Beschreibung
Einrichtung für die Röntgen-Brachytherapie und Verfahren zum Positionieren einer in das Innere eines Körpers zur Röntgen- Brachytherapie eingeführten Sonde
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung für die Röntgen-Brachytherapie sowie auf ein Verfahren zum Positionieren einer in das Innere eines Körpers zur Röntgen-Brachytherapie eingeführten Sonde.
Bei der Röntgen-Brachytherapie handelt es sich um eine thera¬ peutische Behandlung mit Röntgenstrahlen, bei der die Röntgenquelle sehr nahe an das zu behandelnde Gewebe, beispiels- weise ein Tumor oder eine Gefäßwand nach der Durchführung einer endovaskulären Dilatation, gebracht wird. Um die Röntgenquelle entweder ohne oder mit möglichst geringem invasiven Eingriff im Inneren eines Körpers mit Hilfe eines Katheters oder einer Sonde einführen zu können, wird eine miniaturi- sierte Röntgenquelle benötigt, wie sie beispielsweise aus der US 6,721,392 Bl bekannt ist. Diese ist am distalen Ende einer Sonde angeordnet, die intraoperativ beispielsweise in einem Tumor oder nach dessen Entfernung in einem Tumorbett positioniert wird, wie es beispielsweise in der PR-Information der Carl-Zeiss AG, Medizintechnik Innovation von Carl Zeiss AG,
„Intraoperative Strahlentherapie mit dem INTRABEAM System von der Carl Zeiss AG, Stand September 2004, näher erläutert ist.
Aus der US 2003/0149327 Al ist eine miniaturisierte Röntgen- quelle bekannt, die in einem Katheter angeordnet ist, mit dem sie in die Körperhohlräume (Lumen) eingeführt werden kann, um von dort aus ausgewählte Gewebezonen aus unmittelbarer Nähe zu bestrahlen. Sie enthält eine um die Achse des Katheters drehbare Abschirmung, um die Röntgenstrahlen gezielt im We- sentlichen senkrecht zur Achse in einen ausgewählten Raumwinkel abzustrahlen. Mit einer im Katheter angeordneten optischen Beobachtungseinrichtung kann die Umgebung des Katheters
betrachtet werden. Hierzu wird eine Lichtquelle verwendet, die nur den Teil der Oberfläche des Hohlraumes beleuchtet, der auch bestrahlt wird.
Auch bei der endovaskulären Brachytherapie mit einem in der Spitze eines Katheters angeordneten Beta- oder Gammastrahler ist es beispielsweise aus der DE 10 2004 008 373 B3 bekannt, im Katheter eine optische Beobachtungseinrichtung anzuordnen. Hierzu wird ein Brachytherapie-Katheter mit einem auf der Grundlage der optischen Kohärenztomographie (OCT) arbeitenden OCT-Katheter zu einer Einheit integriert.
Wesentlich für den therapeutischen Erfolg ist, dass die von der Röntgenquelle in ein Bestrahlungsgebiet außerhalb des Ka- theters abgestrahlten Röntgenstrahlen weitgehend ausschlie߬ lich auf das zu behandelnde Gewebe, beispielsweise den Tumor, auftreffen, um eine möglichst geringe Belastung des daneben befindlichen gesunden Gewebes sicherzustellen. Dies erfordert eine präzise Positionierung des Bestrahlungsgebietes, d.h. eine präzise Positionierung und Ausrichtung der Röntgenquelle bzw. des Raumwinkels, in den die Röntgenstrahlen austreten.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zu Grunde, eine Einrich¬ tung für die Röntgen-Brachytherapie mit einer in das Innere eines Körpers einführbaren Sonde anzugeben, mit der eine ge¬ naue Positionierung des Bestrahlungsgebietes möglich ist. Au¬ ßerdem liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zum Positionieren einer in das Innere eines Körpers zur Röntgen-Brachytherapie eingeführten Sonde anzugeben.
