DE2300887A1

DE2300887A1 - METHOD FOR DETERMINING THE RADIATION PARAMETERS OF RADIATION SYSTEMS IN RADIOTHERAPY

Info

Publication number: DE2300887A1
Application number: DE2300887A
Authority: DE
Inventors: G Riccardo Dipl Ing Benedetti
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1973-01-09
Filing date: 1973-01-09
Publication date: 1974-07-18
Also published as: FR2213071A1; JPS5019385A; FR2213071B1

Description

Verfahren zur Ermittlung der Bestrahlungsparameter von Bestrahlungsanlagen in der StrahlentherapieProcedure for determining the irradiation parameters of radiation systems in radiation therapy

In der Strahlentherapie, der Bestrahlung von Patienten mit Röntgen- bzw. Gammastrahlen oder mit energiereichen Korpuskularstrahlen, ist man zur Erzielung eines brauchbaren therapeutischen Erfolges darauf angewiesen, im gesamten Krankheitsherd eine vorgegebene Mindest-Strahlendosis zu applizieren. Im umgebenden gesun-" den Gewebe, von dem aus das zerstörte Gewebe wieder aufgebaut werden soll, darf dagegen die applizierte Strahlendosis einen sehr
viel niedriger liegenden Wert nicht überschreiten. Bei der Festlegung der Bestrahlungsparameter, d.h. der Strahlenart, der
Energie der Strahlung, der Bestrahlungsrichtung relativ zum Körper des Patienten, der Bewegungsbahn der Strahlenquelle um den
Krankheitsherd herum und der Aufteilung der gesamten Bestrahlung in mehrere Einzelbestrahlungen mit möglicherweise unterschiedlichen Bestrahlungsrichtungen, sind die Lage des Krankheitsherdes
im Körper des Patienten, seine individuelle Form und Ausdehnung
entscheidende, aber nicht die einzigen zu berücksichtigenden
Faktoren. Vielmehr spielen die unterschiedlichen Absorptionskoeffizienten der einzelnen Gewebearten, wie z.B. der Skelett- In radiation therapy, the irradiation of patients with X-ray or gamma rays or high-energy particle radiation, it is a useful therapeutic He instructed to apply to achieve Traxon out the entire diseased area a predetermined minimum radiation dose. In the surrounding healthy tissue, from which the destroyed tissue is to be rebuilt, however, the applied radiation dose is very permissible
do not exceed a much lower value. When determining the irradiation parameters, ie the type of radiation, the
Energy of the radiation, the direction of irradiation relative to the patient's body, the path of movement of the radiation source around the
The focus of the disease and the division of the entire irradiation into several individual irradiations with possibly different directions of radiation are the location of the focus of the disease
in the patient's body, its individual shape and size
crucial, but not the only ones to consider
Factors. Rather, the different absorption coefficients of the individual types of tissue, such as the skeletal

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teile, sowie die unterschiedliche Strahlenempfindlichkeit bestimmter Organe eine wesentliche Rolle. Alle diese zu berücksichtigenden, sich gegenseitig beeinflussenden Faktoren lasseh die Ermittlung der optimalen Bestrahlungsparameter von Bestrahlungsanlagen äusserst aufwendig werden.parts, as well as the different radiation sensitivity of certain Organs play an essential role. All of these mutually influencing factors have to be taken into account the determination of the optimal irradiation parameters of irradiation systems can be extremely time-consuming.

