DE69833881T2

DE69833881T2 - Chirurigisches positioniersystem

Info

Publication number: DE69833881T2
Application number: DE69833881T
Authority: DE
Inventors: Eric Richard Belmont Cosman
Original assignee: Sherwood Service AG
Current assignee: Covidien AG
Priority date: 1997-12-01
Filing date: 1998-12-01
Publication date: 2006-12-07
Anticipated expiration: 2018-12-02
Also published as: EP1642545A1; WO1999027839A2; WO1999027839A9; EP1041918A2; US20020065461A1; CA2320230A1; AU1800999A; DE69833881D1; US6405072B1; US20020188194A1; WO1999027839A3; US20040122311A1; EP1041918B1; ES2256974T3; US6662036B2

Description

HINTERGRUND UND ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Rahmenlose Stereotaxie wird im Gebiet der Neurochirurgie weithin verwendet. Sie umfasst die quantitative Bestimmung anatomischer Positionen basierend auf Scandaten, die aus einem CT, MRI oder anderen Scanvorgängen gewonnen werden, um dreidimensionale Scandaten zu erhalten. Typischerweise werden die Bildscandaten in einen Computer eingegeben, um eine dreidimensionale Datenbank bereitzustellen, die unterschiedlich verwendet werden kann um grafische Informationen bereitzustellen. Im Wesentlichen ist eine solche Information bei chirurgischen Prozeduren nützlich und ermöglicht es, die Anatomie eines Patienten in einem Grafikdisplay zu betrachten.
Die Verwendung von stereotaktischen Kopfrahmen ist allgemein bekannt, siehe zum Beispiel U.S. Patent Nr. 4,608,977, das am 2. September 1986 erteilt wurde und den Titel „System unter Verwendung von berechneter Tomografie, beispielsweise zur selektiven Körperbehandlung" trägt. Solche Strukturen verwenden eine Kopfbefestigungsvorrichtung, typischerweise mit irgendeiner Form des Indexierens, um referenzierte Daten zu erhalten, die repräsentativ für die Scanscheiben durch den Kopf sind. Die Scandaten, die so gewonnen werden, werden relativ zu dem Kopfrahmen quantifiziert, um die individuellen Scheiben zu identifizieren. Dreidimensionale Scandaten wurden verwendet, um Positionen der Patientenanatomie mit anderen Strukturen in Beziehung zu setzen, um ein zusammengesetztes Grafikdisplay bereitzustellen. Zum Beispiel kann ein Raumpointer (analog zu einem Stift) auf eine Anatomie des Patienten zeigen und seine Position relativ zu den stereotaktischen Scandaten quantifiziert werden. Der Raumpointer kann so orientiert sein, dass er auf ein anatomisches Ziel deutet und so unter Verwendung von Computergrafiktechnologien angezeigt wird. Eine solche Vorrichtung wurde vorgeschlagen, die einen gebogenen Raumpointer mit einer mechanischen Verbindung verwendet. In diesem Zusammenhang siehe den Artikel mit dem Titel „Ein gebogenes neurochirurgisches Navigationssystem unter Verwendung von MRI und CT Bildern", IEEE Transactions on Biomedical Engineering, Volume 35, No. 2, Februar 1988 (Kosugi, et al.).
WO 97/40766 A offenbart in Kombination die Merkmale des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Weiterhin zu den obigen Überlegungen besteht die Notwendigkeit, externe Behandlungsvorrichtungen mit einem spezifischen Ziel in unterschiedlichen Aspekten in Beziehung zu setzen. Zum Beispiel besteht diese Notwendigkeit bezüglich der Behandlung interner anatomischer Ziele, spezifisch solche Ziele bezüglich eines Strahls oder eines Isozentrums einer Linearbeschleuniger (LINAC) Röntgenbehandlungsmaschine zu positionieren und aufrechtzuerhalten. Daher besteht eine Notwendigkeit für Verfahren zur Ausrichtung von Strahlen, wie beispielsweise von einer LINAC-Maschine, um spezifische Ziele zu treffen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird in einer ersten Form ein System zur Anordnung eines Patientenkörpers mit Raumpunkten an einer Behandlungs- oder diagnostischen Vorrichtung in Erfassung von Bilddaten von einem Bildscanner bereitgestellt, wobei der Bildscanner einen Koordinatenrahmen aufweist und die Bilddaten zumindest eines Abschnittes des Patientenkörpers, der durch den Bildscanner gescannt wird, einem Computersystem bereitstellt, um die Scannermarkerkoordinaten in dem Scannerkoordinatenrahmen der Scannerindexmarker zu entwickeln, die an dem zumindest einen Abschnitt des Patientenkörpers angeordnet sind, und um Scannerzielkoordinaten in dem Scannerkoordinatenrahmen zumindest eines Zieles in dem zumindest einen Abschnitt des Patientenkörpers zu entwickeln, wobei das System umfasst: Ein Computersystem, um Kameradaten und Bilddaten des Bildscanners zu bearbeiten;
Ein Kamerasystem (C), das zwei oder mehrere Kameras umfasst die jeweils ein Gesichtsfeld aufweisen, das zumindest einen Abschnitt des Patientenkörpers auf der Behandlungs- oder diagnostischen Vorrichtung umfasst, wobei das Kamerasystem Positionen der Raumpunkte innerhalb des Gesichtsfeldes indexiert, die zumindest einen Referenzpunkt in einer bekannten Position bezüglich der Behandlungs- und diagnostischen Vorrichtung mit Bezugskoordinaten, die in dem Kamerasystem bekannt sind, aufweist, wobei das Kamerasystem dem Computersystem Kameradaten bereitstellt, um optische Markerkoordinaten in dem Kamerakoordinatenrahmen der optischen Indexmarker zu entwickeln, die durch das Kamerasystem in dem Gesichtsfeld detektierbar sind und in der gleichen Position an dem Patientenkörper positioniert sind, wie die Scannerindexmarker, und wodurch die Positionen der optischen Indexmarker bezüglich des zumindest einen Referenzpunktes bekannt sind;
Mit dem Computersystem verbundene Transformationsmittel um die Scannermarkerkoordinaten in die optischen Markerkoordinaten zu transformieren, und wobei die Scannerzielkoordinaten so in Kamerazielkoordinaten transformiert werden, dass die Position der zumindest einen Zielposition bezüglich des zumindest einen Referenzpunktes der Behandlungs- und diagnostischen Vorrichtung bestimmt ist,
dadurch gekennzeichnet, dass:
die optischen Indexmarker Objekte mit geometrischen Figuren sind, die durch das Kamerasystem detektierbar sind, um die Kameramarkerkoordinaten bereitzustellen.
Im Wesentlichen, in Übereinstimmung hiermit, wirkt eine optische Kameravorrichtung in Kooperation mit einer LINAC-Maschine und einem Computer zusammen, um die Behandlung eines Patienten mit einem Strahl zu ermöglichen, der so auf ein spezifisches Ziel in einem Patientenkörper positioniert und gehalten wird. In einem Ausführungsbeispiel ist das Kamerasystem in einer bekannten Position bezüglich der LINAC-Maschine angeordnet und um Indexmarker an spezifischen Orten an einem Patientenkörper zu detektieren. Die Marker, die während des Bildscanprozesses verwendet werden, korrelieren mit den Referenzpunkten für die Scandaten. Daher, aufgrund der Korrelation, sind anatomische Ziele in dem Körper, die in den Bildscandaten identifiziert sind, effektiv bezüglich des Behandlungsstrahles der LINAC-Maschine positioniert, die durch Kameradaten identifiziert ist. Insbesondere dienen Datenansammlungs-, Transformations- und Bearbeitungsvorgänge dazu, die Scandaten mit den Kameradaten zu korrelieren und dadurch sowohl die gewünschten Positionsbeziehungen für die Patientenbehandlung zu ermöglichen, als auch eine effektive Grafikdarstellung bereitzustellen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
In den Zeichnungen, die einen Teil der Beschreibung darstellen, werden exemplarische Ausführungsbeispiele, die unterschiedliche Aufgaben und Merkmale hiervon zeigen, ausgeführt.
