. Irgendein herkömmliches
Positionserfassungssystem kann als die Einrichtung 006a, 006b verwendet
werden, um die Position und die Ausrichtung der Ultraschallsonde 005 zu
bestimmen. Derartige Systeme sind beispielsweise auf dem Gebiet
bekannt, werden manchmal allgemein Verfolgungssysteme genannt und
können
im Handel von Ascension Technology Corporation, InterSense, Northern
Digital Inc. Motion Analysis Corp. u. a. erhältlich sein. Die Verwendung
der Positionserfassungseinrichtung 006a und 006b kann
die Bestimmung der Position der Sonde mit Bezug auf das Absolutkoordinatensystem 011 ermöglichen.
Die Positionierungssysteme können
beispielsweise folgendes umfassen, aber sind nicht begrenzt darauf:
ein Kamerasystem, das in dem Raum fixiert ist und auf Licht emittierende
oder reflektierende Markierer blickt, die an der Ultraschallsonde 005 befestigt
sind; ein Ultraschallsystem mit Emittern, die an der Sonde 005 befestigt
sind, wobei ein Detektor die Abstände zu diesen Emittern durch
Zeitmessungen und folgende geometrische Triangulation misst, um
die Position und Ausrichtung der Ultraschallsonde 005 zu
bestimmen; ein Positionierungssystem, das auf einem mechanischen
Arm basiert, wobei die Ultraschallsonde 005 an dem Arm
angebracht ist. Es ist zu beachten, dass weder die Ultraschallsonde 005 noch
die Einrichtung 006a, 006b zum Angeben der geometrischen
Ausrichtung der Ultraschallsonde 995 an dem Tisch 001 des
Diagnosebilderzeugungsgeräts 002 fixiert
sein müssen.
-
Die
Einrichtung 006a, 006b zum Bestimmen der Koordinaten
und der geometrischen Ausrichtung der Ultraschallsonde 005 ist
mit dem Absolutkoordinatensystem 001, d. h. beispielsweise
den Lasern, koordiniert, ausgelegt, verbunden oder kalibriert. Als ein
Ergebnis dieser Ausrichtung oder Kalibrierung können die Koordinaten (X, Y,
Z) in dem Absolutkoordinatenreferenzsystem 011 irgendeines
Punkts oder Merkmals in einem Ultraschallbild 016 ermittelt
werden. Mit anderen Worten können
die Laser, die die Basis des Absolutkoordinatensystems 011 bilden können, verwendet
werden, um die absoluten Koordinaten eines Tumors 010 zu
bestimmen, der mit einem Ultraschallbild aufgenommen wird, wie es
in 10 dargestellt ist.
-
Weil
das Absolutkoordinatensystem 011 sowohl für das Diagnosebilderzeugungsgerät 002 als auch
das Ultraschallgerät 005 gemeinsam
ist, ist es möglich,
die Position eines Tumors 010 mit Bezug auf beide Systeme
genau zu korrelieren. Mit dieser Kenntnis kann der Wert der Ultraschallbilddaten
für jeden
Punkt innerhalb des rekonstruierten Volumens 031 (10)
durch Interpolierungsalgorithmen bestimmt werden, die Durchschnittsfachleuten
auf dem Gebiet bekannt sind. Die Erfassungssteuer- und Verschmelzungssoftware
kann auf einem zweckgebundenen Computer oder Arbeitsplatzrechner 013 ausgeführt werden,
wie es in 1 dargestellt ist. Standardmäßige Segmentations-
und andere Bildverbesserungswerkzeuge sind verfügbar, um den Prozess eines
Läsionsumreißens und
-aufbereitens zu erleichtern.
