DE102011085675A1

DE102011085675A1 - Strahlentherapiesystem für einen zu bestrahlenden Zielbereich eines Patienten

Info

Publication number: DE102011085675A1
Application number: DE201110085675
Authority: DE
Inventors: Joseph Stancanello; Jörg Stein
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2011-11-03
Filing date: 2011-11-03
Publication date: 2013-05-08

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Strahlentherapiesystem (1), welches derart ausgebildet ist, dass es eine Darstellung der inneren Struktur des Patienten (7) im Umgebungsbereich des Zielbereiches (P) erzeugt, die Lage des Zielbereichs (P) in Abwesenheit künstlicher Markierungsmittel unter Verwendung erkannter Phasenübergänge im Randbereich des Zielbereiches (P) bestimmt, eine Bestrahlungsplanung des Zielbereiches (P) ausführt, während einer therapeutischen Bestrahlung die innere Struktur im Umgebungsbereich des Zielbereiches (P) durch ein Bildaufnahmesystem ermittelt und die Lage des Zielbereiches (P) durch eine automatische Bestimmung der Phasenübergänge im Randbereich des Zielbereiches (P) bestimmt, und eine Adaption der therapeutischen Bestrahlung anhand der den Zielbereich begrenzenden Phasenübergänge ausführt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Strahlentherapiesystem für einen zu bestrahlenden Zielbereich eines Patienten mit mindestens einem therapeutischen Strahler, einem tomographischen Bildaufnahmesystem für eine innere Struktur eines Patienten zumindest im Umgebungsbereich des Zielbereiches und einem Computersystem zur Steuerung des Systems, aufweisend einen Speicher zur Speicherung mindestens eines Computerprogramms, welches im Betrieb vorgegebene Verfahrensschritte ausführt.
Derartige Strahlentherapiesysteme sind allgemein bekannt. Solche Systeme verwenden das Bildaufnahmesystem, um während der therapeutischen Bestrahlung eines Zielbereiches, zum Beispiel eines Tumors, die Lage dieses Zielbereiches zu bestimmen und bei möglichen Lageveränderungen die Ausrichtung der therapeutischen Bestrahlung oder die Lage des Patienten entsprechend anzupassen.
Problematisch ist allerdings, dass zur Lagebestimmung, zum Beispiel einer durch einen Tumor befallenen Prostata, diese, insbesondere bei einer Anwendung einer Röntgencomputertomographie, nur schwer automatisch in einfachen CT-Aufnahmen lokalisierbar ist. Im Stand der Technik werden daher invasiv Markierungen um das zu bestrahlende Gebiet angebracht, die einfach in der Bilddarstellung zu erkennen sind. Eine solche invasive Anbringung, zum Beispiel eines Markierungsdrahtes, ist einerseits aufwendig und andererseits besteht auch die Gefahr hierdurch Metastasen auszuschwemmen, da das jeweilige Organ verletzt wird beziehungsweise werden kann.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Strahlentherapiesystem mit integriertem tomographischen Bildaufnahmesystem zu finden, bei dem über das Bildaufnahmesystem die Lage des Zielbereiches für die therapeutische Bestrahlung besser lokalisierbar ist und Fehlbestrahlungen vermieden werden, ohne invasiv Markierungen anbringen zu müssen.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand untergeordneter Ansprüche.
Bisher wurde im Rahmen der Strahlentherapie die Bestrahlung eines Tumors in eine relativ hohe Anzahl von Bestrahlungsfraktionen, im Bereich von etwa 30, aufgeteilt. Aktuell wird die Anzahl der Bestrahlungsfraktionen auf ein Drittel bis ein Zehntel der bisherigen Fraktionen reduziert, so dass eine Fehlbestrahlung während einer Fraktion aufgrund von unerkannten Lageänderungen des Zielgebietes während der Bestrahlung einen wesentlich dramatischeren Einfluss auf das dann möglicherweise bestrahlte gesunde Gewebe ausübt. Es wird daher besonders wesentlich, dass eine Fehlbestrahlung von gesundem Gewebe vermieden wird.
