EP2665518A1 - Verfahren und vorrichtung zur erstellung einer bestrahlungsplanung - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur erstellung einer bestrahlungsplanung

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Publication number
EP2665518A1
EP2665518A1 EP12700673.2A EP12700673A EP2665518A1 EP 2665518 A1 EP2665518 A1 EP 2665518A1 EP 12700673 A EP12700673 A EP 12700673A EP 2665518 A1 EP2665518 A1 EP 2665518A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
planning
temporarily
dose
partially
uncertainty
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP12700673.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Christoph Bert
Sebastian HILD
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
GSI Helmholtzzentrum fuer Schwerionenforschung GmbH
Original Assignee
GSI Helmholtzzentrum fuer Schwerionenforschung GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by GSI Helmholtzzentrum fuer Schwerionenforschung GmbH filed Critical GSI Helmholtzzentrum fuer Schwerionenforschung GmbH
Publication of EP2665518A1 publication Critical patent/EP2665518A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00—Radiation therapy
    • A61N5/10—X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy
    • A61N5/103—Treatment planning systems
    • A61N5/1037—Treatment planning systems taking into account the movement of the target, e.g. 4D-image based planning
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00—Radiation therapy
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    • A61N5/103—Treatment planning systems
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    • A61N5/00—Radiation therapy
    • A61N5/10—X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy
    • A61N5/1042—X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy with spatial modulation of the radiation beam within the treatment head
    • A61N5/1043—Scanning the radiation beam, e.g. spot scanning or raster scanning
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00—Radiation therapy
    • A61N5/10—X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy
    • A61N2005/1085—X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy characterised by the type of particles applied to the patient
    • A61N2005/1087—Ions; Protons

Definitions

  • the invention relates to a method for preparing a radiation planning. Furthermore, the invention relates to a device for generating a radiation planning.
  • Particle beams are used in the meantime in different fields of technology. Depending on the purpose and the available cost range, different types of particles are used. For example, particle beams with photons, electrons, protons and heavy ions (eg helium ions, carbon ions, etc.), pions, mesons, etc. are used. In part, mixtures of different particles are used. Depending on the particle type and the required energy, the accelerators required for generating the particle beam are constructed differently and sometimes quite complex.
  • a technical field in which particle beams have been used successfully for many years is in the field of medical technology.
  • photon radiation in particular X-ray radiation
  • a big advantage of particle beams with hadrons, especially heavy ions, is that they have a pronounced Bragg peak. That is, when penetrating matter, the corresponding particles do not disperse their kinetic energy evenly along their trajectory to the penetrated tissue.
  • scanning methods in particular also raster scanning methods, including intensity-modulated raster scanning methods
  • a pencil-thin particle beam (a so-called pencil beam) is used to successively approach the tissue to be treated in succession.
  • a great advantage of such scanning methods is that almost any type of tumor can be treated.
  • the treatment with heavy ion beams takes place in particular using so-called "radiation planning", which is due to the large number of different interactions between the heavy ions of the particle beam and the tissue, whose computational consideration is very complex.
  • radiation planning is due to the large number of different interactions between the heavy ions of the particle beam and the tissue, whose computational consideration is very complex.
  • For a numerical treatment of the problem for example, even today available fast computer require computing times in the range of minutes to hours.
  • the doctor will first prescribe a (biologically effective) dose distribution for the patient.
  • the dose distribution depends on the respective volume range in the patient's body.
  • the effective dose in the area of the tumor must be above a damage threshold, so that the tumor tissue is destroyed.
  • the surrounding tissue as little as possible (ideally not at all, but this is usually not technically feasible) to burden.
  • Tissues can be, for example, the main blood vessels, nerve nodes or the spinal cord.
  • the treatment planning is then prepared, which is - roughly speaking - the (biologically effective) dose distribution prescribed by the physician in a format that can be used by the irradiation device ( In practice, this is done by calculating which biological effect a thin particle beam coming from one or more directions with a certain (three-dimensional) movement pattern. ter (in scanning method) is introduced into the target volume range of the target body causes. The calculated biological effects are compared with the biologically effective dose distribution prescribed by the physician. Optimization techniques attempt to minimize the difference between the prescribed dose distribution and the billing-based biologically effective dose distribution.
  • dose contributions are taken into account, which the particle beam introduces into other volume areas (for example into individual grid points).
  • the dose contributions behind (distal to) the "current" volume area (grid point) are very small (so that they can often be neglected), whereas in the direction of the beam before (proximal to) the "current" volume area (grid point) relevant dose entries can be made.
  • RBE Relative Biological Effect
  • the so-called Relative Biological Effect depends in a complex and non-linear manner on physical parameters, for example the relationship between the deposited one typically changes Physical dose (corresponding to the energy loss of the particle beam) and the tissue damage (ie the biologically effective dose) as a function of the particle energy
  • RBE Relative Biological Effect
  • the introduced dose both the physical and the biologically effective dose
  • the tissue type including (among others) bone, muscle tissue, blood vessels, cavities and the like
  • the treatment planning must be weighted differently.
  • a major problem with today's usual irradiation planning is that they generally start from a fixed parameter data set.
  • Such parameters are, for example, the operating parameters of the accelerator system, the tumor distribution, the distribution of different types of tissue, particle beam size and energy, the position of the patient relative to the accelerator system, the location of the tumor within the patient, the beam profile, the movement of the patient and the movement of tumor areas through respiration, heartbeat and other internal movements of the patient, etc.
  • These parameters are used to prepare the treatment plan.
  • the object of the invention is thus to propose a comparison with the prior art improved method for preparing a treatment planning.
  • a further object of the invention is to propose a device for the preparation of an irradiation planning improved compared to the prior art.
  • the invention solves this problem.
  • the size of the fluctuations imposed thereby or the type of fluctuation pattern is based on real occurring fluctuations or realistic expected fluctuations.
  • an automated consideration does not exclude that (in particular to a certain extent) a manual intervention can take place or different automated fluctuation patterns can be selected by manual specification.
  • Such (partially) automated consideration of at least one uncertainty can prove to be advantageous in the context of the proposed method, in particular also with regard to the possible further developments of the proposed method mentioned below.
  • the result of the irradiation planning process can thereby become better and, in particular, more robust.
  • a further advantage is that advantageous treatment planning can as a rule also be much more independent of the ability, level of experience, "feeling", etc.
  • the person involved with the treatment planning which may mean, for example, that there is less in relation to today the impact of an uncertainty (or multiple uncertainties, in particular a larger number of relevant uncertainties, in particular substantially all and / or all relevant uncertainties) on the results of the treatment planning; can be calculated, evaluated, displayed and / or taken into account in any manner, for example, calculating that the values are only calculated internally, but it makes more sense if something is also "started" with the calculated values.
  • an evaluation of the (provisional) irradiation planning in particular an evaluation of the (provisional) irradiation planning brought about by the irradiation planning device itself, is carried out.
  • this can be done by blocking or not issuing treatment planning if the effects of an uncertainty are too great and, in particular, above a certain limit.
  • an "allowable" treatment planning can be created and / or released especially below a certain threshold.
  • the effects of the uncertainties are represented, for example, at least temporarily and / or at least partially qualitatively and / or quantitatively, by the person who creates the irradiation planning (or by the persons who create the irradiation planning). The corresponding persons can then (for example based on their experience) optimize the irradiation planning in such a way that the effects of the uncertainties are, for example, particularly small and / or otherwise advantageous (in other words, they are particularly robust).
  • an optimization algorithm can automatically carry out an optimization also with regard to the effects of the at least one uncertainty (in other words carry out an optimization with regard to the robustness of the irradiation planning) so that, for example, a (local) minimum can be achieved.
  • the effects of an uncertainty are, in particular, to be understood as a fluctuation in the dose distribution in the volume to be irradiated or in parts of the volume to be irradiated (or not to be irradiated). In particular, this may relate to (possibly avoidable) underdoses in the area of the tumor to be treated and / or overdoses in the healthy tissue, in particular in areas in which sensitive tissue (such as OARs) is present.
  • the at least one uncertainty represents, at least temporarily and / or at least partially, a fluctuation of at least one parameter, in particular represents a fluctuation of at least one parameter in a typical and / or maximum expected frame.
  • an automated consideration of the uncertainty can prove to be advantageous.
  • the size and nature of the fluctuations used for this purpose is preferably oriented to the reality or the "expected reality". It is therefore possible, for example, to calculate a plurality of irradiation plans, and then to compare them.
  • the calculation can be carried out such that an irradiation planning is calculated in the event that the relevant parameter has its nominal value, an irradiation planning is calculated in the event that the relevant parameter assumes its typical maximum value, an irradiation planning calculated for the case If the parameter in question has its maximum value to be expected in real operation, irradiation planning is calculated in the event that the relevant parameter assumes its typical minimum value and / or an irradiation planning is calculated for the value that the relevant parameter has minimum value expected in real operation. Additionally or alternatively, it is also possible that (further) intermediate values are calculated.
  • these may be chosen to be suitably statistically distributed, for example, to correspond to the realistic parameter values expected over time (preferably, an appropriate statistical weighting may be provided here).
  • an appropriate statistical weighting may be provided here.
  • the respective parameters it is basically possible in any way for the respective parameters to be varied "one-dimensionally", or for a variation in n parameters to take place in the form of an n-dimensional space.Of course, intervening strategies are also possible between these two extremes
  • the irradiation plans obtained in each case can then be compared with one another, for example, it is possible for the respective irradiation planning received in each case to be displayed "only" to the person preparing the irradiation planning. It is also possible that by applying mathematical fit Certain tendencies are displayed and / or in an at least limited extent automated optimization takes place.
  • parameters which, for experience, have only a small or (almost) no influence on the irradiation planning should not be taken into account or only with a lower "resolution" (computation point density) for reasons of calculation time. points for the respective parameter whose (for example, according to experience) expected impact on the treatment planning reflects.
  • all values can be used which have an impact / influence on the irradiation planning, in particular those which have a non-negligible, a greater and / or a significant effect on the irradiation planning. It is particularly preferred if at least one uncertainty and / or at least one fluctuation of at least one parameter and / or at least one parameter is taken at least temporarily and / or at least partially from the group comprising the patient positioning, the motion detection, the beam range, the beam profile Beam position and the type of tissue includes. It has been found that, in particular, the variables mentioned usually have a particularly great effect on irradiation planning.
  • patients are stored with the aid of an immobilization system or a patient positioning system, wherein storage inaccuracies in the range of typically millimeters can occur. or as a rotation of the jet entrance channel in the dose calculation
  • respiration of a patient may be tracked using strain gauges, imaging techniques (eg, CT and / or monitoring using a video camera), and based on this, the current location of a moving target volume range (e.g. Lung tissue arranged tumor) are closed.
  • a moving target volume range e.g. Lung tissue arranged tumor
  • beam profile (both lateral and longitudinal) is to be understood as meaning, in particular, shortcomings with regard to the shaping of the particle beam (usually a circular beam profile with Gaussian profile) due to technical limitations or imperfections "(both lateral and longitudinal) are to be understood in particular positioning errors, which may be caused by a particle energy modulation means, by errors of a lateral Colourablenksystems (for example, magnetic field coils) and the like. Such inaccuracies may arise, in particular, due to technical limitations or inadequacies. They can be taken into account by varying the isocenter and / or by rotation of the jet entry channel.
  • the range of the particle beam due to the different damping effect of different types of tissue in the patient can be understood as "beam range.”
  • the so-called Hounsfield units which can be read, for example, from a CT data set, must be used to control a particle transport. niger device into water equivalent ranges are converted. This can be done for example with the aid of a table. However, such a table has only a finite accuracy. Uncertainties in the beam range can be achieved, for example, by manipulating the Hounsfield Unit Range Table and / or by global shifting.
  • tissue type is to be understood as meaning a value that takes into account inaccuracies in the (measured) tissue type, and thus in relation to the different damping effect and / or biological effectiveness of the particle beam on the corresponding tissue. that the tissue boundaries and / or the tissue properties are varied.
  • the method can be carried out in such a way that the effects of at least one uncertainty are calculated, represented and / or taken into account at least temporarily and / or at least partially by comparing at least two, preferably from a plurality of irradiation planning results.
  • the comparison of a plurality of radiation planning results and / or the consideration of two or more uncertainties can be carried out particularly preferably (at least partially) automatically.
  • a (partial) manual user intervention and / or a manual user adjustment is conceivable.
  • irradiation planning results which were determined by at least temporary variation and / or at least partial variation or by fluctuation of at least one parameter can be used.
  • the irradiation planning results obtained can - as already explained above - be displayed "only" to the person preparing the irradiation planning, and / or automatically, for example using known numerical see optimization strategies, be used, in the end to come to an improved, in particular more robust treatment planning.
  • uncertainties are calculated, evaluated, displayed and / or taken into account.
  • uncertainties or their effects
  • all relevant parameters are taken into account.
  • the human eye is particularly suitable for processing a large number of graphically displayed information in a short time.
  • the person preparing the treatment planning it is possible for the person preparing the treatment planning to have a particularly comfortable, fast and, as a rule, intuitive use of the method.
  • particularly good results of the treatment planning can typically be achieved.