-
Da
die Erfassung der Mehrzahl von Ultraschallbildern 016 vor
oder unmittelbar nach (d. h. unmittelbar vor oder unmittelbar nach)
der Erfassung der Mehrzahl von Diagnosebildern 023 vorgenommen
wird, stellen die dreidimensionalen Ultraschallbilddaten 031 und
das dreidimensionale Diagnosebild 027 Bilder räumlich überlappender
Volumen oder Abschnitte der Patientenanatomie zu zwei sehr nahe beieinander
liegenden Zeitmomenten dar. Für
eine große
Anzahl anatomischer Stellen kann angenommen werden, dass die Patientenanatomie
sich innerhalb der für
eine Behandlungsplanung erforderlichen Genauigkeit in diesen zwei
sehr eng aneinander liegenden Augenblicken nicht verändert und
deshalb sowohl die dreidimensionalen Ultraschallbilddaten 031 als
auch die dreidimensionalen Diagnosebilddaten 027 zeitlich
identische, räumlich überlappende Abschnitte
der gleichen Patientenanatomie darstellen. Vorausgesetzt, dass die
Positionen und die Ausrichtungen sowohl der dreidimensionalen Ultraschallbilddaten 031 als
auch der dreidimensionalen Diagnosebilddaten 027 jeweils
mit Bezug auf das Absolutkoordinatenreferenzsystem 011 des
Diagnosegeräts 022 bekannt
sind, können
die dreidimensionalen Ultraschallbilddaten 031 und die
dreidimensionalen Diagnosebilddaten 027 überlagert
werden, d. h. genau überlagert
werden, wie es in 11 dargestellt ist.
-
Wenn
die dreidimensionalen Ultraschallbilddaten 031 und die
dreidimensionalen Diagnosebilddaten 027 kombiniert sind,
können
Konturen 022 der äußeren Oberfläche der
Läsion 010 in
beliebig ausgewählten
Ebenen innerhalb der dreidimensionalen Ultraschallbilddaten 031 oder
der dreidimensionalen Diagnosebilddaten 027 (12)
definiert und bei der korrekten Position derselben innerhalb der
dreidimensionalen Ultraschallbilddaten 031 oder der dreidimensionalen
Diagnosebilddaten 027 angezeigt werden. Diese Konturen 022 können verwendet
werden, um eine dreidimensionale Aufbereitung 021 der Läsion innerhalb
der dreidimensionalen Diagnosebilddaten 027 (13)
durchzuführen.
Auf diese Weise ist die Läsion 010 (1)
mit Bezug auf das Absolutkoordinatenreferenzsystem 011 des
Diagnosegeräts 022 lokalisiert
und definiert und (2) innerhalb der dreidimensionalen Diagnosebilddaten 027 lokalisiert, definiert
und visualisiert. Aufgrund von (1) und (2) oben kann ein Bestrahlungsbehandlungsplan
in einer herkömmlichen
Weise entworfen werden, um die notwendige Bestrahlung zu der Läsion 010 zu
liefern. Dies ist so, selbst falls die Läsion 010 eventuell
durch das Bild oder die Bilder 023, die mit dem Diagnosebilderzeugungsgerät 002 oder
alternativ durch das Ultraschallgerät 005 erfasst werden,
nicht vollständig visualisiert
wurde. Die Kombination der Zwei erzeugt jedoch ein genaueres Bild
des Tumors 010. Danach kann ein Bestrahlungsbehandlungsplan
entworfen werden, wie beispielsweise ein konformer Plan, wodurch
die Form des Bestrahlungsstrahls sich an die räumliche Kontur oder den Umriss 022 der
Läsion
anpasst.
-
Falls
zusätzlich
ein gesundes Organ 010 mit der oben beschriebenen Prozedur
lokalisiert und umrissen wird, wird der Bestrahlungsbehandlungsplan vorzugsweise
entworfen, um eine übermäßige Bestrahlungsbeschädigung an
dem Organ 010 zu vermeiden. Die dreidimensionalen Ultraschallbilddaten 031,
die dreidimensionalen Diagnosebilddaten 027, die Konturen 022 der äußeren Oberfläche der
Läsion 010 und
die dreidimensionale Aufbereitung 021 der Läsion 010 können dann
von dem Arbeitsplatzrechner 031, wie es in 1 dargestellt
ist, zu einem Computer oder einem Arbeitsplatzrechner 014 in dem
Steuerbereich des Bestrahlungstherapiegeräts 003 übertragen
werden, wie es in 1 dargestellt ist, um als Referenzdaten
für die
Verifizierung der Behandlungsposition des Tumors oder der Läsion oder des
Organs 011 vor der Bestrahlungsbehandlungssitzung zu dienen.
