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Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Darstellung von Dosiswerten zur Planung einer Bestrahlung.
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Röntgenstrahlen und Partikelstrahlen werden unter anderem zur Behandlung von Tumoren eingesetzt. Eine solche Behandlung bedarf eines Bestrahlungsplans, der festlegt, zu welchem Zeitpunkt welche Strahlintensität appliziert wird. Zur Erstellung eines Bestrahlungsplanes müssen die Position sowie die Form des Untersuchungsvolumen, beispielsweise des Tumors, bestimmt werden. Eine solche Bestimmung erfolgt normalerweise mit einem bildgebenden Verfahren wie der Computertomographie, kurz CT, oder der Magnetresonanztomographie, kurz MRT.
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Es ist ein Ziel der Bestrahlungsplanung die Bestrahlung hinsichtlich der Dosisverteilung zu optimieren. Bei der Behandlung von Tumoren ist es erwünscht, dass möglichst viel Dosis vom Tumor und möglichst wenig Dosis vom umliegenden, gesunden Gewebe aufgenommen wird. Bestrahlungsverfahren können jedoch auch in nicht-therapeutischen Bereichen eingesetzt werden, beispielsweise bei der Bestrahlung von Phantomen oder nichtlebenden Körpern im Rahmen von Forschungsarbeiten, bei der Bestrahlung von Materialien, etc. Auch in solchen Fällen ist eine Optimierung der Dosisverteilung wünschenswert.
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Die vor der eigentlichen Bestrahlung bestimmten Dosiswerte werden in der Regel graphisch dargestellt, damit der Bestrahlungsplan beurteilt werden kann. Die Form der Darstellung der Dosiswerte soll derart erfolgen, dass eine möglichst schnelle und zuverlässige Beurteilung möglich ist. Einerseits sollen die wesentlichen Informationen über die Verteilung der Dosis dargestellt werden, andererseits muss die Darstellung so weit vereinfacht werden, dass die wesentlichen Aspekte der Dosisverteilung schnell und zuverlässig erkannt werden können.
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Aus der Publikation von Rieder et al. ”Visual Support for Interactive Post-Interventional Assessment of Radiofrequency Ablation Therapy”, Eurographics/IEEE-VGTC Symposium an Visualization 2010 Volume 29 (2010), S. 1093–1102, ist ein Verfahren zur Visualisierung der Karte eines Tumors zur zuverlässigen Beurteilung einer Ablationstherapie bekannt. Bei der Ablationstherapie zur Behandlung von Lebertumoren wird elektrische Energie lokal durch Elektroden erzeugt, so dass die Tumorzellen lokal durch die entstehende resistive Hitze zerstört werden. Um die Ablationstherapie planen und den Erfolg der Behandlung beurteilen zu können, werden CT-Bilder des Tumors vor und nach dem therapeutischen Eingriff aufgenommen. Dieses Verfahren umfasst, basierend auf den CT-Bildern, die Farbkodierung des Ablationszustandes des Tumors entsprechend der Ampelfarben grün, gelb und rot. Die 2D-Schnittbilder des Tumors werden farbkodiert und dienen einer zusätzlichen, intuitiven Visualisierung. Dann wird die Farbkodierung auf die Oberfläche eines gerendertes 3D-Volumen des Tumors abgebildet. Die Oberfläche des Tumors wird weiterhin in Form einer 2D-Karte repräsentiert. Dies kann durch sphärische Parametrisierung sowie durch die anschließende Glättung der Oberfläche erreicht werden.
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Aus der Publikation von Troost et al. ”Innovations in Radiotherapy Planning of Head and Neck Cancers: Role of PET”, J. Nucl. Med. Volume 51 (2010), S. 66–76, ist die Darstellung von Dosiswerten auf Basis eines CT-Bildes sowie einer PET Aufnahme bekannt.
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Aus der Publikation von Cho et al. ”The development of target-eye-view maps for selection of coplanar or noncoplanar beams in conformal radiotherapy treatment Plans”, Med. Phys. Volume 26 (1999), S. 2367–2372, ist ein sogenanntes ”targeteye-view”, kurz TEV, bekannt, welches eine funktionale Erweiterung des sogenannten beam's eye view, kurz BEV, darstellt. BEV und TEV dienen jeweils der Darstellung der räumlichen Beziehung zwischen dem Zielvolumen einer Bestrahlungstherapie sowie angrenzender kritischer Strukturen.