  • the method can advantageously be carried out on already existing hardware (or any hardware changes can be kept to a lesser, justifiable cost) and / or the person preparing the irradiation plan does not have to relearn extensively before he can use the method.
  • a display as an absolute value can represent, for example, a calculated maximum value or minimum value (output, for example, as indication of the deposited dose).
  • An indication in the form of a relative fluctuation is also possible, for example by indicating what percentage of the "actual" dose to be deposited has been exceeded or undershot.Also, an absolute fluctuation can be indicated which, for example in units of the deposited dose, is a potential one Another indication is how far you are approaching a limit or how far it has exceeded it (for example, in the form of a relative and / or an absolute indication). It is also conceivable to display a flag which, for example, represents in binary form whether one is still within a permissible fluctuation range (or within a narrowly selected test fluctuation range) or whether it has already been left Type of ad is changeable and / or between different ad can be changed.
  • the change or the change from the person carrying out the treatment planning is feasible.
  • different forms of display are often desirable or useful at different times in the preparation of an irradiation planning.
  • the method is at least temporarily and / or at least partially a flicker representation, a color-coded representation, a gray scale representation, an isolines representation, a washing representation and / or a character representation.
  • the type of display can be changed and / or changed, in particular depending on the specific request of the person preparing the treatment planning.
  • a character representation can be done, for example, by displaying numerical values, or else by displaying a cross or a tick (for "lies outside of an additional limit value” or "lies within an additional limit value”).
  • Color-coded representations, grayscale representations, isoline representations, and washing representations tend to be particularly intuitive for the person designing the treatment plan.
  • such representations are partly already used for the preparation of irradiation planning, so that a particularly rapid learning of the proposed method is possible.
  • a flicker display is particularly advantageous, since different images are shown one after the other in chronological order.
  • the additional dimension to be displayed can be realized by means of the "time axis.”
  • the flicker representation is particularly advantageous with the other, explicitly proposed display modes, but also with any other display modes.
  • the frequency of the image change is chosen so high that the image change is no longer recognized as such, but for the human eye from the under defenceli a single picture with "mixed colors" is created.
  • a further preferred development of the method results if the treatment planning is carried out at least temporarily and / or at least partially as 3-D treatment planning and / or as 4-D treatment planning.
  • 3D radiation planning is particularly suitable for substantially fixed target volume ranges (possibly also for mobile target volume ranges which are irradiated with the aid of "gating" irradiation methods.)
  • a 4-D irradiation planning is particularly advantageous when a moving radiation volume Target volume area, in particular if the moving target volume area is actively “tracked", in particular by means of so-called “tracking” irradiation methods (commonly known as scanning, spot-scanning, continuous scanning, raster scanning). Scanning method and / or intensity-modulated raster scanning performed).
  • the apparatus may in particular be "classical", software-controlled electronic computers.
  • the computers can consist of a large number of individual computers, which are linked to one another, for example by electronic networks, and can in any case be so-called workstation farms or even distributed computer networks, where the computers are not located in a single location, but may be spatially far apart, and may be coupled together, for example, via the Internet, Virtual Private Networks (VPN), and the like (e.g., so-called distributed computing ").
  • VPN Virtual Private Networks
  • a memory device which contains at least one irradiation planning, which was created at least temporarily and / or at least partially according to the method described above.
  • the memory device may be any electronic memory device, such as the memory area of an electronic computer (RAM, hard disks and the like).
  • it can also be a data carrier device, such as, for example, a floppy disk, a CD, a DVD, a Blu-ray disc, a USB stick, a removable disk, a conventional diskette magneto-optical disk, etc.
  • FIG. 1 shows a schematic flowchart for a method for preparing a radiation planning
  • FIG. 2 shows a device for generating an irradiation planning in a schematic, perspective view
  • 3 shows a first example of an illustration of the effects of uncertainties on the treatment planning
  • 4 shows a second example of an illustration of the effects of uncertainties on the treatment planning.
  • FIG. 1 shows a schematic flow chart for a method for preparing a radiation planning 1, in which the effects of non-irradiation planning are shown. Collateral on the irradiation result in the context of treatment planning should be considered.
  • the procedure for the preparation of an irradiation planning 1 starts with the starting step 2.
  • the initial data for the preparation of an irradiation planning is provided.
  • data about location, location, extent, type of tissue and the like of a tumor to be treated are read in as initial data.
  • OARs Organ At Risk
  • the tumor, the risk structures and possibly other tissue areas are constructed in a subsequent step 3. That is, the location and extent of the tumor and the risk structures are converted to the "numeric format" of the device on which the treatment planning is being made (for example, a very powerful computer), such as intuitively demonstrating the appropriate tissue areas with bounding lines become.
  • the initial treatment planning is created / optimized with nominal parameters. That is, it is initially assumed that all input data, such as the information about the position of the respective tissue, are completely correct, ie no measurement errors or other changes have occurred. Likewise, it is assumed that all machine parameters and the like are error-free, ie, in particular, no beam position errors, beam energy errors, beamforming errors and the like occur. This corresponds to the previous, according to the prior art irradiation planning (once disregarding the "feeling" of the person preparing the treatment planning).
  • the irradiation planning usually takes place iteratively and, in some cases, several initial attempts initiated by the person preparing the irradiation planning (which may be started with manual specifications created according to "feeling") may be required.
  • a further step 5 is carried out in which a plurality of (relevant) parameters is varied.
  • a plurality of (relevant) parameters is varied.
  • an n-dimensional parameter space thus arises.
  • the resulting dose distribution per parameter set is calculated for each parameter set in the n-dimensional parameter space.
  • the variation of the (plurality of) (relevant) parameters takes place automatically in the present exemplary embodiment.
  • the size of the variations is determined, for example, by the parameters of the irradiation device for which the irradiation planning is calculated, by the tissue distribution in the patient to be treated, etc. Incidentally, the corresponding values can be read in as part of start step 2 (with).
  • Another parameter which can be taken into account is motion detection (in particular in the case of 4-D irradiation methods), which, for example, can be taken into account when using a movement surrogate.
  • motion detection inaccurate measured values may be present due to imprecise amplitudes, inaccurate phases and / or a latency between the motion surrogate and the actual movement (ie a kind of phase offset).
  • phase offset ie a kind of phase offset.
  • These inaccuracies can be simulated in the calculation by suitable manipulations on the movement trajectory of the target volume range used for the 4-D dose calculation.
  • Another example of another parameter is the beam range.
  • the baseline for treatment planning is a 3-D CT dataset or a 4-D CT dataset.
  • the "coloring" (tissue intensity) occurring in the CT dataset does not correspond to the water-equivalent coverage, as “seen” by the particle beam.
  • a conversion of the "CT data" (measured in Hounsfield units (HU) into the water-equivalent range is carried out by means of a suitable conversion table and the parameters of the direction of irradiation, since such a table has only one finite precision (but usually also from others) Reasons), there are usually corresponding uncertainties in the beam range, which in the present calculation can be determined by a Manipulation of the Hounsfield units range table or a global shift can be considered.
  • Another example is an uncertainty in the beam profile (lateral and longitudinal) which can occur due to technical limits or deficiencies in the acceleration process / beam guidance process.
  • the corresponding uncertainty can be taken into account by a correspondingly modified physical dose entry per tissue volume unit (grid point).
  • Yet another example is the inaccuracy of the biological model used to create the treatment planning. Such uncertainties can be taken into account by modified biological
  • the variation of the parameters in method step 5 advantageously takes place in such a way that a certain number of intermediate points is taken into account.
  • the density of the intermediate points can be increased, in particular, in those regions in which the resulting dose distribution changes particularly strongly (the effects of the parameter fluctuations are therefore particularly great). This increases the probability that the local maxima or the local minima are recorded as completely as possible.
  • the variation of the parameters should take place in a range which is selected such that all typically occurring parameter changes and / or all the maximum expected parameter variation in real operation are covered.
  • method step 5 can take a longer period of time. claim time. In particular, it may be necessary to calculate several hundred or several thousand dose distributions.
  • the dose uncertainties or other statistical fluctuations per unit volume are determined.
  • These uncertainties can be stored in a suitable format, such as stored in a corresponding dimensional matrix.
  • absolute deviations from the target dose can be calculated and stored.
  • further calculations are carried out, in particular summations or integrations. Such calculations are particularly useful (and usually to perform a certain - if later - time), if, for example, histograms and the like should be displayed.
  • dose-volume histograms in the review of treatment plans, which means that a higher level of acceptance by medical staff can be achieved, albeit within the limits of what is proposed here. Error evaluation representation "such dose-volume histograms can be created.
  • the dose variation is displayed in method step 7.
  • this can be done by displaying the nominal dose distribution (desired dose distribution) superimposed with an uncertainty distribution.
  • the display can be done, for example, as a so-called flicker plot, in which the nominal dose distribution and the uncertainty distribution with a relatively high frequency are displayed alternately one behind the other.
  • flicker plot in which the nominal dose distribution and the uncertainty distribution with a relatively high frequency are displayed alternately one behind the other.
  • the eye reacts relatively sensitively Movements, so that with the help of such a flicker plot a qualitatively and / or quantitatively good analysis can be done by a person.
  • the maximum dose and / or the minimum dose from the uncertainty analysis (method step 6) can be displayed.
  • a binary record can be displayed, the z. For example, in green or red indicates whether a given acceptance interval has been reached.
  • a distribution which quantifies the uncertainties can be displayed flickering in complementary colors.
  • the uncertainties can in particular be scaled such that they resemble the dose values of the respective volume ranges in terms of their colors, if the uncertainty is small and / or tolerable, or if colors complementary thereto are represented.
  • these voxels may appear gray (especially with a high-frequency flicker). It is also possible that, instead of a flicker, the distribution is displayed statically over the nominal distribution with a certain transparency (for example, 50% transparency) (for example, using colors complementary to the nominal distribution). The transparency can then ensure that dose values with small uncertainties are represented, for example, in a gray scale. Greater deviations, on the other hand, can be represented in color by means of color representation (in the case of flicker representation as well as in transparent or other representation). The color may be the extent of the deviation.
  • each volume area in the displayed images is displayed superimposed, for example, with an icon which indicates whether a confidence interval is adhered to.
  • an icon which indicates whether a confidence interval is adhered to.
  • a hook symbol may symbolize that Uncertainty is within a tolerable interval while a cross is crossing the limit.
  • a quantitative representation is possible here, for example, by more or less filled rectangle frame are displayed (histogram-like representation).
  • a representation as a contour plot is possible.
  • a representation can be made via the CT data.
  • step 8 Based on the representation generated in step 7, in the following step 8 the quality and in particular the robustness of the irradiation planning produced in the course of the method 1 (hitherto) is evaluated. Depending on whether the quality and / or robustness of the treatment planning is considered sufficient, either jump back to process step 4 9 or the next step 1 1 further jumped 10.
  • procedural step 1 1 the generated irradiation planning, for example, on a disk (DVD , CD and the like).
  • the rating 8 is not (exclusively) by one person. Rather, it is possible that, for example Additionally or alternatively, an automatic evaluation procedure is performed.
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of a planning device 13, on which, for example, the method 1 illustrated in FIG. 1 can be carried out for the preparation of an irradiation planning.
  • the planning device 13 is based on a program-controlled electronic computer 14. To increase the computing capacity of the computer 14, this may have a plurality of processors and / or be designed as a so-called cluster.
  • the computer 14 has an internal memory 16 (for example, a hard disk), on which a corresponding program code, which performs the method 1, is stored. It is quite possible for the program code stored in the internal memory 16 to be loaded, for example, into a volatile main memory (so-called RAM).
  • RAM volatile main memory
  • the computer 14 has a data input / output unit, which is designed as a DVD drive 15 in the presently illustrated embodiment.
  • a DVD drive 15 for example, patient data, machine parameters, a prescribed dose distribution and the like can be read into the computer 14 via the DVD drive 15.
  • the finished irradiation planning can be output and stored via the DVD drive 15.
  • the DVD drive 15 may be, for example, a commercially available DVD burner which can not only read data from CDs or DVDs but also write data to blank CDs or blank DVDs. Of course, it is also possible to provide a plurality of DVD drives 15.
  • the operation of the computer 14 is carried out via known data input units such as a keyboard 17, a mouse 18 and / or an electronic drawing board 19.
  • the output of the irradiation planning and their uncertainties take place here via one or more screens 20.
  • FIG. 3 shows a first example of a data output that was created using a method 1 for generating a radiation planning according to FIG. 1 (or according to another embodiment of an irradiation planning).
  • a tumor region 21 to be treated which is located inside the head 22 of a patient (brain tumor), was selected.
  • the tumor region 21 (which is possibly surrounded by a certain, smaller safety margin) is to be provided with a radiation dose, so that the tissue cells located in the tumor region 21 are severely damaged or killed.
  • the tissue located outside the tumor region 21 should as far as possible not be exposed to radiation or as little as possible with radiation.
  • the tumor region 21 is shown in a circle. In practice, this will usually have different shapes; to explain the present embodiment, the exact shape of the tumor area 21 is irrelevant.
  • tissue contour lines 24 are shown in the representation, which serve the user of the planning device 13 for orientation - and thus in particular to facilitate work.
  • the representation 23 can be represented, for example, by appropriate selection by the user on the screen 20 of a planning device 13 and optionally varied.
