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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Konturierungseinheit, ein Verfahren und ein System sowie ein Computerprogramm zur Erfassung von Konturdaten zur Bestimmung eines Zielvolumens bei der Konfiguration eines Strahlentherapiegerätes, wie z.B. eines Teilchenbeschleunigers.
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Linearbeschleuniger werden u.a. in der Strahlentherapie zur Behandlung von Gewebe, insbesondere von Tumorerkrankungen, eingesetzt. Hierbei werden üblicherweise geladene Partikel auf hohe Energien beschleunigt, zu einem Partikelstrahl geformt und über ein Hochenergiestrahltransportsystem zu einem oder mehreren Bestrahlungsgeräten geführt. Mit dem Partikelstrahl einem dieser Bestrahlungsgeräte wird das zu bestrahlende Zielvolumen dann bestrahlt.
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Bevor der Linearbeschleuniger oder ein anderes Strahlentherapiegerät in Betrieb genommen werden kann, ist dieser/dieses zunächst unter anderem dahingehend zu konfigurieren, welches Zielvolumen bestrahlt werden soll. Dazu wird in der Regel im Vorfeld eine Computertomographie (CT) des betroffenen Bereiches des Patienten ausgeführt. Die so gewonnenen Schnittbilder werden über ein Netzwerk in einen Computer übertragen. In diese Schnittbilder werden die Konturen der zu bestrahlenden Bereiche sowie Risikoorgane wie Spinalkanal, Leber, Nieren, Linsen usw. eingezeichnet.
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Die konturierten Schnittbilder oder Volumina können wie- oder dreidimensional dargestellt werden. Den konturierten Bereichen wird dann ein Zieldosiswert zugewiesen, der so gewählt ist, dass das Tumorgewebe möglichst umfassend bestrahlt und gesundes, umliegendes Gewebe möglichst nicht geschädigt wird. Anschließend werden aus den mit Konturen angereicherten Schnittbildern Konturdaten mit Befehlssätzen errechnet und von einem Planungssystem mit einem Gerätekonfigurationsrechner an das Strahlentherapiegerät übertragen. Bislang hat dabei der Physiker oder Ingenieur an dem Gerätekonfigurationsrechner die Aufgabe, eine optimale Bestrahlungstechnik, d. h. die Anzahl der Felder, deren Größe, Form und Einstrahlwinkel zu ermitteln und die daraus resultierende Dosisverteilung im Patienten zu bestimmen. Computerbasierte Systeme unterstützen bei dieser Aufgabe, z.B. durch eine strahlbasierte Darstellung (Beam's Eye View). Grundsätzlich wird eine möglichst homogene und ausreichende Bestrahlung des Tumors bei maximaler Schonung der Risikoorgane sowie des umliegenden gesunden Gewebes angestrebt. Der Beschleuniger bzw. das Strahlentherapiegerät führt dann in einer nachgelagerten Zeitphase und später die Bestrahlung aus.
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Im Stand der Technik ist es bekannt, eine hohe Anzahl von Dosis-Volumen-Histogrammen zu vergleichen und dies als Grundlage für die Berechnung der jeweiligen Zieldosis zu verwenden. Für die Konturierung erhält der Anwender hier jedoch keine Hinweise.
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Weiterhin sind Konturierungstools bekannt, die anhand von Landmarken Konturen, insbesondere für Risikoorgane, vorschlagen. Landmarkenbasierte Konturierungstools sind jedoch für die Konturierung von zu bestrahlendem (Tumor-) Gewebe und damit alleine für die Bestimmung des Zielvolumens ungeeignet (auch wenn sie durchaus zusätzlich als Hilfsmittel verwendet werden können um die Position der Risikoorgane zu definieren), da eine Lokalisation von Tumorgewebe in der Regel nicht Landmarken-abhängig ist (und z.B. keine bestimmte Entfernung von Wirbelsäule, Knochen oder einem leicht identifizierbaren Organ hat) .
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Bisher erfolgt die Eingabe der Konturdaten lokal vor Ort und ohne Abgleich mit anderen (externen) Datenquellen und manuell von dem Arzt. Dies birgt ein hohes Fehlerpotential. Es liegt auf der Hand, dass fehlerhafte Konturdaten zu nicht vertretbaren Konsequenzen führen, indem unter Umständen zu viel gesundes oder zu wenig malignes Gewebe bestrahlt wird.
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Die
DE 10 2011 088 160 B3 beschreibt ein Verfahren zur Bestrahlungsplanung für ein Zielvolumen für die Partikeltherapie, insbesondere bei Bestrahlungsplanungen, bei denen die zu applizierende Partikelzahl zielpunktweise im Zielvolumen festgelegt wird.