Besonders:
1 ist eine perspektivische und schematische Ansicht eines zusammengesetzten Systems, das unter Bezugnahme auf einen Patienten gezeigt ist;
2 ist eine perspektivische Ansicht von Komponenten, die denen in 1 etwas ähnlich sind, die in mehr oder weniger detailliert für weitere Erklärungen gezeigt sind;
3A, 3B und 3C sind perspektivische Ansichten, die Indexmarker zeigen;
4 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren beschreibt, das in Bezug auf einen Patienten gezeigt ist;
5 ist eine Seitenansicht, die eine Lokalisierungsvorrichtung in Beziehung zu einem Patienten zeigt;
6 ist eine Seitenansicht eines anderen Systems für die Patientenlokalisierung, das im Wesentlichen in Übereinstimmung mit dem System der 1 ist;
7 ist eine Seitenansicht eines optischen und Ultraschallpositionierungssystems einer Behandlungsmaschine, die in Bezug auf einen Patienten gezeigt ist;
8 ist eine perspektivische und schematische Ansicht, die ein Videopositionierungssystem in Bezug auf einen Patienten zeigt;
9 ist eine Serie von Ansichten 9A, 9B und 9C, die eine Video- und grafische Rekonstruktionsverschmelzung in Bezug auf einen Patienten zeigen;
10 ist eine perspektivische und schematische Ansicht, die eine Vorrichtung zum Kalibrieren oder Ausrichten optischer Kameras bezüglich einer Behandlungsmaschine zeigt; und
11 ist eine perspektivische Ansicht, die ein weiteres Ausführungsbeispiel zeigt, das eine rahmenlose stereotaktische Navigation auf einer Bildscannermaschinenvorrichtung zeigt und die in Bezug auf einen Patienten gezeigt ist.
BESCHREIBUNG DER ERLÄUTERNDEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Die folgenden Ausführungsbeispiele zeigen und erklären die vorliegende Erfindung und deren Konzepte und in dieser Beziehung wird angenommen, dass sie die besten Ausgangsbeispiele für den Zweck der Offenbarung schaffen und eine Basis für die hierin angegebenen Ansprüche bereitstellen, die den Umfang der vorliegenden Erfindung definieren.
Im Wesentlichen erreicht das Ausführungsbeispiel der 1 eine optische Lokalisierung und/oder Röntgenlokalisierung einer Patientenanatomie für die Behandlung. Eine Linearbeschleunigerröntgenstrahlungstherapievorrichtung (LINAC), die im Allgemeinen bei L angeordnet ist (1 obere linke Seite), stellt einen Strahl B bereit (im Allgemeinen eine Strahlung mit einem Isozentrum) zur Behandlung eines Patienten P, (der abgestützt auf einer Plattform oder einer Couch F gezeigt ist). Im Wesentlichen hat der Strahl B eine erste Achse, die sich bei einem spezifischen Ort schneidet (Isozentrum) und in einem Ziel oder in dem Patienten P positioniert ist.
Im Wesentlichen werden Scandaten gespeichert, um die Anordnung eines Zieles in einem Patientenkörper zu spezifizieren, im Wesentlichen definiert in einem dreidimensionalen Scanraum (als Scheibendaten) bezüglich von Referenzen. Die Scandaten werden in einem Behandlungsprozesssystem T gespeichert, das weitere Daten eines Kamerasystems C erhält. Spezifisch tastet das Kamerasystem C die augenblickliche Position des Patienten P und des Strahls B (in dem Kameraraum) auf der Basis von Markerorten an dem Patienten P und der Maschine L ab. Unter Verwendung ähnlicher oder aufeinander bezogener Referenzorte werden der Scanraum und der Kameraraum miteinander korreliert und die Daten werden in einen gemeinsamen Koordinatenraum transferiert. Entsprechend wird der Strahl B unter Bezug auf den Patienten P in Beziehung gesetzt und angezeigt. Entsprechend kann der Strahl P positioniert und aufrechterhalten werden, um an dem gewünschten Ziel zu kollimieren. Es ist zu beachten, dass sowohl die Maschine L als auch die Patienten unterstützende Liege F bewegbar sind, um die gewünschten Positionsbeziehungen zwischen dem Strahl B und Patienten P zu erreichen und aufrechtzuerhalten, wie nachfolgend detaillierter beschrieben.
Die LINAC-Maschine L ist auf einem Boden 3 montiert und umfasst eine Lagerung 1 (engl. gantry), die sich um eine horizontale Achse 2 dreht, wobei der Drehwinkel durch einen Doppelpfeil 2A angezeigt ist. Die Lagerung 1 ist daher drehbar an einer am Boden montierten Säule oder Haltestruktur 4 gehalten, die eine Bedienplatte 4A zur direkten manuellen Steuerung umfasst. Eine Steuerung kann ebenso von dem Behandlungsbearbeitungssystem T bereitgestellt werden.
Fern von der Haltestruktur 4 trägt die Lagerung 1 eine Strahlungsquelle R (in Phantomzeichnung gezeigt), die etwas mit einem Kollimator 5 ausgerichtet ist, der die Röntgenstrahlung von der Quelle R formt, so dass sie sich im Wesentlichen entlang der Achse erstreckt, wie für den Strahl B angezeigt. Wohlbekannte Strukturen können als Strahlungsquelle R und Kollimator 5 verwendet werden. Insbesondere kann der Kollimator 5 ein Vielblenden-, Miniaturblenden-, Kreisform-Kollimator sein, ein ausgeschnittener Block oder ein anderer Typ von Röntgenöffnungen. Typische LINAC-Maschinen, so wie sie gegenwärtig bekannt sind, können als die LINAC-Maschine L verwendet werden, die so betrieben wird, dass sie einen Isozentrumspunkt 7 ausbildet (der am Abdomen des Patienten P gezeigt ist), wobei der Punkt 7 der Konvergenzpunkt der mittleren Röntgenstrahlung ist (Strahl B in der Darstellung) und auf der Drehachse 2 liegt.
Wie oben angegeben liegt der Patient P auf der Liege F und ist insbesondere auf einer Oberseite 11 der Liege abgestützt gezeigt. Das obere Ende der Liege 11 ist beweglich; es kann also in kartesischen Translationen verschoben werden, wie durch die Doppelpfeile X, Y und Z angedeutet. Solche Verschiebungen werden durch einen Mechanismus 10 durchgeführt, der in einer Phantomdarstellung innerhalb der Liege F gezeigt ist. Eine direkte manuelle Steuerung wird durch das Bedienfeld 4A ermöglicht, mit einer Datensteuerung für das Behandlungsbearbeitungssystem T. Es ist zu beachten, dass sich die Liege F ebenso um die vertikale Achse 12 dreht (mechanische Verbindung), wie durch einen Doppelpfeil 12A angezeigt. Eine dritte senkrechte Achse 14 (Patientenquerrichtung) wird so angezeigt, dass sie durch den Isozentrumspunkt 7 hindurchgeht, wie detailliert nachfolgend beschrieben wird.
Das Kamerasystem C umfasst drei Kameras 17, 18 und 19, die die Form wohlbekannter Videokameras, Infrarot gefilterten Kameras, linearen CCD Kameras (mit entweder infraroter oder nicht infraroter Empfindlichkeit) oder anderen Kameras einer möglichen Gestaltung annehmen können, um die Inhalte eines Raumes aufzulösen. Die Kameras 17, 18 und 19 sind an einem Rahmen 6 zusammen mit einer Lichtquelle 16 befestigt und sind so ausgerichtet, dass sie den Behandlungsraum des Feldes der Liege F, der Lagerung 1 und des Patienten P übersehen. Daher erkennt das Kamerasystem C die Inhalte eines Volumens, das durch die oben beschriebenen Elemente eingenommen wird. Zusätzliche Kameras können in anderen Positionen innerhalb des Behandlungsraumes angeordnet sein, zum Beispiel an den Decken oder den Wänden angebracht sein.
Anerkennend, dass unterschiedliche Formen von Markern verwendet werden können, kann, wenn die Indexmarker vom Reflektionstypus sind, eine Lichtquelle 16 (Infrarot) verwendet werden, um ein reflektiertes Licht herzustellen, wie es durch die gestrichelten Linienpfeile 26 angezeigt ist. Obwohl die Lichtquelle 16 nicht immer notwendig ist, kann sie das Signal-zu-Rausch-Verhältnis des reflektierten Lichtes der Indexmarker in Beziehung zum Hintergrund verbessern. Es ist zu beachten, dass aus dem gleichen Grund zusätzliche Lichtquellen an dem Rahmen 6, zum Beispiel nahe der Kameras 17 und 19, befestigt werden können.