  • a variation (variation) of the dose distribution with a variation of input parameters in the context of the preparation of an irradiation planning is calculated and displayed in the form of different gray levels.
  • a specific grid was 25 chosen with a certain accuracy (grid resolution), wherein the grid 25 can be seen in the form of fine lines in Fig. 3.
  • the resolution of the grid 25 can of course be chosen finer or coarser depending on the requirements.
  • different raster resolutions in different spatial direction and / or different raster resolutions in different areas of the representation 23 are to be considered (for example, finer raster resolution in a volume area in or adjacent to the tumor area 21).
  • the fluctuation of input parameters for example, device parameters and the like
  • the fluctuation of input parameters does not lead to any (or at best to a minimal) change in the deposited dose in the respective tissue regions 26. Accordingly, no (noticeable) gray coloration can be recognized in these, removed tissue regions 26.
  • the fluctuation in most tissue areas of the head 22 is in a well-tolerable range of fluctuation.
  • the grays are only slightly tinted.
  • the situation is different for the problem area 27 to be recognized in FIG. 3, where a variation of input parameters leads to a marked change in the deposited dose. For this reason, the problem area 27 is deposited with a very strong gray coloration.
  • this is an indication that he should create a new, changed treatment planning, which is not so strong in the entire head area 22 Dose variation when changing parameter values shows. In other words, the user of the planning device 13 will try to calculate an irradiation planning in which the representation 23 of dose variations over the entire area has only halftone dots with little gray shade.
  • a color scale is used additionally or alternatively instead of a grayscale scale.
  • FIG. 3 A further development of the illustration 23 of dose fluctuations shown in FIG. 3 is the illustration 28 of dose fluctuations shown in FIG.
  • the representation 28 shown in FIG. 4 largely resembles the representation 23 shown in FIG. 3.
  • flag values in the form of hooks 29 and crosses 30 are additionally drawn .
  • a hook 29 means that a maximum dose fluctuation prescribed by the doctor is not exceeded (for example, neither a maximum dose prescribed by a physician for a certain tissue area nor a minimum dose predetermined by a physician for a particular tissue area is exceeded or undershot, so that
  • a cross 30 means that a surgeon declared inadmissible, too large a fluctuation in the Nose dose occurs.
  • the representation 28 recognizable in FIG. 4 can be rejected by dose fluctuations due to the crosses recognizable in the problem area 27.
  • no flag representation is made in tissue regions (in particular in remote tissue regions 26) in which the dose fluctuation is particularly low.
  • the fluctuation values declared permissible by a physician can be "sharpened" by the user of the planning device 13, thereby allowing the user of the planning device 13 to use a particularly robust and comfortable way 5 to 8 show further representations 31, 32, 33, 34 of dose fluctuations
  • the representations 31, 32, 33, 34 refer to so-called dose-volume histograms, as they already do In the illustrations 31, 32, 33, 34, the dose (in percent) is shown along the abscissa 35, while along the ordinate 36 the volume (also in FIG Percent).
  • Figure 31 Represented in Figure 31 ( Figure 5) is both the corresponding target volume (CTV) CTV curve 37 and the critical organ tissue area (OAR) organ volume control waveform (OAR).
  • CTV target volume
  • OAR critical organ tissue area
  • Error bars 39 which represent the change of the respective curve 37, 38 as a function of fluctuations in the input parameters.
  • the exact definition of the illustrated error bar 39 may vary (for example, depending on specific user needs).
  • the error bar 39 may represent a 5% -95% interval. Of course, other interval limits or other meanings are conceivable.
  • FIG. 6 shows a modified representation 32 in comparison to FIG.
  • the situation is illustrated for a plurality of different phases I, II, III, IV and V (in each case marked by different "line types".)
  • the illustrated error bars 39 can be represented "cumulatively" for the different phases, or can also be represented individually for each individual phase I, II, III, IV and V.
  • the error bars 39 can not only be drawn vertically, but also additionally or alternatively horizontally, which is shown in the illustration 33 in FIG. 7.
  • FIG. 8 shows another illustration option 34, which is based on dose-volume histograms.
  • the representation which can be based on gray levels or colors 40 (the gray levels or colors 40 being symbolized in the present case by different hatches 40), can represent different interval limits for different "error bars" easily and quickly, in addition to the different gray levels.
  • Colors 40 is shown in the representation 34 shown in FIG. 8, a median line 41.
  • a dose-volume curve 38 is additionally drawn for critical tissue regions can be.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren (1) zur Erstellung einer Bestrahlungsplanung, bei denen die Auswirkungen zumindest einer Unsicherheit auf die Bestrahlungsplanung berechnet (4), bewertet, dargestellt (7) und berücksichtigt (8) werden.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Erstellung einer Bestrahlungsplanung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erstellung einer Bestrahlungsplanung. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Erstellung einer Bestrahlungsplanung. Teilchenstrahlen werden zwischenzeitlich in unterschiedlichen Gebieten der Technik verwendet. Dabei werden in Abhängigkeit vom Einsatzzweck und dem zur Verfügung stehenden Kostenrahmen unterschiedlichste Arten von Teilchen verwendet. So werden beispielsweise Teilchenstrahlen mit Photonen, Elektronen, Protonen und Schwerionen (z. Bsp. Heliumionen, Koh- lenstoffionen usw.), Pionen, Mesonen usw. verwendet. Zum Teil werden auch Gemische aus unterschiedlichen Teilchen verwendet. Je nach Teilchenart und erforderlicher Energie sind die zur Erzeugung des Teilchenstrahls erforderlichen Beschleuniger unterschiedlich aufgebaut und zum Teil recht komplex. Ein technisches Gebiet, bei dem Teilchenstrahlen zum Teil seit vielen Jahren erfolgreich eingesetzt werden liegt im Bereich der Medizintechnik. Hier wird beispielsweise Photonenstrahlung (insbesondere Röntgenstrahlung) bereits seit etlichen Jahrzehnten zur Krebstherapie verwendet.
Insbesondere in den letzten Jahren hat die Krebstherapie mit Schwerionen- Teilchenstrahlen angefangen, sich in der Medizintechnik als feste Größe zu etablieren. Ein großer Vorteil von Teilchenstrahlen mit Hadronen, insbesondere Schwerionen, ist, dass diese einen ausgeprägten Bragg-Peak aufwei- sen. Das heißt, dass die entsprechenden Teilchen beim Durchdringen von Materie ihre Bewegungsenergie nicht gleichmäßig entlang ihrer Bahn an das durchdrungene Gewebe abgeben. Vielmehr konzentriert sich der größte Teil der Energieabgabe bei Schwerionen auf einen relativ kurzen Bereich, kurz bevor die Teilchen im durchdrungenen Gewebe„steckenbleiben". Diese Ei- genschaft macht es möglich, eine bestimmte Energiedosis in einem Zielvolumenbereich (insbesondere auch in z-Richtung parallel zum Teilchenstrahl) gezielt zu deponieren, ohne dass die umliegenden Gewebebereiche (also z. Bsp. die vor bzw. hinter dem Zielgebiet liegenden Gewebebereiche) mit einer (höheren) Dosis beaufschlagt werden. Speziell diese Eigenschaft macht eine besonders effektive und für den Patienten schonende Krebstherapie möglich.
Bei heutigen Therapieverfahren wird dabei in zunehmendem Maße auf Scanning-Verfahren (insbesondere auch Raster-Scanning-Verfahren, ein- schließlich intensitätsmodulierter Raster-Scanning-Verfahren) zurück gegriffen. Hierbei wird ein bleistiftdünner Teilchenstrahl (ein sogenannter Pencil- Strahl) verwendet, um das zu therapierende Gewebe sukzessive nacheinander anzufahren. Ein großer Vorteil bei derartigen Scanning-Verfahren ist, dass nahezu beliebige Tumorformen therapiert werden können. In der Praxis läuft speziell die Therapie mit Schwerionenstrahlen unter Verwendung einer sogenannten„Bestrahlungsplanung" ab. Dies rührt daher, da es zu einer großen Anzahl an unterschiedlichen Wechselwirkungen zwischen den Schwerionen des Teilchenstrahls und dem Gewebe kommt, de- ren rechnerische Berücksichtigung sehr aufwändig ist. Bei einer numerischen Behandlung des Problems benötigen beispielsweise auch heute verfügbaren schnelle Computer Rechenzeiten im Bereich von Minuten bis Stunden.
Am Anfang einer Behandlung wird zunächst vom Arzt eine (biologisch wirksame) Dosisverteilung für den Patienten verschrieben. Die Dosisverteilung hängt dabei vom jeweiligen Volumenbereich im Patientenkörper ab. Vereinfacht gesprochen muss die wirksame Dosis im Bereich des Tumors über einem Schädigungsgrenzwert liegen, sodass das Tumorgewebe zerstört wird. Dagegen ist das umliegende Gewebe möglichst wenig (im Idealfall überhaupt nicht, was jedoch in aller Regel technisch nicht durchführbar ist) zu belasteten. Insbesondere wenn benachbart zum Tumorgewebe kritische Gewebebereiche, wie beispielsweise sogenannte OARs (englisch für„Organ At Risk") liegen, wird hier oftmals ein oberer Grenzwert festgelegt, der nicht überschritten werden darf, damit es zu keiner Schädigung dieser kritischen Gewebebereiche kommt. Bei solchen kritischen Geweben kann es sich beispielsweise um Hauptblutgefäße, Nervenknoten oder das Rückenmark handeln. Ausgehend von der vom Arzt verschriebenen Dosisverteilung wird anschließend die Bestrahlungsplanung erstellt. Dabei wird - grob gesprochen - die vom Arzt verschriebene (biologisch wirksame) Dosisverteilung in ein von der Bestrahlungsvorrichtung verwendbares Format (Steuerparametersatz) umgerechnet. In der Praxis erfolgt dies dadurch, dass berechnet wird, welchen biologischen Effekt ein dünner Teilchenstrahl, der aus einer oder aus mehreren Richtungen mit einem bestimmten (dreidimensionalen) Bewegungsmus- ter (bei Scanning-Verfahren) in den Zielvolumenbereich des Zielkörpers eingebracht wird, verursacht. Die so berechneten biologischen Effekte werden mit der vom Arzt verschriebenen biologisch wirksamen Dosisverteilung verglichen. Durch Optimierungsverfahren wird versucht, die Differenz zwischen der verschriebenen Dosisverteilung und der laut Rechnung eingebrachten biologisch wirksamen Dosisverteilung zu minimieren.
Im Rahmen der Bestrahlungsplanung werden insbesondere auch Dosisbeiträge berücksichtigt, die der Teilchenstrahl in andere Volumenbereiche (zum Beispiel in einzelne Rasterpunkte) einbringt. Dabei sind in aller Regel die Dosisbeiträge hinter dem (distal zum)„aktuellen" Volumenbereich (Rasterpunkt) sehr klein (sodass diese oftmals auch vernachlässigt werden können), wohingegen in Strahlrichtung gesehen vor dem (proximal zum)„aktuellen" Volumenbereich (Rasterpunkt) durchaus relevante Dosiseinträge erfolgen können. Weiterhin ist - insbesondere im Falle von Schwerionen- Teilchenstrahlung - zu berücksichtigen, dass die sogenannte relative biologische Wirksamkeit (RBE für englisch:„Relative Biological Effect") in komplexer und nichtlinearer Weise von physikalischen Parametern abhängt. Beispielsweise ändert sich typischerweise der Zusammenhang zwischen der deponierten physikalischen Dosis (korrespondierend mit dem Energieverlust des Teilchenstrahls) und der Gewebeschädigung (also der biologisch wirksamen Dosis) in Abhängigkeit von der Teilchenenergie. Weiterhin kann es - wiederum insbesondere im Fall von Schwerionen-Teilchenstrahlung - zu sogenannter Sekundärstrahlung durch zerfallende Schwerionen kommen. Auch dies bringt nichtlineare biologische Effekte mit sich. Darüber hinaus verändert sich die eingebrachte Dosis (sowohl die physikalische, als auch die biologisch wirksame Dosis) mit der Gewebeart, sodass (unter anderem) Knochen, Muskelgewebe, Blutgefäße, Hohlräume und dergleichen bei der Bestrahlungsplanung unterschiedlich zu gewichten sind. Einen Überblick über die Probleme bei der Erstellung von Bestrahlungsplanungen findet sich beispielsweise in den beiden Artikeln„Treatment Planning for Heavy Ion Ra- diotherapy: Clinical Implementation and Application" von M. Krämer, O. Jäkel, G. Haberer, G. Kraft, D. Schardt und 0. Weber in Phys. Med. Biol., Vol. 45, Jahrgang 2000, Seite 3.299 bis 3.317, sowie„Treatment Planning for Heavy Ion Radiotherapy: Calculation and Optimisation of Biologically Effecti- ve Dose" von M. Krämer und M. Scholz in Phys. Med. Biol., Vol. 45, Jahrgang 2000, Seite 3.319 bis 3.330.