-
Es
ist klar, dass der oben beschriebene Vergleich zwischen einem Diagnosebild 027 und
dem Ultraschallbild 031 kein notwendiger Schritt des hierin im
Folgenden beschriebenen Verfahrens ist. Gemäß einem zusätzlichen Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung und um die oben beschriebenen Fehler
vom Typ II zu vermeiden, kann es somit notwendig sein, einen Tumor 010 unmittelbar
vor dem Beginn der Bestrahlungsbehandlung mit dem gleichen Tumor 010 zu
vergleichen, der während
des Behandlungsplans definiert wird. Dies soll sicherstellen, dass
irgendeine Veränderung
bei dem Tumor, d. h. die Größe, Position,
Ausrichtung etc. ... desselben, durch eine Veränderung bei dem Behandlungsplan berücksichtigt
werden kann, falls notwendig. Um dies zu erzielen, kann ein Ultraschall
des Tumors 010 während
des Behandlungsplans ganz wie oben beschrieben unter Verwendung
der Ultraschallausrüstung 008 und 005 genommen
werden. Es ist klar, dass die Verwendung eines Absolutkoordinatensystems 011 in
Verbindung mit dem Nehmen des Ultraschalls während der Diagnosephase erforderlich
sein kann, um dem Tumor 010 absolute Koordinaten zuzuweisen.
-
Bevor
die Bestrahlungsbehandlungssitzung beginnt, kann die Verifizierung
der Position des Tumors oder der Läsion oder des Organs 010 in
der folgenden Weise vorgehen. Mit Bezug auf 14 kann der
Patient 009, der einen Tumor oder eine Läsion oder
ein Organ von Interesse 010 aufweist, auf dem Behandlungstisch 018 des
herkömmlichen
Therapiegeräts 003 angeordnet
werden, das hierin im Folgenden als ein linearer Beschleuniger bezeichnet
ist. Es ist klar, dass das hierin beschriebene Verfahren bei irgendeinem
bekannten oder zukünftigen
Bestrahlungstherapiegerät
oder bei irgendeinem anderen Typ einer Therapievorrichtung verwendet
werden kann. Der gleiche Patient ließ in der Vergangenheit, wie
beispielsweise in der unmittelbaren Vergangenheit, ein Ultraschall
durchführen,
um die Größe, Form und
Ausrichtung des Tumors 010 während der Diagnosephase zu
bestimmen, ganz wie oben beschrieben. Während des Ultraschalls wurde
dem Tumor eine absolute Koordinate (X, Y, Z) zugewiesen. Wie es
in 14 gezeigt ist, ist zu der Zeit der Behandlungssitzung
in dem Therapieraum die Position (möglicherweise einschließlich Ausrichtung
und Form), mit anderen Worten die absoluten Koordinaten, des Tumors
oder der Läsion
oder des Organs 010 des Patienten auf dem Therapietisch 018 zweifelsohne
unterschiedlich von den absoluten Koordinaten des Tumors 010,
die während
der vorhergehenden Diagnosephase zugewiesen werden. Dies kann von
einer Vielfalt von Faktoren herrühren,
einschließlich
unterschiedlicher Größen und
Formen der betroffenen Maschinen, einer unterschiedlichen Positionierung
des Patienten 009 und der Tatsache, das der Tumor 010 selbst
gewachsen, geschrumpft sein oder sich bewegt haben kann.
-
Es
ist deshalb wichtig, in der Lage zu sein, diesen Unterschied bei
der Position des Tumors 010 zu berücksichtigen und zu kompensieren.
Um dies zu tun, muss ein gemeinsamer absoluter Referenzrahmen oder
ein System, d. h. gemeinsam für
das Ultraschallgerät 008 und
das Therapiegerät 003,
entwickelt werden, um in der Lage zu sein, Positionen zwischen einem
Tumor 010, der durch das Ultraschallbilderzeugungsgerät 008 identifiziert
wird, und dem gleichen Tumor 010 der durch ein Ultraschall
vor einem Behandeltwerden durch den linearen Beschleuniger 003 identifiziert
wird, zu korrelieren, wobei der lineare Beschleuniger möglicherweise
bei einer unterschiedlichen physischen Position gelegen ist.
