DE19515550A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Überprüfung der Positionierung eines Strahlungsfleckes - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Überprüfung der Positionierung eines StrahlungsfleckesInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruches
1 und eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 7.
Bei der radiochirurgischen Behandlung im Bereich des Kopfes bzw. Gehirns eines
Patienten ist es erforderlich, keine empfindlichen bzw. gesunden Gewebeteile zu
treffen und zu schädigen. Hierzu müssen die radiochirurgischen Geräte und Ein
richtungen, welche relevant für die Zielfindung, insbesondere bei der Behandlung,
sind, überprüft und kontrolliert werden. Die Präzision des Diagnosesystems ist im
selben Maße von Bedeutung wie die Präzision bei der Gewebebehandlung. Eine
grundsätzliche Schwierigkeit besteht darin, daß bei den Diagnosesystemen, wie
z. B. der Kernspintomographie hauptsächlich auf einen guten Kontrast und hohe
Auflösung Wert gelegt wird; die geometrische Abbildungstreue jedoch nicht so
von Bedeutung ist, da leichte Verzerrungen das diagnostische Ergebnis im all
gemeinen nicht beeinflussen.
Bei der Behandlung wird am Kopf des Patienten mit Hilfe von Befestigungs
schrauben ein stereotaktischer Rahmen (Leksell-Rahmen) befestigt. Dieser dient
als Bezugssystem sowohl bei der diagnostischen Definition des zu behandelnden
Gewebes, insbesondere Tumors, als auch für die Bestimmung der Zielposition bei
der sich anschließenden Strahlungsbehandlung. Bei der Diagnose wird ein Orts
identifikationshelm, z. B. aus Kunststoff, am stereotaktischen Rahmen befestigt,
der im Diagnosegerät, beispielsweise im Tomographen, die jeweilige Position
eines Schnittbildes definiert. Mit diesem Rahmen wird der Patient in das Diagno
segerät, beispielsweise einen Kernspintomographen oder Computertomographen,
eingebracht, und der Krankheitsherd wird bildlich dargestellt. Das Bild wird in
einen Zentralrechner überspielt und gespeichert. Im Zentralrechner wird die
Zielposition, d. h. der Ort des zu behandelnden Gewebes, definiert und die Form
und Dosis sowie die Position (Zielposition) des Bestrahlungsfeldes festgelegt. Im
Therapiegerät wird mittels des stereotaktischen Rahmens der Kopf des Patienten
so fixiert, daß die Strahlungsbehandlung mit bestimmter Dosisvorgabe an der
Zielposition, d. h. am Ort des zu behandelnden Gewebes, z. B. des Tumors, durch
geführt werden kann. Für eine erfolgreiche Applikation der Strahlungsbehand
lung, insbesondere im Kopfbereich, ist über alle Zwischenschritte hinweg eine
Genauigkeit von mindestens 1,5 mm, insbesondere 0,5 mm, erforderlich.
Bei bekannten Verfahren werden die diagnostischen und therapeutischen Geräte
und Einrichtungen unabhängig voneinander hinsichtlich ihrer Genauigkeit ver
messen und analysiert. Die Genauigkeit der diagnostischen Geräte und Einrichtun
gen wird daher unabhängig von der Genauigkeit der therapeutischen Geräte er
mittelt. Beispielsweise werden für die geometrische Abbildungstreue diagnosti
scher Systeme, z. B. von Kernspintomographen, Phantome verwendet, die von
Gittern durchzogen sind. Damit lassen sich Verzerrungen bildlich darstellen und
rechnergestützte Auswertungen erzielen. Für die Überprüfung der Genauigkeit
therapeutischer Geräte werden ebenfalls Phantome eingesetzt, welche mit röntgen
strahlempfindlichen Filmen an einem bestimmten geometrischen Ort bestückt
werden. Dabei wird lediglich überprüft, ob das therapeutische Gerät das feste
Zielgebiet trifft. Insbesondere bei Therapiegeräten gibt es kein standardisiertes
Überprüfungsverfahren für die Genauigkeit der Geräte. Auch bei diagnostischen
Geräten werden individuell die Präzisionsüberprüfungen vorgenommen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patent
anspruches 1 und eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches
6 zu schaffen, mit denen in einem einzigen Durchgang die Gesamtabweichung des
Strahlungsfleckes, welche aus mehreren Fehlerquellen sowohl bei der Diagnose
als auch bei der Therapie resultiert, bestimmt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß beim Verfahren durch die kennzeichnenden
Merkmale des Patentanspruches 1 und bei der Vorrichtung erfindungsgemäß
durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 7 gelöst.