Ein großes Problem bei heute üblichen Bestrahlungsplanungen besteht darin, dass diese in aller Regel von einem fixen Parameter-Datensatz ausge- hen. Derartige Parameter sind beispielsweise die Betriebsparameter der Beschleunigeranlage, die Tumorverteilung, die Verteilung unterschiedlicher Gewebearten, die Teilchenstrahlgröße und Energie, die Position des Patienten relativ zur Beschleunigeranlage, die Lage des Tumors innerhalb des Patienten, das Strahlprofil, die Bewegung des Patienten sowie die Bewegung von Tumorbereichen durch Atmung, Herzschlag und sonstige innere Bewegungen des Patienten usw. Diese (jeweils als fix angenommenen) Parameter werden zur Erstellung der Bestrahlungsplanung verwendet.
So wie es ganz allgemein in der Technik der Fall ist, kommt es jedoch auch vorliegend zu Ungenauigkeiten, die beispielsweise von Geräteschwankungen, Messungenauigkeiten und dergleichen herrühren können. Es hat sich nun herausgestellt, dass bei der Erstellung von Bestrahlungsplanungen die Schwankungen von bestimmten Parametern sehr große Auswirkungen auf die resultierende Bestrahlungsplanung und die effektiv eingebrachte biolo- gisch wirksame Dosis haben können. Es kann somit der Fall eintreten, dass eine Bestrahlungsplanung, die in der Theorie eine an sich sehr gute Dosisverteilung erzeugt, in der Praxis höchst nachteilig ist, da diese sehr empfindlich auf auch nur leichte Parameterschwankungen mit großen Dosisverteilungsänderungen reagiert (also nicht robust ist). In die Bewertung der„Ro- bustheit" einer Bestrahlungsplanung gegenüber Schwankungen von Parameterwerten fließt derzeit viel Erfahrung und Gefühl der die Bestrahlungs- Planung erstellenden Person (in der Regel ein Arzt und/oder ein Medizinphysiker) ein. Eine„echte", insbesondere eine quantitative Bewertung der Robustheit der Bestrahlungsplanung findet jedoch nicht statt. Eine solche - möglichst auch quantitative - Bewertung der„Robustheit" der Bestrahlungsplanung ist jedoch wünschenswert, um verbesserte Dosisverteilungen und somit schlussendlich bessere Therapieerfolge erwirken zu können. Die Aufgabe der Erfindung besteht somit darin, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zur Erstellung einer Bestrahlungsplanung vorzuschlagen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Vorrichtung zur Erstellung einer Bestrahlungsplanung vorzuschlagen.
Die Erfindung löst diese Aufgabe.
Es wird vorgeschlagen, ein Verfahren zur Erstellung einer Bestrahlungsplanung derart durchzuführen, dass zumindest zeitweise und/oder zumindest bereichsweise die Auswirkungen zumindest einer Unsicherheit auf die Bestrahlungsplanung berechnet, bewertet, dargestellt und/oder berücksichtigt werden. Auf diese Weise kann die Unsicherheit, die durch in der Praxis unvermeidliche Fehlannahmen, Messfehler bzw. Parameterschwankungen der Beschleunigervorrichtung, der Messsensorik oder des Patienten (usw.) ent- stehen können, zumindest qualitativ, vorzugsweise jedoch auch quantitativ erfasst werden. Die Unsicherheit wird dabei bevorzugt automatisiert berücksichtigt. Insbesondere ist es möglich, dass - in der Regel ausgehend von nominellen Parameterwerten - bestimmte Schwankungen bzw. Schwankungsmuster auf einen jeweiligen "Startwert" aufgeprägt werden. Die Größe der dabei aufgeprägten Schwankungen bzw. die Art der Schwankungsmuster wird dabei basierend auf real auftretenden Schwankungen bzw. realisti- scherweise zu erwartenden Schwankungen bestimmt. Eine automatisierte Berücksichtigung schließt dabei im Übrigen nicht aus, dass (insbesondere bis zu einem gewissen Grad) ein manueller Eingriff erfolgen kann bzw. durch manuelle Vorgabe unterschiedliche automatisierte Schwankungsmuster ausgewählt werden können. Eine derartige (teilweise) automatisierte Berücksichtigung zumindest einer Unsicherheit kann sich ganz allgemein im Rahmen des vorgeschlagenen Verfahrens als vorteilhaft erweisen, insbesondere auch bezüglich der im Folgenden genannten möglichen Weiterbildungen des vorgeschlagenen Verfahrens. Das Ergebnis des Bestrahlungs- planungsprozesses kann dadurch besser und insbesondere robuster werden. Ein weiterer Vorteil ist, dass vorteilhafte Bestrahlungsplanungen in aller Regel auch deutlich unabhängiger vom Können, Erfahrungsgrad,„Gefühl" usw. der mit der Bestrahlungsplanung involvierten Person(en) ausfallen können. Dadurch kann es beispielsweise möglich werden, dass im Verhältnis zu heute auch weniger hoch qualifizierte Fachkräfte für die Erstellung von Bestrahlungsplanungen eingesetzt werden können. Die Auswirkungen, die eine Unsicherheit (bzw. mehrere Unsicherheiten, insbesondere eine größere Anzahl von relevanten Unsicherheiten, insbesondere im Wesentlichen alle und/oder alle relevante Unsicherheiten) auf die Ergebnisse der Bestrahlungsplanung hat, können dabei in beliebiger Weise berechnet, bewertet, dargestellt und/oder berücksichtigt werden. Eine Berechnung kann beispielsweise dahingehend erfolgen, dass die Werte lediglich intern berechnet werden. Sinnvoller ist es jedoch, wenn mit den berechneten Werten auch etwas„angefangen" wird. Insbesondere kann es sich als sinnvoll, erweisen, wenn eine Bewertung der (vorläufigen) Bestrahlungsplanung, insbesondere eine von der Bestrahlungsplanungsvorrichtung selbst herbeigeführte Bewertung der (vorläufigen) Bestrahlungsplanung durchgeführt wird. Beispielsweise kann dies dadurch erfolgen, dass eine Bestrahlungsplanung blockiert bzw. nicht ausgegeben wird, wenn die Auswirkungen einer Unsicherheit zu groß sind und insbesondere über einem bestimmten Grenzwert liegen. Auch kann eine „zulässige" Bestrahlungsplanung erstellt und/oder freigegeben werden, die insbesondere unterhalb eines bestimmten Grenzwerts liegt. Vorteilhaft ist es jedoch auch, wenn die Auswirkungen der Unsicherheiten beispielsweise zumindest zeitweise und/oder zumindest teilweise qualitativ und/oder quantitativ der die Bestrahlungsplanung erstellenden Person (bzw. die die Bestrahlungsplanung erstellenden Personen) dargestellt werden. Die entsprechenden Personen können dann (beispielsweise basierend auf ihrer Erfahrung) die Bestrahlungsplanung derart optimieren, dass auch die Auswirkungen der Unsicherheiten beispielsweise besonders klein und/oder auf sonstige Weise vorteilhaft sind (mit anderen Worten also besonders robust sind). Besonders vorteilhaft kann es jedoch auch sein, wenn die Auswirkungen der zumindest einen Unsicherheit im Rahmen der Bestrahlungsplanung zumindest zeitweise und/oder zumindest teilweise (automatisiert) berücksichtigt werden. So kann beispielsweise ein Optimierungsalgorithmus selbsttätig eine Optimierung auch hinsichtlich der Auswirkungen der zumindest einen Unsicherheit durchführen (mit anderen Worten eine Optimierung hinsichtlich der Robustheit der Bestrahlungsplanung durchführen), so dass dadurch beispielsweise ein (lokales) Minimum erreicht werden kann. Unter den Auswirkungen einer Unsicherheit ist insbesondere eine Schwankung der Dosisverteilung im zu bestrahlenden Volumen bzw. in Teilen des zu bestrahlenden (beziehungsweise des nicht zu bestrahlenden) Volumens zu verstehen. Insbesondere kann sich dies auf (nach Möglichkeit zu vermeidende) Unterdosierungen im Bereich des zu therapierenden Tumors und/oder Überdosierungen im gesunden Gewebe, insbesondere in Bereichen, in denen empfindliches Gewebe (wie OARs) vorhanden ist, beziehen.
Vorteilhaft ist es, wenn bei dem Verfahren die zumindest eine Unsicherheit zumindest zeitweise und/oder zumindest teilweise eine Schwankung zumindest eines Parameters darstellt, insbesondere eine Schwankung zumindest eines Parameters in einem typischen und/oder maximal zu erwartenden Rahmen darstellt. Auch in diesem Zusammenhang kann sich eine automatisierte Berücksichtigung der Unsicherheit als vorteilhaft erweisen. Insbeson- dere ist es möglich, auf (teilweise) automatisierte Weise eine Schwankung um einen nominellen "Startwert" eines Parameters auf diesen Parameter aufzuprägen. Die Größe und Art der hierzu verwendeten Schwankungen orientiert sich dabei bevorzugt an der Realität bzw. der "erwarteten Realität". Es können also beispielsweise mehrere Bestrahlungsplanungen berechnet werden, und diese anschließend miteinander verglichen werden. Die Berechnung kann dabei derart erfolgen, dass eine Bestrahlungsplanung für den Fall gerechnet wird, dass der betreffende Parameter seinen nominellen Wert aufweist, eine Bestrahlungsplanung für den Fall gerechnet wird, dass der be- treffende Parameter seinen typischen Maximalwert einnimmt, eine Bestrahlungsplanung für den Fall gerechnet wird, dass der betreffende Parameter seinen im realen Betrieb maximal zu erwartenden Wert aufweist, eine Bestrahlungsplanung für den Fall gerechnet wird, dass der betreffende Parameter seinen typischen Minimalwert einnimmt und/oder eine Bestrahlungs- planung für den Wert gerechnet wird, dass der betreffende Parameter seinen minimalen, im realen Betrieb zu erwartenden Wert einnimmt. Zusätzlich oder alternativ ist es auch möglich, dass (weitere) Zwischenwerte berechnet werden. Diese können beispielsweise so gewählt werden, dass sie geeignet statistisch verteilt sind, zum Beispiel derart, dass sie den realistischer Weise über die Zeit zu erwartenden Parameterwerten entsprechen (vorzugsweise kann hier eine geeignete statistische Gewichtung vorgesehen werden). Bei Vorhandensein mehrerer Parameter ist es grundsätzlich in beliebiger Weise möglich, dass die betreffenden Parameter jeweils„eindimensional" variiert werden, oder dass eine Variation bei n Parametern in Form eines n- dimensionalen Raums erfolgt. Selbstverständlich sind zwischen diesen beiden Extremen auch dazwischen liegende Strategien möglich und gegebenenfalls sinnvoll und zu bevorzugen. Die jeweils erhaltenen Bestrahlungsplanungen können anschließend miteinander verglichen werden. Beispielsweise ist es möglich, dass die jeweils erhaltenen Bestrahlungsplanungen „lediglich" der die Bestrahlungsplanung erstellenden Person dargestellt werden. Möglich ist es auch, dass durch Anwendung mathematischer Fit- Verfahren bestimmte Tendenzen angezeigt werden und/oder in einem zumindest eingeschränkten Rahmen eine automatisierte Optimierung erfolgt. Eine Berechnung sollte insbesondere für solche Parameter erfolgen, die beispielsweise erfahrungsgemäß einen besonders großen Einfluss auf das Er- gebnis der Bestrahlungsplanung haben. Parameter, die beispielsweise erfahrungsgemäß nur einen geringen oder (annähernd) keinen Einfluss auf die Bestrahlungsplanung haben, sollten dagegen aus Rechenzeitgründen nicht oder nur mit einer geringeren„Auflösung" (Rechenpunktdichte) berücksichtigt werden. Besonders vorteilhaft kann es sein, wenn die Dichte an Rechen- punkten für den jeweiligen Parameter dessen (beispielsweise erfahrungsgemäß zu erwartende) Auswirkung auf die Bestrahlungsplanung widerspiegelt.