Im Betrieb erkennt das Kamerasystem C unterschiedliche Marker, die unterschiedliche spezifische Referenzorte oder Indexpunkte anzeigen. Insbesondere werden die Indexpunkte erkannt, so wie sie durch die Marker 20, 21, 23 und 24 angezeigt sind, die zum Beispiel an dem Patienten P oder nahe der Haut des Patienten angeordnet sind. Wie gezeigt, können die Marker 20, 21, 23 und 24 eine Vielzahl von Formen annehmen, zum Beispiel, LED Emitter, Lichtreflektoren, reflektierende Kugeln, reflektierende Punkte oder unterschiedliche andere Vorrichtungen sein, die durch das Kamerasystem C im dreidimensionalen Raum erkannt werden können. Auch radiopake Kreise können an der Haut aufgeklebt werden an Punkten, die durch ein Tattoo oder eine Tintenmarkierung identifiziert sind. Ebenso können reflektive Marker präzise an Tattoos oder Tintenmarkern an der Haut des Patienten angeordnet werden.
Die Indexmarker 20, 21, 23 und 24 stellen Referenzen zur Transformation von Bildscandaten (am Anfang gespeichert) in den Koordinatenraum der LINAC-Maschine L bereit, so wie sie durch das Kamerasystem C erkannt werden. Also werden dreidimensionale Scandaten, die während vorhergehenden Prozeduren aufgenommen wurden, in dem Behandlungsbearbeitungssystem T gespeichert und werden mit Daten korreliert, die von dem Kamerasystem C unter Verwendung von gemeinsamen Punkten bereitgestellt werden, die durch die Marker 20, 21, 23 und 24 definiert sind. Die kombinierten Daten beinhalten die gewünschte Position und Orientierung der Liege F und/oder die Orientierung und Kollimierung des Strahls B, um das gewünschte Ziel in dem Patientensubjekt P zu treffen. Der Steuervorgang wird nachfolgend detaillierter zusammen mit der Korrelation der Daten offenbart, um eine zusammengesetzte Anzeige bereitzustellen, die den Patienten P auf die Behandlungsstruktur der 1 bezieht.
Bezüglich des Kamerasystems C „schauen", die individuellen optischen Kameras 17, 18 und 19 im Wesentlichen auf die Position und die Ausrichtung des Patienten P, also betrachten sie das Volumen, das den Patienten P und die Vorrichtungen umfasst, wie oben beschrieben. Die Marker 20, 21, 23 und 24 können durch die Kameras „gesehen" werden, um die Markerpositionen relativ zu dem Isozentrumspunkt 7 und dem Strahl B zu verfolgen. Bezüglich einer offenbarenden Referenz siehe zum Beispiel U.S. Patent 5,446,548 mit dem Titel „Patientenpositionier- und Überwachungssystem", L. H. Garrick und S. F. El-Hakim, das am 29. August 1995 ausgegeben wurde, als auch ein Betriebssystem, das als das OTS Optisches Tracking System bezeichnet ist, das von Radionics, Inc., in Burlington, Massachusetts hergestellt wird oder ein Bewegungsverfolgungssystem, das von Oxford Metronics, Ocford, England verfügbar ist.
Wie angegeben, werden die optischen Signalgänge der Kameras 17, 18 und 19 einem optischen Bildverfolgungsprozessor 34 (1, obere rechte Seite) bereitgestellt, wie er in diesem Gebiet wohl bekannt ist. Im Betrieb des Prozessors 34 werden die individuellen Kameradatensignale in dreidimensionale Positionsdaten übertragen (in den Kamerakoordinatenraum) bezogen auf Objekte in dem gemeinsamen Gesichtsfeld der Kameras und umfassend die identifizierenden Indexmarker 20, 21, 23 und 24. Die daraus resultierenden Positionsdaten definieren die Position des Patienten P relativ zu Objekten im Gesichtsfeld des Kamerasystems C (im Kamerakoordinatenraum).
Ein weiterer Satz von Markern 30, 31 und 32 ist mit der Liege F verbunden, die unterschiedlich an dem Liegenoberteil 11 angeordnet sind. Die Marker 30, 31 und 32 werden ebenso durch das Kamerasystem C detektiert, um die Orientierung der Liege F relativ zum Kamerasystem C zu bestimmen. Daher stellt, unter Verwendung der Ausgänge des Kamerasystems C, der Prozessor 34 ebenso Daten bereit, die die Position der Liege F im Kameraraum anzeigen. Unter Verwendung solcher Daten wirkt der Prozessor 34 mit anderen Komponenten des Behandlungsbearbeitungssystems T zusammen, um die Daten zu koordinieren und die oben beschriebenen Funktionen zu erreichen. Andere Komponenten des Behandlungsbearbeitungssystems T umfassen einen Bildgeber 35, ein Behandlungs- und Planungssystem 36, einen Computer 37, eine Steuerung 38 und eine Schnittstellenanzeigeeinheit 39. Der detaillierte Betrieb des Behandlungsbearbeitungssystems T wird nachfolgend behandelt.
Noch ein weiterer Satz von Indexmarkern 40, 41 und 42 ist an der Lagerung 1 befestigt, ebenso um Positionen im Kameraraum anzuzeigen. Weiterhin sind Marker 43 an dem Kollimator 5 spezifisch befestigt (am Ende der Lagerung 1) um ein dreidimensionales Verfolgen der Halterung und des Strahls B relativ zu dem Patienten P und der Liege F zu ermöglichen. Daher stellt das Kamerasystem C Daten bereit, um die Behandlungsmaschine L, den Strahl B relativ zum Patienten P, das Ausrichten eines anatomischen Ziels mit dem Strahl B an dem Isozentrumspunkt 7 oder einem anderen Strahlungsfokus zu koordinieren.
Bis zu einem bestimmten Umfang wiederholend wird verstanden werden, dass, wie oben beschrieben, während einer anfänglichen Prozedur die Scandaten von dem Patienten aufgenommen werden, wie zum Beispiel durch CT oder einen MRI Scanner, und in dem Bildgeber 35 gespeichert werden. In Übereinstimmung mit einem Betriebsformat können die Scandaten Scheibendaten umfassen, die dreidimensional einen Bereich des Patienten P in Scandatenform repräsentieren. Natürlich ist der Scandatenraum unterschiedlich von dem Kameradatenraum, wobei die Kompatibilität durch eine Übersetzung in einen gemeinsamen Koordinatenraum erhalten wird. Transformationen, die im Stand der Technik wohlbekannte Techniken verwenden, werden durch die Bezugnahme auf bestimmte Marker erhalten, zum Beispiel auf die Marker 20, 21, 23 und 24, die an dem Patienten P angebracht sind und Referenzpunkte in beiden Raumkoordinaten identifizieren.
Wie angegeben, werden während des Scanprozesses die Positionen der Indexmarker 20, 21, 23 und 24 an dem Patienten P in dem Koordinatenraum des Scanners (CT oder MRI Scanraum) bestimmt, die dazu verwendet werden, die Bildscandaten zu erzeugen. Zum Beispiel können, beim CT-Scannen, grafische Referenzmarker radiopake Marker sein, die auf der Haut in Positionen angeordnet sind, die durch die Indexmarker 20, 21, 23 und 24 angezeigt werden. Sie könnten zum Beispiel radiopake Kreise sein, die auf die Haut an Punkten aufgebracht werden, an denen ein Tattoo oder eine Tintenmarkierung aufgebracht wurde. Unter Kenntnis der Koordinaten im Scanraum und der Koordinatenorte anatomischer Objekte relativ zu diesen (Marker 20, 21, 23 und 24) werden die Zielorte, die bestrahlt werden sollen, relativ zu den Indexpunkten bestimmt, die durch die Marker 20, 21, 23 und 24 definiert sind. Wie angezeigt, werden Bildscandaten für die Index markierten Positionen in dem Bildgeber oder in dem Bilddatenspeicher 35 zur Verwendung durch das Planungssystem 36 und dem Computer 37 gespeichert.
In dem Behandlungsplanungscomputer 36 werden Positionen für die Marker 20, 21, 23 und 24 relativ zur Anatomie des Patienten P und der ausgewählten inneren anatomischen Ziele bestimmt. Entsprechend werden die Zielkoordinaten eines Volumens in dem Scandatenkoordinatensystem aufgelöst.