Bei der Erfindung kommt ein Prüfkörper zum Einsatz, der im stereotaktischen
Rahmen zusammen mit einem strahlungsempfindlichen Material befestigt wird.
Das strahlungsempfindliche Material kann als strahlungsempfindliche, insbesonde
re gammastrahlungsempfindliche Schicht, beispielsweise in Form eines Films,
vorliegen. In bevorzugter Weise kommt ein Röntgenfilm zur Anwendung, der
eine lineare Energieempfindlichkeit hat, der selbstentwickelnd ist, der kein Korn
aufweist und nicht lichtempfindlich ist. Ein derartiger Film ist mit der Bezeich
nung GAF-Chromic im Handel erhältlich.
Am Prüfkörper ist eine Zielmarkierung vorgesehen. Die Projektion dieser Ziel
markierung auf die strahlungsempfindliche Schicht wird in einem Rechner, der
zur Steuerung der Behandlungsstrahlung dient, als Zielposition für den Bestrah
lungsfleck gespeichert. In Abhängigkeit von der gespeicherten Zielposition auf der
strahlungsempfindlichen Schicht erfolgt die Steuerung der Strahlen, welche den
Bestrahlungsfleck bei der Behandlung bilden. Die Abweichung des Strahlungs
fleckes von der Zielposition auf der strahlungsempfindlichen Schicht ist ein Maß
für die Gesamtabweichung des Bestrahlungsfleckes, welche aus allen Fehlerquel
len des Systems resultieren.
Zur Überprüfung der Präzision, insbesondere bei der Strahlungsbehandlung, läßt
sich beispielsweise unter Zuhilfenahme von Computertomographie oder einer
anderen Diagnoseeinrichtung, mit welcher die Lage eines Tumors in einem Kör
perteil, z. B. Kopf, eines Patienten bestimmt wurde, oder eines Abtastschemas
jeweils mit Hilfe des stereotaktischen Rahmens, z. B. eines Leksell-Rahmens, in
welchem der Prüfkörper eingespannt ist, die Lage der Zielposition diagnostizie
ren. Das Bild der Zielposition kann mit einer bestimmten Dosis für die Strahlung
verknüpft werden. Die strahlungsempfindliche Schicht wird dann entsprechend
der Dosisvorgabe bestrahlt, wobei die Positionierung des Strahlungsfleckes auf
der strahlungsempfindlichen Schicht in Abhängigkeit von der gespeicherten Posi
tionierung erfolgt. Gegebenenfalls kann die Zielposition auf der strahlungsemp
findlichen Schicht, insbesondere dem Film, mechanisch in Abhängigkeit von der
Lage der Zielmarkierung am Prüfkörper eingeritzt sein. Falls der Bestrahlungs
fleck gegenüber dieser Zielposition eine Abweichung aufweist, kann diese leicht
festgestellt werden. Insbesondere wird eine solche strahlungsempfindliche Schicht
verwendet, die eine Schwärzung am Ort des Strahlungsfleckes wiedergibt. Die
Schwärzungsauswertung ergibt eine genaue Bestimmung der Dosisverteilung im
Bestrahlungsfleck. Für die Bestimmung, insbesondere quantitative Bestimmung
der applizierten Dosis und Dosisverteilung am Strahlungsfleck kann das bestrahlte
Zielvolumen mittels Filmdensitometrie ausgewertet werden. Damit erreicht man
zusätzlich zur Überprüfung der geometrischen Präzision auch eine Überprüfung
der Genauigkeit der Dosis. Durch die so ermittelte Abweichung des Bestrahlungs
fleckes vom theoretischen Zielpunkt (Zielposition) werden Fehler, die in der
Diagnostik, in der Bildübertragung, bei der Einstellung, bei der Dosisplanung
verursacht wurden, sowie Fehler des Behandlungsgerätes gleichzeitig erfaßt und
können durch entsprechende Justage kompensiert werden. Das Überprüfungsver
fahren läßt sich einfach durchführen, da nur ein Durchgang erforderlich ist, um
alle Fehlerquellen zu kompensieren.