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Aus der Publikation von Afsharpour et al. ”ALGEBRA: ALgorithm for the heterogeneous dosimetry based an GEANT4 for BRAchytherapy”, Phys. Med. Biol. Volume 57 (2012), S. 3773–3280, ist eine Monte Carlo Plattform zur Dosimetrie in der Brachytherapie bekannt.
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Aus der Publikation von Poon et al. ”BrachyGUI: an adjunct to an accelerated Monte Carlo photon transport code for patientspecific brachytherapy dose calculations and anlysis”, Journal of Physics: Conference Series Volume 102 (2008), 012018, ist eine Software bekannt, welche eine integrierte Umgebung zur Vorbereitung von Eingabedateien bereit stellt, welche spezifisch für den Patienten und den Behandlungsplan sind.
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Aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2005 059 209 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Visualisierung einer Folge von tomographischen Bilddatensätzen eines Untersuchungsvolumens, die in zeitlichem Abstand zueinander aufgezeichnet wurden, bekannt. Bei dem Verfahren werden die Bilddatensätze zunächst miteinander registriert. Auf Basis der Registrierung werden dann hinsichtlich einer Darstellungsperspektive und eines dargestellten Volumenbereichs identische Ansichten aus mehreren der Bilddatensätze generiert und nebeneinander und/oder mit einstellbarer Gewichtung und/oder einstellbarer Transparenz überlagert auf einer Bildfläche einer Bilddarstellungseinheit dargestellt.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, die im Rahmen eines Bestrahlungsplans bestimmten Dosiswerte so darzustellen, dass die Beurteilung des Bestrahlungsplanes anhand der dargestellten Dosiswerte schnell und sicher erfolgt.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1, durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 8 sowie durch ein Computerprogramm gemäß Anspruch 12.
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Nachstehend wird die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe sowohl in Bezug auf die beanspruchte Vorrichtung als auch in Bezug auf das beanspruchte Verfahren beschrieben. Hierbei erwähnte Merkmale, Vorteile oder alternative Ausführungsformen sind ebenso auch auf die anderen beanspruchten Gegenstände zu übertragen und umgekehrt. Mit anderen Worten können die gegenständlichen Ansprüche, die beispielsweise auf eine Anordnung gerichtet sind, auch mit den Merkmalen, die in Zusammenhang mit einem Verfahren beschrieben oder beansprucht sind, weitergebildet sein. Die entsprechenden funktionalen Merkmale des Verfahrens werden dabei durch entsprechende gegenständliche Module ausgebildet.
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Die Erfindung dient der Darstellung von Dosiswerten, wobei die Dosiswerte ein Maß für die zu erwartende Aufnahme von Strahlung durch ein Untersuchungsvolumen während einer Bestrahlung sind. Die Erfindung umfasst die Segmentierung eines Untersuchungsvolumens in einem Bild sowie die Zuordnung der Dosiswerte zu Bereichen der Oberfläche des Untersuchungsvolumens. Die Erfindung liegt die Idee zu Grunde, die Oberfläche des Untersuchungsvolumens derart als Ebene darzustellen, dass die eben dargestellten Bereiche durch die den jeweiligen Bereichen zugeordneten Dosiswerte graphisch kodiert werden. Denn durch eine Darstellung der Oberfläche des Untersuchungsvolumens als Ebene können die in oder zusammen mit der Oberfläche kodierten Informationen schneller erfasst werden. Dadurch, dass die den einzelnen Bereichen der Oberfläche zugeordneten Dosiswerte graphisch kodiert werden, können Informationen über die Verteilung der Dosiswerte in dem Tumorvolumen auf einen Blick erfasst und damit schnell beurteilt werden. Durch die intuitive Darstellung der Dosiswerte in einer Ebene werden Fehlinterpretationen vermieden, so dass das erfindungemäße Verfahren auch eine sichere Beurteilung der Verteilung der Dosiswerte und damit des zu Grunde liegenden Bestrahlungsplanes ermöglicht.
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In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Zuordnung durch Projektion von Dosiswerten, ausgehend von einem Punkt in dem segmentierten Untersuchungsvolumen, wodurch die Dosiswerte innerhalb des Untersuchungsvolumens auf eine besonders einfach nachvollziehbare Weise der Oberfläche des Untersuchungsvolumens zugeordnet werden.
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Umfassen die Dosiswerte paarweise absolute Dosiswerte sowie mit den jeweiligen absoluten Dosiswerten verbundene Wahrscheinlichkeitswerte, dann wird die Sicherheit der Beurteilung des Bestrahlungsplanes anhand der Darstellung der Dosiswerte erhöht. Denn die Wahrscheinlichkeitswerte geben an, wie wahrscheinlich es ist, dass ein absoluter Dosiswert in der zukünftigen Bestrahlung auch tatsächlich realisiert wird.