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Aus der US 2012 / 0 280 135 A1 ist ein Strahlentherapiesystem bekannt, welches einen diagnostischen Bildscanner umfasst, welcher einen mehrdimensionalen Datensatz eines Objekts erfasst. Eine Bildverarbeitungsvorrichtung des Strahlentherapiesystems enthält eine Segmentierungseinheit, die eine Oberflächenkontur des Objekts oder andere kritische Strukturen identifiziert.
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Die US 2015 / 0 087 879 A1 offenbart ein System zur Bewertung einer Strahlentherapieplanung im Hinblick auf Patientenanatomie und spezifische Planziele. Dabei wird eine fiktive Strahlendosis-Matrix erzeugt. Diese kann mit den Planzielen verglichen werden, um unmögliche Zielwerte schnell zu identifizieren und die Zielkategorien danach einzustufen, wie schwierig sie in der jeweiligen klinischen Situation zu erreichen sind.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Konfiguration eines Strahlentherapiegerätes weiter zu automatisieren und zu verbessern und weniger fehleranfällig zu machen. Des Weiteren soll die Konfiguration beschleunigt werden.
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Diese Aufgabe wird jeweils durch einen Gegenstand nach den nebengeordneten Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche, der Beschreibung und der Zeichnungen.
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Gemäß einem ersten Aspekt wird die Aufgabe gelöst durch eine Konturierungseinheit zur Übertragung von Befehlssätzen mit Konturdaten an ein Strahlentherapiegerät, wobei die Konturierungseinheit dazu ausgebildet ist, mit einem von einem Schlüsselgenerator generierten Schlüssel, der ein jeweils zu bestrahlendes Zielvolumen identifiziert (z.B. über eine graphische Benutzerschnittstelle eingegeben) auf eine Konturdatenbank zuzugreifen, um Referenz-Konturdaten in Referenz-Bildern zu dem Zielvolumen zu erfassen. Die Referenz-Konturdaten dienen zur Bestimmung der Kontur, die das Zielvolumen definiert bzw. eingrenzt.
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Aus der Kontur werden dann nachfolgend Konturdaten generiert. Die Kontur an sich wird nicht an das Strahlentherapiegerät übertragen, sondern nur die daraus berechneten Konturdaten. Die Konturdaten umfassen Steuerbefehle zur Konfiguration des Strahlentherapiegerätes und werden zu diesem Zweck an selbiges übertragen. Die Konturdaten können von einem Steuerprogramm z.B. für einen Linearbeschleuniger eingelesen werden. Die Konturdaten enthalten im Wesentlichen eine Abfolge von Steuerbefehlen (z.B. Kollimator auf/zu, drehen etc...).
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Erfindungsgemäß sollen in der Konturdatenbank solche Referenz-Bilder identifiziert werden, in denen dasselbe Zielvolumen zumindest teilweise repräsentiert ist. In einer Definitionsphase können noch weitere Übereinstimmungskriterien (zwischen Bild bzw. dem im Bild repräsentierten Zielvolumen und Referenz-Bild) definiert werden (z.B. über bestimmte Attribute). Damit kann die Suche nach Referenz-Bildern vorteilhafterweise sehr spezifisch auf den jeweiligen Anwendungsfall hin angepasst werden.
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Die Konturierungseinheit kann in ein Planungssystem bzw. in einen Gerätekonfigurationsrechner integriert sein und dient zur Konfiguration des Strahlentherapiegerätes bzw. des Linearbeschleunigers. Die Konturierungseinheit kann auch als separates computerbasiertes Modul, z.B. als Software-Tool und/oder als Hardware-Tool, bereitgestellt werden.
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Der Begriff „Konfiguration“ meint in diesem Zusammenhang technische Einstellungen des Linearbeschleunigers, wie z.B. die Eingrenzung der Felder durch Feldblenden bzw. Kollimatoren (z.B. mittels unregelmäßiger Feldblenden - Multi Leaf Collimator). Weiterhin kann die Konfiguration Einstellungen zum Gating bei einer atemabhängigen Bestrahlung in bestimmten zeitlichen Bestrahlfenstern (z.B. nur bei Exspiration) oder Konfigurationen bei Breath-Hold-Prozeduren, die Bestimmung einer Beschleunigerspannung und/oder von Isodosenverläufen und das Berechnen von Integraldosen etc. betreffen. Auf Basis der Konturdaten und der Dosisdaten wird der Beschleuniger konfiguriert. Die Konturdaten umfassen dazu spezifische Befehlssätze, die unmittelbar an das Strahlentherapiegerät übertragen und dort ausgeführt werden können.
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Bei dem Zielvolumen handelt es sich üblicherweise um malignes Tumorgewebe, das gezielt bestrahlt werden soll. Es kann in einem Organ angeordnet sein oder sich über Organgrenzen hinaus erstrecken oder nur einen Teil eines Organs betreffen. Umliegende Risikoorgane oder gesundes Gewebe soll durch die Bestrahlung möglichst nicht geschädigt werden. Die Definition des Zielvolumens erfolgt heute bild-gestützt, indem eine Kontur um das Zielvolumen gelegt wird.