Hinsichtlich der Einrichtung wird die genannte Aufgabe gelöst mit einer Einrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1. Gemäß diesen Merkmalen enthält die Einrichtung eine in das Innere eines Körpers einführbare Sonde, die an ihrem distalen Ende eine Röntgenquelle aufweist, die Röntgenstrahlung in ein Bestrahlungsgebiet außerhalb der Sonde abstrahlt, wobei eine Mehrzahl von Markern vorgesehen ist, die in einem von einer
bildgebenden Einrichtung erzeugten Bild erkennbar sind, und die in oder an der Sonde in einer bekannten räumlichen Beziehung zum Bestrahlungsgebiet angeordnet sind. Aus der Lage dieser Marker im Bild kann dann auf die Lage des Bestrah- lungsgebietes in diesem Bild geschlossen werden. Mit anderen Worten: Die Marker markieren zumindest indirekt das Bestrahlungsgebiet. Dies ermöglicht eine genaue Positionierung des Bestrahlungsgebietes, d.h. eine genaue Positionierung der Röntgenquelle und des Raumwinkelbereiches, in dem die von der Röntgenquelle erzeugten Röntgenstrahlen abgestrahlt werden.
Unter dem Begriff „Sonde" ist im Folgenden allgemein ein Instrument zu verstehen, das in das Innere eines Körpers einge¬ bracht werden kann. Dies kann sowohl ein Katheter im engeren Sinn sein, der in Hohlräume des Körpers (transluminal) einge¬ führt wird, als auch ein innerhalb einer Gewebezone (perkutan oder intertstitiell) platzierbares nadelähnliches Instrument sein .
Unter einer bildgebenden Einrichtung im Sinne der Erfindung ist jede in der medizinischen Diagnostik verwendbare Einrichtung zu verstehen, mit der zwei- oder dreidimensionales Bild erzeugt werden kann, das ein im Inneren eines Körpers befind¬ liches Gebiet wiedergibt. Die Erfindung ist auch nicht be- schränkt auf die Verwendung einer einzigen bildgebenden Einrichtung. Vielmehr können auch auf unterschiedlichen Prinzipien beruhende Bildgebungssysteme, insbesondere Ultraschall¬ bilder und Röntgenbilder erzeugende bildgebende Einrichtungen sowie auf Grundlage der Magnetresonanz arbeitende tomographi- sehe Bildgebungssysteme zum Einsatz gelangen. In diesem Fall ist es von Vorteil, wenn die Marker in allen verwendeten bildgebenden Einrichtungen erkennbar sind.
Wenn außerdem auch die Sonde und die Lage der Röntgenquelle selbst im Bild erkennbar ist, ist sowohl die Navigation als auch die Identifikation der räumlichen Lage des Bestrahlungsgebietes erleichtert.
Wenn in der Sonde zur Einstellung des Bestrahlungsgebietes eine relativ zur Röntgenquelle bewegliche Abschirmung ange¬ ordnet ist, kann das Bestrahlungsgebiet auch bei ruhender Sonde flexibel eingestellt werden. In diesem Fall sind die Marker vorzugsweise räumlich an die Abschirmung gekoppelt. Alternativ hierzu können die Marker auch in diesem Fall ortsfest an oder in der Sonde angeordnet sein, wenn die Lage der Abschirmung, d.h. die Lage eines Fensters oder einer Öffnung, aus der die Röntgenstrahlen austreten, relativ zu den Markern mit Hilfe eines Sensors erfasst oder bereits durch eine Steu¬ erung der Bewegung der Abschirmung von vornherein bekannt ist .
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Einrichtung eine unabhängig von der Sonde positionierbare bildgebende Einrichtung zum Erzeugen eines zumindest einen Teil des Bestrahlungsgebietes wiedergebenden Bil¬ des sowie eine Wiedergabeeinrichtung zur Darstellung des BiI- des und zum Kenntlichmachen des Bestrahlungsgebietes im Bild. Dies ermöglicht eine besonders einfache und anschauliche Po¬ sitionierung des Bestrahlungsgebietes.
Wenn außerdem in das im Bild wiedergegebene Bestrahlungsge- biet Linien gleicher Dosisleistung eingeblendet sind, kann gezielt die an verschiedenen Orten des Bestrahlungsgebietes erforderliche Dosisleistung eingestellt werden.