-
Dies
kann durch die Verwendung eines ähnlichen
Messungssystems, wie es oben beschrieben ist, erzielt werden, wobei
das System beispielsweise Laser aufweisen kann, die an den Wänden oder
der Decke des Behandlungsraums (019, 1)
angeordnet sind. Das Messungssystem, das bei dem Diagnoseraum mit
dem Ultraschall 008 und 005 verwendet wird, kann
das gleiche wie das Messungssystem sein, das in dem Behandlungsraum
verwendet wird, obwohl es nicht direkt notwendig ist. Beide Systeme müssen jedoch
kalibriert sein, um einen Referenzrahmen zu ergeben, der sowohl
für das
Diagnoseultraschallgerät 008 als
auch das Therapiegerät 003 gemeinsam
ist. Folglich können
das Absolutkoordinatenreferenzsystem 011 des Ultraschalldiagnosegeräts 005 und
das Absolutkoordinatensystem 019 des Therapiegeräts 003 (wie
es in 17 dargestellt ist) Koordinaten
ergeben, die für
beide gemeinsam sind und die korreliert werden können. Folglich kann die beabsichtigte
Behandlungsposition 023 (möglicherweise einschließlich einer
Ausrichtung) der Läsion 010 aus
den räumlichen
Koordinaten und der Erstreckung der Läsion 010 berechnet
werden, die vorhergehend durch das Ultraschallbilderzeugungsgerät 002 mit
dem früher
beschriebenen und in 2 bis 13 dargestellten
Lokalisations- und Definitionsverfahren bestimmt wurden.
-
Typischerweise
kann bei dem Prozess einer Behandlungsplanung eine 4 × 4-Transformationsmatrix
T bestimmt werden, die, wenn dieselbe durch mechanische Bewegungen
des Therapiegerätetischs 018,
des Behandlungsgerätekollimators 004 sowie des
Behandlungsgerätegerüsts 007 auf
den Patienten angewandt wird, den Tumor oder die Läsion oder das
Organ 010 bei der erwünschten
Behandlungsposition anordnet. Falls das Absolutkoordinatenreferenzsystem 011 des
Ultraschalldiagnosegeräts 002 und
das Absolutkoordinatensystem 019 des Therapiegeräts 003 nicht
identisch sind, kann eine vordefinierte Transformationsmatrix oder
eine Koordinatentransformation zwischen den zweien verwendet werden,
um Koordinaten des Tumors 010 in einem System mit den Koordinaten
in einem anderen zu korrelieren.
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Als
ein erster Schritt zu der Verifizierung der beabsichtigten Behandlungsposition
hin wird eine Lokalisation und Definition der tatsächlichen
Position des Tumors oder der Läsion
oder des Organs 010 in dem Raum des herkömmlichen
Bestrahlungstherapiegeräts 003 ähnlich der
Lokalisation oder Definition des Tumors oder der Läsion oder
des Organs 010 durchgeführt,
die in dem Raum des Ultraschalldiagnosegeräts 002 durchgeführt wird.
Eine Einrichtung 028 (15) zum
Erzeugen zumindest eines Ultraschallbilds 020 der Läsion 010 (15)
ist in dem Therapieraum angeordnet, wie es in 15 gezeigt ist.
Vorzugweise verwendet die Einrichtung 028 zum Erzeugen
zumindest eines Ultraschallbilds 020 eine herkömmliche,
im Handel erhältliche
Ultraschallsonde 025 (15).
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Die
Ultraschallsonde 025 wird mit dem Patientenkörper 009 (15)
in Kontakt gebracht, um ein Ultraschallbild oder Ultraschallbilder 020 des
Tumors oder der Läsion
oder des Organs 010 (16) zu
erzeugen. Durch ein Bewegen oder Drehen der Ultraschallsonde 025 kann
eine Mehrzahl von Ultraschallbildern 020 (16)
des Tumors oder der Läsion
oder des Organs 010 erfasst werden. In 16 ist die
Läsion 010 innerhalb
der Mehrzahl von Ultraschallbildern 020 angeordnet gezeigt,
wobei die Ebene jedes Ultraschallbilds die Ausrichtung der Ultraschallsonde 025 zu
der Zeit der Ultraschallbilderfassung darstellt. Aus der Mehrzahl
von Ultraschallbildern 020 wird eine Rekonstruktion des
dreidimensionalen Volumens oder Bilds 033 (17)
der Ultraschalldaten in dem Absolutkoordinatensystem 019 des
Therapiegeräts 003 durchgeführt. Es
ist zu beachten, dass abhängig
von der Größe des rekonstruierten
Volumens 033 es eine Position in der Peripherie des rekonstruierten
Volumens 033 geben kann, für die Ultraschalldaten nicht
verfügbar
sind.