Die Erfinder haben erkannt, dass sich ein Zielgebiet für eine therapeutische Bestrahlung, in der Regel handelt es sich dabei um ein Organ, besonders gut und automatisch erkennen lässt, wenn nicht wie bisher versucht wird das Organ mit seinem Gewebe zu identifizieren, sondern Grenzgebiete des Organs mit seinen Phasenübergängen zu beobachten. Betrachtet man beispielsweise die Lage einer Prostata, so schließt die Prostata auf einer Seite unmittelbar an die Blase und auf der anderen Seite an das Rektum an. An beiden Randbereichen ergeben sich Zwischenschichten und Phasenübergänge, die in einer tomographischen Aufnahme, insbesondere einer röntgentomographischen Aufnahme, besonders stark hervortreten und damit sehr einfach durch automatische Erkennungsverfahren identifiziert werden können.
Betrachtet man diese, das jeweilige Organ zumindest teilweise begrenzende Randgebiete so lässt sich besonders einfach und sicher während einer therapeutischen Bestrahlung unter gleichzeitiger tomographischer Bildkontrolle eine Lageänderung dieser Randbereiche automatisch erkennen und damit auch „online“ auf solche Lageänderungen während einer laufenden Bestrahlung reagieren. Dabei kann entweder die Positionierung automatisch korrigiert oder die Bestrahlung in ihrer Orientierung, gegebenenfalls durch einen neu durchgeführte Bestrahlungsplanung, automatisch angepasst oder auch die Bestrahlung automatisch gestoppt werden. Auf jeden Fall kann sicher vermieden werden, dass gesundes Gewebe einer letalen Dosisbelastung ausgesetzt wird.
Entsprechend diesem Grundgedanken schlagen die Erfinder ein Strahlentherapiesystem für einen zu bestrahlenden Zielbereich eines Patienten vor, aufweisend mindestens:

– einen therapeutischen Strahler,
– ein tomographischen Bildaufnahmesystem für eine innere Struktur eines Patienten zumindest im Umgebungsbereich des Zielbereiches und
– ein Computersystem zur Steuerung des Strahlentherapiesystems, mit einem Speicher zur Speicherung mindestens eines Computerprogramms, welches im Betrieb zumindest die nachfolgenden Verfahrensschritte ausführt:
– Erzeugung einer Darstellung der inneren Struktur des Patienten im Umgebungsbereich des Zielbereiches,
– Bestimmung der Lage des Zielbereiches in Abwesenheit künstlicher Markierungsmittel, wobei Phasenübergängen im Randbereich des Zielbereiches zu anderen anatomischen Strukturen erkannt und als Grenzflächen zur Lagebestimmung verwendet werden,
– Durchführung einer Bestrahlungsplanung des Zielbereiches,
– Ausführung einer therapeutischen Bestrahlung des Zielbereiches bei gleichzeitiger Aufnahme der inneren Struktur im Umgebungsbereich des Zielbereiches durch das Bildaufnahmesystem und automatischer Bestimmung der Phasenübergänge im Randbereich des Zielbereiches,
– Adaption der therapeutischen Bestrahlung anhand der den Zielbereich begrenzenden Phasenübergänge.

Dabei kann durch das Computerprogramm während der Dauer der therapeutischen Bestrahlung und auf der Basis der gleichzeitig ermittelten Bilddaten die tatsächlich applizierte Ortsdosisleistung zumindest im Umgebungsbereich des Zielbereiches ermittelt werden, wobei bei Überschreiten einer vorgegebenen Ortsdosisleistung außerhalb des Zielbereiches die Adaption der therapeutischen Bestrahlung stattfindet. Hierbei kann die vorgegebene nicht zu überschreitende Ortsdosisleistung struktur- und/oder organspezifisch bezüglich der um den Zielbereich befindlichen anatomischen Struktur festgelegt werden.