Grundsätzlich können als Unsicherheit und/oder als Parameter alle Werte verwendet werden, die eine Auswirkung/einen Einfluss auf die Bestrahlungs- planung haben, insbesondere solche, die eine nicht zu vernachlässigende, eine größere und/oder eine signifikante Auswirkung auf die Bestrahlungsplanung haben. Bevorzugt ist es insbesondere, wenn zumindest eine Unsicherheit und/oder zumindest eine Schwankung zumindest eines Parameters und/oder zumindest ein Parameter zumindest zeitweise und/oder zumindest teilweise der Gruppe entnommen ist, die die Patientenpositionierung, die Bewegungserfassung, die Strahlreichweite, das Strahlprofil, die Strahllage und die Gewebeart umfasst. Es hat sich gezeigt, dass insbesondere die genannten Größen eine üblicherweise besonders große Auswirkung auf die Bestrahlungsplanung haben. Als„Patientenpositionierung" sind dabei insbe- sondere Lagerungsungenauigkeiten des Patienten zu verstehen. Typischerweise werden Patienten mit Hilfe eines Immobilisierungssystems bzw. eines Patientenpositionierungssystems gelagert, wobei Lagerungsungenauigkeiten im Bereich von typischerweise Millimetern auftreten können. Eine Berücksichtigung der Patientenpositionierung kann beispielsweise als Verschiebung des Isozentrums und/oder als eine Rotation des Strahleintrittskanals bei der Dosisberechnung berücksichtigt werden. Unter „Bewegungserfassung" ist insbesondere eine Größe zu verstehen, die aufgrund von Abweichungen bei der Bewegungserfassung des Patienten bzw. von Teilen des Patienten erfolgt. Beispielsweise kann die Atmung eines Patienten mit Hilfe von Dehnungsmessstreifen, bildgebenden Verfahren (z. Bsp. CT und/oder Überwa- chung mit Hilfe einer Videokamera) verfolgt werden und hierauf basierend auf die aktuelle Lage eines sich bewegenden Zielvolumenbereichs (z. Bsp. ein im Lungengewebe angeordneter Tumor) geschlossen werden. Hierbei kann es zu Unsicherheiten kommen, die beispielsweise durch Erfassungsfehler der Messvorrichtung (z. Bsp. Bildfehler einer Videokamera, Messfehler eines Dehnungsmessstreifens usw.), durch Fehler bei der Korrelation zwischen Messwert und Position des Zielvolumenbereichs, durch Phasenfehler, durch Latenzfehler zwischen Bewegungssurrogat und eigentlicher Bewegung und dergleichen hervorgerufen werden können. Derartige Fehler können beispielsweise durch Manipulationen der Bewegungstrajektorie des Zielvo- lumenbereichs im Rahmen einer 4-D-Dosisberechnung berücksichtigt werden. Unter„Strahlprofil" (sowohl lateral, als auch longitudinal) sind insbesondere Unzulänglichkeiten in Bezug auf die Formgebung des Teilchenstrahls (anzustreben ist in der Regel eine kreisförmige Strahlprofilform mit Gauss- Profil) in Folge technischer Limits oder Unzulänglichkeiten zu verstehen. Un- ter„Strahllage" (sowohl lateral als auch longitudinal) sind insbesondere Positionierungsfehler zu verstehen, die durch eine Teilchen- Energiemodulationseinrichtung, durch Fehler eines lateralen Teilchenablenksystems (beispielsweise Magnetfeldspulen) und dergleichen entstehen können. Derartige Ungenauigkeiten können insbesondere durch technisches Limits oder Unzulänglichkeiten entstehen. Sie können durch Variation des Isozentrums und/oder durch Rotation des Strahleintrittskanals berücksichtigt werden. Unter„Strahlreichweite" kann insbesondere die Reichweite des Teilchenstrahls aufgrund der unterschiedlichen Dämpfungswirkung unterschiedlicher Gewebearten im Patienten verstanden werden. Die sogenannten Hounsfield-Einheiten, die beispielsweise aus einem CT-Datensatzes ausgelesen werden können, müssen für die Ansteuerung einer Teilchenbeschleu- nigervorrichtung in wasserequivalente Reichweiten umgerechnet werden. Dies kann beispielsweise mit Hilfe einer Tabelle erfolgen. Eine derartige Tabelle hat jedoch nur eine endliche Genauigkeit. Unsicherheiten in der Strahlreichweite können beispielsweise durch Manipulation der Hounsfield- Einheiten-Reichweite-Tabelle und/oder durch eine globale Verschiebung erreicht werden. Unter„Gewebeart" ist insbesondere ein Wert zu verstehen, der Ungenauigkeiten bezüglich der (gemessenen) Gewebeart, und damit in Bezug auf die unterschiedliche Dämpfungswirkung und/oder biologische Wirksamkeit des Teilchenstrahls auf das entsprechende Gewebe berück- sichtigt. Dies kann beispielsweise dadurch berücksichtigt werden, dass die Gewebegrenzen und/oder die Gewebeeigenschaften variiert werden.
Vorteilhafterweise kann das Verfahren derart ausgeführt werden, dass die Auswirkungen von zumindest einer Unsicherheit zumindest zeitweise und/oder zumindest teilweise durch Vergleich von zumindest zwei, bevorzugt von einer Mehrzahl von Bestrahlungsplanungsergebnissen berechnet, dargestellt und/oder berücksichtigt werden. Speziell der Vergleich einer Mehrzahl von Bestrahlungsplanungergebnissen und/oder die Berücksichtigung von zwei oder mehr Unsicherheiten kann besonders bevorzugt (zumindest teilweise) automatisiert durchgeführt werden. Auch in diesem Zusammenhang ist selbstverständlich ein (teilweiser) manueller Benutzereingriff und/oder eine manuelle Benutzer-Justage denkbar. Insbesondere können dabei Bestrahlungsplanungsergebnisse genutzt werden, welche durch zumindest zeitweise und/oder zumindest teilweise Variation beziehungsweise durch Schwankung zumindest eines Parameters ermittelt wurden. Die erhaltenen Bestrahlungsplanungsergebnisse (vorzugsweise durch Schwankung zumindest eines Parameters, gegebenenfalls aber auch auf anderem Wege ermittelt) können - wie bereits weiter oben erläutert -„lediglich" der die Bestrahlungsplanung erstellenden Person dargestellt werden, und/oder auto- matisiert, beispielsweise unter Verwendung von an sich bekannten numeri- sehen Optimierungsstrategien, genutzt werden, um schlussendlich zu einer verbesserten, insbesondere robusteren Bestrahlungsplanung zu kommen.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn zumindest zeitweise und/oder zumindest bereichsweise eine Mehrzahl von Unsicherheiten berechnet, bewertet, dargestellt und/oder berücksichtigt wird. Vorzugsweise werden dabei insbesondere solche Unsicherheiten (beziehungsweise deren Auswirkungen) berücksichtigt, welche größere, relevante, signifikante und/oder nicht zu vernachlässigende Auswirkungen auf die Bestrahlungsplanung aufweisen. Beson- ders vorteilhaft ist es, wenn (im Wesentlichen) sämtliche, derart relevanten Parameter berücksichtigt werden. Es kann sich jedoch bereits als vorteilhaft erweisen, wenn lediglich eine einzelne Unsicherheit und/oder eine gewisse Anzahl (insbesondere Teilmenge) an Unsicherheiten berücksichtigt werden. Insbesondere wird vorgeschlagen, das Verfahren derart durchzuführen, dass die Auswirkungen zumindest einer Unsicherheit zumindest zeitweise und/oder zumindest teilweise visuell, insbesondere grafisch dargestellt werden. Es hat sich gezeigt, dass das menschliche Auge besonders geeignet ist, eine große Anzahl an grafisch dargestellten Informationen in kurzer Zeit zu verarbeiten. Auf diese Weise ist eine für die die Bestrahlungsplanung erstellende Person besonders komfortable, schnelle und in der Regel intuitive Benutzung des Verfahrens möglich. Auch können typischerweise besonders gute Ergebnisse der Bestrahlungsplanung erzielt werden. Darüber hinaus ist darauf hinzuweisen, dass bereits bei heutigen Verfahren zur Erstellung von Bestrahlungsplanungen oftmals eine visuelle Schnittstelle für die die Bestrahlungsplanungen erstellende Person existiert. Insofern kann das Verfahren vorteilhafterweise auf bereits existierender Hardware durchgeführt werden (bzw. können etwaige Hardwareänderungen in kleinerem, vertretbaren Aufwand gehalten werden) und/oder die die Bestrahlungsplanung erstellen- de Person muss nicht aufwändig umlernen, ehe sie das Verfahren nutzen kann. Vorteilhaft kann es sein, wenn das Verfahren derart durchgeführt wird, dass die Auswirkungen zumindest einer Unsicherheit zumindest zeitweise und/oder zumindest teilweise als Absolutwert, als absolute Schwankung, als relative Schwankung, als Grenzwertannäherung und/oder als Flag-Anzeige ausgegeben werden. Eine Anzeige als Absolutwert kann beispielsweise einen errechneten Maximalwert bzw. Minimalwert darstellen (Ausgabe z. Bsp. als Angabe der deponierten Dosis). Auch ist eine Anzeige in Form einer relativen Schwankung möglich, also beispielsweise indem angezeigt wird, wie viel Prozent der„eigentlich" zu deponierende Dosis überschritten bzw. unterschritten ist. Auch kann eine absolute Schwankung angegeben werden, die beispielsweise in Einheiten der deponierten Dosis ein potentielles Überschreiten bzw. Unterschreiten der gewünschten Dosis (Solldosis) darstellt. Eine weitere Anzeigeform ist, in wie weit man sich an einen Grenzwert an- nähert, oder in wie weit dieser bereits überschritten ist (beispielsweise in Form einer relativen und/oder einer absoluten Anzeige). Auch eine Flag- Anzeige ist denkbar, die beispielsweise binär darstellt, ob man sich noch innerhalb einer zulässigen Schwankungsbreite (beziehungsweise innerhalb einer enger gewählten Test-Schwankungsbreite) befindet, oder ob diese be- reits verlassen wurde. Vorteilhaft ist es insbesondere, wenn die Art der Anzeige veränderbar ist und/oder zwischen unterschiedlichen Anzeigeformen gewechselt werden kann. Weiter vorteilhaft kann es sein, wenn die Veränderung beziehungsweise der Wechsel von der die Bestrahlungsplanung durchführenden Person durchführbar ist. Insbesondere hat sich in ersten Versu- chen gezeigt, dass eine Verwendung von mehreren Darstellungsformen üblicherweise besonders gute Ergebnisse der Bestrahlungsplanung möglich macht. Insbesondere sind bei der Erstellung einer Bestrahlungsplanung oftmals zu unterschiedlichen Zeitpunkten unterschiedliche Anzeigeformen erwünscht bzw. sinnvoll. Besonders vorteilhaft kann es sein, wenn bei dem Verfahren zumindest zeitweise und/oder zumindest teilweise eine Flicker-Darstellung, eine farbcodier- te Darstellung, Eine Graustufen-Darstellung, eine Isolinien-Darstellung, eine Washing-Darstellung und/oder eine Zeichendarstellung erfolgt. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn die Art der Anzeige veränderbar ist und/oder gewechselt werden kann, insbesondere in Abhängigkeit von dem spezifischen Wunsch der die Bestrahlungsplanung erstellenden Person. Auch hier kann durch Verwendung insbesondere mehrerer Darstellungsarten üblicherweise ein besonders hoher Benutzerkomfort und/oder eine besonders vorteilhafte Bestrahlungsplanung realisiert werden. Eine Zeichendarstellung kann beispielsweise durch Anzeigen von Zahlenwerten, oder aber auch durch Anzeigen eines Kreuzes bzw. eines Hakens (für„liegt außerhalb eines zusätzlichen Grenzwerts" bzw.„liegt innerhalb eines zusätzlichen Grenzwerts") erfolgen. Farbcodierte Darstellungen, Graustufen-Darstellungen, Isolinien- Darstellungen und Washing-Darstellungen sind in der Regel besonders intuitiv für die die Bestrahlungsplanung erstellende Person. Insbesondere werden derartige Darstellungen zum Teil bereits für die Erstellung von Bestrahlungsplanungen genutzt, sodass ein besonders schnelles Erlernen des vorgeschlagenen Verfahrens möglich ist. Speziell eine Flicker-Darstellung ist be- sonders vorteilhaft, da in zeitlicher Abfolge unterschiedliche Bilder nacheinander gezeigt werden. Hier kann beispielsweise durch die„Zeitachse" die zusätzliche, darzustellende Dimension realisiert werden. Die Flicker- Darstellung ist insbesondere mit den anderen, explizit vorgeschlagenen Darstellungsarten, jedoch auch mit beliebigen weiteren Darstellungsarten be- sonders vorteilhaft. Die Frequenz des Bildwechsels kann bei der Flicker- Darstellung so gewählt werden, dass der Wechsel noch vom menschlichen Auge erkannt werden kann. Es ist aber auch möglich, dass die Frequenz des Bildwechsels so hoch gewählt wird, dass der Bildwechsel nicht mehr als solcher erkannt wird, sondern für das menschliche Auge aus den unterschiedli- chen Bildern ein einzelnes Bild mit„gemischten Farben" entsteht. Eine weitere bevorzugte Weiterbildung des Verfahrens ergibt sich, wenn die Bestrahlungsplanung zumindest zeitweise und/oder zumindest teilweise als 3-D-Bestrahlungsplanung und/oder als 4-D-Bestrahlungsplanung durchgeführt wird. Dabei eignet sich eine 3-D-Bestrahlungsplanung insbesondere für im Wesentlichen feststehende Zielvolumenbereiche (gegebenenfalls auch für bewegliche Zielvolumenbereiche, die mit Hilfe von „Gating"- Bestrahlungsverfahren bestrahlt werden). Eine 4-D-Bestrahlungsplanung ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn ein sich bewegendes Zielvolumengebiet zu bestrahlen ist, insbesondere dann, wenn das sich bewegende Zielvolu- mengebiet aktiv„nachverfolgt" wird, wie insbesondere mithilfe sogenannter „Tracking"-Bestrahlungsverfahren (üblicherweise als Scanning-Verfahren, Spot-Scanning-Verfahren, kontinuierliche Scanning-Verfahren, Raster- Scanning-Verfahren und/oder intensitätsmodulierte Raster-Scanning- Verfahren durchgeführt).