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Um
das dreidimensionale Volumen 033 der Ultraschalldaten aus
der Mehrzahl von Ultraschallbildern 020 genau zu rekonstruieren,
muss für
jedes erfasste Ultraschallbild 020 die Ausrichtung und
die Position (hierin im Folgenden als die Ausrichtung bezeichnet)
der Ultraschallsonde 025 mit Bezug auf das Absolutkoordinatensystem 019 des
Therapiegeräts 003 bekannt
sein. Eine Einrichtung 026a, 026b zum Angeben
der geometrischen Ausrichtung der Ultraschallsonde 025 kann
in dem Raum des Therapiegeräts 003 angeordnet
sein, wie in 15 gezeigt ist. Irgendein herkömmliches
Positionserfassungssystem kann als die Einrichtung 026a, 026b verwendet werden,
um die Position und die Ausrichtung der Ultraschallsonde 025 mit
Bezug auf das Koordinatensystem 019 des Therapiegeräts 003 zu
bestimmen, ganz wie oben ausführlicher
beschrieben. Obwohl nicht notwendigerweise identisch mit dem oben
mit Bezug auf das Diagnoseultraschallgerät 008 beschriebene
System, kann es zweckmäßig sein,
dass beide Systeme die gleichen sind. Es ist zu beachten, dass weder
die Ultraschallsonde 025 noch die Einrichtung 026a, 026b zum
Angeben der geometrischen Ausrichtung der Ultraschallsonde 025 an
dem Tisch 018 des Therapiegeräts 003 fixiert sein
muss.
-
Die
Einrichtung 026a–026b zum
Angeben der geometrischen Ausrichtung der Ultraschallsonde 025 ist
mit dem Absolutkoordinatenreferenzsystem 019 des Therapiegeräts 003 ausgerichtet
oder, wie es auf dem Gebiet bekannt ist, zu demselben kalibriert.
Aufgrund dieser Ausrichtung oder Kalibrierung sind für irgendeinen
Punkt oder ein Merkmal aus der Mehrzahl von Ultraschallbildern die
Koordinaten (A, B, C) irgendeines Punkts, d. h. des Tumors 010,
in dem Absolutkoordinatensystem 019 des Therapiegeräts 003 bekannt.
Mit dieser Kenntnis kann der Wert der Ultraschallbilddaten für jeden
Punkt innerhalb des rekonstruierten Volumens 033 (17)
durch Interpolieralgorithmen bestimmt werden, die Durchschnittsfachleuten
auf dem Gebiet bekannt sind. Ferner sind für irgendeinen Punkt oder ein
Merkmal innerhalb des Volumens der Ultraschallbilddaten 033 (17)
die Koordinaten (X, Y, Z) in dem Absolutkoordinatensystem 019 des
Therapiegeräts 003 bekannt.
Somit ist die Lokalisation des Tumors oder der Läsion oder des Organs 010 vollständig, wie es
durch die dreidimensionalen Ultraschallbilddaten 033 (17)
gezeigt ist. Ferner können
Konturen 024 (18) der äußeren Oberfläche der
Läsion 010 in beliebigen
Ebenen innerhalb der dreidimensionalen Ultraschallbilddaten 033 (17)
definiert werden. Diese Konturen 024 können verwendet werden, um eine
dreidimensionale Aufbereitung 034 (19) der Läsion in
dem Koordinatensystem 019 des Therapiegeräts 033 ordnungsgemäß durchzuführen.