Weiterhin wird vorgeschlagen, das Strahlentherapiesystem dahingehend auszugestalten, dass durch das Computerprogramm während der Dauer der therapeutischen Bestrahlung und auf der Basis der gleichzeitig ermittelten Bilddaten die tatsächlich applizierte Ortsdosis zumindest im Umgebungsbereich des Zielbereiches ermittelt und aufsummiert wird, wobei bei Überschreiten einer vorgegebenen maximalen Ortsdosis außerhalb des Zielbereiches die Adaption der therapeutischen Bestrahlung stattfindet. Hierbei kann die vorgegebene nicht zu überschreitende Ortsdosis struktur- und/oder organspezifisch bezüglich der um den Zielbereich befindlichen anatomischen Struktur festgelegt werden.
In einer weiteren Ausgestaltung des Strahlentherapiesystems schlagen die Erfinder auch vor, durch das Computerprogramm zur Adaption der therapeutischen Bestrahlung das bestrahlte Gebiet automatisch an eine gegebenenfalls ermittelte Bewegung der begrenzenden Phasenübergänge anzupassen.
Schließlich wird in einer besonders einfachen Ausgestaltung des Strahlentherapiesystems vorgeschlagen, durch das Computerprogramm zur Adaption der therapeutischen Bestrahlung bei Überschreiten einer gegebenenfalls ermittelten Bewegung der begrenzenden Phasenübergänge über einen vorgegebenen Grenzwert die therapeutische Bestrahlung vorzeitig einzustellen, also die Bestrahlung abzubrechen.
Vorzugsweise kann bei den oben beschriebenen Ausgestaltungen die Prostata als Zielbereich verwendet werden, wobei zur Lage- und Bewegungsdetektion des Zielbereiches zumindest auch die Grenzflächen der Prostata zum Rektum und zur Blase verwendet werden können.
Obwohl das erfindungsgemäße Strahlentherapiesystem grundsätzlich bevorzugt mit einem konventionellen CT-System, also einem Röntgentransmissions-Computertomographiesystem, als Bildaufnahmesystem vorgesehen ist, kann statt dessen auch als Bildaufnahmesystem ein Ultraschall-System, Röntgen-Phasenkontrast-Computertomographie-System oder ein Kernspinresonanz-System verwendet werden.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Figuren näher beschrieben, wobei nur die zum Verständnis der Erfindung notwendigen Merkmale dargestellt sind. Es werden folgende Bezugszeichen verwendet: 1: Strahlentherapiesystem; 2: Röntgenröhre; 3: Detektor; 4: therapeutischer Strahler; 5: Gantrygehäuse; 6: Computersystem: 7: Patient; 8: Patiententisch; 9: Systemachse; 10: Speicher; 11: Computerprogramm; B: Blase; P: Prostata; R: Rektum.
Es zeigen im Einzelnen:
1: Schematisierte Darstellung eines tomographischen Schnittbildes im Bereich der Prostata entsprechend der Bestrahlungsplanung;
2: Schematisierte Darstellung gemäß 1, jedoch nach einer Bewegung während der Bestrahlung;
3: Strahlentherapiesystem mit einem therapeutischen Strahler und einem röntgentomographischen Bildaufnahmesystem.
Die 1 zeigt eine stark schematisierte Darstellung eines tomographischen CT-Schnittbildes im Bereich der Prostata eines, auf einem Patiententisch 8 liegenden Patienten 7 auf deren Basis eine Bestrahlungsplanung ausgeführt wurde. Das Schnittbild zeigt die Prostata P mit der darüber angeordneten Blase B und dem darunter liegenden Rektum R. Die Organgrenzflächen bei den aneinander liegenden Organen, die aufgrund der dort vorhandenen Phasenübergänge besonders gut in der tomographischen Aufnahme zu erkennen sind, sind in der Darstellung eng schraffiert hervorgehoben. Erfindungsgemäß kann entweder der Verlauf der gesamten Grenzflächen oder charakteristische Marken – hier beispielhaft durch + gekennzeichnet – als automatische Orientierungsmarken für die Überwachung einer möglichen Bewegung während der Bestrahlung verwendet werden.