Von besonderem Vorteil ist es, wenn mit Hilfe einer im oder an der Sonde angeordneten optischen Beobachtungseinrichtung ein optisches Bild einer zumindest einen Teil des Bestrah¬ lungsgebietes enthaltenden Umgebung der Sonde erzeugt wird. Dadurch wird das korrekte Navigieren der Sonde zusätzlich insbesondere dann erleichtert, wenn im optischen Bild das Be- Strahlungsgebiet kenntlich gemacht wird.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die bildgebende Einrichtung ein Ultraschallapplikator, insbesondere eine in einen Hohlraum des Körpers einführbare Ultra¬ schallsonde, die vorzugsweise eine Ultraschallwandleranord- nung zum Erzeugen von Ultraschallbildern in zwei zueinander senkrechten Schnittebenen aufweist.
Eine Einrichtung gemäß der Erfindung ist insbesondere zum Einführen in eine Harnröhre oder einen Harnleiter und zur therapeutischen Behandlung eines Prostata-, Blasen- oder Nierentumors geeignet.
Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe gemäß der Erfin¬ dung gelöst mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Patent- anspruches 10, dessen Vorteile sinngemäß den zu Patentan¬ spruch 1 angegebenen Vorteilen entsprechen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den dem Patentanspruch 10 untergeordneten Patentansprüchen angegeben, deren Vorteile ebenfalls sinngemäß den zu den zugehörigen Einrichtungsansprüchen angegebenen Vorteilen entsprechen.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird ein optisches Bild eines zumindest einen Teil des Be- Strahlungsgebietes enthaltenden Objektbereiches erzeugt, in dem das Bestrahlungsgebiet kenntlich gemacht ist, indem ins¬ besondere ein Leuchtstoff appliziert wird, der sich bevorzugt in einem Tumor anlagert. Das Bestrahlungsgebiet kann dann auf besonders einfache und anschauliche Weise korrekt positio- niert werden, indem das Bestrahlungsgebiet mit dem durch den Leuchtstoff markierten Gebiet zur Deckung gebracht wird.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird ein Ultraschallmarker appliziert, bei dem es sich um ei- nen Wirkstoff handelt, der sich bevorzugt in einem Tumor an¬ lagert und von Gasblasen begleitet ist oder diese erzeugt.
Diese Gasblasen werden in einem Ultraschallbild besonders deutlich dargestellt.
Ein Verfahren gemäß der Erfindung ist insbesondere zur Unter- Stützung der Behandlung eines Prostata-, Blasen- oder Nierentumors geeignet, bei der die Sonde in eine Harnröhre oder ei¬ nen Harnleiter eingeführt wird.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf das Ausfüh- rungsbeispiel der Zeichnung verwiesen. Es zeigen:
Fig. 1 eine Einrichtung gemäß der Erfindung in einer schematischen Prinzipdarstellung,
Fig. 2 und 3 jeweils ein Ultraschallbild in zueinander senk¬ rechten Schnittebenen, in die jeweils das Bestrahlungsgebiet eingeblendet ist,
Fig. 4 eine alternative Ausführungsform der Erfindung mit einem Ultraschallapplikator für die extrakorporale Anwendung.
Gemäß Fig. 1 ist in einen Hohlraum (Lumen) 2 eines Körpers 4 bei dem es sich im Beispiel um eine Urethra (Harnröhre) han- delt, eine Sonde 6, im Beispiel ein Katheter, eingeführt, in der an ihrem distalen Ende eine Röntgenquelle 8 angeordnet ist. Der Röntgenquelle 8 ist eine Abschirmung 10 zugeordnet, die im Ausführungsbeispiel einen zylindrischen Teil 10a ent¬ hält, der in seinem Umfang mit einer Blende oder Öffnung 12 versehen ist, durch die Röntgenstrahlen 14 senkrecht zur
Längsachse 16 der Sonde 6, d.h. radial in ein durch die Form der Öffnung 12 und deren Abstand zur Anode der Röntgenquelle 8 definiertes, beispielsweise kegelförmiges Bestrahlungsge¬ biet 18 austreten können, das in der Figur durch eine Schraf- für hervorgehoben und durch Begrenzungslinien 19 kenntlich gemacht ist.