In der Praxis geht man im allgemeinen von Bestrahlungsparametern aus, die von ähnlich gelagerten Fällen her bekannt sind, modifi-•ziert diese mehroder weniger empirisch.und gibt sie zusammen mLt den neuen Patientendaten, d.h. den Gewebedichten und den Konturen der Organe,, einem Rechner ein, der die neuen Lagen der Isodosen im Patientenkörper errechnet. Dabei ist man bestrebt, die neuen Lagen der Isodosen zu speichern, um beim nächsten ähnlich gelagerten Fall die Vorwahl geeigneter Bestrahlungsparameter zu erleichtern. Die errechneten und gespeicherten Isodosenkurven Werden auch für didaktische und statistische Zwecke benötigt. Bisher sind für die Speicherung dieser Daten wegen der Aufschlüsselung nach Raumkoordinaten ,und der kurzen Abrufzeiten vom Rechner gesteuerte Plattenspeicher verwendet worden. Diese sind jedoch aufwendig und blockieren beim Abruf der Daten den Rechner. Hinzu kommt noch, dass die Zuordnung der errechneten Isodosen zu den beispielsweise von einer Röntgenschichtaufnahme her bekannten Konturen der Organgrenzen ausserordentlich aufwendig und zeitraubend ist. Um Zeit zur Auswertung zu gewinnen, ohne dabei den Rechner unnötig lange zu blockieren, ist man schon dazu übergegangen, den Leuchtschirm des Rechners abzufotografieren. Dadurch wird jedoch der Arbeitsaufwand für die Ermittlung optimaler Bestrahlungsparameter nicht kleiner.In practice, irradiation parameters are generally used from which are known from similar cases, modified this more or less empirically. and gives them together mLt the new patient data, i.e. the tissue density and the contours of the organs, into a computer, which records the new positions of the isodoses calculated in the patient's body. The aim is to save the new positions of the isodoses in order to be similar with the next one To facilitate the preselection of suitable irradiation parameters in the stored case. The calculated and saved isodose curves Are also required for didactic and statistical purposes. So far these data have been stored because of the breakdown according to spatial coordinates, and the short retrieval times from Computer controlled disk storage has been used. However, these are complex and block the computer when the data is called up. In addition, the assignment of the calculated isodoses to those known, for example, from an X-ray slice image The contours of the organ borders are extremely complex and time-consuming. To gain time for evaluation without doing anything Blocking the computer for an unnecessarily long time has already gone over to photographing the computer's luminescent screen. Through this however, the workload for the determination of optimal irradiation parameters does not decrease.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Ermittlung der Bestrahlungsparameter von Bestrahlungsanlagen zu erleichtern, den Arbeitsaufwand für die Beurteilung der gewählten Bestrahlungsparameter zu verringern und für diese Beurteilung zuverlässigere und zugleich auch praxisgerechtere Unterlagen zur Verfügung zuThe invention is based on the task of determining the irradiation parameters of irradiation systems to facilitate the workload for the assessment of the selected irradiation parameters and to have more reliable and, at the same time, more practice-oriented documents available for this assessment

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stellen. Bei einem Verfahren zur Ermittlung der Bestrahlungsparameter von Bestrahlungsanlagen in der Strahlentherapie werden daher erfindungsgemäss die in einem Rechner errechneten Lagen der Isodosen über einen Scan-Converter zusammen mit dem von einer Fernsehkamera aufgenommenen, der Berechnung zugrunde liegenden Röntgenbild des Patienten 'einem Fernsehsichtgerät zugeleitet. Hierdurch wird es möglich, auf dem Bildschirm des Fernsehsichtgerätes übereinander sowohl die Konturen des Körpers des jeweils zu bestrahlenden Patienten, der verschiedenen Organe und Gewebearten als auch die errechneten Isodosenwerte aufzutragen. Diese Darstellungsart ermöglicht es dem Arzt, mit einem Blick festzustellen, ob und wo die für das betreffende Organ oder den betreffenden Gewebeabschnitt zulässige Strahlungsdosis überschritten wird und ob im gesamten Krankheitsherd jeweils ausreichende Strahlendosen erreicht werden. Eine umständliche Übertragung der Messwerte Punkt für Punkt auf den jeweiligen Ort im Körper des Patienten mit all seinen möglichen Übertragungsfehlern kann auf diese Weise entfallen. Dieses Verfahren lässt sich für jeden Schnitt durch den Patientenkörper anwenden und ergibt bei der Betrachtung mehrerer Parallelschnitte eine räumliche Aussage für das entsprechende Gebiet.place. In a method for determining the irradiation parameters of irradiation systems in radiation therapy are therefore, according to the invention, the positions calculated in a computer of the isodoses via a scan converter together with that recorded by a television camera on which the calculation is based X-ray image of the patient 'sent to a television viewing device. This makes it possible to see on the screen of the television viewing device one on top of the other, the contours of the body of the patient to be irradiated, the various organs and tissue types as well as the calculated isodose values. This type of display enables the doctor to determine at a glance whether and where the permissible radiation dose for the relevant organ or the relevant tissue section is exceeded and whether sufficient radiation doses are achieved in the entire focus of the disease. A cumbersome transfer of the Measured values point by point to the respective location in the patient's body with all of its possible transmission errors this way is omitted. This procedure can be used for every incision through the patient's body and results when viewed several parallel cuts a spatial statement for the corresponding area.