Die spezifischen Orte der Punkte, die durch die Marker 20, 21, 23 und 24 identifiziert sind, werden ebenso im Kameraraum durch das Kamerasystem C bestimmt, während der Patient P auf der Liege F ist. Daher werden identische Referenzorte in den beiden Koordinatensystemen (Scan und Kamera) bereitgestellt, die Datentransformationen ermöglichen, so wie sie im Computergrafikgebiet wohl bekannt sind. Spezifisch werden die Referenzpunkte durch das Kamerasystem C detektiert. Dies kann zum Beispiel durch das Anordnen von LED's oder reflektiven Markern an den Positionen der Indexmarker ermöglicht werden, so wie sie durch Tattoo-Marken oder Tintenpunkte verwendet werden, die während des Bildscannens, wie oben beschrieben, verwendet werden. Die Markerpositionen werden dadurch in dem dreidimensionalen Raum relativ zu dem Kamerasystem bestimmt. Weiterhin werden ebenso die Markerpositionen am Patientenkörper relativ zu Markern an dem LINAC selbst bestimmt, wie beispielsweise 30, 31, 32 an der Liege 11, oder 40A, 40B und 40C an der Lagerung 1. Daten des Kamerasystems C werden dem Komparator/Computer 37 von dem Prozessor 34 bereitgestellt, wo die Indexmarkerorte mit Markerpositionen verglichen werden, die aus den Bilddaten bestimmt sind, um eine „beste Passung" zu erreichen, wie es wohl bekannt ist. Entsprechend werden die Bilddaten, die den Patienten definieren, in den Kameraraum transformiert. Daher wird eine Zielkoordinate von dem Behandlungsplanungssystem 36 bestimmt, die den expliziten Ort des Ziels in Beziehung zu Objekten im Kameragesichtsfeld, umfassend den Kollimator 5 und entsprechend den Strahl B, umfasst.
Die dreidimensionale Position des Isozentrumspunkts 7 (im Kameraraum) des LINAC L wird bestimmt und gesteuert durch eine Kalibrierungsprozedur, wie sie nachfolgend beschrieben ist. Daher wird eine innere ausgewählte Zielposition, so wie sie von der Transformation in den Kamerakoordinatenraum bestimmt wird, relativ zu der Liege F, der Lagerung 1, dem Strahl B und dem Isozentrumspunkt 7 bestimmt. Solche Informationen werden der Steuerung bereitgestellt um die Lagerung 1 und die Liege F zu positionieren, und daher die Behandlung zu steuern. Die Anzeigeeinheit 39 zeigt dann dynamisch die Positionsbeziehung in einem grafischen Bild an.
Spezifisch steuert die Steuerung 38 die Winkel und Formen des Strahlungsstrahls B, der durch das Behandlungsplanungssystem 36 bestimmt ist. Wiederum können Strahlenansätze ebenso über den Komparator/Computer 37 transformiert werden, um den Halterungskollimator 7 und die Liege F zu positionieren (die durch die Steuerung 38 betätigt wird). Die Steuerung 38 kann auch eine Struktur zum Aufnehmen und zum Verifizieren von Positionsbeziehungen umfassen, umfassend die des Strahls B und des Patienten P sowie den Status des Strahls B (An und Aus) und die Dosisverhältnisse während der Behandlung steuern.
Als ein Beispiel einer Standardsteuerung 38 und eines Behandlungsplanungssystems 36, wie sie in dem System verwendet werden können, siehe das Mevatron Linac, das von Siemens Oncology Care Systems Inc., Concord, California bereitgestellt wird, sowie das Produkt XKnife Treatment Planning System, das von Radionics, Inc. erhältlich ist. Eine typische Anzeige der relevanten Informationen an jedem Punkt in einem Behandlungsprozess wird durch eine Schnittstelle und das Bild der Displayeinheit 39 angezeigt.
Nach dem Bestimmen der Position des gewünschten Behandlungsziels im Patienten P unter Verwendung des Koordinatenraums des Kamerasystems C und ebenso dem Bestimmen der Relativposition und dem Abstand des Ziels von dem Isozentrumspunkt 7, ebenso im Kameraraum, wird die Liege F bewegt, um das gewünschte Ziel mit dem Isozentrumspunkt 7 erreichen. In dieser Konfiguration wird der Strahl B von dem Kollimator 5 auf das Ziel gerichtet. Der Prozess kann mit einem angemessenen Sequencing durch die Steuerung 8 automatisiert werden, zum korrigierenden Antreiben der Liege F.
Entsprechend wird der Strahl B mit dem Isozentrumspunkt 7 des gewünschten Ziels aufrechterhalten.
Das Kamerasystem C kann den Prozess überwachen, wie oben beschrieben, und ein Feedbacksignal zum automatischen Antreiben der Liege F bereitstellen. Die Strahlpositionen und Dosisverhältnisse, die durch den Kollimator 5 in Monitoreinheiten gemessen werden, können ebenso entweder durch eine manuelle Betreibersteuerung (Bedienfeld 4A) oder automatisch durch die Steuerung 38 vorgeplant und betrieben werden.
Wenn mehrere Ziele oder ein großes Zielfeld bestrahlt werden sollen oder wenn die Intensitätsmodulation von Strahlen spezifiziert ist, kann sich die Steuerung 38 sequentiell zu unterschiedlichen Zielpositionen innerhalb eines generalisierten Zielvolumens bewegen, zum Beispiel, unter Einnehmen sequentieller Positionen, die in X, Y und Z Koordinaten definiert sind, sowie von Dosisraten, was alles erreicht wird, um ein gewünschtes Bestrahlungsmuster zu erhalten.
In einer dynamischen Art des Systems können Korrekturen für eine Patientenbewegung während der Behandlung bereitgestellt werden entlang derer eine kontinuierliche Bestätigung der Patientenkörperposition relativ zu der LINAC Maschine stattfindet. Wenn es eine respirative Körperbewegung des Patienten P gibt, wie sie typischerweise im Torsobereich auftritt, kann diese Tidenbewegung durch das Kamerasystem C beobachtet werden, das die Indexmarker 20, 21, 23 und 24 verfolgt. Eine Synchronisierung der Strahlung von der LINAC Maschine L kann sicherstellen, dass das anatomische Ziel durch den Strahl 6 getroffen wird, selbst wenn sich die inneren Organe des Patienten bewegen. Dies kann ebenso durch die Steuerung 38 mit einem Feedback zum optischen Verfolgungsprozessor 34 durch den Komparator 37 gesteuert werden. Entsprechend ermöglicht der Komparator 37 das Rationalisieren bestimmter komplexer Prozeduren und selbst von Routineprozeduren, im Vergleich zu herkömmlichen Standard-Radiotherapieschritten, die sich im Wesentlichen allein auf Laserlicht verließen, das mit einer Bestrahlungsmaschine an Tattoo-Markierungen an dem Patienten in Verbindung gebracht wurde.
2 ist eine teilweise Ansicht, die bestimmte Komponenten des Systems der 1 als Ganzes oder fragmentarisch zeigt und im Wesentlichen die gleichen Referenzzeichen trägt, jedoch in einigen Beziehungen modifiziert ist, um andere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung zu zeigen. Es ist zu beachten, dass der Kollimator 5 im Allgemeinen repräsentativ für die LINAC Maschine L zum Behandeln des Patienten P ist, der auf der Oberfläche oder an der Oberseite der Liege 10 positioniert ist. Das gesamte Bearbeitungssystem T1 der 2 kann die Elemente, die unter Bezugnahme auf die 1 beschrieben sind, umfassen und ist in einer Einheit 39A umfasst, die eine Grafikanzeige einschließt.
Ein Kamerasystem C1 (2) umfasst zwei Kameras 17, 18, die stabil gesichert sind (symbolisch angezeigt), wie beispielsweise an der Decke des Behandlungsraums. Die Kameras 17 und 18 sind jeweils mit ringförmigen Ringen 17A und 18A ausgerüstet, die jeweils mit einer ringförmigen Anordnung. mehrerer Lichtquellen 17B und 18B ausgerüstet sind. Die Lichtquellen 17B und 18B können LED's (Licht emittierende Dioden) sein, um die Marker an dem Patienten P und die LINAC Maschine L, so wie sie symbolisch durch den Kollimator 5A repräsentiert wird, zu beleuchten. Das Licht von den Quellen 17B und 18B wird reflektiert, wie durch die durchbrochenen Linien angezeigt wird, und Pfeile 17C und 18C erstrecken sich von den Quellen 17B und 18B und reflektieren in die Kameras 17 und 18 zurück.