Der zylindrische Teil 10a der Abschirmung 10 ist innerhalb der Sonde 6 um deren Längsachse 16 drehbar angeordnet, so dass das Bestrahlungsgebiet 18 ebenfalls um diese Längsachse 16 geschwenkt werden kann. Die Außenwand der Sonde 6 besteht vorzugsweise aus einem polymeren Werkstoff, so dass sie für Ultraschall zumindest teildurchlässig ist.
Die Abschirmung 10 weist an einer ihrer Stirnseiten eine Stirnplatte 10b auf, die mit einer in der Figur nicht näher dargestellten verschließbaren Blende versehen ist, mit der es möglich ist, wahlweise Röntgenstrahlen 14 in Richtung der Längsachse 16 abzustrahlen. In diesem Fall ist entweder ein beweglicher Verschluss vorgesehen, mit dem die Öffnung 12 verschlossen werden kann oder eine Zusatzabschirmung, die in der Sonde 6 derart angeordnet ist, dass die Öffnung 12 im Be¬ reich dieser Abschirmung positioniert werden kann.
In einen weiteren in der Nähe des Hohlraumes 2 befindlichen Hohlraum 22 des Körpers 4, im Beispiel das Rektum, ist als bildgebende Einrichtung eine ein Ultraschallbild erzeugende
Ultraschallsonde 24 eingeführt, in der an ihrem distalen Ende eine Ultraschallwandleranordnung 30 angeordnet ist, die ein Ultraschallbild aus einem durch Begrenzungslinien 32 veranschaulichten ebenen Objektgebiet 34 erzeugt, das zumindest einen Teil des Bestrahlungsgebietes 18 überlagert. Bei der
Ultraschallwandleranordnung 30 handelt es sich um ein lineares Wandlerarray oder um zwei lineare Wandlerarrays, die Ult¬ raschallbilder in zueinander senkrechten, im Beispiel parallel und senkrecht zur Zeichenebene verlaufenden Schnittebenen erzeugen. Sonden dieser Art sind in der Ultraschalldiagnostik als biplanare Rektalsonden bekannt.
In der Figur ist die Ultraschallsonde 24 außerdem in einer gestrichelt eingezeichneten Position dargestellt, in der sie ein Ultraschallbild in einer zur Zeichenebene senkrechten Ob¬ jektebene erzeugt, die die Zeichenebene in einer gestrichelt eingezeichneten Schnittlinie 38 schneidet.
Die Sonde 6 enthält außerdem eine schematisch angedeutete op¬ tische Beobachtungseinrichtung 40, mit der ein Objektbereich beobachtet werden kann, der zumindest einen Teil des Bestrah- lungsgebietes 18 wiedergibt.
In der Sonde 6 sind eine Mehrzahl von Markern 36 angeordnet, von denen in der Figur drei dargestellt sind. Diese Mar¬ ker 36, beispielsweise Kugeln oder gasgefüllte (Luft) Hohl- räume mit etwa lmm Durchmesser, sind im von der Ultraschall¬ wandleranordnung 30 erzeugten Ultraschallbild erkennbar und ermöglichen eine Rekonstruktion der Schnittfläche des Bestrahlungsgebietes 18 mit der von der Ultraschallwandleranordnung 30 erfassten Objektebene. Die Marker 36 sind im Bei- spiel starr an den drehbaren zylindrischen Teil 10a der Abschirmung 10 gekoppelt und befinden sich in einer ortsfesten Relation zum Bestrahlungsgebiet 18. Die Marker haben bei¬ spielsweise gleichzeitig eine zunehmende Winkelposition und einen zunehmenden Abstand in Bezug auf eine darstellbare geo- metrische Stelle, z.B. die proximale Kante des zylindrischen Teils 10a. Aus dem Abstand eines Markers 36 von der Kante kann man dann auf die Winkelposition schließen. Alle Marker 36 befinden sich an einer in einem Ultraschallbilddar- stellbaren oder an einer für Ultraschall transparenten Stelle der Sonde 6. In dem in der Figur veranschaulichten Beispiel sind Marker 36 dargestellt, die sich in einer Ebene befinden, die die Mittenachse des Bündels der Röntgenstrahlen 14 ent¬ hält. Werden diese drei Marker 36 im Ultraschallbild erfasst, ist dies ein Indiz dafür, dass die abgebildete Objektebene ebenfalls diese Mittenachse enthält. Aus der Lage der drei Marker 36 im Ultraschallbild kann nun auf die Lage des Be¬ strahlungsgebietes 18 geschlossen werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform sind die Marker 36 auch in einem Röntgenbild darstellbar, so dass Position und Winkellage der Sonde 6 auch mit einem Röntgengerät kontrol¬ liert werden können.