-
Wenn
der Tumor oder die Läsion
oder das Organ 010 einmal in dem Raum des Therapiegeräts 003 lokalisiert
ist, können
die notwendigen Einstellungen der Position des Behandlungstischs 018,
der Drehbewegung des Behandlungsgerätekollimators 004 sowie
der Drehbewegung des Behandlungsgerätegerüsts 007 durch eines
der folgenden zwei Verfahren durchgeführt werden. Mit Bezug auf 20 richtet
das erste Verfahren eine Koordinatentransformation (4 × 4-Transformationsmatrix)
R zwischen dem Absolutkoordinatensystem 011 des Ultraschalldiagnosegeräts 002 und
dem Koordinatensystem 019 des Therapiegeräts 003 durch
ein Überlagern oder
in Übereinstimmung
bringen der dreidimensionalen Oberfläche 022 oder der Konturen 021 der
Läsion 010,
wie es innerhalb der dreidimensionalen Ultraschalllokalisationsdaten 031 umrissen
ist, die mit dem Ultraschalldiagnosegerät 002 vor dem Behandlungsplan
erfasst werden, mit der dreidimensionalen Oberfläche 034 oder den Konturen 024 der
Läsion 010 ein,
wie es innerhalb der dreidimensionalen Ultraschalllokalisationsdaten 033 umrissen
ist, die durch das Ultraschallgerät 025 und 028 in
dem Therapiegerät 003 erfasst
werden. Herkömmliche
Verfahren für
eine Tumor- und Oberflächenanpassung können eine
Fasenübereinstimmung
und eine „Oben-und-Hut"- („top-and-hat") Anpassung nach der
Methode kleinster Abstandsquadrate sowie irgendein anderes erforderliches
oder erwünschtes Verfahren
umfassen.
-
Ein
alternatives Verfahren für
die Einrichtung der Koordinatentransformation R zwischen dem Absolutkoordinatensystem 031 des
Ultraschalldiagnosegeräts 002 und
dem Koordinaten system 019 des Therapiegeräts 003,
das sich nicht auf vordefinierte Konturen der Oberflächen stützt, ist
in 21 dargestellt. Bei dieser Alternative wird eine
Bildkreuzkorrelation zwischen den rekonstruierten dreidimensionalen
Ultraschalllokalisationsdaten 033, die in dem Raum des
Therapiegeräts 003 vor
der Behandlungssitzung erfasst werden, und den dreidimensionalen Ultraschalllokalisationsdaten 031 durchgeführt, die
in dem Raum des Diagnosegeräts 002 vor
dem Entwurf des Behandlungsplans erfasst werden. Die Koordinatentransformation
ist ausgewählt,
um eine zu sein, die die höchste
Spitze des Korrelationswerts zwischen den zwei dreidimensionalen
Datensätzen 033 und 031 erzeugt.
Die Bestimmung der notwendigen Einstellungen der Position des Behandlungstischs 018,
der Drehbewegung des Behandlungsgerätekollimators 004 sowie
der Drehbewegung des Behandlungsgerätegerüsts 007 wird dann
durch eine Zerlegung der 4 × 4-Transformationsmatrix
TR–1 durch
Algorithmen durchgeführt,
die Durchschnittsfachleuten auf dem Gebiet bekannt sind. Es ist
zu beachten, dass nach der Einrichtung der Koordinatentransformation
R zwischen dem Absolutkoordinatensystem 011 des Ultraschalldiagnosegeräts 002 und
dem Koordinatensystem 019 des Therapiegeräts 003 durch eines
der obigen zwei Verfahren andere Einstellungen unternommen werden
können
als die obigen Einstellungen der Position des Behandlungstischs 018, der
Drehbewegung des Behandlungsgerätekollimators 004 sowie
der Drehbewegung des Behandlungsgerätegerüsts 007. Diese können von
einfachen Modifikationen der anfänglich
beabsichtigten Bestrahlungsstahlformen bis zu einer Veränderung
bei den Stahlintensitäten
und sogar einem vollständig
neuen Behandlungsplan mit unterschiedlichen Strahlanordnungen reichen.
Diese Einstellungen werden mit einer Software berechnet, die auf
dem Arbeitsplatzrechner 014 läuft und durch die Therapiegerätesteuerung 015 ausgeführt wird,
die mit dem Therapiegerät 003 und
der Behandlungstischsteuerung 012 schnittstellenmäßig verbunden
ist, wie es in 1 dargestellt ist.
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Während spezielle
bevorzugte Ausführungsbeispiele
der Erfindung gezeigt und beschrieben wurden, ist es für Fachleute
auf dem Gebiet offensichtlich, dass Veränderungen und Modifikationen
vorgenommen werden können,
ohne von dem Schutzbereich der Erfindung abzuweichen, wie es in
den Ansprüchen
dargelegt ist. Folglich ist die Erfindung lediglich durch den Schutzbereich
der beigefügten
Ansprüche
begrenzt.