Wie angezeigt, erhält ein stereotaktischer Immobilisierer 42 den Patienten P und kann die Form eines evakuierten Strahlungssackes ausformen, so wie er üblicherweise in der Strahlungstherapie verwendet wird, um den Patienten zu immobilisieren, sobald eine korrekte Ausrichtung erreicht wurde. Alternativ kann der Immobilisierer 42 ein vorgeformter Behälter oder ein Alphacradle sein, um eine feste Kontur des Patientenkörpers für eine wiederholte Positionierung zu definieren.
Indexmarker 20, 21, 23 und 24 sind an dem Patienten befestigt, so wie vorhergehend unter Bezugnahme auf 1 beschrieben. Es ist daran zu erinnern, dass diese Marker Orte zeigen, die durch radiopake oder MR detektierbare Indexmarker markiert sind, die an dem Patienten P zum Zeitpunkt der CT oder MRI Scannens befestigt sind. Die Anordnung in 2 könnte angewendet werden auf die Simulatorliegenoberseite 11, um einen Vorplan des Behandlungssetups zu simulieren, oder könnte auf die Liege für die Radiotherapie angewendet werden, wie beispielsweise eine LINAC Liege. Die radiopaken oder MR detektierbaren Indexmarker, die während der CT oder MR Scannenphase verwendet werden, können in der Anordnung der 2 ersetzt werden durch Kamera detektierbare Indexmarker, die an den gleichen Orten an dem Patienten angeordnet sind. Im Kontext der 2 bestimmt das Kamerasystem C1 die 3-D-Position der Indexmarker bezüglich des Kamerakoordinatensystems, wie oben beschrieben.
In dem Kontext der 2 wird mit den aufgenommenen Scandaten und den Positionskonfigurationen, die durch das Kamerasystem C1 ermittelt werden, ein Ziel P1 innerhalb des Patienten P innerhalb eines Behandlungsvolumens P2 ermittelt. Das Ziel P1 kann der nominale Fokus der Strahlung des Kollimators 5A sein und die Kontur der Röntgendosis der LINAC Maschine kann dazu gedacht sein, das Zielvolumen P2 zu umschließen. In bestimmten Anwendungen ist es gewünscht, das Ziel zu einem Isozentrum 7 (1) zu bewegen, zur Konvergenz der Strahlungsstrahlen auf das Zielvolumen P2. Entsprechend, wie oben angedeutet, kann die Liege 11 bewegt werden, um die gewünschte Koinzidenz zu erhalten.
Ebenso umfasst, wie bereits bemerkt, die Terminaleinheit 39A die Fähigkeit, die angezeigten Positionsdaten zu steuern. Insbesondere, wie angedeutet, zeigt ein Displaybedienfeld 39B in X, Y und Z-Koordinaten die Position des Isozentrums relativ zu einem Ziel in Echtzeit, zum Beispiel gleichzeitig, ebenso wie die Winkel C, G und A (korrespodierend zu den LINAC Winkeln 12A für die Liegendrehung, 2A für die Halterungsdrehungen und A für Kollimatordrehung, wie durch die Pfeile der 1 angezeigt) bezüglich des Strahls 6 im Koordinatensystem der Patientenanatomie in dem Scandatenraum, so wie er durch den Behandlungsplanungscomputer bereitgestellt wird, der in der Einheit 39 umfasst ist.
Wie oben detailliert beschrieben, trägt die Behandlungsliege 11 Indexmarker 30, 31 und 32, die durch das Kamerasystem C1 verfolgt werden, um die momentane Position der Liege 11 durch eine Prozedur hindurch anzuzeigen. Da die Winkel C, G und A während der Behandlung verändert werden, kann die Position der geplanten anatomischen Ziele P1 am Isozentrum 7 gehalten werden. In dieser Beziehung kann eine Feedbacksteuerung des Kamerasystems C1 mit dem Behandlungsbearbeitungssystem T1 verbunden werden, um automatisch das Ziel mit dem Isozentrum einzuschließen. Zum Beispiel kann der Betrieb einen automatisierten und integrierten Prozess eines rahmenlosen optischen Verfolgens umfassen, um die gewünschten Behandlungsplanungsparameter und die LINAC Maschinensteuerung zur Patientenpositionierung zu erhalten.
2 zeigt ebenso alternative Typen von Indexmarkern, zum Beispiel hat der Marker 50 ein Maschinen erkennbares geometrisches Muster, das durch das Kamerasystem C1 detektierbar ist, um die Orientierung und Positionierung der Liegenoberseite 11 zu bestimmen. Solche Marker können die Form von Balkendiagrammmustern, geometrischen Formen (z.B. Dreiecken), Linien, zweidimensionalen geometrischen Figuren usw. annehmen, wobei jede von diesen durch das Kamerasystem C1 in Positionen detektiert werden kann, die durch das Behandlungsbearbeitungssystem C1 bestimmt werden. Das Bestimmen und Bearbeiten solcher geometrischer Formen ist wohl bekannt im Gebiet der optischen Verfolgungstechnologie und entsprechend ist zu beachten, dass die diskreten Indexpunkte, so wie sie durch die Marker 30, 31 und 32 an der Oberseite der Liege 11 angezeigt sind, ersetzt werden können durch geometrische Muster. Ebenso beachtet werden muss, dass die Indexmarker 51, 52 und 53 an dem Immobilisierungsrahmen 42 befestigt sind. Sie können LED's, reflektive sphärische Oberflächen sein, so wie sie als gegenüberliegende Redundanz der Indexmarker an dem Patientenkörper und/oder der Oberseite der Liege verwendet werden.
Eine Plattenstruktur 55 zeigt eine weitere alternative geometrische Form, die spezifisch eine dreieckige Platte umfasst, die eine Mehrzahl von erhabenen Halbkugeln 56 zusammen mit einem linearen Streifen 57 trägt. Die Platte 55 kann an dem Patienten P angeklebt werden, indiziert durch Tattoos oder andere Markierungen. Zum Beispiel kann eine Linie 58 an dem Patienten P während des CT Scanningprozesses als eine Referenz gezogen werden. Zusammenfassend ist zu beachten, dass die Struktur der Platte 55 ein beachtliches Charakteristikum zum Anzeigen der Orientierung eines Patientenkörpers bereitstellt.
Noch eine weitere Form eines Indikators oder Markers wird durch einen Streifen 60 von Reflektionsband, das klebemäßig am Patienten P befestigt wird, bereitgestellt. Solch ein Marker kann wiederum als eine Referenz verwendet werden, die sich auf die Scandaten bezieht. Es ist zu beachten, dass durch die Verwendung eines Komparatoralgorithmus zum Vergleich gekrümmter geometrischer Objekte unter der Bildgebungsprozedur (Scandatensammlung) und der Behandlungsphase (Kameraraum) eine Anzeige der Orientierung des Patientenkörpers ermittelt werden kann und die Koordination der Zielposition gemanaged werden kann.
3A, 3B und 3C zeigen andere beispielhafte Formen von Markern, so wie sie im Allgemeinen in 2 eingeführt werden, die zum Verfolgen in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung verwendbar sind. 3A zeigt ein Tattoo 60, das auf einer Patientenhaut als Vorbereitung für ein CT Scannen hergestellt werden kann. Der angezeigte Ort würde zum Beispiel mit einer gewünschten Anordnungsposition für eine radiopake, eine Öffnung aufweisende Scheibe oder einen Marker korrespondieren, die oder der während des Scannens detektierbar ist. Später, als Vorbereitung für die Behandlung, wird eine selbstreflektive, eine Öffnung aufweisende Scheibe 61 an dem Patienten angebracht, genau so, wie durch das Tattoo 60 angezeigt. Eine Öffnung oder ein Loch 61A ist im Zentrum der Scheibe 61 definiert, um sie in Übereinstimmung mit dem Tattoo 60 zu bringen. In einer alternativen Form kann die Scheibe 61 eine reflektive Kuppel oder eine sphärische Oberfläche einer reflektiven Natur für eine effektive Kameradetektion definieren.