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Umfasst die Darstellung, dass die Bereiche durch die zugeordneten Dosiswerte in Form eines Farbwerts und/oder eines Helligkeitswerts kodiert werden, dann können die Informationen der Verteilung der Dosiswerte besonders intuitiv und schnell erfasst werden.
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In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Darstellung, dass Bereiche der Oberfläche, deren zugeordnete Dosiswerte einen Schwellwert überschreiten, einheitlich entsprechend dem Schwellwert graphisch kodiert werden. Dadurch wird die Darstellung vereinfacht, so dass die Informationen über die Verteilung der Dosiswerte außerordentlich intuitiv und schnell erfasst werden können.
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In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Dosiswerte unterschiedlichen Zeitpunkten der zu planenden Bestrahlung zugeordnet, wobei die Darstellung die Darstellung mehrerer Oberflächen zu den unterschiedlichen Zeitpunkten in Form mehrerer Ebenen umfasst. Damit kann der zeitliche Verlauf der Aufnahme der Dosis während der Bestrahlung dargestellt werden, wodurch es einfacher wird Fehler im Bestrahlungsplan zu identifizieren.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung umfasst die Bestimmung der Dosiswerte, so dass eine direkte Darstellung und anschließende Beurteilung der Dosiswerte ermöglicht wird.
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Erfolgen die Bestimmung sowie die Darstellung derart, dass eine räumliche Verschiebung und/oder Deformation des Untersuchungsvolumens während der Bestrahlung berücksichtigt wird, so wird die Sicherheit bei der Beurteilung der Dosisverteilung noch weiter erhöht.
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Die Erfindung umfasst weiterhin eine Vorrichtung zur Darstellung von Dosiswerten, wobei die Dosiswerte die zu erwartende Aufnahme von Strahlung durch ein Untersuchungsvolumen während einer Bestrahlung darstellen, umfassend eine Bildverarbeitungseinheit, ausgelegt zur Segmentierung eines Untersuchungsvolumens in einem Bild, zur Zuordnung der Dosiswerten zu Bereichen der Oberfläche des Untersuchungsvolumens, sowie zur Darstellung der Oberfläche des Untersuchungsvolumens als Ebene derart, dass die eben dargestellten Bereiche durch die den jeweiligen Bereichen zugeordneten Dosiswerte graphisch kodiert werden.
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Weiterhin ist die Vorrichtung dazu ausgelegt, eines der zuvor genannten erfindungsgemäßen Verfahren mit den genannten Vorteilen und weiterhin besonders schnell, identisch wiederholbar und robust auszuführen.
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Ist die Vorrichtung weiterhin dazu ausgelegt, ein Untersuchungsvolumen zu bestrahlen, so kann der mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens beurteilte Bestrahlungsplan direkt angewendet werden.
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In einer weiteren Ausführungsform ist die Vorrichtung dazu ausgelegt, ein räumlich dreidimensionales Bild des Untersuchungsvolumens aufzunehmen.
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Weiterhin umfasst die Erfindung ein Computerprogramm mit Programmcode zur Durchführung der Verfahrensschritte nach einem der zuvor genannten erfindungsgemäßen Verfahren, wenn das Computerprogramm in einem Computer ausgeführt wird. Dadurch kann das Verfahren schnell, identisch wiederholbar und robust ausgeführt werden können.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert.
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Es zeigen:
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1 ein Flussdiagram des erfindungsgemäßen Verfahrens,
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2 eine Darstellung von Dosiswerten entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren und
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3 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Darstellung von Dosiswerten.
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1 zeigt ein Flussdiagram des erfindungsgemäßen Verfahrens. Es handelt sich dabei um ein Verfahren zur Darstellung D von Dosiswerten, wobei die Dosiswerte ein Maß für die zu erwartende Aufnahme von Strahlung durch ein Untersuchungsvolumen 1 während einer Bestrahlung sind. Bei einer solchen Bestrahlung bewegt sich eine Bestrahlungseinheit um den fest positionierten Patienten 7 und emittiert Strahlung, beispielsweise in Form von Röntgenstrahlen 15, möglichst genau auf das Untersuchungsvolumen 1. Die Darstellung von Dosiswerten ist ein üblicher Schritt bei der Planung einer Bestrahlung, etwa zur Behandlung von Krebs. Die zu erwartenden Dosiswerte werden im Rahmen des Bestrahlungsplans anhand eines mathematischen Modells sowie anhand der bekannten Form des Untersuchungsvolumens 1 bestimmt. Dazu ist die Aufnahme eines Bildes des Untersuchungsvolumens 1 notwendig. Ziel des Bestrahlungsplanes ist es regelmäßig, die Bestrahlung dahingehend zu optimieren, dass möglichst viel Dosis vom Untersuchungsvolumen 1, also beispielsweise von einem Tumor, und möglichst wenig Dosis vom umliegenden Bereich aufgenommen wird.