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Eine Kontur kann erfindungsgemäß in unterschiedlichen Ausprägungen berücksichtigt und verrechnet werden, insbesondere als:
- - GTV, gross tumor volume
- - CTV, clinical target volume - klinisches Zielvolumen
- - PTV, planning target volume oder Planzielvolumen
- - TV, target volume - behandeltes Volumen
- - IV, irradiated volume - bestrahltes Volumen.
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In Abhängigkeit von medizinischen Gegebenheiten werden auf den äußeren Rand des Tumors unterschiedliche tumorspezifische Margen als Sicherheitsabstand hinzugerechnet (z.B. 1cm Marge etc.), die für die Bestrahlung zu berücksichtigen sind. Dies kann bei der vorliegenden Erfindung berücksichtigt werden, indem die unterschiedlichen Ausprägungen der Konturen verrechnet werden.
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Die Bilddaten und die Referenz-Bilddaten sind zwei-, drei- oder mehrdimensionale Datensätze und können z.B. aus einem PACS System (picture archiving and communication system) eingelesen werden.
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Die erfindungsgemäße Konturierungseinheit dient damit zur Überprüfung und Verifikation einer intendierten Konturierung und kann die Sicherheit des Gerätes erhöhen.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst die Konturierungseinheit eine Berechnungseinheit, die dazu bestimmt ist, aus den erfassten Referenz-Konturdaten Volumenperzentile zu berechnen und zur Bestimmung der Kontur auf einem Monitor auszugeben.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird die Erfindung durch ein System gelöst, das zum Erzeugen eines Befehlsdatensatzes zur Konfiguration eines Strahlentherapiegerätes bestimmt ist. Insbesondere soll die Strahlführung des Strahlentherapiegerätes auf das Zielvolumen konfiguriert werden. Das System umfasst:
- - Eine Schnittstelle (insbesondere eine Datenschnittstelle) zum Strahlentherapiegerät, über die Konturdaten eingelesen werden können. Die Konturdaten umfassen Befehlssätze zur Steuerung des Strahlentherapiegerätes und insbesondere zur Strahlführung des Strahlentherapiegerätes auf das Zielvolumen.
- - Eine Konturdatenbank, in der eine Menge von konturierten Referenz-Bildern mit jeweiligen Referenz-Konturdaten abgelegt sind, wobei Datenbanktupel über das in dem jeweiligen Referenz-Bild dargestellte Zielvolumen indiziert oder geschlüsselt sind
- - Eine Konturierungseinheit, wie oben beschrieben.
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Bei der Konturdatenbank handelt es sich vorzugweise um eine relationale Datenbank, in der die Bilddaten und Konturdaten und eventuelle Metadaten (Konturierung durch den Arzt XYZ, zum Zeitpunkt ABC etc.) anonymisiert abgelegt sind, um einen Rückschluss auf identifizierende Angabe zur Person des Patienten oder des Arztes oder auf andere zu schützende Daten zu verhindern.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das System zusätzlich eine Benutzeroberfläche, die als Monitor ausgebildet sein kann. Auf der Benutzeroberfläche kann ein Fenster dargestellt werden, in dem die erfassten Referenz-Konturdaten und eine intendierte Kontur simultan und insbesondere in überlagerter Form angezeigt werden.
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Vorzugsweise werden vorbestimmbare Volumenperzentile zu der Ergebnismenge der erfassten Referenz-Konturdaten berechnet. Vorzugsweise werden ausschließlich die Volumenperzentile und eine intendierte Kontur auf der Benutzeroberfläche simultan dargestellt. Damit wird es möglich, dass der Anwender seine intendierte Kontur auf Basis der angezeigten Referenz-Konturen nochmals überprüft und möglicherweise verifiziert.
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Um die Sicherheit des Bestrahlungsplanungssystems zu erhöhen, ist es vorteilhafterweise vorgesehen, dass das System zusätzlich einen Warnsignalgeber umfasst, der dazu ausgebildet ist, ein Warnsignal auszugeben, falls - insbesondere von einer Berechnungseinheit - erfasst worden ist, dass eine intendierte Kontur sich um einen vordefinierbaren Schwellenwert von einer Referenz-Kontur unterscheidet. Z.B. können in einer der Ausführung zeitlich vorgeschalteten Definitionsphase die 5%- und die 95%-Perzentile als Schwellenwerte eingestellt werden. Sobald also die intendierte Kontur außerhalb des 95%-Volumenperzentils oder innerhalb des 5%-Volumenperzentils liegt, wird ein akustisches und/oder optisches und/oder anderweitiges Warnsignal (z.B. Hinweis als Pop-up Fenster) generiert und ausgegeben. Diese Schwellenwerte können auch flexibler gestaltet werden, z.B. kann es „erlaubt“ sein, dass 1% des Zielvolumens innerhalb der 5% Perzentile oder außerhalb der 95% Perzentile liegen darf.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird die Aufgabe mit einem Verfahren zur Bestimmung einer Kontur für ein Zielvolumen gelöst. Aus der bestimmten Kontur werden dann Konturdaten mit Steuerbefehlen zur Konfiguration eines Strahlentherapiegerätes berechnet. Das Verfahren umfasst:
- - Ein Erfassen von Attributen des jeweiligen Zielvolumens;
- - Ein Berechnen eines das Zielvolumen identifizierenden Schlüssels auf Basis der erfassten Attribute;
- - Einen Zugriff auf eine Konturdatenbank mit dem berechneten Schlüssel zur Suche nach einer Menge von Referenz-Bildern mit Referenz-Konturdaten, wobei in den Referenz-Bildern das Zielvolumen repräsentiert ist;
- - Ein Ausgeben der Referenz-Konturdaten auf einer Benutzeroberfläche zur Bestimmung der Konturdaten.