In 3B ist eine geometrische Reflektionsplatte 62 einer dreieckigen Konfiguration klebemäßig an dem Patienten P befestigt, die irgendwie ähnlich zu der Platte 55 funktioniert, so wie sie unter Bezugnahme auf die 2 beachtet wurde. Die Platte 62 definiert Löcher 63 und 64, um eine präzise Anordnung unter Referenz auf die markierten Orte auf der Haut des Patienten P zu ermöglichen.
Eine alternative Form eines Markers ist in 3 gezeigt und umfasst eine Anordnung von voneinander entfernten, reflektierenden Halbkugeln 66A, 66B und 66C, die an einer Welle oder einem Stock 65 befestigt sind, die eine mit einem Gewinde versehene distale Spitze 67 definieren. In der Verwendung ist der Marker eindrehbar mit dem Knochen B unterhalb der Haut des Patienten P in Eingriff gebracht. Ein Beispiel für die Verwendung des Markers wäre es, die Orientierung eines Hüftortes wiederholt für eine Prostata- oder gynäkologische Bestrahlung zu bestimmen. Solche Marker könnten Perkutan an dem Beckenkammknochen der Hüfte an einem oder mehreren Orten fixiert werden und dort für die Zeit der Behandlung verbleiben. Der Marker könnte auch ebenso zum Zeitpunkt des Bildscannens eingebracht werden, um Scandaten zu erzeugen. Die Anordnung der Halbkugeln könnte an einem Stummelabschnitt angebracht werden, der sich zum Zeitpunkt der Behandlung zum Beispiel aus dem Patienten P herauserstreckt, um eine Reflektionsoberfläche bereitzustellen. Cluster oder Triaden von reflektierenden Halbkugeln oder anderen geometrischen Objekten oder Formen können an einem ein Gewinde aufweisenden Schenkeladapter befestigt werden, um sowohl Position als auch Orientierungsinformation bezüglich der Hüfte zu erhalten. Die Halbkugeln können wiederholt an dem Schenkel zur wiederholten Neuanordnung befestigt und entfernt werden.
Im allgemeinen ist zu beachten, dass retroreflektives Material, das in den unterschiedlichen Markern, wie sie hierin beschrieben sind, verwendet werden kann, wohl bekannt ist, welches eine Charakteristik derart aufweist, dass es die Beleuchtung im Wesentlichen in die aufgenommene Richtung zurückreflektiert. Helle, schimmernde oder gefärbte Oberflächen können alternativ verwendet werden, um die Kameradetektionsnotwendigkeiten zu erfüllen, oder um eine Markierung von einer anderen zu unterscheiden. Solche Oberflächen sind insbesondere in einigen dieser Anwendungen nützlich.
Weiterhin können bezüglich der Verwendung von Markern, so wie sie hierin beschrieben sind, Marker in der Form geometrischer Objekte angebracht werden, um Positionen gemäß den Notwendigkeiten der unterschiedlichen Prozeduren anzuzeigen, umfassend das Bildscannen, Simulatorplanens und der Behandlung. Die Patientenorte, wie beispielsweise die lateralen oder anterioreen Abschnitte der Haut, die für die Kamera sichtbar sind, sind häufig vorteilhaft. Die Orientierung detektierbarer Platten, Kugeln, Scheiben, Dome usw. kann basierend auf den Betrachtungswinkeln des Kamerasystems für die optische Sichtbarkeit bestimmt werden. Im Übrigen könnten Marker mit linearen Mustern, die mit der Ausrichtung von Lasern oder anderen Bezugswerten koinzident sind, vorteilhaft in der Ausgestaltung des Aufbaus und für die erneute Anordnung eines Patienten auf einer Behandlungsliege sein.
Bezug nehmend nun auf die 4 wird ein Prozess betrachtet, der die Systeme der 1 und 2 umfasst. Ein anfänglicher Schritt, der durch den Block 70 illustriert ist, ist ein Scannen des Patienten durch CT, MR, Röntgen, Ultraschall, PET oder irgendeine andere Modalität oder durch die Verwendung von Simulatoren, um dreidimensionale Daten zu erhalten. Ein Simulator ist eine Röntgen- oder CT-Scanning-Vorrichtung, die eine Liege ähnlich zu der der 1 aufweist, in der es Röntgen- oder tomografische Bilddaten einem Arzt ermöglichen, viele Ziele innerhalb des Körpers relativ zu externen oder internen anatomischen Landmarken zu ermitteln. Bilddaten und Informationen der gewünschten Ziele werden erhalten, so wie es durch den Block 71 illustriert ist (4). Solche Daten können mit Bezugsmarkern erhalten werden, wie es oben beschrieben ist, aus den Vorgängerfällen, um die Daten in dem Scanner oder in stereotaktischen Koordinaten miteinander zu registrieren. Diese Daten werden in einen Behandlungsplanungscomputer eingegeben (z.B. System 36, 1), um den Behandlungsplan zu ermitteln, der durch den Block 72 illustriert ist (4). Die Zielpositionsdaten, zusammen mit den Zielvolumina und Strahlpositionsdaten werden von dem Arzt in Übereinstimmung mit den klinischen Bedürfnissen ermittelt.
Nach dem Behandlungsplanen wird der Patient auf die Liege F mit einem angemessenen Aufbau gebracht, wie er durch den Schritt des Blocks 73 angezeigt ist. Alternativ könnte während des Schrittes des Blockes 73 der Patient auf einem diagnostischen Apparat angeordnet werden, so wie einem interoperativen CT oder MRI Scanner. Unter Verwendung eines optischen Nachführsystems, wie es oben beschrieben ist, werden weitere Referenzdaten der Behandlungsmaschine aufgenommen, z.B. der Maschine L (1) in einem Schritt, der durch den Block 74 illustriert ist (4). Ebenso kann innerhalb des Schrittes eine Transformation mittels eines Computers oder Komparators (z.B. Komparator 37, 1) durchgeführt werden um die Position der Behandlungsplanziele relativ zu dem Koordinatenraum des Kamerasystems zu ermitteln.
Als nächstes wird die Distanz oder die Positionsdifferenz des geplanten Ziels von dem LINAC (Isozentrumspunkt 7, 1) ermittelt und der Patient P wird so bewegt, um das Ziel oder die Ziele mit dem Isozentrum des Strahls B auszurichten. Der Schritt wird durch den Block 75 illustriert (4). Weiterhin können die Strahlpositionen und Formen des Kollimators (Kollimator 5, 1) ermittelt werden und ebenso in der LINAC Maschine L festgelegt werden, wie es durch den Block 76 angezeigt ist (4).
Eine weitere Verfeinerung der internen Zielpositionierung auf ein Isozentrum kann durch Röntgenbildgebung erreicht werden. Als ein Beispiel hierfür werden, unter Bezugnahme auf 1, Röntgenmaschinenkomponenten 80 und 81 jeweils mit den Achsen 14 (horizontal) und 12 (vertikal) ausgerichtet und der Röntgenschirm 84 der Röntgenmaschine 80 kann dadurch ein Digitalbild der Strahlen durch den Patientenkörper bestimmen. Ein ähnlicher Schirm (nicht gezeigt) wirkt mit der Röntgenmaschine 81 zusammen. Weiterhin kann eine Portalbildgebung 85 (eine bekannte Vorrichtung an modernen LINACs) ein digitales Bild der hochenergetischen Röntgenstrahlen, die von dem Kollimator 5 ausgesendet werden, bereitstellen. Daher können diagnostische Röntgenstrahlen der Maschinen 80 und 81 oder Hochenergieröntgenstrahlen für die Portalbildgebung verwendet werden, um die innere Anatomie zu visualisieren, so wie beispielsweise Knochen und/oder radiopake Indexmarker, die auf die Haut aufgebracht sind oder in Knochen oder Gewebe innerhalb des Patienten vor der Behandlung implantiert sind.