Die Sonde 6 und die Ultraschallsonde 24 sind an eine Steuer- und Auswerteeinrichtung 42 angeschlossen, mit der die Röntgenquelle 8, die Ultraschallwandleranordnung 30 und die Beo- bachtungseinrichtung 40 gesteuert und die von der Ultraschallwandleranordnung 30 und von der Beobachtungseinrichtung 40 übermittelten Signale ausgewertet werden, so dass sie als Ultraschallbild bzw. als optisches Bild in einer Wieder¬ gabeeinrichtung 44, beispielsweise ein Monitor, dargestellt werden können. Mit Hilfe der Steuer- und Auswerteeinrichtung werden auch die Marker 36 identifiziert und dem Bestrahlungs¬ gebiet 18 positionsgetreu rekonstruiert und im Ultraschall¬ bild kenntlich gemacht.
Im Beispiel der Fig. 1 befindet sich im Bereich der Wand 50 des Hohlraumes 2 eine therapeutisch zu behandelnde Gewebezo¬ ne 52, im Beispiel ein Prostatatumor, die mit den Röntgenstrahlen 14 bestrahlt werden soll. Die zu behandelnde Gewebe¬ zone 52 kann auch ein anderer über eine Körperöffnung zugäng- licher Tumor, beispielsweise ein Blasentumor oder ein Nierentumor sein.
Im Ultraschallbild der Fig. 2 ist diese Gewebezone 52 sowie die Wand 50 schematisch wiedergegeben. In diesem Ultraschall- bild ist nun die Schnittfläche des Bestrahlungsgebietes 18 mit der von der Ultraschallwandleranordnung erfassten Objektebene beispielsweise durch Wiedergabe seiner seitlichen Be¬ grenzungslinien 19 kenntlich gemacht. Das auf diese Weise in das Ultraschallbild eingeblendete Bestrahlungsgebiet 18 er- möglicht eine korrekte Positionierung der Sonde bzw. der Röntgenquelle .
Im Ultraschallbild sind die drei Marker 36 zu erkennen, mit denen eine Rekonstruktion der Lage des Bestrahlungsgebie- tes 18 möglich ist. Im Beispiel befinden sich alle drei Mar¬ ker 36 in der Bildebene. In diesem Fall liegt die Mittenachse des Röntgenstrahlbündels in der im Ultraschallbild wiederge-
gebene Objektebene (Schnittebene) , und der Hohlraum 2 und die Sonde 6 werden in der idealisiert in Fig. 1 dargestellten Anordnung in Form eines Längsschnittes abgebildet.
In das Ultraschallbild eingeblendet sind außerdem etwa Li¬ nien 54 gleicher Dosisleistung, die dem Therapeuten die aktuelle lokale Dosisleistung anzeigen. Diese Linien 54 befinden sich beispielsweise untereinander in einem Abstand, der dem Abfallen der Dosisleistung auf jeweils 1/e entspricht. Dies sind bei einer Röntgenstrahlung mit einer mittleren Energie von 20keV im Gewebe etwa 1,2cm. Der Therapeut kann dann durch Änderung der Betriebsparameter der Röntgenquelle (Anodenstrom, Beschleunigungsspannung) die erforderliche Dosisleistung einstellen. Diese Linien 54 gleicher Dosisleistung ver- schieben sich dann im Ultraschallbild entsprechend der sich bei der Variation der Betriebsparameter ändernden Dosisleistung.