Weiterhin wird eine Vorrichtung zur Erstellung einer Bestrahlungsplanung vorgeschlagen, die derart ausgebildet und eingerichtet ist, dass sie ein Verfahren mit den vorab beschriebenen Eigenschaften durchführt. Die entsprechende Vorrichtung weist dann die vorab beschriebenen Eigenschaften und Vorteile in analoger Weise auf. Bei der Vorrichtung kann es sich insbesondere um „klassische", softwaregesteuerte elektronische Rechner handeln. Selbstverständlich können die Rechner aus einer Vielzahl von Einzelrechnern bestehen, die beispielsweise durch elektronische Netzwerke miteinander verknüpft sind. Dabei kann es sich in beliebiger Weise um sogenannte Workstation-Farmen handeln oder auch um verteilte Computernetzwerke, bei denen die Computer nicht an einem einzelnen Ort angeordnet sind, sonder räumlich weit voneinander beabstandet sein können, und beispielsweise über Internet, virtuelle Privatnetzwerke (VPN) und dergleichen miteinander gekoppelt sein können (zum Beispiel so genanntes„distributed Computing"). Insbesondere ist es möglich, dass das Verfahren auf solchen Vorrichtungen durchgeführt wird, die bereits zur Erstellung von„klassischen" Bestrahlungs- Planungen genutzt werden. Dadurch kann ein besonders schneller Einsatz des vorgeschlagenen Verfahrens, bzw. eine besonders schnelle Migration auf das vorgeschlagene Verfahren ermöglicht werden.
Schließlich wird auch eine Speichereinrichtung beansprucht, welche zumindest eine Bestrahlungsplanung enthält, die zumindest zeitweise und/oder zumindest teilweise gemäß dem vorab beschriebenen Verfahren erstellt wurde. Bei der Speichereinrichtung kann es sich um eine beliebige elektronische Speichereinrichtung handeln, wie beispielsweise den Speicherbereich eines elektronischen Rechners (RAM, Festplatten und dergleichen). Insbesondere kann es sich auch um eine Datenträgereinrichtung handeln, wie beispielsweise nach dem derzeitigen Stand der Technik um eine Diskette, um eine CD, um eine DVD, um eine Blue-Ray-Disc, um einen USB-Stick, um eine Wechselplatte, um einen magnetoptischen Datenträger usw.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand vorteilhafter Ausführungsbeispiele und unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 : ein schematischer Ablaufplan für ein Verfahren zur Erstellung einer Bestrahlungsplanung;
Fig. 2: eine Vorrichtung zur Erstellung einer Bestrahlungsplanung in schematischer, perspektivischer Ansicht;
Fig. 3: ein erstes Beispiel für eine Darstellungsmöglichkeit der Auswirkungen von Unsicherheiten auf die Bestrahlungsplanung; Fig. 4: ein zweites Beispiel für eine Darstellungsmöglichkeit der Auswirkungen von Unsicherheiten auf die Bestrahlungsplanung.
In Fig. 1 ist ein schematischer Ablaufplan für ein Verfahren zur Erstellung einer Bestrahlungsplanung 1 dargestellt, bei dem die Auswirkungen von Un- Sicherheiten auf das Bestrahlungsergebnis im Rahmen der Bestrahlungsplanung berücksichtigt werden.
Das Verfahren zur Erstellung einer Bestrahlungsplanung 1 beginnt mit dem Startschritt 2. Hier werden die Ausgangsdaten für die Erstellung einer Bestrahlungsplanung bereitgestellt. Als Ausgangsdaten werden beispielsweise Daten über Ort, Lage, Ausdehnung, Gewebeart und dergleichen eines zu therapierenden Tumors eingelesen. Weiterhin werden Information über das umliegende Gewebe und dessen Strahlungsresistenz, insbesondere auch Informationen über kritisches Gewebe, welches besonders empfindlich auf eine höhere Belegung mit einer Dosis reagiert (sogenannte OARs =„Organ At Risk") zur Verfügung gestellt. Weiterhin liegt die von einem Arzt verschriebene Soll-Dosisverteilung beim Startschritt 2 des Verfahrens 1 vor. In dieser Verschreibung wird beispielsweise definiert, mit welcher Strahlenbe- lastung das Tumorgewebe beaufschlagt werden soll. Gegebenenfalls sind auch Angaben bezüglich einer Maximaldosis für (Teile) des umgebenden Gewebes vorhanden.
Basierend auf dem im Start-Schritt 2 zur Verfügung gestellten Informationen werden in einem darauf folgenden Schritt 3 der Tumor, die Risikostrukturen und gegebenenfalls sonstige Gewebebereiche konstruiert. Das heißt, es wird der Ort und die Ausdehnung des Tumors und der Risikostrukturen in das „numerische Format" der Vorrichtung, auf dem die Bestrahlungsplanung erstellt wird (beispielsweise ein sehr leistungsfähiger Computer) umgerechnet. So können beispielsweise die entsprechenden Gewebebereiche mit Begrenzungslinien intuitiv einsichtig dargestellt werden.
Nunmehr liegen sämtliche Daten vor, um im darauf folgenden Schritt 4 eine anfängliche Bestrahlungsplanung zu erstellen und zu optimieren. Die anfäng- liehe Bestrahlungsplanung wird dabei mit nominellen Parametern erstellt/optimiert. Das heißt, es wird zunächst davon ausgegangen, dass sämt- liehe Eingangsdaten, wie beispielsweise die Angaben über die Lage der jeweiligen Gewebe, vollständig korrekt sind, also keine Messfehler oder sonstige Veränderungen aufgetreten sind. Ebenso wird davon ausgegangen, dass sämtliche Maschinenparameter und dergleichen fehlerfrei sind, es also 5 insbesondere zu keinen Strahllagefehlern, Strahlenergiefehlern, Strahlformfehlern und dergleichen kommt. Dies entspricht der bisherigen, gemäß dem Stand der Technik erfolgenden Bestrahlungsplanung (sieht man einmal von dem "Gefühl" der die Bestrahlungsplanung erstellenden Person ab). Lediglich der Vollständigkeit halber wird darauf hingewiesen, dass die Bestrahl t] lungsplanung in der Regel iterativ erfolgt und zum Teil mehrere durch die die Bestrahlungsplanung erstellende Person initiierte Ausgangsversuche (die gegebenenfalls mit nach "Gefühl" erstellten manuellen Vorgaben gestartet werden) erforderlich sein können.
15 Es ist leicht einsichtig, dass die Annahme idealer Daten in der Praxis nicht zutreffend ist. In der Praxis sind sämtliche Ausgangsdaten (beispielsweise die Lage des Tumorgewebes) stets mit einem gewissen Fehler verbunden. Diese Fehler können einerseits durch die Messapparatur bedingt sein (beispielsweise bei der Erfassung mit einem Computertomografen (= CT) oder 0 einem sonstigen Erfassungssystem). Speziell bei 4-D-Bestrahlungsverfahren (also bei Verfahren zur Bestrahlung sich bewegender Tumore) ist der Einsatz eines CTs während der Bestrahlung unpraktikabel bzw. unerwünscht. In derartigen Fällen wird daher während der Datenerfassung mit einem CT üblicherweise gleichzeitig ein sogenanntes Bewegungssurrogat aufgenommen. 5 Hierbei kann es sich um eine Erfassung einer Bewegung mit einer Videokamera, um einen um einen Brustkorb gelegten Dehnungsmessstreifen, oder dergleichen handeln. Anschließend kann man während der eigentlichen Therapie vom Bewegungssurrogat auf die CT-Daten und damit auf die eigentliche Lage des zu therapierenden Zielvolumenbereichs schließen. Möglich ist 0 es aber auch, dass ein Fehler entsteht, der nicht-technischer Natur ist. Beispielsweise liegen zwischen CT-Messung und der eigentlichen Therapie mehrere Stunden und/oder Tage (die beispielsweise zur Erstellung der Bestrahlungsplanung genutzt werden). In diesem Zeitraum kann es aufgrund von biologischen Effekten zu einer Ortsveränderung, Dichteveränderung und/oder Größenveränderung des Tumorgewebes kommen. Auch hierdurch werden Fehler erzeugt, die nicht (vollständig) beherrschbar sein können. Weitere Fehler können durch die Vorrichtung selbst entstehen. So kann aufgrund von technischen Grenzwerten der erzeugte Teilchenstrahl nicht beliebig genau sein, wodurch beispielsweise Abweichungen bei der Teilchenenergie, Teilchenlage und Teilchengeometrie ohne Weiteres auftreten kön- nen. Die Fehler können zwar grundsätzlich vergleichsweise klein sein, aber trotz ihrer gegebenenfalls geringen Diskrepanz vom Sollwert durchaus signifikante Effekte auf die Bestrahlungsplanung haben. So ist es insbesondere im Bereich von Gewebeübergängen und/oder in speziellen Gewebebereichen durchaus möglich, dass nicht akzeptable Veränderungen der schluss- endlich applizierten Dosis auftreten können.
Um die Robustheit der in Schritt 4 berechneten und optimierten Bestrahlungsplanung zu überprüfen wird beim vorgeschlagenen Verfahren 1 ein weiterer Schritt 5 durchgeführt wird, bei dem eine Mehrzahl von (relevanten) Pa- rametern variiert wird. Bei einer Anzahl n von Parametern entsteht somit ein n-dimensionaler Parameterraum. Zu jedem Parametersatz im n- dimensionalen Parameterraum wird vorliegend die resultierende Dosisverteilung pro Parametersatz berechnet. Die Variation der (Mehrzahl von) (relevanten) Parametern erfolgt dabei im vorliegenden Ausführungsbeispiel au- tomatisch. Die Größe der Variationen wird dabei beispielsweise durch die Parameter der Bestrahlungsvorrichtung, für die die Bestrahlungsplanung errechnet wird, durch die Gewebeverteilung im zu therapierenden Patienten usw. bestimmt. Die entsprechenden Werte können im Übrigen im Rahmen des Startschritts 2 (mit) eingelesen werden. Selbstverständlich ist es mög- lieh, dass bei der Erstellung der Bestrahlungsplanung ein manueller Benutzereingriff bezüglich der Variation der Parameter erfolgen kann. Dies schließt insbesondere auch unterschiedliche Berechnungsmuster/die Verwendung unterschiedlicher Berechnungsalgorithmen ein (wobei die jeweilige Berechnung dann wiederum weitgehend automatisch erfolgen kann). Ein Beispiel für Parameter, die im dargestellten Ausführungsbeispiel verändert werden (wobei es möglich ist, manche Parameter wegzulassen und/oder zusätzliche Parameter zu berücksichtigen), ist die Genauigkeit der Patientenpositionierung, die von dem verwendeten Immobilisierungssystem bzw. Patientenpositionierungssystem realisiert werden kann. Eine Ungenau- igkeit bei der Patientenpositionierung kann durch eine Verschiebung des Isozentrums des applizierten Teilchenstrahls und/oder eine Rotation des Strahleintrittskanals berücksichtigt werden. Ein weiterer Parameter, der berücksichtigt werden kann, ist (insbesondere bei 4-D-Bestrahlungsverfahren) die Bewegungserfassung, die beispielsweise bei Verwendung eines Bewe- gungssurrogats berücksichtigt werden kann. Bei der Bewegungserfassung können ungenaue Messwerte durch ungenaue Amplituden, ungenaue Phasen und/oder eine Latenz zwischen Bewegungssurrogat und der eigentlichen Bewegung (also eine Art Phasenversatz) vorliegen. Diese Ungenauigkeiten können bei der Berechnung durch geeignete Manipulationen an der für die 4-D-Dosisberechnung verwendeten Bewegungstrajektorie des Zielvolumenbereichs simuliert werden. Ein weiteres Beispiel für einen weiteren Parameter ist die Strahlreichweite. Die Ausgangsbasis für die Bestrahlungsplanung ist ein 3-D-CT-Datensatz oder ein 4-D-CT-Datensatz. Die im CT-Datensatz auftretende„Färbung" (Gewebeintensität) entspricht nicht der wasserequiva- lenten Reichweite, wie sie vom Teilchenstrahl„gesehen" wird. Eine Umrech- nung der„CT-Daten" (in Hounsfield-Einheiten (HU) gemessen) in die wasseräquivalente Reichweite erfolgt durch eine geeignete Umrechnungstabelle sowie den Parametern der Einstrahlrichtung. Da eine derartige Tabelle nur eine endliche Genauigkeit hat (aber üblicherweise auch aus anderen Grün- den), kommt es in der Regel zu entsprechenden Unsicherheiten in der Strahlreichweite. Diese können bei der vorliegenden Berechnung durch eine Manipulation der Hounsfield-Einheiten-Reichweiten-Tabelle oder eine globale Verschiebung berücksichtigt werden. Ein weiteres Beispiel ist eine Unsicherheit beim Strahlprofil (lateral und longitudinal) die durch technische Limits oder Unzulänglichkeiten beim Beschleunigungspro- zess/Strahlführungsprozess auftreten kann. Die entsprechende Unsicherheit kann durch einen entsprechend modifizierten physikalischen Dosiseintrag pro Gewebe-Volumeneinheit (Rasterpunkt) berücksichtigt werden. Noch ein weiteres Beispiel ist die Ungenauigkeit des biologischen Modells, das zur Erstellung der Bestrahlungsplanung verwendet wurde. Derartige Unsicherhei- ten können durch modifizierte biologische Modellparameter berücksichtigt werden.