Sobald die Patientenpositionsverschiebungen, die oben beschrieben sind (basierend auf den externen Landmarken) durchgeführt wurden, kann die innere Anatomie, die zum Beispiel genau durch die Knochenstruktur innerhalb des Körpers repräsentiert wird, weiter verwendet werden um die Position eines gewünschten internen Ziels zum Isozentrum zu verifizieren und/oder zu qualifizieren. Zu diesem Zweck könnte der Behandlungsplanungscomputer simulierte oder rekonstruierte Portalfilmansichten oder digital rekonstruierte Radiogramme (DDR's) bereitstellen, um solche Hochenergieröntgen- oder diagnostische Röntgenbilder durch den Patienten zu simulieren. Diese werden durch eine Overlay-Analyse, Bildverschmelzung oder andere theoretische Computervergleichsmethoden mit den tatsächlichen Portalfilmen oder Röntgenbildern verglichen, wie es durch den Block 84 der 4 illustriert ist. Basierend auf den Vergleichsbildern solcher rekonstruierter und tatsächlicher Röntgenansichten kann eine weitere Vergrößerung der X, Y, Z-Bewegung der Liege durchgeführt oder geplant werden. Diese wird ausgeführt, wie es durch den Schritt 85 illustriert wird. Wiederum könnte dies automatisch mit einem Feedbacksystem für eine schnelle Bildverschmelzungsvergleichung der simulierten Röntgenansichten durchgeführt werden.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung könnte einen diagnostischen Apparat umfassen. Zum Beispiel könnte es gewünscht sein, einen Patienten in einem CT, MRI, Simulator, Röntgen, PET oder einer anderen Bild gebenden Maschine in einer analogen Weise anzuordnen, wie in dem obigen Beispiel des Positionierens eines Patienten in einem LINAC. Für einen interoperativen CT oder MRI Scanner kann es notwendig sein, ein Ziel einer historischen Bildscanepisode zu den Scanscheiben des interoperativen bildgebenden Scanners zu verschieben, um den Grad eines Resttumors während einer operativen Resektion zu bestimmen. Daher umfasst die vorliegende Erfindung die Verwendung eines diagnostischen Apparats, der in den gegebenen Beispielen substituiert wird, z.B. LINACs.
Bezug nehmend auf 5 ist ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zur Verwendung in kranialer, Kopf und Torso oder Beckenanwendung gezeigt. Das Kranium des Patienten P wird durch eine Armstruktur 86 (links) stabilisiert, auf der Indexmarker 87 und 88 zur Detektion durch ein Kamerasystem C2 aufgebracht sind. Unterschiedliche Indexmarker an dem Kopf 89 des Patienten, dem Kinn 90, der Kehle 91, dem oberen Torso 92, und dem Torso 93 sind illustrativ gezeigt, abhängig von den klinischen Anwendungen und der Region, die behandelt werden soll. Diese zeigen die Orientierung der Patientenanatomie an und ermöglichen einen Vergleich dieser Orientierung mit der Position des Patienten während der Bildscanphase. Wie oben erläutert könnten diese Indexmarken an dem gleichen Ort wie sichtbare Bildindexmarker sein, die an dem Körper während der Scanphase angeordnet sind. Alternativ könnten die Indexmarker zufällig angeordnet sein oder in solchen Positionen angeordnet sein, dass sie in den Behandlungsaufbau herein passen. In diesem Fall kann die Registrierung des Kameraraums in den Bildscanraum durch Oberflächenfitting, bester Anpassung der Indexpunkte mit den Oberflächenkonturen oder anderen ähnlichen Prozeduren, die die Indexmarkerpositionen und Oberflächenkonturen der Scandaten und Kameradaten verwenden, durchgeführt werden.
Wie in 5 gezeigt, weist die LINAC oder Behandlungsliege 11 Indexmarker 31, 32 und möglicherweise mehrere, die nicht gezeigt sind, auf. Um bei der Orientierung der Torsoverschiebungen und Anwinkelungen zusätzlich zur Vereinfachung möglicher Liegenbewegungen zu helfen, wird eine so genannte „tektonische Platte" 100 unter dem Patienten P angeordnet. Diese kann in der Ebene der Liegenoberseite 11 bewegt werden, so wie es in einer vorherigen Anmeldung beschrieben wurde. Sie kann ebenso Anhebungsbewegungen bereitstellen, die durch ein aufgeblasenes Kissen 102 zwischen einer oberen Platte 101 und einer unteren Platte 100 durchgeführt wird. Das Aufblasen des Kissens kann durch einen Generator 103, der manuell oder elektronisch sein kann, ausgeübt werden. Feine Variationen der Höhe des Torsos relativ zum Kopf können dadurch zum Beispiel erreicht werden. Eine Überwachung der Position des Torsos relativ zum Kopf könnte durch das Kamerasystem C2 durch Betrachtung der 3D-Position solcher Indexmarker durchgeführt werden, die den Marker 92 zu Marken am Schädel sowie den Markern 89 und 90 vergleichen.
Ein alternatives Mittel zum Bestimmen der Orientierung des Beckens oder eines anderen Abschnittes des Körpers relativ zu dem LINAC wird erreicht durch eine Gurtstruktur 104, die wiederholt an dem Becken in einer ähnlichen Position angeordnet werden kann. Dies kann erreicht werden durch Ankleben des Gurtes 104 oder Anbringen des Gurtes entlang einer Indexlinie, wie beispielsweise einer Linie 105, die mittels eines Stiftes zum Zeitpunkt des Scannens oder des Simulatorplanens auf der Patientenhaut markiert ist. Der Gurt 104 kann eine Mehrzahl physikalischer Marker aufweisen, wie beispielsweise Marker 106, so dass das Kamerasystem C2 die Orientierung des Gurtes 104 bestimmen kann und daher die Orientierung der Beckenregion relativ zu der LINAC Liege und relativ zum Isozentrum des LINACs. Auf diese Weise können innere Ziele, wie beispielsweise der Zielpunkt 107 (im Nacken) oder ein Zielpunkt im Beckenbereich, so wie die Prostata oder Cervix 108 in die Isozentrumsposition „angetrieben" oder bewegt werden, die durch den Punkt 109 illustriert ist, mittels X, Y, Z Translationen der Liege 11, wie sie oben beschrieben sind. Ebenso ist in 5 eine schematische Darstellung des Kollimators 5 mit seinen Indexverfolgungsmarkern 43A, etc., gezeigt, so dass eine Korrelation des Strahles und der Körperpositionen durch die Kameras 16 des Kamerasystems C2 verfolgt werden kann.
Bezug nehmend auf die 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt, wobei natürliche Oberflächenkonturen des Körpers mit den rekonstruierten Konturen verschmolzen werden, um den Patienten P auf der Oberseite der LINAC Liege 11 zu positionieren. Ein Kamerasystem C3 kann ein Videokamerasystem sein, um die tatsächliche visuelle Szene des Patienten P auf der Oberseite der Liege 11 und der LINAC Maschine, die durch den Kollimator 5 repräsentiert ist, zu visualisieren. In diesem Fall können die Kameras ungefilterte, zweidimensionale CCD Kameras sein, die für stereoskopische Bildbetrachtung kalibriert wurden. Zwei, drei oder mehr Kameras können verwendet werden. Einige können gefiltert werden für eine infrarote Reflektionsbetrachtung und andere können ungefiltert sein für eine direkte Videobildgebung. Sie können an der Decke des LINAC Raums montiert werden (die Befestigung ist nicht gezeigt). Alternativ könnten die Kameras des Systems C3 individuell und von einander getrennt sein, jede zum Beispiel an den Wänden oder der Decke des LINAC Raums angeordnet.
Ein Beleuchtungssystem 115 ist ebenso dargestellt, das ein Lichtgitter auf den Patienten P projiziert, das durch Linien auf einer Oberfläche 117 illustriert ist. Dies könnte ein Muster strukturierten Lichtes mit Gebieten von Licht und Dunkelheit und linearen Lichtanordnungen in zwei Dimensionen sein, die auf die Körperoberfläche des Patienten projiziert ist. Solch ein Lichtarray kann durch Mustererkennungsalgorithmen in einer Videoszene erkannt und registriert werden. Das VISLAN System, das von A. Colchester entwickelt wurde, zeigt Verfahren solcher Oberflächenrekonstruktion, so wie sie in einem Artikel „Development and Preliminary Evaluation of VISLAN, A Surgical Planning and Guidance System Array With Operative Video Imaging"; A. C. F. Colchester, et al, Medical Image Analysis, Vol. 1, Seiten 1–18, Oxford University Press, 1996 offenbart ist.