Anhand der Figuren wird an einem Ausführungsbeispiel die Erfindung noch näher
erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 in schematischer Darstellung eine Gesamtansicht des Überprüfungs
systems;
Fig. 2 in Seitenansicht ein Ausführungsbeispiel für einen Prüfkörper;
und
Fig. 3 eine Draufsicht auf den Prüfkörper der Fig. 2.
In der Fig. 1 ist in einem stereotaktischen Rahmen 11 ein Prüfkörper 1 gehalten.
Der Prüfkörper 1 enthält Befestigungsstellen 2 bis 9 in Form von Bohrungen, die
Gewinde aufweisen. Die Verbindung zwischen dem stereotaktischen Rahmen 11
und den Befestigungsstellen 2 bis 9 wird durch Einspannstifte 14 hergestellt. Der
zylindrisch ausgebildete Prüfkörper 1 besitzt in seiner Zylinderachse 13 eine
Zielmarkierung 10. Diese Zielmarkierung 10 kann in der gleichen Ebene liegen
wie die Befestigungsstellen 2 bis 9, welche sich mit der Zielmarkierung 10 als
Mitte in radialer Richtung erstrecken, wie die Fig. 3 zeigt. In der Zylinderachse
kann eine zusätzliche Bohrung als Befestigungsstelle liegen.
Die Position der Zielmarkierung 10 läßt sich genau ermitteln. Dies kann bei
spielsweise dadurch erfolgen, daß am stereotaktischen Rahmen 11 über die Ein
spannstifte 14 die Positionierung der Zielmarkierung 10 gegenüber dem stereotak
tischen Rahmen 11 bestimmbar ist. Die Lage des stereotaktischen Rahmens 11,
beispielsweise in einem in Fig. 1 schematisch dargestellten Helm 24 einer radio
chirurgischen Einrichtung, ist ebenfalls genau bestimmt. Damit kann die geome
trische Lage der Zielmarkierung 10 in einem Positionsspeicher 15 eingegeben
werden. Der symbolisierte Helm 24 in Form einer Kugelschale (Halbkugelschale)
ist bei der Überprüfung in der Diagnoseeinrichtung der Ortsidentifikationshelm
und in der Therapieeinrichtung der Kollimatorhelm.
Es ist jedoch auch möglich, mit Hilfe eines diagnostischen Systems, beispiels
weise durch Computertomographie, Kernresonanzdarstellung, die Position der
Zielmarkierung 10 in der radiochirurgischen Vorrichtung zu ermitteln und im
Positionsspeicher 15 zu speichern. Es wird das gleiche System verwendet, wel
ches bei der Diagnose am Patienten verwendet wurde bzw. wird. Der Helm 24 ist
dann der Ortsidentifikationshelm.
Für die Überprüfung der Genauigkeit in der Therapieeinrichtung, insbesondere
der radiochirurgischen Vorrichtung, wird auf den Prüfkörper 1 eine strahlungs
empfindliche Schicht 12 in Form eines Spezialfilmes, der empfindlich (z. B.