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Unter der Dosis wird dabei beispielsweise die Energiedosis verstanden, also die Energie der Strahlung, die ein Patient 7 pro kg Körpergewicht absorbiert; für eine so definierte Dosis wird die Einheit Gray verwendet. Unter der Dosis kann weiterhin die effektive Dosis in Einheiten von Sievert verstanden werden. Bei einem Dosiswert handelt es sich wenigstens um einen absoluten Dosiswert, der einen numerischen Wert für eine Dosis, beispielsweise in Gray oder Sievert, angibt. Bei Strahlung handelt es sich im Sinne der Anmeldung um die kontrollierte und gerichtete Emission von Partikeln wie Elektronen oder Ionen bzw. von elektromagnetischen Strahlen wie der Röntgenstrahlung 15 mittels einer Bestrahlungseinheit. Bei der Bestrahlungseinheit handelt es sich beispielsweise um einen Strahlaustritt 13 für einen Partikelstrahl 14 oder um einen Röntgenemitter 10.
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Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die Segmentierung S eines Untersuchungsvolumens 1 in einem Bild. Durch die Segmentierung S des Untersuchungsvolumens 1 wird auch automatisch dessen Oberfläche definiert. Damit wird eine direkte Zuordnung Z der zuvor bestimmten Dosiswerte zu Bereichen 3 der Oberfläche des Untersuchungsvolumens 1 möglich. Weiterhin erfolgt eine Darstellung D der Oberfläche des Untersuchungsvolumens 1 als Ebene 2 derart, dass die eben dargestellten Bereiche 3 durch die den jeweiligen Bereichen 3 zugeordnete Dosiswerte graphisch kodiert werden. Es handelt sich bei der Darstellung D in anderen Worten um eine ebene Karte der Oberfläche des Untersuchungsvolumens 1, wobei die Dosiswerte zur Kartierung in Form einer graphischen Kodierung beitragen.
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Bei einem Bild handelt es sich im Sinne der vorliegenden Anmeldung um ein digitales Bild, das durch ein bildgebendes Gerät wie ein MRT- oder CT-Gerät aufgenommen wird. Insbesondere kann es sich bei einem solchen Bild um ein medizinisches Bild handeln, also ein Bild, das zu medizinischen Zwecken wie der Diagnose oder der Planung einer therapeutischen Bestrahlung aufgenommen wird. Weiterhin kann es sich im Sinne der vorliegenden Anmeldung bei Bildern insbesondere um vorverarbeitete, beispielsweise gefilterte Bilder handeln. Ein Bild kann sowohl räumlich zweidimensional ausgeprägt und aus Pixeln aufgebaut sein als auch räumlich dreidimensional ausgeprägt und aus Voxeln aufgebaut sein.
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Bei dem Bild, in dem das Untersuchungsvolumen 1 segmentiert wird, muss es sich um einen räumlich dreidimensionalen Datensatz handeln. Ein medizinisches Bild wird typischerweise mittels einer hochauflösenden bildgebenden Modalität wie MRT oder CT aufgenommen, denn diese Techniken bieten eine hohe räumliche Auflösung und ermöglichen damit eine präzise Bestimmung B der Dosiswerte für das Untersuchungsvolumen 1 sowie für das umliegende Gewebe. Weiterhin können Kontrastmittel zum Einsatz kommen, um die Segmentierung S des Untersuchungsvolumens 1 in dem medizinischen Bild zu erleichtern. Gewisse Kontrastmittel sammeln sich in Tumoren an und helfen damit, diese vom umliegenden Gewebe abzugrenzen. Als Kontrastmittel werden allgemein solche Mittel definiert, die die Bildgebung von Strukturen und Funktionen des Körpers verbessern. Insbesondere iodhaltige Kontrastmittel sind weit verbreitet. Bei einem Kontrastmittel kann es sich aber auch um einen sogenannten Tracer handeln, eine künstliche, oft radioaktiv markierte körpereigene oder körperfremde Substanz, die nach Einbringung in den lebenden Körper am Stoffwechsel teilnimmt und darüber unterschiedlichste Untersuchungen ermöglicht oder erleichtert.