In der darunter gezeigten 2 ist der gleiche Schnitt, wie in der 1 gezeigt, dargestellt, wobei die Lage der Organe B, P, R und der Marken + aus der 1 gepunktet eingetragen ist. Aufgrund einer Bewegung des Patienten hat sich jedoch die tatsächliche Lage der mit durchgezogenen Linien dargestellten Organe B, P und R verschoben. Während solch eine Lageänderung durch eine konventionelle automatische Detektion der Prostata P ungenau ist oder durch invasiv eingelegte Markierungen erfolgen muss, kann unter Verwendung der im tomographischen Bild problemlos erkennbaren Organgrenzen beziehungsweise daran orientierter charakteristischer Marken + eine solche Bewegung sehr leicht und schnell während der erfolgenden therapeutischen Bestrahlung erkannt werden. Erfindungsgemäß kann nach dem Erkennen einer solchen Lageveränderung die Bestrahlung eingestellt, die Positionierung des zu bestrahlenden Organs korrigiert oder die Orientierung des therapeutischen Strahls und seiner Bewegung angepasst werden.
Ein erfindungsgemäßes Strahlentherapiesystem 1 mit einem um den Patienten 7 und eine Systemachse 9 rotierenden therapeutischen Strahler 4 und einem ebenfalls um den Patienten rotierenden röntgentomographischen Bildaufnahmesystem mit einer Röntgenröhre 2 und einem gegenüberliegenden Detektor 3 ist in der 3 gezeigt. Sowohl der therapeutische Strahler 4 als auch das Strahler-Detektor-System 2, 3 befinden sich dabei auf einer gemeinsamen Gantry in einem Gantrygehäuse 5. Hierbei liegt der zu bestrahlende Patient 7 auf einer verschiebbaren Patientenliege 8, mit welcher eine optimale Positionierung des Patienten beziehungsweise des zu bestrahlenden Gebietes erfolgt. Gesteuert wird das gesamte Strahlentherapiesystem 1 mit Hilfe eines Computersystems 6, der einen Speicher 10 aufweist, in dem sich zumindest auch die Computerprogramme 11 befinden, welche die erfindungsgemäßen Verfahrensschritte im Betrieb ausführen.
Insgesamt wird mit der Erfindung also ein Strahlentherapiesystem vorgeschlagen, welches derart ausgebildet ist, dass es eine Darstellung der inneren Struktur des Patienten im Umgebungsbereich des Zielbereiches erzeugt, die Lage des Zielbereiches in Abwesenheit künstlicher Markierungsmittel unter Verwendung erkannter Phasenübergänge im Randbereich des Zielbereiches bestimmt, eine Bestrahlungsplanung des Zielbereiches ausführt, während einer therapeutischen Bestrahlung die innere Struktur im Umgebungsbereich des Zielbereiches durch ein Bildaufnahmesystem ermittelt und die Lage des Zielbereiches durch eine automatische Bestimmung der Phasenübergänge im Randbereich des Zielbereiches bestimmt, und eine Adaption der therapeutischen Bestrahlung anhand der den Zielbereich begrenzenden Phasenübergänge ausführt.
Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Claims

Strahlentherapiesystem (1) für einen zu bestrahlenden Zielbereich eines Patienten (7) mit mindestens: – einem therapeutischen Strahler (4), – einem tomographischen Bildaufnahmesystem (2, 3) für eine innere Struktur eines Patienten (7) zumindest im Umgebungsbereich des Zielbereiches (P) und – einem Computersystem (6) zur Steuerung des Strahlentherapiesystems (1), aufweisend einen Speicher (10) zur Speicherung mindestens eines Computerprogramms (11), welches im Betrieb zumindest die nachfolgenden Verfahrensschritte ausführt: 1.1. Erzeugung einer Darstellung der inneren Struktur des Patienten (7) im Umgebungsbereich des Zielbereiches (P), 1.2. Bestimmung der Lage des Zielbereiches (P) in Abwesenheit künstlicher Markierungsmittel, wobei Phasenübergängen im Randbereich des Zielbereiches (P) zu anderen anatomischen Strukturen erkannt und als Grenzflächen zur Lagebestimmung verwendet werden, 1.3. Durchführung einer Bestrahlungsplanung des Zielbereiches (P), 1.4. Ausführung einer therapeutischen Bestrahlung des Zielbereiches (P) bei gleichzeitiger Aufnahme der inneren Struktur im Umgebungsbereich des Zielbereiches (P) durch das Bildaufnahmesystem (2, 3) und automatischer Bestimmung der Phasenübergänge im Randbereich des Zielbereiches (P), 1.5. Adaption der therapeutischen Bestrahlung anhand der den Zielbereich (P) begrenzenden Phasenübergänge.
Strahlentherapiesystem (1) gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Computerprogramm (6) während der Dauer der therapeutischen Bestrahlung und auf der Basis der gleichzeitig ermittelten Bilddaten die tatsächlich applizierte Ortsdosisleistung zumindest im Umgebungsbereich des Zielbereiches (P) ermittelt wird, wobei bei Überschreiten einer vorgegebenen Ortsdosisleistung außerhalb des Zielbereiches (P) die Adaption der therapeutischen Bestrahlung stattfindet.
Strahlentherapiesystem (1) gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebene nicht zu überschreitende Ortsdosisleistung struktur- und/oder organspezifisch bezüglich der um den Zielbereich (P) befindlichen anatomischen Struktur festgelegt wird.
Strahlentherapiesystem (1) gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Computerprogramm (11) während der Dauer der therapeutischen Bestrahlung und auf der Basis der gleichzeitig ermittelten Bilddaten die tatsächlich applizierte Ortsdosis zumindest im Umgebungsbereich des Zielbereiches (P) ermittelt und aufsummiert wird, wobei bei Überschreiten einer vorgegebenen maximalen Ortsdosis außerhalb des Zielbereiches (P) die Adaption der therapeutischen Bestrahlung stattfindet.
Strahlentherapiesystem (1) gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebene nicht zu überschreitende Ortsdosis struktur- und/oder organspezifisch bezüglich der um den Zielbereich (P) befindlichen anatomischen Struktur festgelegt wird.
Strahlentherapiesystem (1) gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Computerprogramm (11) zur Adaption der therapeutischen Bestrahlung das bestrahlte Gebiet automatisch an eine gegebenenfalls ermittelte Bewegung der begrenzenden Phasenübergänge angepasst wird.
Strahlentherapiesystem (1) gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Computerprogramm (11) zur Adaption der therapeutischen Bestrahlung bei Überschreiten einer gegebenenfalls ermittelten Bewegung der begrenzenden Phasenübergänge über einen vorgegebenen Grenzwert die therapeutische Bestrahlung vorzeitig eingestellt wird.
Strahlentherapiesystem (1) gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Computerprogramm (11) die Prostata (P) als Zielbereich verwendet wird.
Strahlentherapiesystem (1) gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Computerprogramm (11) zur Lage- und Bewegungsdetektion des Zielbereiches (P) zumindest auch die Grenzflächen der Prostata (P) zum Rektum (R) und zur Blase (B) verwendet werden.
Strahlentherapiesystem (1) gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Bildaufnahmesystem eines der Geräte der nachfolgenden Liste ist: Ultraschall-System, Röntgentransmissions-Computertomographie-System, Röntgen-Phasenkontrast-Computertomographie-System, Kernspinresonanz-System.