Schwärzung) gegenüber Gammastrahlung ist, aufgelegt. Am Prüfkörper 1 sowie
an der strahlungsempfindlichen Schicht 12 können Bezugsmarkierungen 16 und 17
vorgesehen sein, um einen geometrischen Lagebezug zwischen der Schicht 12 und
dem Prüfkörper 1, insbesondere der Zielmarkierung 10, zu haben. Auf der strah
lungsempfindlichen Schicht 12, z. B. dem Film, kann an der Stelle, an welcher die
Zylinderachse 13 die Schicht 12 durchsetzt, eine zusätzliche Markierung als Ziel
position (theoretischer Zielpunkt) eingeritzt sein, welche genau über der Zielmar
kierung 10 liegt. Da die Entfernung der Zielmarkierung 10 von der in der strah
lungsempfindlichen Schicht 12, z. B. eingeritzten Markierung, genau bekannt ist,
wird der Ort dieser auf der strahlungsempfindlichen Schicht 12 befindlichen Ziel
position bei der Präzisionsüberprüfung der Einrichtung, wie noch erläutert wird,
verwendet.
Ferner ist eine Dosisspeichereinrichtung 18 vorgesehen, in welcher eine bestimm
te Dosisvorgabe für die Bestrahlung bei der Überprüfung der Genauigkeit der
Anordnung eingegeben werden kann.
Für die Durchführung des Präzisionstestes wird der Ablauf wie bei einer Behand
lung eines singulären Tumors, insbesondere Hirntumors, simuliert und physika
lisch erfaßt. Der Prüfkörper mit der darauf befindlichen strahlungsempfindlichen
Schicht 12, welche beispielsweise von einem gammastrahlungsempfindlichen Film
gebildet wird, ist in dem stereotaktischen Rahmen 19 eingespannt und befindet
sich in dem schematisch in Fig. 1 dargestellten Kollimatorhelm 24, welcher in
nerhalb einer Anordnung von auf einer Halbkugel angeordneten Strahlungsquel
len, beispielsweise Gammastrahlungsquellen (Kobalt-60-Quellen), zentrisch an
geordnet wird. Diese Anordnung ist identisch mit der Anordnung, welche bei der
Bestrahlungsbehandlung des Patienten verwendet wird. Der Prüfkörper mit der
stereoempfindlichen Schicht bildet ein Phantom, beispielsweise ein Kopfphantom,
für den Körperteil, welcher die mit der Bestrahlung zu behandelnde kritische
Region, beispielsweise einen Tumor, aufweist. Die Strahlung, insbesondere Rönt
genstrahlung, welche durch Pfeile 19, 20, 21 in der Fig. 1 gekennzeichnet ist,
wird auf die Zielposition, welche sich in der Zylinderachse 13 in der strahlungs
empfindlichen Schicht 12 befindet, gerichtet. Dies erfolgt in Abhängigkeit von der
im Positionsspeicher 15 gespeicherten Position mit Hilfe einer Strahlungssteuer
einrichtung 22. Die Strahlungssteuereinrichtung 22 befindet sich zusammen mit
dem Dosisspeicher 18 und dem Positionsspeicher 15 in einer zentralen Rechner
einrichtung 23 für die Steuerung der gesamten Strahlungsbehandlungseinrichtung.
Bei der Bestrahlung der strahlungsempfindlichen Schicht 12 in Abhängigkeit von
der gespeicherten Dosisvorgabe und dem gespeicherten Ort der Zielmarkierung
auf dem strahlungsempfindlichen Film 12 ergibt sich ein Strahlungsfleck auf der
strahlungsempfindlichen Schicht, beispielsweise durch Schwärzung. Die Abwei
chung des Strahlungsfleckes auf der strahlungsempfindlichen Schicht 12 von der
darauf befindlichen, z. B. eingeritzten Zielposition, welche den theoretischen
Zielpunkt darstellt, ist die Gesamtabweichung des Bestrahlungsfleckes vom theo
retischen Zielpunkt auf der strahlungsempfindlichen Schicht, welche durch Fehler
bei der Diagnostik, Fehler in der Bildübertragung, Fehler bei Einstellungen so
wohl bei der Diagnostik als auch bei der Behandlung verursacht werden. Ferner
kann durch Auswertung der Schwärzung der strahlungsempfindlichen Schicht 12
ein Fehler bei der Dosierung ermittelt werden.