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Nach der Aufnahme des Untersuchungsvolumens 1 erfolgt die Bestimmung B der Dosiswerte. Die Bestimmung B erfolgt derart, dass jedem Volumenelement des Untersuchungsvolumens 1 ein Dosiswert zugeordnet wird. Es handelt sich dabei beispielsweise um die Energie, die von dem jeweiligen Volumenelement während der geplanten Bestrahlung absorbiert wird. Weiterhin kann die Bestimmung B der Dosiswerte zeitaufgelöst erfolgen. Das heißt, ein einem bestimmten Volumenelement zugeordneter Dosiswert kann mehrere absolute Dosiswerte E umfassen, die jeweils die von dem Volumenelement in einem gewissen Zeitraum während der Bestrahlung absorbierte Energie umfassen. Weiterhin kann die Bestimmung B derart erfolgen, dass den absoluten Dosiswerten E jeweils ein Wahrscheinlichkeitswert p_E zugeordnet ist, der die Wahrscheinlichkeit angibt, dass der jeweilige absolute Dosiswert E während der geplanten Bestrahlung tatsächlich absorbiert wird. Die Bestimmung B der Wahrscheinlichkeitswerte p_E berücksichtigt beispielsweise folgende Fehlerfaktoren:
- – Bewegung des Patienten 7 und damit des Untersuchungsvolumens 1 während der geplanten Bestrahlung,
- – Genauigkeit der Segmentierung S,
- – Genauigkeit der Positionierung des Patienten 7,
- – Genauigkeit der Daten des Bildes des Untersuchungsvolumens 1, beispielsweise in Form von Hounsfield, kurz H-Werten. Eine Möglichkeit, die Wahrscheinlichkeitswerte zu bestimmen, ist eine mehrfache Bestimmung der absoluten Dosiswerte E mit verschiedenen Parametern eines Fehlerfaktors. So kann ein absoluter Dosiswert E mehrfach mit variierten H-Werten berechnet werden. Die resultierende Standardabweichung ist dann ein möglicher Wahrscheinlichkeitswert p_E.
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Die Segmentierung S erfolgt beispielsweise durch ein Schwellwertverfahren oder durch ein regionenorientiertes Verfahren wie das sogenannte ”Region Growing” oder das sogenannte ”Region Splitting” oder mit Hilfe von Kantenextraktion. Es handelt sich bei dem Untersuchungsvolumen 1 in der Regel um ein zusammenhängendes Volumen, das von einer geschlossenen Fläche umgeben wird. Insbesondere können viele Tumore vereinfacht als Kugel oder Ellipsoide beschrieben werden, so dass eine Segmentierung S effektiv und schnell erfolgen kann.
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Da durch die Bestimmung B bereits jedem Volumenelement des Untersuchungsvolumens 1 ein Dosiswert zugeordnet ist, kann bereits eine Darstellung des Untersuchungsvolumens 1 erfolgen, bei der die einzelnen Volumenelemente entsprechend der ihnen zugeordneten Dosiswerte graphisch kodiert sind. Beispielsweise kann das Untersuchungsvolumen 1 in Form paralleler Schnittbilder dargestellt werden, wobei in jedem Schnittbild flächige Bereiche, die jeweils einem Volumenelement entsprechen, die Dosiswerte farblich kodieren. Weiterhin ist eine Helligkeitskodierung der Dosiswerte möglich, etwa um die mit den jeweiligen absoluten Dosiswerten E verbundenen Wahrscheinlichkeiten darzustellen.
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Das Verfahren umfasst in einer Ausführungsform weiterhin die Rekonstruktion der Oberfläche des segmentierten Untersuchungsvolumens 1. Eine solche Rekonstruktion erfolgt beispielsweise mittels des sogenannten ”Volume Rendering”, kurz VR, oder mittels einer sogenannten ”maximum intensity projection”, kurz MIP. Eine so rekonstruierte Fläche wird beispielsweise durch die sogenannte ”Surface Shaded Display” Technik dargestellt.