Die Effektivität dieses Verfahrens wird noch weiter gesteigert, wenn in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung die über den Scan-Converter dam Fernsehsichtgerät zugeleiteten Daten über die Lagen der Isodosen und die dem Fernsehsichtgerät zugeleiteten Bildinformationen der Fernsehkamera zugleich auch einem Bandspeichergerät zugeleitet werden. Hierdurch wird nicht nur die Möglichkeit eröffnet, die einmal errechneten Lagen der Isodosen zu speichern und bti Bedarf auf einem beliebigen Leuchtschirm wieder zu reproduzieren, sondern dies zugleich auch unter Umgehung eines Rechners, eines Scan-Converters und einer Fernsehkamera mit einem billigen Datenträger hoher Speicherkapazität zu vollführen.The effectiveness of this method is increased even further if, in an advantageous development of the invention, the Scan-Converter to the television viewing device transmitted data about the positions of the isodoses and the transmitted to the television viewing device Image information from the television camera is also available to a tape storage device be forwarded. This not only opens up the possibility of the isodose positions calculated once to save and reproduce as needed on any fluorescent screen, but at the same time by bypassing it a computer, a scan converter and a television camera with a cheap data carrier of high storage capacity.

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In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann zur Durchführung des Verfahrens ein zur Berechnung der Lagen der Isodosen im Körper eines Patienten herangezogener Rechner über einen Scan-Converter und- eine das entsprechende Röntgenbild des Patienten aufnehmende Fernsehkamera direkt an den Eingang eines Fer'nsehsichtgerätes angeschlossen sein. Die .von dem Rechner ermittelten Daten werden über den Scan-Converter in ihrer Verteilung in der jeweils dargestellten Bildebene auf den Leuchtschirm des Fernsehsichtgerätes übertragen und sind hier mit dem der gleichen Bildebene zugehörigen Röntgenschichtbild des Patienten - im allgemeinen dürfte dies eine Transversalschichtaufnahme sein - zur Dekkung zu bringen.In an advantageous embodiment of the invention, for implementation of the method, a computer used to calculate the positions of the isodoses in the body of a patient via a scan converter and a television camera recording the corresponding x-ray image of the patient directly at the input of a television viewing device be connected. The data determined by the computer are distributed via the scan converter in the The image plane shown in each case is transferred to the luminescent screen of the television viewing device and is here with that of the same image plane associated X-ray slice image of the patient - in general this is likely to be a transversal slice - to be brought to cover.

Die Wirtschaftlichkeit der Anordnung kann beträchtlich erhöht werden, wenn in zweckmässiger Weiterbildung der Erfindung der Eingang eines Bandspeichergerätes dem Eingang des Fernsehsichtgerätes parallel geschaltet ist. Auf diese Weise wird das auf dem Leuchtschirm des Sichtgerätes abgebildete Röntgenbild mit der aufgetragenen Dosisverteilung gleichzeitig mit der Darstellung auf dem. Bildschirm wiedergabegerecht gespeichert. Für die spätere beliebig häufige Wiedergabe sind dann der Rechner, der Scan-Converter, die Fernsehkamera und das Röntgenbild· entbehrlich. The economy of the arrangement can be increased considerably if, in an expedient development of the invention, the Input of a tape storage device to the input of the television viewer is connected in parallel. In this way, the X-ray image shown on the luminescent screen of the viewing device is included the dose distribution plotted simultaneously with the representation on the. Screen saved for playback. For the The computer, the scan converter, the television camera and the x-ray image can then be dispensed with later on as often as desired.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Figuren. Further details of the invention emerge from the following Description of an embodiment based on the figures.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 in schaubildlicher Darstellung eine Bestrahlungsanlage und1 shows a perspective view of an irradiation system and

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Fig. 2 in scheraatischer Darstellung eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens zur Ermittlung der Bestrahlungsparameter der Bestrahlungsanlage.Fig. 2 in a schematic representation of an arrangement for Implementation of the method for determining the irradiation parameters the irradiation system.

In der Fig. 1 erkennt man einen zu bestrahlenden Patienten 1, der auf einer höhenversteirbaren Patientenlagerungsplatte 2 ruht. Die Patientenlagerungsplatte ist längs Schienen 3, 4 am. Boden verfahrbar und um eine vertikale Achse 5 drehbar gelagert. Oberhalb des Patienten ist ein Betatron 6 dargestellt, das an einem längs Schienen 7, 8 verfahrbaren Stativ 9 montiert ist. Mit 10 ist der Zentralstrahl des Betatrons bezeichnet.In FIG. 1, a patient 1 to be irradiated can be seen who rests on a height-adjustable patient support plate 2. the The patient support plate can be moved along rails 3, 4 on the floor and can be rotated about a vertical axis 5. Above the Patients are shown a betatron 6 which is mounted on a tripod 9 that can be moved along rails 7, 8. At 10 he is Central ray of the betatron called.