Aus der geometrischen Abweichung und der Dosisabweichung lassen sich zur
Einstellung des Behandlungsgerätes für die nachfolgende Strahlungsbehandlung
am Patienten exakte Kalibriergrößen gewinnen. Damit läßt sich in relativ kurzer
Zeit mit einem einzigen Testdurchlauf eine hohe Präzision der Geometrie als auch
der Dosis für alle bei der Diagnose und der Therapie involvierten Geräte errei
chen.
Claims (11)
1. Verfahren zur Überprüfung der gesteuerten Positionierung eines Strah
lungsfleckes, der bei einer anschließenden radiochirurgischen Behandlung
auf eine oder mehrere Stellen an oder in einem Körperteil, insbesondere
am Kopf eines Patienten gerichtet wird, wobei der Körperteil während der
Behandlung von einem stereotaktischen Rahmen, welcher gegenüber der
Strahlungsquelle eine bestimmte Position einnimmt, gehalten wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß in dem stereotaktischen Rahmen ein Prüfkörper und ein gegenüber
dem Strahlungsfleck empfindliches Material befestigt werden, daß die
Position einer am Prüfkörper vorgesehenen und auf das strahlungsempfind
liche Material projizierten Zielmarkierung in der Steuereinrichtung gespei
chert wird, daß der Strahlungsfleck in Abhängigkeit von der in der Steuer
einrichtung gespeicherten Position auf das eine definierte Lage gegenüber
dem Prüfkörper einnehmende strahlungsempfindliche Material gerichtet
wird und daß die Abweichung des Strahlungsflecks auf dem strahlungs
empfindlichen Material von der durch die Markierung bestimmten Zielpo
sition bestimmt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmung
der Lage der am Prüfkörper vorgesehenen Zielmarkierung in einer
Diagnoseeinrichtung erfolgt, in welcher die Position des zu bestrahlenden
Körperteils festgestellt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß über eine
Oberfläche des Prüfkörpers, welche die Markierung enthält, ein
strahlungsempfindlicher Film als strahlungsempfindliches Material gelegt
wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß der Ort der Markierung am strahlungsempfindlichen Material als
Zielposition kenntlich gemacht wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß gleichzeitig eine Dosisbestimmung des auf das strahlungsempfindliche
Material auftreffenden Strahlungsfleckes durchgeführt wird und ein Ver
gleich mit einer bestimmten Dosisvorgabe für den Strahlungsfleck durch
geführt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das bestrahlte
Volumen des Strahlungsflecks mittels Filmdensitomatrie für die quantitati
ve Dosisbestimmung ausgemessen wird.
7. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Prüfkörper (1) mehrere Befestigungsstellen (2-9) aufweist, wel
che eine definierte Positionierung der Zielmarkierung (10) im stereotakti
schen Rahmen (11) gewährleisten und daß über der Oberfläche des Prüf
körpers (1), an welcher die Zielmarkierung (10) sichtbar ist, eine strah
lungsempfindliche Schicht (12), welche vom Prüfkörper (1) entfernbar ist,
angeordnet ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Prüfkör
per (1) eine ebene Fläche aufweist, in welcher die Zielmarkierung (10)
sichtbar vorgesehen ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der
Prüfkörper (1) zylinderförmig mit planen Stirnflächen ausgebildet ist und
daß die Zielmarkierung (10) in einer der beiden Stirnflächen angeordnet
ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Zielmar
kierung (10) in der Zylinderachse (13) angeordnet ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet,
daß der Strahlungsfleck ein Fokuspunkt einer Konvergenzbestrahlung ist.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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OM8 | Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law | ||
8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
8181 | Inventor (new situation) |
Inventor name: HARTMANN, DIPL.-PHYS. PRIV.-DOZ. DR.RER.NAT. Inventor name: KREINER, HANS-JOERG, DIPL.-PHYS. DR.RER.NAT., 81545 Inventor name: MAJOR, JOERG, DIPL.-PHYS., 80807 MUENCHEN, DE Inventor name: HARTMANN, OLIVER, 82110 GERMERING, DE |
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