Die Variation der Parameter im Verfahrensschritt 5 erfolgt vorteilhafter Weise derart, dass eine bestimmte Anzahl an Zwischenpunkten berücksichtigt wird. Die Dichte der Zwischenpunkte kann insbesondere in solchen Bereichen erhöht werden, in denen sich die resultierende Dosisverteilung besonders stark ändert (die Auswirkungen der Parameterschwankungen also besonders groß sind). Dadurch wird die Wahrscheinlichkeit erhöht, dass die lokalen Maxima bzw. die lokalen Minima möglichst vollständig erfasst werden. Die Variation der Parameter sollte darüber hinaus in einem Bereich erfolgen, der so gewählt ist, dass alle typischerweise auftretenden Parameterveränderungen und/oder alle im realen Betrieb maximal zu erwartenden Parametervariation abgedeckt werden. Sinnvoll kann es auch sein, dass zusätzlich zu den genannten Werten noch ein gewisser Sicherheitszuschlag erhoben wird, so- dass beispielsweise über die maximal im realen Betrieb zu erwartende Parameterschwankung hinaus um weitere 50 % weiter gerechnet wird (ausgehend vom Abstand zwischen Nominalwert und maximalerweise im Betrieb zu erwartendem Schwankungswert). Da eine unter Umständen größere Anzahl von Parametern und Parametervariationen zu berechnen ist, kann der Verfahrensschritt 5 eine längere Re- chenzeit beanspruchen. Insbesondere kann es erforderlich sein, mehrere hundert oder mehrere tausend Dosisverteilungen zu berechnen.
Im darauf folgenden Schritt 6 werden die Dosisunsicherheiten oder sonstige statistische Schwankungen pro Volumeneinheit bestimmt. Diese Unsicherheiten können in einem geeigneten Format gespeichert werden, wie beispielsweise in einer entsprechend dimensionalen Matrix gespeichert werden. Beispielsweise können in diesem Schritt absolute Abweichungen von der Solldosis, relative Abweichungen von der Solldosis, absolut eingebrachte Dosen, binäre Daten (die beispielsweise angeben, ob eine Dosis noch innerhalb eines zulässigen Dosisintervalls liegt, oder nicht) und dergleichen berechnet und gespeichert werden. Weiterhin ist es möglich, dass weitergehende Berechnungen durchgeführt werden, insbesondere Aufsummationen bzw. Aufintegrationen. Derartige Berechnungen sind insbesondere dann sinnvoll (und in aller Regel zu einem bestimmten - wenn auch späteren - Zeitpunkt durchzuführen), wenn beispielsweise Histogramme und dergleichen dargestellt werden sollen. In diesem Zusammenhang ist darauf hinzuweisen, dass gerade medizinisches Personal im Rahmen der Überprüfung von Bestrahlungsplanungen gerne auf so genannte „Dosis-Volumen- Histogramme" zurückgreift. Dementsprechend kann eine höhere Akzeptanz seitens des medizinischen Personals erzielt werden, wenn auch im Rahmen der vorliegend vorgeschlagenen „Fehlerbewertungsdarstellung" derartige Dosis-Volumen-Histogramme erstellt werden können. Anschließend wird im Verfahrensschritt 7 die Dosisvariation (Dosisunsicherheit) angezeigt. Beispielsweise kann dies dadurch erfolgen, dass die nominelle Dosisverteilung (Soll-Dosisverteilung) mit einer Unsicherheitsverteilung überlagert angezeigt wird. Die Anzeige kann beispielsweise als sogenannter Flicker-Plot erfolgen, bei der die nominelle Dosisverteilung und die Unsicher- heitsverteilung mit relativ hoher Frequenz abwechselnd hintereinander dargestellt werden. Das Auge reagiert erfahrungsgemäß relativ empfindlich auf Bewegungen, sodass mit Hilfe eines derartigen Flicker-Plots eine qualitativ und/oder quantitativ gute Analyse durch eine Person erfolgen kann.
Zusätzlich oder alternativ zur nominellen Dosisverteilung (insbesondere im Wechsel mit einer nominellen Dosisverteilung) kann beispielsweise die maximale Dosis und/die minimale Dosis aus der Unsicherheitsanalyse (Verfahrensschritt 6) angezeigt werden. Ebenso kann zusätzlich oder alternativ ein binärer Datensatz angezeigt werden, der z. Bsp. in grün oder rot anzeigt, ob ein vorgegebenes Akzeptanzintervall erreicht wurde. Ebenso kann zusätzlich oder alternativ eine die Unsicherheiten quantifizierende Verteilung (z. Bsp. Konfidenzverteilung) in komplementären Farben flickernd dargestellt werden. Die Unsicherheiten können insbesondere so skaliert werden, dass sie von den Farben her den Dosiswerten der jeweiligen Volumenbereiche gleichen, wenn die Unsicherheit klein und/oder tolerierbar ist, beziehungsweise als hierzu komplementäre Farben dargestellt werden. Diese Voxel können dann beispielsweise grau erscheinen (insbesondere bei einem hochfrequenten Flicker). Ebenso ist es möglich, dass anstelle eines Flickers die Verteilung mit einer gewissen Transparenz (beispielsweise 50 %-Transparenz) statisch über die Nominalverteilung gelegt dargestellt wird (zum Beispiel unter Ver- wendung von zur Nominalverteilung komplementären Farben). Die Transparenz kann dann dafür sorgen, dass Dosiswerte mit kleinen Unsicherheiten beispielsweise in einer Grauskala dargestellt werden. Größere Abweichungen können dagegen durch farbliche Darstellung (sowohl bei Flicker- Darstellung als auch bei transparenter oder sonstiger Darstellung) farblich hervortretend dargestellt werden. Die Farbe kann dabei an Ausmaß für die Abweichung sein.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, dass jeder Volumenbereich in den dargestellten Bildern (insbesondere Schnittbildern) beispielsweise mit einem Symbol überlagert angezeigt wird, das anzeigt, ob ein Konfidenzintervall eingehalten wird. Beispielsweise kann ein Hakensymbol symbolisieren, dass die Unsicherheit innerhalb eines tolerablen Intervalls liegt, während ein Kreuz für ein Überschreiten der Grenze steht. Auch eine quantitative Darstellung ist hier möglich, indem beispielsweise mehr oder weniger weit ausgefüllte Rechteckrahmen dargestellt werden (histogrammartige Darstellung).
Weiterhin ist auch eine Darstellung als Konturplot möglich. Insbesondere kann eine Darstellung über die CT-Daten gelegt erfolgen. Hier ist es insbesondere möglich, dass anhand der„real sichtbaren Struktur" eine besonders intuitive quantitative und/oder qualitative Bewertung durch den Ersteller der Bestrahlungsplanung erfolgen kann.
Eine weitere Darstellungsmöglichkeit basiert auf den - gerade von medizinischem Personal derzeit oft verwendeten - Dosis-Volumen-Histogrammen. So kann hierbei die Darstellung der auftretenden Unsicherheiten in Form von Fehlerbalken, welche über Dosis- Volumen-Histogramme gelegt werden, erfolgen. Selbstverständlich ist auch eine Darstellung mithilfe von Grauschattierungen und/oder von. Farben und/oder auf andere Weise denkbar.
Basierend auf der in Schritt 7 erzeugten Darstellung wird im folgenden Schritt 8 die Qualität und insbesondere die Robustheit der im Rahmen des Verfahrens 1 (bislang) erstellten Bestrahlungsplanung bewertet. Je nachdem ob die Güte und/oder Robustheit der Bestrahlungsplanung als ausreichend erachtet wird, wird entweder zum Verfahrensschritt 4 zurück gesprungen 9 oder zum nächsten Verfahrensschritt 1 1 weiter gesprungen 10. Im Verfah- rensschritt 1 1 wird die erstellte Bestrahlungsplanung beispielsweise auf einem Datenträger (DVD, CD und dergleichen) gespeichert. Damit endet 12 das Verfahren 1 .
Selbstverständlich ist es möglich, dass die Bewertung 8 nicht (ausschließ- lieh) durch eine Person erfolgt. Vielmehr ist es möglich, dass beispielsweise zusätzlich oder alternativ eine automatische Bewertungsprozedur durchgeführt wird.
In Fig. 2 ist in einer schematischen Darstellung eine Planungsvorrichtung 13 dargestellt, auf der beispielsweise das in Fig. 1 dargestellte Verfahren 1 zur Erstellung einer Bestrahlungsplanung durchgeführt werden kann. Die Planungsvorrichtung 13 basiert dabei auf einem programmgesteuerten elektronischen Rechner 14. Zur Erhöhung der Rechenkapazität des Rechners 14 kann dieser mehrere Prozessoren aufweisen und/oder als sogenannter Clus- ter ausgebildet sein. Der Rechner 14 verfügt über einen internen Speicher 16 (beispielsweise eine Festplatte), auf dem ein entsprechender Programmcode, der das Verfahren 1 durchführt, gespeichert ist. Dabei ist es durchaus möglich, dass der im internen Speicher 16 gespeicherte Programmcode zur Durchführung beispielsweise in einen flüchtigen Arbeitsspeicher (sogenann- ter RAM) geladen wird.
Weiterhin weist der Rechner 14 eine Dateneingabe/Ausgabeeinheit auf, die im vorliegend dargestellten Ausführungsbeispiel als DVD-Laufwerk 15 ausgebildet ist. Über das DVD-Laufwerk 15 können beispielsweise Patientenda- ten, Maschinenparameter, eine verschriebene Dosisverteilung und dergleichen in den Rechner 14 eingelesen werden. Ebenso kann über das DVD- Laufwerk 15 die fertig erstellte Bestrahlungsplanung ausgegeben und gespeichert werden. Bei dem DVD-Laufwerk 15 kann es sich beispielsweise um einen handelsüblichen DVD-Brenner handeln, der Daten nicht nur von CDs oder DVDs lesen kann, sondern auch Daten auf CD-Rohlinge beziehungsweise DVD-Rohlinge schreiben kann. Selbstverständlich ist es auch möglich, eine Mehrzahl an DVD-Laufwerken 15 vorzusehen.
Die Bedienung des Rechners 14 erfolgt über an sich bekannte Dateneinga- be-Einheiten wie beispielsweise eine Tastatur 17, eine Maus 18 und/oder ein elektronisches Zeichenbrett 19. Die Ausgabe der Bestrahlungsplanung sowie deren Unsicherheiten erfolgt vorliegend über einen oder mehrere Bildschirme 20.
In Fig. 3 ist ein erstes Beispiel für eine Datenausgabe, die unter Verwendung eines Verfahrens 1 zur Erstellung einer Bestrahlungsplanung gemäß Fig. 1 (oder gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel einer Bestrahlungsplanung) erstellt wurde, dargestellt.
Hierbei wurde beispielhaft ein zu behandelnder Tumorbereich 21 , der sich im Inneren des Kopfes 22 eines Patienten befindet (Gehirntumor), gewählt. Wie üblich ist der Tumorbereich 21 (der gegebenenfalls mit einem gewissen, kleineren Sicherheitssaum umgeben ist) mit einer Strahlungsdosis zu versehen, sodass die im Tumorbereich 21 befindlichen Gewebezellen stark geschädigt bzw. abgetötet werden. Das außerhalb des Tumorbereichs 21 be- findliche Gewebe sollte dagegen möglichst nicht bzw. möglichst wenig mit Strahlung beaufschlagt werden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Tumorbereich 21 kreisrund eingezeichnet. In der Praxis wird dieser in der Regel abweichende Formen aufweisen; zur Erläuterung des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist die genaue Formgebung des Tumorbereichs 21 je- doch unerheblich. Weiterhin sind in der Darstellung 23 Gewebekonturlinien 24 eingezeichnet, die dem Benutzer der Planungsvorrichtung 13 zur Orientierung - und damit insbesondere zur Arbeitserleichterung - dienen. Die Darstellung 23 kann beispielsweise durch entsprechende Auswahl durch den Benutzer auf dem Bildschirm 20 einer Planungsvorrichtung 13 dargestellt und gegebenenfalls variiert werden.
Bei der in Fig. 3 gezeigten Darstellung wird eine Schwankung (Veränderung) der Dosisverteilung bei einer Variation von Eingangsparametern im Rahmen der Erstellung einer Bestrahlungsplanung (vergleiche Fig. 1 ) berechnet und in Form von unterschiedlichen Graustufen dargestellt. Dabei wurde im Rahmen der Berechnung dieser Dosisschwankungen ein bestimmtes Raster 25 mit einer bestimmten Genauigkeit (Rasterauflösung) gewählt, wobei das Raster 25 in Form von feinen Linien in Fig. 3 zu erkennen ist. Die Auflösung des Rasters 25 kann selbstverständlich je nach Erfordernis feiner oder gröber gewählt werden. Auch ist an unterschiedliche Rasterauf lösungen in un- terschiedlicher Raumrichtung und/oder an unterschiedliche Rasterauflösungen in unterschiedlichen Bereichen der Darstellung 23 zu denken (beispielsweise feinere Rasterauflösung in einem Volumenbereich im bzw. benachbart zum Tumorbereich 21 ). Wie dies bei einer realen Bestrahlung in der Regel der Fall ist, so führt auch bei der Berechnung eine Schwankung von Eingangsparametern (beispielsweise von Geräteparametern und dergleichen) in Bereichen 26, die weit entfernt vom Tumorbereich 21 liegen, zu keiner (bzw. bestenfalls zu einer minimalen) Veränderung der deponierten Dosis in den betreffenden Geweberei- chen 26. Dementsprechend ist in diesen, entfernten Gewebebereichen 26 keine (merkliche) Graufärbung zu erkennen.