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Vorzugsweise wird der das Zielvolumen identifizierende Schlüssel aus zumindest einen der folgenden Attribute berechnet:
- - Lokalisation des Zielvolumens bzw. eines zu bestrahlen den Tumors und/oder
- - TNM-Klassifikation des Tumors und/oder
- - Größe des Tumors und/oder
- - Staging des Tumors und damit verbunden eine Aussage über dessen Ausdehnung und/oder
- - Grading eines Tumors und damit verbunden eine Aussage über die Malignität des Tumors und/oder
- - Histologischer und/oder mikroskopische Datensätze zum Tumortyp.
- - Molekulare Marker des Tumors, z.B. das Vorhandensein spezifischer Rezeptoren (z.B. HER2, EGFR) oder die Expression bestimmter Gene im Tumor
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist in der Konturdatenbank zu je einem identifizierenden Schlüssel eine Menge von Referenz-Bildern abgelegt, so dass die Konturverifikation auf Basis von einer Vielzahl von Referenz-Konturen in Referenz-Bildern ausgeführt werden kann.
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In einer weiteren, vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird für jeweils ein Referenz-Bild aus der Menge der in der Konturdatenbank verfügbaren Referenz-Bilder zu dem Zielvolumen eine vorbestimmbare Anzahl (z.B. drei) und eine vorbestimmbare Art (5%, 50%, 95%) von Volumenperzentilen berechnet und ausgegeben wird. Die Vorbestimmung der Anzahl und/oder der Art der zu berechnenden Perzentile kann vorzugsweise effizient über einen Schieberegler erfolgen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann in der Definitionsphase auch eingestellt werden, welche Kontur jeweils als Referenz-Kontur erfasst werden soll:
- - eine GTV-Kontur (für ein gross tumor volume),
- - eine CTV-Kontur (für ein klinisches Zielvolumen),
- - eine PTV-Kontur (für ein Planzielvolumen),
- - eine TV-Kontur (für ein behandeltes Volumen)
- - eine IV-Kontur (für das tatsächlich zu bestrahlende Volumen) .
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In der vorstehenden Aufzählung ist die jeweils erstgenannte Kontur von der nachfolgenden Kontur umfasst. Es können auch mehrere der vorstehend genannten Konturen ausgewählt werden. Die Volumenperzentile können zu einer oder zu mehreren der vorstehend genannte Konturen errechnet und dargestellt werden. Die Vorbestimmung kann somit auch die Ausprägung der Kontur umfassen. So kann in der vorgelagerten Definitionsphase bestimmt werden, dass z.B. zusätzlich zu der GTV-Kontur auch die IV-Kontur berechnet werden soll. Dann werden dementsprechend auch die zugehörigen Referenz-Konturen in der jeweils übereinstimmenden Ausprägung (GTV, IV) erfasst.
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In einer anderen, vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird eine intendierte Kontur mit zumindest einem berechneten Volumenperzentil der Referenz-Kontur - in übereinstimmender Ausprägung - in einer gemeinsamen Bildschirmdarstellung dargestellt.
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In einer anderen, vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist in der Konturdatenbank ein anatomischer Atlas von Referenz-Bildern mit ihren jeweiligen Attributen und ihren jeweiligen Referenz-Konturdaten hinterlegt, wobei die Referenz-Bilder über das darin repräsentierte Zielvolumen indiziert bzw. geschlüsselt sind.