Mit einem solchen Betatron kann eine Bestrahlung mit Elektronen unterschiedlicher Energie und bei Zwischenschaltung eines "Targets" mit Röntgenstrahlen entsprechender Energie erfolgen. Der Zentralstrahl des Betatrons kann auf einen vorgegebenen Raumpunkt ausgerichtet werden und das Betatron dann an dem Stativ um diesen Raumpunkt herum bewegt werden, ohne dass dabei die Zentierung auf diesen Raumpunkt verloren geht. Bei einer solchen Schwenkbewegung sinkt die applizierte Dosis mit wachsendem Abstand vom Raumpunkt, um den geschwenkt wird.Such a betatron can be used to irradiate electrons of different energies and, if a "Targets" are made with X-rays of the appropriate energy. The central beam of the betatron can point to a given point in space be aligned and the betatron can then be moved on the tripod around this point in space without the centering is lost on this point in space. With such a pivoting movement, the dose applied decreases with increasing distance from the point in space to be panned.

In der Fig. 2 ist mit 11 ein Rechner bezeichnet, an dessen Ausgang über einen Scan-Converter 12 ein Fernsehsichtgerät 13 angeschlossen ist. An diesem Fernsehsichtgerät ist ausserdem eine Fernsehkamera 14 angeschlossen. "Vor dem Objektiv 15 der Fernsehkamera 14 ist eine RöntgenSchichtaufnahme 16 - im vorliegenden Fall des Ausführungsbeispiels eine TransversalSchichtaufnahme des Bestrahlungsobjektes - angeordnet, die die dem Rechner eingegebenen Patientendaten, insbesondere die Konturen der Organe, beinhaltet. Dem Eingang des Fernsehsichtgerätes 13 ist ein Bandspeichergerät 17 paralDelgeschaltet.In FIG. 2, 11 designates a computer at its output A television viewing device 13 is connected via a scan converter 12 is. A television camera 14 is also connected to this television viewing device. "In front of the lens 15 of the television camera 14 is an X-ray slice image 16 - in the present case In the case of the exemplary embodiment, a transverse slice image of the irradiated object is arranged, which is entered into the computer Contains patient data, in particular the contours of the organs. At the input of the television viewer 13 is a tape storage device 17 connected in parallel.

Sollen für einen konkreten Fall die Bestrahlungsparameter festge-Should the irradiation parameters be determined for a specific case

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legt werden, so wird' von dem in Frage kommenden Bereich des Patienten 1 eine Röntgenschichtaufnähme 16 in der Ebene, in der der Zentralstrahl TO der Bestrahlungsanlage hauptsächlich bewegt werden soll, aufgenommen. In der überwiegenden Mehrzahl der Fälle wird dies eine Transversalscriishtaufnähme sein. Nunmehr werden die Konturen des Körpers des Patienten und der einzelnen Gewebeabschnitte sowie die Dichten dieser Gewebeabschnitte ermittelt und dem Rechner 11 eingegeben. Letzterer errechnet aufgrund .dieser Daten und einem empirisch vorgegebenen Bewegungs- und Bestrahlungsprogramm, den Bestrahlungsparametern, die Lagen der Isodosen in dem interessierenden Bereich. Die errechneten Werte für die räumlichen Lagen der Isodosen im Körper des Patienten 1 werden nun für dfe Ebenen einer jeden Schichtaufnahme vom Plattenspeicher des Rechners 11 abgerufen und vom Scan-Converter 12 entsprechend ihrer Lage auf den Bildschirm des Fernsehcichtgerätes 13 dargestellt. Bei jeder Darstellung der Isodosen in einer Schichtebene wird die jeweilige Röntgenschichtaufnahme 16 eben dieser selben Schicht über die Fernsehaufnahmekamera 14 aufgenommen und demselben Femsehsichtgerät 13 zugeleitet. Auf dem Bildschirm des Fernsehsichtgerätes 13 kommt es zu einer Überlagerung der Röntgenaufnahme und der jeweils errechneten örtlichen Dosis. Diese überlagerte Darstellung ergibt einen eindrucksvollen Überblick über die in jedem Gewebeabschnitt applizierte Strahlendosis. Sie ist ohne Übertragungsfehler - wie sie sonst bei manueller Erstellung zu befürchten sind - und ohne nennenswerten, zusätzlichen personellen Aufwand erstellbar.will be laid down, so will 'depend on the patient's area in question 1 shows a X-ray layer recording 16 in the plane in which the central beam TO of the irradiation system is mainly to be moved, recorded. In the vast majority of cases this will be a transversal scrutiny. Now will be the contours of the patient's body and the individual tissue sections as well as the densities of these tissue sections are determined and entered into the computer 11. The latter is calculated on the basis of these data and an empirically specified exercise and irradiation program, the irradiation parameters, the positions of the isodoses in the area of interest. The calculated values for the spatial positions of the isodoses in the body of the patient 1 are now for dfe levels of each slice recording from the disk storage of the computer 11 and retrieved by the scan converter 12 according to their position on the screen of the television set 13 shown. With each representation of the isodoses in a slice plane, the respective X-ray slice image 16 becomes flat this same layer was recorded via the television camera 14 and fed to the same television vision device 13. On the On the screen of the television viewing device 13, the X-ray exposure and the calculated local area are superimposed Dose. This superimposed display gives an impressive overview of the radiation dose applied in each tissue section. It is without transmission errors - as they are otherwise to be feared with manual creation - and without any noteworthy, additional personnel expenditure can be created.