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Weiterhin erfolgt eine Zuordnung Z der Dosiswerte zu einzelnen Bereichen 3 der Oberfläche. Bei den Bereichen 3 handelt es sich um Flächenelemente vergleichbarerer Größe um eine möglichst homogene Auflösung der Dosiswerte auf der Oberfläche zu erreichen. Die Form und Größe der Flächenelemente können sich insbesondere aus der Zuordnungsvorschrift der Zuordnung Z ergeben, etwa indem alle Dosiswerte von einem Punkt in dem Untersuchungsvolumens 1 ausgehend innerhalb eines Winkelbereiches auf die Oberfläche projiziert werden. Dieser Winkelbereich kann beispielsweise kegelförmig oder pyramidenförmig ausgebildet sein. Bei dem Punkt handelt es sich beispielsweise um den geometrischen Schwerpunkt des Untersuchungsvolumens 1, der sich aus einer homogenen Masseverteilung des segmentierten Untersuchungsvolumens 1 ergibt. Es kann dabei sowohl der maximale als auch der minimale oder auch der mittlere Wert des innerhalb eines gewissen Winkelbereiches projizierten Volumens dem entsprechenden Bereich 3 der Oberfläche zugeordnet werden. Der Winkelbereich definiert dann die Form und Größe der Flächenelemente.
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Nun kann eine Darstellung D der sich im dreidimensionalen Raum befindlichen Oberfläche des Untersuchungsvolumens 1 zusammen mit den zugeordneten Dosiswerten erfolgen. In einer solchen Darstellung D sind die den einzelnen Bereichen 3 zugeordneten Dosiswerte graphisch kodiert, etwa farblich entsprechend einer Farbskala. Weiterhin ist eine Helligkeitskodierung der Dosiswerte möglich, etwa um die mit den jeweiligen absoluten Dosiswerten E verbundenen Wahrscheinlichkeitswerte p_E darzustellen.
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2 zeigt eine Darstellung von Dosiswerten entsprechend des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Darstellung D der Oberfläche des Untersuchungsvolumens 1 als Ebene 2 setzt eine Vorschrift voraus, nach der die dreidimensionalen Koordinaten der einzelnen Bereiche 3 der Oberfläche in die zweidimensionalen Koordinaten einer Ebene 2 übertragen werden. Solche Übertragungen sind auch als Kartenprojektionen bekannt. Eine solche Übertragung kann erfolgen, indem die Oberfläche sphärisch parametrisiert und anschließend geglättet wird. Beispiele für Kartenprojektionen sind die Kegelprojektionen und die Zylinderabbildungen wie die Mercator-Projektion oder die Mollweide-Projektion.
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Umfassen die Dosiswerte paarweise absolute Dosiswerte E sowie die mit den jeweiligen absoluten Dosiswerten E verbundene Wahrscheinlichkeitswerte p_E, dann ist es sinnvoll, dass die absoluten Dosiswerten E sowie die Wahrscheinlichkeitswerte p_E in der Darstellung D unterschiedlich graphisch kodiert werden. Beispielsweise können die absoluten Dosiswerte E entsprechend einer Farbskala und die Wahrscheinlichkeitswerte p_E entsprechend einer Helligkeitsskala kodiert werden.
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Die graphische Kodierung der absoluten Dosiswerte E entsprechend einer Farbskala kann kontinuierlich erfolgen. Alternativ dazu können Bereiche 3 der Oberfläche, deren zugeordnete Dosiswerte einen Schwellwert überschreiten, einheitlich entsprechend dem Schwellwert graphisch kodiert werden. Das heißt, dass beispielsweise Bereiche 3, denen absolute Dosiswerte E zugeordnet sind, die einen ersten Schwellwert überschreiten, gelb dargestellt werden und alle Bereiche 3, denen absolute Dosiswerte E zugeordnet sind, die einen zweiten, höheren Schwellwert überschreiten, rot dargestellt werden. Dadurch entstehen Isolinien der absoluten Dosiswerte E, wodurch eine Interpretation der Verteilung der absoluten Dosiswerte E erleichtert wird. Denn die Darstellung D mittels Isolinien erleichtert es, sogenannte ”cold spots” oder ”hot spots” zu identifizieren, also Regionen des Untersuchungsvolumens 1, die besonders wenig oder besonders viel Strahlung entsprechend dem Bestrahlungsplan absorbieren. Die Darstellung D eines Bereiches 3 der Oberfläche entsprechend einem Schwellwert kann aber auch auf einem anderen als dem absoluten Dosiswert E beruhen, beispielsweise auf der Standardabweichung der absoluten Dosiswerte E in dem auf den Bereich 3 projizierten Volumen.