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In einer anderen, vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die Referenz-Bilder und/oder die Referenz-Konturdaten in der Konturdatenbank elastisch registriert, um eine effiziente Zuordnung im medizinischen Kontext zu ermöglichen, so dass unter anderem lokale Verzerrungen in den Bildern bzw. Konturen (z.B. durch unterschiedlichen Blickwinkel, Umrisse, Lagerungen des Tumors im Gewebe) berücksichtigt werden können. Weiterhin wird mit der elastischen Registrierung eine Anpassung an die Patientenanatomie ermöglicht.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird die Aufgabe durch ein Computerprogramm gelöst mit einem Programmcode, der für das Ausführen des oben beschriebenen Verfahrens geeignet ist, wenn das Computerprogramm auf einem Computer ausgeführt wird. Dabei ist es auch möglich, dass das Computerprogramm auf einem von einem Computer lesbaren Medium gespeichert ist. Eine weitere Aufgabenlösung besteht somit in einem Computerprogrammprodukt, das als speicherlesbares Medium (tragbarer Datenträger mit dem Computerprogramm) oder als Maschine, die zum Download des Computerprogramms bestimmt ist, ausgebildet sein kann.
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Vorstehend wurden unterschiedliche Ausführungsformen beschrieben. Dabei können auch die gegenständlichen Ansprüche (die beispielsweise auf die Konturierungseinheit, das System oder auf ein Computerprogrammprodukt gerichtet sind) mit den Merkmalen weitergebildet sein, die in Zusammenhang mit dem Verfahren beschrieben und/oder beansprucht sind und umgekehrt. Die entsprechenden funktionalen Merkmale des Verfahrens werden dabei durch entsprechende gegenständliche Module, insbesondere durch Hardware-Module oder Mikroprozessor-Module, der Vorrichtung, des Systems bzw. des Produktes ausgebildet und umgekehrt. Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung, die vorstehend erwähnten unterschiedlichen Ausführungsformen oder Weiterbildungen der Erfindung zu kombinieren.
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In der folgenden detaillierten Figurenbeschreibung werden nicht einschränkend zu verstehende Ausführungsbeispiele mit deren Merkmalen und weiteren Vorteilen anhand der Zeichnung besprochen. In dieser zeigen:
- 1 eine schematische Übersichtsdarstellung eines Systems gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
- 2 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
- 3 ein Blockschaltbild einer des Systems mit einer Konturierungseinheit an einem Ausführungsbeispiel und
- 4 eine Darstellung von mehreren Volumenperzentilen von Referenz-Konturdaten auf einem Monitor.
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Im Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben.
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In 1 ist eine Konturierungseinheit 10 als zentrale Instanz des erfindungsgemäßen Systems zur Bestimmung einer Kontur K für ein Zielvolumen Z dargestellt. Aus der zu bestimmenden Kontur K können anschließend - insbesondere auf einem Planungsrechner - automatisch Konturdaten KD für ein mit einem Strahlentherapiegerät 1000 zu bestrahlendes Objekt oder für das Zielvolumen Z ermittelt werden, die Steuerbefehle zur Konfiguration des Strahlentherapiegerätes 1000 umfassen. Das Planungssystem erstellt aus den Konturen K einen Bestrahlungsplan, der an das Strahlentherapiegerät 1000 bzw. an den Linearbeschleuniger übertragen wird. Dieser Bestrahlungsplan enthält Steueranweisungen und -befehle (z.B. Befehle zur Einstellung der Einstrahlwinkel, von Dosiswerten, von Fahrwegen der Gantry, zur Stellung der Kollimatorblätter etc.).
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Für eine möglichst optimale Einstellung des Gerätes ist die Qualität der zugrundeliegenden Daten, insbesondere der Konturdaten KD und der Kontur K, von entscheidender Bedeutung.
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Vor der Bestrahlung mit dem Strahlentherapiegerät 1000, das als Linearbeschleuniger, Telecobaltgerät, Partikeltherapiegerät (basierend auf Protonen oder Schwerionen) oder als Gerät mit nicht-ionisierender Strahlung ausgebildet sein kann, ist es notwendig, das zu bestrahlende Zielvolumen Z über Konturdaten KD zu bestimmen, um das Gerät entsprechend zu konfigurieren. Dabei soll der Arzt mit dem erfindungsgemäßen Verfahren unterstützt werden, indem Referenz-Konturdaten R-KD gesucht, erfasst und ausgegeben werden, die zur Verifikation einer intendierten Kontur K dienen. Vorzugsweise soll ein Vergleich der intendierten Kontur K im konkreten Anwendungsfall mit Referenz-Konturen R-KD in ähnlich gelagerten Fällen ermöglicht werden. Es ist auch möglich, dass aus den erfassten Referenz-Konturen R-KD Volumenperzentile berechnet und zur Darstellung gebracht werden.