Kommt man jedoch in Gebiete, die benachbart zum Tumorbereich 21 liegen, so nimmt die Graufärbung deutlich zu, was in Fig. 3 gut zu erkennen ist. Je stärker die Graufärbung ist, desto stärker schwankt die deponierte Dosis bei einer Veränderung der Eingangsparameter.
Im in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Schwankung in den meisten Gewebebereichen des Kopfs 22 in einem gut vertretbaren Schwan- kungsbereich. Die Graustufungen sind lediglich schwach getönt. Etwas anderes gilt für den in Fig. 3 zu erkennenden Problembereich 27, wo eine Variation von Eingabeparametern zu einer starken Veränderung der deponierten Dosis führt. Aus diesem Grund ist der Problembereich 27 mit einer sehr starken Graufärbung hinterlegt. Für den Benutzer der Planungsvorrichtung 13 ist dies ein Anzeichen dafür, dass er eine neue, veränderte Bestrahlungsplanung erstellen sollte, die im gesamten Kopfbereich 22 keine derartig starke Dosisvariation bei Veränderung von Parameterwerten aufzeigt. Mit anderen Worten wird der Benutzer der Planungsvorrichtung 13 versuchen eine Bestrahlungsplanung zu errechnen, bei der die Darstellung 23 von Dosisvariationen über den gesamten Bereich hinweg lediglich Rasterpunkte mit geringer Grautönung aufweist. Dies gilt im besonderen Maße, wenn im Problembereich 27 ein (besonders) kritischer Gewebebereich liegt (beispielsweise ein Gehirnbereich mit einer wichtigen Funktion und/oder mit einem Blutgefäß). In einem derartigen Fall kann gegebenenfalls bereits dann ein akzeptabler Bestrahlungsplan vorliegen, wenn ein Problembereich 27 zwar vorhanden ist, aber außerhalb dieses (und anderer) kritischer Gewebebereiche liegt. Wie man im Übrigen in Fig. 3 erkennen kann, ist beim dort dargestellten Beispiel im Problembereich 27 kein kritischer Gewebebereich vorhanden.
Um den Komfort für den Benutzer der Planungsvorrichtung 13 weiter zu er- höhen ist es selbstverständlich auch möglich, dass anstelle einer Graustufenskala zusätzlich oder alternativ eine Farbskala Anwendung findet.
Eine Weiterbeildung der in Fig. 3 gezeigten Darstellung 23 von Dosisschwankungen ist die in Fig. 4 gezeigte Darstellung 28 von Dosisschwan- kungen. Wie man erkennen kann, ähnelt die in Fig. 4 gezeigte Darstellung 28 weitestgehend der in Fig. 3 gezeigten Darstellung 23. Als zusätzliches Hilfsmittel für den Benutzer der Planungsvorrichtung 13 sind jedoch zusätzlich noch Flag-Werte in Form von Haken 29 bzw. Kreuzen 30 eingezeichnet. Ein Haken 29 bedeutet dabei, dass eine vom Arzt verschriebene maximale Dosisschwankung nicht überschritten wird (es wird also beispielsweise weder eine von einem Arzt für einen bestimmten Gewebebereich vorgegebene Höchstdosis, noch eine von einem Arzt für einen bestimmten Gewebebereich vorgegebene Mindestdosis überschritten beziehungsweise unterschritten, so dass hierdurch Überdosierungen beziehungsweise Unterdosierungen vermieden werden können. Dementsprechend bedeutet ein Kreuz 30, dass eine vom Arzt als unzulässig erklärte, zu starke Schwankung der eingetrage- nen Dosis auftritt. Dementsprechend ist die in Fig. 4 erkennbare Darstellung 28 von Dosisschwankungen aufgrund der im Problembereich 27 erkennbaren Kreuze zu verwerfen. Um die Darstellung 28 für den Benutzer der Planungsvorrichtung 13 nicht zu überfrachten, ist in Gewebebereichen (insbesondere in entfernt liegenden Gewebereichen 26), in denen die Dosisschwankung besonders gering ausfällt, keinerlei Flag-Darstellung gemacht. Es werden also dort weder Haken 29 noch Kreuze 30 dargestellt. Dies erleichtert nicht nur die Übersichtlichkeit, sondern stellt für den Benutzer eine Art„drittes Flag" für eine besonders niedrige Dosisschwankung dar.
Möglich ist es im Übrigen auch, dass die von einem Arzt als zulässig erklärten Schwankungswerte durch den Benutzer der Planungsvorrichtung 13 durch entsprechende Benutzereingabe„verschärft" werden können. Dadurch wird es dem Benutzer der Planungsvorrichtung 13 ermöglicht, auf besonders einfache und komfortable Weise eine besonders robuste Bestrahlungsplanung erstellen zu können. In den Figs. 5 bis 8 sind weitere Darstellungen 31 , 32, 33, 34 von Dosisschwankungen dargestellt. Die Darstellungen 31 , 32, 33, 34 berufen dabei auf so genannten Dosis-Volumen-Histogrammen, wie sie derzeit bereits für Bestrahlungszwecke verwendet werden (und insbesondere bei medizinischem Personal beliebt sind). Bei den Darstellungen 31 , 32, 33, 34 ist je- weils längs der Abszisse 35 die Dosis (in Prozent) dargestellt, während entlang der Ordinate 36 das Volumen (ebenfalls in Prozent) dargestellt wird.
In Darstellung 31 (Fig. 5) ist sowohl die entsprechende Dosis-Volumen- Kurve 37 für das Zielvolumen (CTV für Clinical Target Volume) als auch die Dosis- Volumen-Kurve 38 für kritische Gewebebereiche (OAR für Organ At Risc) eingezeichnet. Neben den eigentlichen Kurven 37, 38 sind auch Feh- lerbalken 39 eingezeichnet, die die Veränderung der jeweiligen Kurve 37, 38 in Abhängigkeit von Schwankungen bei Eingabeparametern darstellen. Die genaue Definition der dargestellten Fehlerbalken 39 kann dabei variieren (beispielsweise in Abhängigkeit von speziellen Nutzerbedürfnissen). So kann der Fehlerbalken 39 beispielsweise ein 5 %-95 %-lntervall darstellen. Selbstverständlich sind auch andere Intervallgrenzen oder sonstige Bedeutungen denkbar.
In Fig. 6 ist eine gegenüber Fig. 5 veränderte Darstellung 32 gezeigt. Bei der vorliegenden Darstellung 32 ist die Situation für mehrere, unterschiedliche Phasen I, II, III, IV und V (jeweils durch unterschiedliche„Stricharten" eingezeichnet) dargestellt. Hierdurch kann insbesondere bei bewegten Zielvolumina (4D-Bestrahlungsverfahren) eine besonders vorteilhafte Evaluierung der Bestrahlungsrobustheit erfolgen. Die dargestellten Fehlerbalken 39 können dabei„kumulativ" für die unterschiedlichen Phasen dargestellt werden, oder auch jeweils individuell pro einzelner Phase I, II, III, IV und V dargestellt werden. Selbstverständlich ist auch ein Wechsel (beispielsweise in Abhängigkeit von einem Benutzerwunsch) denkbar. Die Fehlerbalken 39 können im Übrigen nicht nur senkrecht, sondern auch zusätzlich oder alternativ waagrecht eingezeichnet werden, was in der Darstellung 33 in Fig. 7 gezeigt ist.
In Fig. 8 ist schließlich noch eine weitere Darstellungsmöglichkeit 34, welche auf Dosis-Volumen-Histogrammen basiert, gezeigt. Die Darstellung, die auf Graustufen oder Farben 40 basieren kann (wobei die Graustufen bzw. Far- ben 40 vorliegend durch unterschiedliche Schraffuren 40 symbolisiert sind), kann unterschiedliche Intervallgrenzen für verschiedene„Fehlerbalken" einfach und schnell erfassbar darstellen. Zusätzlich zu den unterschiedlichen Graustufen/Farben 40 ist in der in Fig. 8 gezeigten Darstellung 34 noch einen Median-Linie 41 eingezeichnet. Lediglich der Vollständigkeit halber sollte darauf hingewiesen werden, dass auch in den Darstellungen 32, 33, 34 gemäß der Fig. 6 bis 8 (ähnlich wie in Darstellung 31 der Fig. 5) zusätzlich auch eine Dosis-Volumen-Kurve 38 für kritische Gewebebereiche eingezeichnet werden kann.
Bezugszeichenliste:
1. Verfahren zur Erstellung ei24. Gewebekonturlinien
ner Bestrahlungsplanung 25. Raster
2. Startschritt 26. Entfernte Gewebebereiche 3. Konstruktion Gewebestruie5 27. Problembereich
turen 28. Darstellung von Dosis¬
4. Bestrahlungsplanung erstelschwankungen
len 29. Haken
5. Parametervariation und Be- 30. Kreuz
rechnung Dosisverteilung 40 3 . Darstellung von Dosis¬
6. Bestimmung der Dosisunsischwankungen
cherheit 32. Darstellung von Dosis¬
7. Anzeige Dosisunsicherheit schwankungen
8. Bewertung 33. Darstellung von Dosis9. Rücksprung 45 schwankungen
10. Weitersprung 34. Darstellung von Dosis¬
11.Speichern der Bestrahschwankungen
lungsplanung 35. Abszisse
12. Ende Verfahren 36. Ordinate
13. Planungsvorrichtung 50 37. Dosis- Volumen-Kurve für
14. Rechner Zielvolumen
15. DVD-Laufwerk 38. Dosis- Volumen-Kurve für
16. Interner Speicher kritische Gewebebereiche
17. Tastatur 39. Fehlerbalken
18. Maus 55 40. Graustufe/Farbe
19. Elektronisches Zeichenbrett 41. Median-Linie
20. Bildschirm
21. Tumorbereich
22. Kopf
23. Darstellung von Dosisschwankungen

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1 . Verfahren (1 ) zur Erstellung einer Bestrahlungsplanung, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zeitweise und/oder zumindest be- reichsweise die Auswirkungen zumindest einer Unsicherheit auf die
Bestrahlungsplanung berechnet (4), bewertet, dargestellt (7) und/oder berücksichtigt (8) werden.
2. Verfahren (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Unsicherheit zumindest zeitweise und/oder zumindest teilweise eine Schwankung zumindest eines Parameters (4) darstellt, insbesondere eine Schwankung zumindest eines Parameters in einem typischen und/oder maximal zu erwartenden Rahmen darstellt. 3. Verfahren (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, insbesondere Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Unsicherheit und/oder zumindest eine Schwankung zumindest eines Parameters und/oder zumindest ein Parameter zumindest zeitweise und/oder zumindest teilweise der Gruppe entnommen ist, die die Patientenpositionierung, die Bewegungserfassung, die
Strahlreichweite, das Strahlprofil, die Strahllage und die Gewebeart umfasst.
4. Verfahren (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswirkungen von zumindest einer Unsicherheit zumindest zeitweise und/oder zumindest teilweise durch Ver- gleich von zumindest zwei, bevorzugt von einer Mehrzahl von Be- strahlungsplanungsergebnissen berechnet (4), bewertet, dargestellt (7) und/oder berücksichtigt (8) werden.
5. Verfahren (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zeitweise und/oder zumindest bereichsweise eine Mehrzahl von Unsicherheiten berechnet (4), dargestellt (7) und/oder berücksichtigt (8) wird.
6. Verfahren (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswirkungen zumindest einer Unsicherheit zumindest zeitweise und/oder zumindest teilweise visuell, insbesondere graphisch dargestellt (7) werden.
7. Verfahren (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswirkungen zumindest einer Unsicherheit zumindest zeitweise und/oder zumindest teilweise als Absolutwert, als absolute Schwankung, als relative Schwankung, als Grenzwertannäherung und/oder als Flag- Anzeige ausgegeben (7) werden.
8. Verfahren (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zeitweise und/oder zumindest teilweise eine Flicker-Darstellung, eine farbcodierte Darstellung, eine Graustufendarstellung, eine Isolinien-Darstellung, eine Washing-Darstellung und/oder eine Zeichen- darsfellung erfolgt.
9. Verfahren (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestrahlungsplanung zumindest zeitweise und/oder zumindest teilweise als 3-D-Bestrahlungsplanung und/oder als 4-D-Bestrahlungsplanung durchgeführt wird.
10. Vorrichtung (13) zur Erstellung einer Bestrahlungsplanung, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung derart ausgebildet und eingerichtet ist, dass sie ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 durchführt.
11. Speichereinrichtung (15), insbesondere Datenträgereinrichtung, welche zumindest eine Bestrahlungsplanung enthält, die zumindest zeitweise und/oder zumindest teilweise gemäß einem Verfahren (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 erstellt wurde.
EP12700673.2A 2011-01-18 2012-01-17 Verfahren und vorrichtung zur erstellung einer bestrahlungsplanung Withdrawn EP2665518A1 (de)

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