Möglich ist auch der Einsatz eines Ultraschallmarkers . Dabei wird dem Patienten ein Wirkstoff eingegeben, der sich bevorzugt an den Tumor anlagert und gleichzeitig z.B. von kleinen Gasblasen begleitet wird, oder kleine Gasblasen erzeugt. Die¬ se Gasblasen werden im Ultraschallbild besonders deutlich dargestellt .
Wie vorstehend erläutert liegt im dargestellten Beispiel die Mittenachse des Röntgenstrahlbündels in der im Ultraschall¬ bild wiedergegebene Objektebene (Schnittebene) , so dass die Linien 54 eine kreisbogenförmige Gestalt haben.
Im Beispiel der Fig. 3 ist ein Ultraschallbild dargestellt, wie es sich ergeben kann, wenn die Ultraschallsonde 24 sich in einer in der Fig. 1 gestrichelt eingezeichneten Position befindet und die Objektebene senkrecht zur Zeichenebene der Fig. 1 und schräg zur Mittenachse der Sonde 6 verläuft, wie dies anhand der in Fig. 1 gestrichelt eingezeichneten Schnittlinie 38 zwischen Objektebene und Zeichenebene veran-
schaulicht ist. In diesem Fall sind der Hohlraum 2 und die Sonde 6 im Ultraschallbild in Form eines schräg verlaufenden Querschnittes zu erkennen. Die Begrenzungslinie 19 des Rönt¬ genstrahles hat dann ebenso wie die Linien 54 gleicher Dosis- leistung eine annähernd elliptische Gestalt. Wenn die
Schnittebene senkrecht zur Mittenachse der Röntgenstrahlen orientiert ist, weisen die Begrenzungslinien 19 und die Linie 54 eine kreisförmige Gestalt auf.
Gemäß Fig. 4 wird auch ein optisches Bild aus der Umgebung der Sonde erzeugt, in dem bei entsprechender Beleuchtung die Wand 50 des Hohlraumes sichtbar ist. Wird zusätzlich ein Leuchtstoff appliziert, beispielsweise unmittelbar mit Hilfe der Sonde, der sich bevorzugt in der Gewebezone 52 anlagert, wenn es sich bei dieser um einen Tumor handelt, und der beispielsweise durch die zur Beleuchtung verwendeten Lichtquelle angeregt wird und Fluoreszenzlicht im sichtbaren Bereich emittiert, kann der Tumor 52 zumindest in seinem Oberflächenbereich mit dem er an dem Hohlraum angrenzt auch im optischen Bild sichtbar gemacht werden. Wird zusätzlich die Einhüllende des auf die Oberfläche der Wand 50 auftreffenden Röntgen- strahlbündels als Kreislinie 56 und dessen Mittenachse als Punkt 58 eingeblendet, kann die exakte Positionierung auch mit Hilfe des optischen Bildes ergänzend zu der Positionie- rung mit dem Ultraschallbild vorgenommen werden, da in diesem Fall eine Bildinformation aus einer anderen, beispielsweise zur Bildebene des Ultraschallbildes senkrechten Ebene vor¬ liegt .
Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 ist als Ultraschallappli- kator anstelle einer in das Innere des Körpers 4 einführbaren Ultraschallsonde ein Ultraschallkopf 60 vorgesehen, der an die äußere Oberfläche 62 des Körpers 4 angekoppelt wird, und ausgehend von dieser Oberfläche 62 den Hohlraum 2, die Son- de 6 und die Gewebezone 52 erfasst.
Die Erfindung ist anhand eines in den Hohlraum eines Körpers eingeführten Katheters dargestellt. Grundsätzlich ist die Erfindung auch für Sonden geeignet, die unmittelbar in das Gewebe eingeführt werden, wie das bei der eingangs erläuterten invasiven Nachbehandlung eines Tumorbettes eines vorher entfernten Tumors der Fall ist. Bei der zu behandelnden Gewebe¬ zone kann es sich auch um eine Gefäßwand handeln, die nach der Durchführung einer Dilatation zur Verringerung der Reste- noserate bestrahlt werden soll.