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Bei den Referenz-Konturen R-KD handelt es sich um Konturen, die von demselben oder einem anderen Anwender in früheren Fällen oder in anderen Referenz-Bildern R-BD erstellt worden sind. Die Fälle (Bilder und deren Konturen) sollen eine möglichst hochgradige Übereinstimmung haben; insbesondere soll dasselbe oder ein ähnliches Zielvolumen Z betroffen und im Bild repräsentiert sein, und vorzugsweise dasselbe Organ. Darüber hinaus ist es möglich, noch weitere Kriterien zur Definition der Übereinstimmung bzw. zur Suche nach geeigneten Referenz-Bildern R-BD festzulegen. Diese Kriterien können auf zumindest einem der folgenden Attribute A basieren, wie auf einer Lokalisation des Tumors, auch einer Lokalisation im jeweiligen Organ, einer Klassifikation gemäß einer TNM-Klassifikation, der Art der Diagnose, insbesondere nach ICD 9 oder 10, einem Ausbreitungsgrad oder Metastasierungsgrad bzw. einem Staging, z.B. einem T-Stage, einer Malignität bzw. einem Grading des Tumors als Angabe, wie differenziert das Tumorgewebe ist, einem Tumortyp und/oder weiteren histologischen, mikroskopischen und/oder medizinischen Metainformationen.
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Ziel ist es, möglichst hochgradig übereinstimmende Referenz-Bilder R-BD zu dem aktuelle zu konturierenden Bild bzw. des darin repräsentierten Zielvolumens Z zu finden, um die Referenz-Konturen R-KD in den Referenz-Bildern R-BD zur Vergleichsberechnung heranzuziehen. Zudem sollen unterschiedliche Volumenperzentile aus den konturierten Referenz-Bildern R-BD berechnet werden, um statistische Aussagen zu ermöglichen, z.B. in der Art, dass das jeweils von der Referenz-Kontur R-KD definierte Volumen von 5%, 50% oder 95% aller bereitgestellten Fälle von Referenz-Konturen R-KD eingeschlossen worden ist. Dies ermöglicht eine Verifikation der aktuell intendierten Konturierung zur Konfiguration des Linearbeschleunigers.
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Wie in 1 gezeigt, umfasst die Konturierungseinheit 10 einen Schlüsselgenerator 12 und eine Berechnungseinheit 14. Der Schlüsselgenerator 12 dient zur Erfassung oder Berechnung eines Schlüssels key zur eindeutigen Identifikation von Referenz-Bildern R-BD, die in einem zentralen Server oder in einer Datenbank 100 abgelegt sind. Der Schlüssel key kann in einer Ausführungsform der Erfindung insbesondere zum Datenbankzugriff auf Datenbanktupel Tp verwendet werden. Der Schlüssel key wird für ein Zielvolumen Z generiert, das bestrahlt werden soll. Der Schlüssel key wird vorzugsweise aus einem oder mehreren Attributen A berechnet. Bei den Attributen A kann es sich um die oben erläuterten Faktoren handeln, um eine Übereinstimmung zwischen Bild und Referenz-Bild zu definieren. Ein Attribut A kann eine Lokalisation des Tumors, eine Größe des Tumors und/oder seine Ausdehnung etc. sein. Die zugehörigen Werte der Attribute A können in einer Schlüsseldatenbank oder in einem vorzugsweise als Server fungierenden Speicher MEM abgelegt sein, auf die/den der Schlüsselgenerator 12 zugreift. Mit diesem Schlüssel key greift die Konturierungseinheit 10 auf die Konturdatenbank 100 zur Suche nach Referenz-Konturdaten R-KD in Referenz-Bildern R-BD zu, in denen dasselbe Zielvolumen Z repräsentiert ist. Dabei kann es sich um Bilder von demselben oder von einem anderen Patienten handeln, in denen derselbe Tumor mit denselben Ausprägungen (hinsichtlich der oben erwähnten Attribute, wie Lokalisation, Ausdehnung etc.) konturiert worden ist. Die Referenz-Konturierung R-KD kann von demselben oder von unterschiedlichen Anwendern (Ärzten) ausgeführt worden sein. Durch den Zugriff auf die Konturdatenbank 100 mit dem Schlüssel key wird (in der Regel) eine Menge von Referenz-Konturdaten R-KD gefunden, die als Ergebnis an die Berechnungseinheit 14 gesendet werden. Die Berechnungseinheit 14 errechnet nun zu den Referenz-Konturdaten R-KD eine vorbestimmbare Art und Anzahl von Volumenperzentilen, insbesondere ein 5%-, ein 50% und ein 95%-Perzentil. Erfindungsgemäß wird also nicht die gesamte Menge der gefundenen Referenz-Konturdaten R-KD auf dem Monitor M ausgegeben und dargestellt, da dies aufgrund der Vielzahl der Konturen nicht mehr in übersichtlicher Form darstellbar wäre, sondern nur eine vorbestimmbare Anzahl von Volumenperzentilen der Ergebnismenge von gefundenen Referenz-Konturdaten R-KD. Somit wird nur eine Auswahl der Ergebnismenge mit zusätzlichen statistischen Angaben angezeigt, was eine schnelle Weiterverarbeitung am Planungssystem ermöglicht.