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Sind die Dosiswerte weiterhin unterschiedlichen Zeitpunkten der Bestrahlung zugeordnet, dann umfasst die Darstellung D die Darstellung mehrerer Oberflächen zu den unterschiedlichen Zeitpunkten in Form mehrerer Ebenen 2. Die mehreren Ebenen 2 können insbesondere hintereinander dargestellt werden, so dass ein Film entsteht, der die zeitliche Entwicklung der Aufnahme der Strahlung durch das Untersuchungsvolumen 1 darstellt. Eine solche Darstellung D ist besonders hilfreich, um die Ursache für die Entstehung sogenannter ”cold spots” oder ”hot spots” ausfindig zu machen. Beispielsweise kann der Anteil der Bestrahlung unter einem gewissen Winkel der Bestrahlungseinheit zu einem gewissen Zeitpunkt so stark sein, dass dadurch ein ”hot spot” entsteht.
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Die Dosiswerte können nicht nur Zeitpunkten, sondern auch damit verbundenen Zeitintervallen zugeordnet werden, in denen die jeweiligen Zeitpunkte liegen. Bei einer Möglichkeit der Darstellung mehrerer Oberflächen zu den unterschiedlichen Zeitpunkten trägt eine Ebene die Information über die Dosis, die in dem ihr zugeordneten Zeitintervall aufgenommen wird. In einer weiteren Möglichkeit der Darstellung mehrerer Oberflächen zu den unterschiedlichen Zeitpunkten trägt eine Ebene die Information über die Dosis, die bis zu dem ihr zugeordneten Zeitintervall akkumuliert aufgenommen wird.
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Weiterhin ist es von Interesse, eine räumliche Verschiebung vor oder während der Bestrahlung zu simulieren, um so deren Folgen abschätzen zu können. Umfasst die Bestimmung B die Bestimmung von Dosiswerten bei einer definierten räumlichen Verschiebung und/oder Deformation des Untersuchungsvolumens 1 während der Bestrahlung, dann sollte auch die Darstellung D eine solche Verschiebung und/oder Deformation berücksichtigen. Eine solche Verschiebung und/oder Deformation kann entweder summarisch berücksichtigt werden, indem nur die Dosiswerte am Ende der Bestrahlung dargestellt werden, oder sie kann sogar zeitlich aufgelöst berücksichtigt werden, indem ein Film der Ebenen 2 gezeigt wird, während dessen sich das Untersuchungsvolumen 1 verschiebt oder deformiert.
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3 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Darstellung von Dosiswerten. Der Patient 7 ist zur Aufnahme eines Bildes sowie zur späteren Bestrahlung auf einer Patientenliege 6 gelagert, die in Höhe und Orientierung verstellt werden kann. Die Aufnahme eines Bildes des Untersuchungsvolumens 1 zur Dosisberechnung erfolgt zwar meist auf einem separaten, hochauflösenden MRT- oder CT-Gerät, das hier nicht gezeigt ist. Aber die Aufnahme eines Bildes des Untersuchungsvolumens 1 unmittelbar vor der Bestrahlung erfolgt oft, um den Patienten 7 korrekt zu positionieren. Zur Aufnahme eines Bildes in Form eines tomographischen Röntgenbildes rotieren der Röntgenemitters 10 sowie der Röntgendetektors 11 um die Längsachse des Patienten 7. Bei dem Röntgenemitter 10 handelt es sich typischer Weise um eine Röntgenröhre; bei der Röntgendetektor 11 handelt es sich typischer Weise um einen Zeilen- oder Flachdetektor, er kann aber auch als Szintillatorzähler oder als CCD-Kamera ausgebildet sein. Eine solche Rotation ist durch den Roboterarm 17 möglich, an dem Röntgenemitter 10 sowie Röntgendetektor 11 durch einen gemeinsamen Tragarm 16 verbunden sind. Bei dem Tragarm 16 handelt es sich in der hier gezeigten Ausführungsform um einen C-Bogen.
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Der Röntgenemitter 10, der Röntgendetektor 11, der Tragarm 16 sowie der Roboterarm 17 formen eine Bestrahlungseinheit. Denn die eigentliche Bestrahlung kann mittels Röntgenstrahlen 15 erfolgen. Bei der Bestrahlung bewegen sich Röntgenemitter 10 und Röntgendetektor 11 zusammen um das Untersuchungsvolumen 1 des Patienten 7. Beispielsweise können sich Röntgenemitter 10 und Röntgendetektor 11 auf der Bahn einer Spirale 18 bewegen oder eine regelmäßige Schwenkbewegung innerhalb des Schwenkbereiches 19 durchführen.