Diese Darstellungsart wird besonders übersichtlich, wenn nur bestimmte vorgegebene Isodosenwerte dem Fernsehsichtgerät 3 zugeleitet werden. Auf diese Weise entsteht eine Darstellung der Isodosenkurven ähnlich der sog. Schichtliniendarstellung, wie sie von Atlanten her bekannt sind. Die Trennung der Linien der Röntgenaufnahme und der errechneten Isodosen wird erleichtert, wenn das Fernsehsichtgerät ein Farbfernsehsichtgerät ist und die Isc-This type of representation is particularly clear if only certain ones predetermined isodose values are fed to the television viewing device 3. This creates a representation of the isodose curves similar to the so-called layer line representation, as it is known from atlases. The separation of the lines of the radiograph and the calculated isodoses is facilitated if the television viewing device is a color television viewing device and the Isc-

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dosenwerte vom Scan-Converter in vorgegebenen Farbwerten auf den Bildschirm übertragen werden. Für dieses Arbeitsgebiet eignet sich ein Bandspeichergerät 7, das Stillstandsprojektionen erlaubt, besonders gut. Die gefundenen neuen Isodosen für die vorgegebenen Bestrahlungsparameter -und den vorgegebenen Krankheitsherd im Körper des Patienten ergeben die Ausgangslage für die Bildung neuer Bestrahlungsparameter, die möglicherweise noch günstigere Lagen der Isodosen im Körper des Patienten erlauben.dose values can be transferred from the scan converter to the screen in specified color values. Suitable for this field of work a tape storage device 7 that allows standstill projections is particularly good. The new isodoses found for the given Irradiation parameters and the specified focus of the disease in the patient's body provide the starting point for education new irradiation parameters, which possibly allow even more favorable positions of the isodoses in the patient's body.

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Claims

1 / Procedure for determining the irradiation parameters of Radiation systems'in radiation therapy, thereby characterized in that the calculated in a computer (11) Positions of the isodoses via a scan converter (12) together with that recorded by a television camera (14), the Calculation of the underlying x-ray image (16) of the patient (l) are fed to a television viewing device (13).

2. The method according to claim 1, characterized in that the via the scan converter (12) the television viewing device (13) fed Data on the positions of the isodoses and the image information supplied by the television camera to the television viewer (14) at the same time also be fed to a tape storage device (17).

3. Arrangement for performing the method according to claim 1, characterized in that one for calculating the positions of the isodoses computer (11) used in the body of a patient (1) via a scan converter (12) and the corresponding X-ray image (16) of the patient receiving television camera (14) are connected directly to the input of a television viewing device (13).

4. Arrangement according to claim 3, characterized in that the input of a tape storage device (17) is the input of the television viewing device (13) is connected in parallel.

5 · Arrangement according to claim 4, characterized by the use a tape storage device (17) suitable for standstill projection.

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6. Arrangement according to claim 3, characterized in that only certain predetermined isodose values are forwarded via the scan converter (12).

7. Arrangement according to claim 3 or 6, characterized in that a Farbfemsehsichtgerat (13) is used and the data of the scan converter (12) are reproduced in certain predetermined color values.

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