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Die gemäß vorbestimmbaren Bedingungen errechneten Volumenperzentile VP der Ergebnismenge können in einem graphischen Format repräsentiert sein und an einen Monitor M zur Anzeige weitergeleitet werden. Üblicherweise wird die vom Anwender intendierte Kontur K zusammen mit den berechneten Volumenperzentilen VP der Menge der Referenz-Konturdaten R-KD in einer Bildschirmdarstellung dargestellt, so dass der Anwender auf einen Blick eine Übersicht erhält, wie andere Anwender die jeweilige Kontur K für dieses Zielvolumen Z und diesen Tumorausprägungen bestimmt haben würden.
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Auf die Anzeige hin, kann der Anwender die von ihm ursprünglich intendierte Kontur nochmals teilweise bzw. bereichsweise oder vollständig verifizieren, ändern oder anpassen, um letztendlich die Konturdaten KD zu bestimmen. Die so bestimmten Konturdaten KD mit entsprechenden Steuerbefehlen werden dann zur Konfiguration des Linearbeschleunigers 1000 verwendet.
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Bei der Konturdatenbank 100 kann es sich um eine relationale Datenbank handeln, die in mehreren Tabellen strukturiert ist und wobei ein Schlüssel key jeweils ein Tupel Tp zu einem bestimmten Zielvolumen Z identifiziert. Ein Zielvolumen Z kann also mehreren Referenz-Bildern R-BD in der Konturdatenbank 100 zugeordnet sein. Insbesondere sind all diejenigen Referenz-Bilder R-BD dem Zielvolumen Z zugeordnet, in denen das Zielvolumen zumindest teilweise repräsentiert ist. Die Referenz-Bilder R-BD sind alle konturiert (Referenz-Konturdaten). Diese Referenz-Konturdaten R-KD werden zu einem Zielvolumen Z oder zu einem vergleichbaren Fall von der Konturierungseinheit 10 eingelesen. Die Berechnungseinheit 14 errechnet aus den eingelesenen Referenz-Konturdaten R-KD (Ergebnismenge des Datenbankzugriffs) die Volumenperzentile VP und stellt diese auf einer Benutzerschnittstelle, insbesondere einem Monitor M dar. Nach Erfassen eines Verifikationssignals durch den Anwender überträgt die Konturierungseinheit 10 dann die bestimmten und verifizierten Konturdaten KD an den Linearbeschleuniger 1000 zur Konfiguration.
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In 3 ist nochmals schematisch der grundsätzliche Aufbau des erfindungsgemäßen Systems dargestellt. Die Konturierungseinheit 10 greift auf die Konturdatenbank 100 zu, um Referenz-Konturdaten R-KD in vergleichbaren Fällen zu ermitteln, also in Fällen, in denen dasselbe Zielvolumen Z auch repräsentiert ist. Dies wird als Ergebnismenge an die Berechnungseinheit 14 weitergeleitet. Die von der Berechnungseinheit 14 auf Basis der Ergebnismenge errechneten Volumenperzentile VP werden auf dem Monitor M angezeigt, und der Anwender kann seine intendierte Kontur verifizieren oder nochmals ändern und so final bestimmen. Dabei kann er auch vom System unterstützt werden, so dass die Bestimmung automatisch oder halbautomatisch erfolgt (z.B. über Eingabe von indirekten Befehlen, wie „Passe intendierte Kontur im Bereich XYZ an Referenz-Kontur R-KD ABC oder an ein bestimmtes Volumenperzentil an“). Daraufhin werden die bestimmten und verifizierten Konturdaten KD an das Planungssystem weitergeleitet, das daraufhin Steuerbefehle generiert, die über eine Eingangsschnittstelle 1010 auf dem Linearbeschleuniger 1000 eingelesen und zur Konfiguration des Gerätes 1000 verwendet werden.
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2 stellt ein Ablaufdiagramm gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dar. Nach dem Start des Verfahrens werden in Schritt a die Attribute A für das zu bestrahlende Zielvolumen Z erfasst. In Schritt b wird aus den erfassten Attributen A der Schlüssel key berechnet. In Schritt c erfolgt der Zugriff auf die Konturdatenbank 100. Alternativ kann die Konturdatenbank auch als Server ausgebildet sein mit einer entsprechend eingerichteten Schnittstelle zum Datenzugriff. In Schritt d wird anhand des Schlüssels key nach der Menge von Referenz-Bildern R-BD gesucht, in denen das jeweilige Zielvolumen Z repräsentiert ist und die mit Referenz-Konturdaten R-KD angereichert sind. In Schritt e werden die Referenz-Konturdaten R-KD ausgegeben und anschließend in Schritt f vorzugsweise zusammen mit den intendierten Konturdaten KD auf dem Monitor M dargestellt.