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Die Bestrahlungseinheit kann aber auch einen Strahlaustritt 13 sowie die – hier nicht gezeigte – Einheit zur Erzeugung und Beschleunigung von Partikeln umfassen. Die Bestrahlung mittels eines Partikelstrahls 14 bedarf eines Strahlaustritts 13. Vor Erreichen des Strahlaustritts 13 sind die Partikel wie beispielsweise Elektronen oder Ionen erzeugt und beschleunigt worden. Der Strahlaustritt 13 kann sich, wie hier gezeigt, in einem abgeschirmten Raum 8 und getrennt von der Einheit zur Erzeugung und Beschleunigung von Partikeln befinden. Der Bestrahlungseinheit zur Erzeugung und Emission von Partikelstrahlen kann aber auch, ähnlich wie die Bestrahlungseinheit zur Erzeugung und Emission von Röntgenstrahlen 15, als kompakte Einheit ausgebildet sein und sich komplett in dem Raum 8 befinden.
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In dem hier gezeigten Beispiel ist der Computer 5 zur Steuerung des Strahlaustritts 13 sowie der Röntgeneinheiten und weiterer Einheiten wie der höhenverstellbaren Patientenliege 6 außerhalb des abgeschirmten Raumes 8 aufgebaut. Der Computer kann sich aber auch innerhalb des Raumes 8 befinden. Der Computer 5 kann weiterhin die Bildverarbeitungseinheit umfassen, die dazu ausgelegt ist das erfindungsgemäße Verfahren wie zuvor beschrieben auszuführen. Die Bildverarbeitungseinheit kann sowohl in Form von Hard- als auch von Software ausgebildet sein. So kann ein Teil der Bildverarbeitungseinheit als ein sogenanntes FPGA (Akronym für ”Field Programmable Gate Array”) ausgebildet sein oder eine arithmetische Logikeinheit umfassen. Insbesondere kann die Bildverarbeitungseinheit auf unterschiedlichen Computern 5 realisiert werden. Der Computer 5 ist mit einer Eingabeeinheit 4 sowie mit einer Ausgabeeinheit 9 verbunden, die insbesondere der Darstellung D der Oberfläche des Untersuchungsvolumens 1 dient. Bei der Ausgabeeinheit 9 handelt es sich beispielsweise um einen (oder mehrere) LCD-, Plasma- oder OLED-Bildschirm(e). Die Ausgabe auf der Ausgabeeinheit 9 umfasst beispielsweise eine graphische Benutzeroberfläche zur manuellen Eingabe von Patientendaten sowie eines Aufnahmemodus. Bei der Eingabeeinheit 4 handelt es sich beispielsweise um eine Tastatur, eine Maus, einen sogenannten Touchscreen oder auch um ein Mikrofon zur Spracheingabe.
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Die Verwendung von Eingabeeinheit 4 sowie Ausgabeeinheit 9 erlaubt insbesondere, zwischen verschiedenen Darstellungen der Oberfläche des Untersuchungsvolumens 1 zu wechseln und diese zu modifizieren. Beispielsweise kann der Betrachter zuerst eine dreidimensionale Darstellung der gerenderten Oberfläche des Untersuchungsvolumens 1 wählen, um dann zu einer Darstellung D der Oberfläche in Form einer Ebene 2 zu wechseln. Dann kann er verschiedene Schwellwerte für absolute Dosiswerte und die Farbskala zur farblichen Kodierung der verschiedenen Dosiswerte innerhalb der Schwellwertbereiche auswählen. Weiterhin können bei einer Darstellung D eines zeitlichen Verlaufs der Aufnahme der Dosis während der Bestrahlung die Zeitintervalle, beispielsweise in Bildern pro Sekunde, gewählt werden.
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Weiterhin umfasst die Erfindung ein Computerprogramm mit Programmcode zur Durchführung des zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens, wenn das Computerprogramm in einem Computer 5 ausgeführt wird. Das Computerprogramm ist so konfiguriert, dass es mittels eines Computers 5 bestimmte Verfahrensschritte ausführen kann. Der Computer 5 muss dabei jeweils die Voraussetzungen wie beispielsweise einen entsprechenden Arbeitsspeicher, eine entsprechende Grafikkarte oder eine entsprechende Logikeinheit aufweisen, so dass die jeweiligen Verfahrensschritte effizient ausgeführt werden können. Das Computerprogramm kann auch als Teil der Vorrichtung zur Darstellung von Dosiswerten ausgebildet sein.