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In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung können aus der Ergebnismenge von Referenz-Konturdaten R-KD Volumenperzentile VP berechnet werden, die unterschiedlich kodiert (z.B. farblich oder graphisch) auf einer Schnittstelle (z.B. Monitor M) vorzugsweise graphisch ausgegeben werden. Die kombinierte Anzeige der intendierten Kontur K und der Volumenperzentile VP der Referenz-Konturdaten R-KD erfolgt in Schritt h. In Schritt i werden die Konturdaten KD bestimmt und zur Konfiguration an das Strahlentherapiegerät 1000 gesendet. Daraufhin endet das Verfahren.
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4 zeigt an einem Beispiel die fusionierte Darstellung auf dem Monitor M mit drei Volumenperzentilen VP der Referenz-Konturdaten R-KD. Die Referenz-Konturdaten R-KD werden in diesem Beispiel in Form von drei unterschiedlichen, errechneten Volumenperzentilen dargestellt (hier: 5%, 50% und 95%). Dies bedeutet, dass das jeweilige Volumen in 5%, 50% und 95% der konturierten Bilder bei dem jeweiligen Tumor T mit den jeweiligen Attributen A (bzw. charakterisierenden Kennwerten) eingeschlossen wird. In anderen Ausführungen können hier andere Perzentile oder auch weniger oder zusätzliche Perzentile berechnet und angezeigt werden. Vorzugsweise werden die Perzentile direkt in die Darstellung der Kontur K eingeblendet, vorzugsweise durch Überlagerung. Wie in 4 dargestellt, wird die Ergebnismenge mit den Referenz-Konturdaten R-KD nicht direkt zur Anzeige gebracht, sondern erst nach einer weiteren Verrechnung, nämlich der Verrechnung der Perzentile VP. Dies hat den Vorteil, dass der Anwender nur mit den notwendigen Informationen konfrontiert ist und nicht die Vielzahl der gefundenen Referenz-Konturen R-KD sichten muss.
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Die auf Basis der Kontur K berechneten Konturdaten KD können neben den Befehlssätzen zur Steuerung des Strahlentherapiegerätes 1000 noch weitere Metadaten umfassen, wie z.B. ein Verifikationssignal, das signalisiert, dass die Kontur durch Abgleich mit Referenz-Konturen R-KD verifiziert worden ist und/oder weitere statistische und/oder medizinische Daten.
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Wie in 4 schematisch dargestellt, befindet sich häufig nahe dem zu bestrahlendem Gewebe mit dem Tumor T ein Risikoorgan R (auch als organ at risk - OAR bezeichnet), das möglichst nicht bestrahlt werden sollte. Zur feinen Abgrenzung des zu bestrahlenden Bereichs gegenüber dem Risikoorgan R kann der Schieberegler zur Definition der Volumenperzentile VP und/oder ein weiterer Schieberegler zur Definition der Konturausprägung betätigt werden, um die unterschiedlichen Ausprägungen der Kontur K und deren Volumenperzentile VP und damit die Berechnung zu verändern.
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In einer anderen Ausführungsform der Erfindung können die Bereiche der intendierten Kontur K (z.B. farblich) hervorgehoben werden, die außerhalb des 90ö-Bandes liegen. Andere Voreinstellungen hinsichtlich der Perzentile sind jederzeit möglich.
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Die Erfindung bietet einige Vorteile gegenüber dem bisherigen Vorgehen. So kann das Strahlentherapiegerät deutlich schneller in Betrieb genommen werden, da die Konfigurationszeiten verkürzt werden können. Des Weiteren kann die Sicherheit bei der Konfiguration des Strahlentherapiegerätes dadurch erhöht werden, dass manuelle Fehlkonturierungen durch den automatischen Abgleich mit Referenz-Konturen vermieden werden können. Das System kann zudem als selbstlernendes System ausgebildet werden, indem jede neue oder neu verifizierte Kontur in die Konturdatenbank 1000 für zukünftige Fälle eingespeist wird.
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Abschließend sei darauf hingewiesen, dass die Beschreibung der Erfindung und die Ausführungsbeispiele grundsätzlich nicht einschränkend in Hinblick auf eine bestimmte physikalische Realisierung der Erfindung zu verstehen sind. Alle in Verbindung mit einzelnen Ausführungsformen der Erfindung erläuterten und gezeigten Merkmale können in unterschiedlicher Kombination in dem erfindungsgemäßen Gegenstand vorgesehen sein, um gleichzeitig deren vorteilhafte Wirkungen zu realisieren. Für einen Fachmann ist es insbesondere offensichtlich, dass die Erfindung nicht nur für Linearbeschleuniger angewendet werden kann, sondern auch für andere Strahlentherapiegeräte, die konfiguriert werden müssen. Des Weiteren können die Bauteile der Konturierungseinheit oder des Systems auf mehrere physikalische Produkte verteilt realisiert werden.
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Der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung ist durch die nachstehenden Ansprüche gegeben und wird durch die in der Beschreibung erläuterten oder den Figuren gezeigten Merkmale nicht beschränkt.