Die Information des Kamerasystems C3 wird durch Signale repräsentiert, die auf einen Videoprozessor 112 angewendet werden, um das Videogesichtsfeld aufzunehmen und um den Ort der Punkte strukturierten Lichts auf der Oberfläche 117 auf einen Satz dreidimensionaler Punkte im Raum relativ zu den Kamerakoordinaten 118 zu reduzieren. Daher kann ein Wiedergeben eines Abschnittes der Oberfläche des Patientenkörpers dadurch durchgeführt werden. Das ausgesendete Licht könnte durch Laser oder Musterprojektion hergestellt sein und könnte in unterschiedlichen Frequenzgebieten (sichtbar oder infrarot) liegen, sowie unterschiedliche Farben und Muster, um die Muster und Hintergründe besser zu unterscheiden.
Bildscandaten, die durch einen Datencomputer bereitgestellt werden der durch einen Block 35 repräsentiert ist, können ebenso segmentiert sein, um die rekonstruierte Oberfläche der Haut des Patienten P wiederzugeben. Siehe zur Referenz das XKnife System von Radionics, Inc., Burlington, Massachusetts. Dieses würde eine analoge computergrafische Wiedergabe der gleichen Oberflächeninformationen wie in dem Videoprozessor 112 bereitstellen. Diese beiden Oberflächendatensätze können in einen Bildverschmelzungscomputer 114 eingegeben werden, der einen Bildverschmelzungsalgorithmus implementiert, um die Videooberfläche und die rekonstruierte Bildbasisoberfläche, wie sie oben beschrieben ist, miteinander zu verschmelzen. Dies kann durch einen Anphasungsalgorithmus durchgeführt werden, von dem ein Beispiel in dem Image Fusion Algorithmus von Radionics, Inc., Burlington, Massachusetts aufgenommen ist. Solch eine Bildverschmelzung von Oberflächen stellt eine Registrierung des 3D-Datensatzes des Bildscans mit dem Koordinatensystem des Videoprozessors bereit. Dies ist eine Transformation von dem stereotaktischen Bilddatensatz des Bildscanners in das 3D-Koordinatensystem des Kameraraums 16. Da die Kamera ebenso relativ zu dem externen LINAC Apparat, seiner Liege, seinem Gestell und Kollimator registriert ist, stellt dies eine Transformation des Bilddatensatzes in den Koordinatenraum des LINACs bereit.
Wie in 6 illustriert werden in dem Prozess des Behandlungsplanens eine Zielposition 44 und ein Zielvolumen 45 in dem Körper ermittelt und in den Bildscandaten des Computers 35 wiedergegeben. Die Koordinaten dieser Strukturen werden ihrerseits, so wie gerade beschrieben, in das Koordinatensystem des Kameraraums transformiert. Daher ist die Position des Zielpunktes 44 im Kameraraum durch das Kamerasystem und seinem damit verbundenen optischen Bearbeiten und dem Computerspeicherprozessor 112 „bekannt".
Der Ausgang des Videoprozessors 112 und der Bilddaten plus der Behandlungsplanungsdaten von dem Bildgeber 35 treten in den Bildfusionscomputer 114 ein. Nach der Bildfusion der rekonstruierten Bilddatenoberfläche und der detektierten Videooberfläche werden die Zielkoordinaten und die Zielvolumeninformation von dem Computer 114 zu der LINAC Steuerung 38 gesendet. Dies wird entweder ein manuelles Positionieren des anatomischen Ziels 44 mit dem LINAC Isozentrumspunkt 7 ermöglichen oder eine automatische Steuerung dazu aktivieren, dieses zu tun. Die Benutzeroberfläche und das Displaysystem 39 ermöglicht es dem Arzt, alle diese Informationen visuell aufzunehmen und die Bewegung des Tisches 11 für die Translation, so wie sie gerade beschrieben wurde, zu betätigen. Diese Bewegungen werden durch zwei der Koordinaten, Y und Z in 6 angezeigt.
Auch auf dem Tisch 11 sind ebenso unterschiedliche geometrisch detektierbare Indexstrukturen 120 und 122 gezeigt, die das Videokamerasystem C3 und deren Positionen, die im 3D-Raum bestimmt sind, detektiert werden können. Dies wird die Position des Tisches 11 steuern und überwachen und die Steuerung der Bewegung des Tisches während Korrekturveränderungen steuern. Ein Immobilisierungskissen 121 ist ebenso gezeigt, das in bestimmten klinischen Situationen eine Bewegung des Patienten verhindern kann.
Ebenso in 6 gezeigt ist ein Portalbildgebungssystem 85. Solche digitalisierten Portalbildgebungsdetektoren sind üblich für heutzutage kommerziell erhältliche LINACs. Ein Strahl des Kollimators 5 (der den LINAC repräsentiert) wird im Wesentlichen in der Richtung der Hauptachse 6 durch die Patientenanatomie hindurch gesendet und durch den Isozentrumspunkt 7 hindurch tretend. Knochenstrukturen innerhalb der Patientenanatomie werden auf dem digitalen Portalbild gesehen werden. Sobald ein Patientenkörper durch das oben beschriebene Videoverfolgen in die gewünschte Position bewegt wurde, kann solch ein Portalbild an einer bestimmten Gestell-, Liegen- und Strahlpositionen aufgenommen werden. Aus den 3D-Bilddaten kann ein rekonstruiertes projiziertes Portalbild generiert werden, um die Skelettdetails innerhalb des Körpers darzustellen, um die gleiche Richtung des Strahls im physikalischen Raum zu simulieren. Eine Korrelation oder Unterscheidung in der Positionierung des Portalbildes verglichen mit dem rekonstruierten Portalbild wird auch Information bezüglich der Translations- und Rotationskorrekturen der Patientenpositionierung auf der Liege 11 bezüglich der LINAC Maschine (Kollimator 5) geben um diese beiden Portalbildansichten in eine engere Registrierung miteinander zu bringen. Dies kann ansteigende Werte von X, Y und Z ergeben, um weiterhin den gewünschten Zielpunkt mit dem Isozentrum auszurichten. Als Referenz ist der Artikel mit dem Titel „Automatic On-Line Inspection of Patient Set-Up in Radiation Therapy using Digital Portal Images" von Gulhuijs, K. G. A. und vanHerk, M., Med. Phys., 20 (3), Mai/Juni 1993 zu beachten.
Ebenso sind in 6 die Portalbildgebungsprozesselektronik und der Computer, der als Block 124 angezeigt ist, gezeigt. Dieser Prozessor entwickelt Daten aus dem Portalbilddetektor 85, um zweidimensionale Projektionsansichten durch die Patientenanatomie wiederzugeben. Diese Daten mit Bildinformationen werden dann dem Bildpositionscomputer 114 zugeführt, um eine Bildkorrelation bezüglich der rekonstruierten Portalbilder des Bilddatencomputers 35 zu ermöglichen. Die Bildverschmelzungsberechnung im Computer 114 leitet daher die LINAC Steuerungsparameter ab, die zum Block 38 gesendet werden, um die Patientenausrichtungsbewegung zu aktivieren.
Bezug nehmend auf 7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung gezeigt, um eine Ziel- und Patientenpositionierung bereitzustellen. Ein Ultraschalldetektor 130 (Zentrum) erzeugt Ultraschallbilddaten innerhalb eines Bildfeldes, das durch gestrichelte Linien 133A und 133B angedeutet ist. Innerhalb dieses Feldes wird ein Bild einer inneren Anatomie detektiert und durch den damit verbundenen Ultraschallprozessor 135 bearbeitet. Dies kann eine Anzeige des tatsächlichen Bildes umfassen. Solche Ultraschallbilder werden gemeinhin klinisch verwendet, zum Beispiel in Ausrüstung, die durch Aloka Corporation, Wallingford, Connecticut, hergestellt wird.
Indexmarker 131A, 131B und 131C sind an dem Ultraschallscanner 130 angebracht, so dass ein Kamerasystem C4 in drei Dimensionen die Orientierung der Ultraschalleinheit relativ zum Patienten P detektieren kann. Andere Indexmarker können auf dem Patientenkörper angeordnet sein, wie beispielsweise Marker 20 zum Zwecke der Registrierung der Körperanatomie. Daher kann ein Zielpunkt 44 identifiziert werden und da seine Position im Koordinatenraum des Ultraschallbildgebers 130 bekannt ist und da die Position des Ultraschallbildgebers 130 im Koordinatenraum der Kamera 16 bekannt ist kann dann die Position des Zielpunktes 44 durch eine angemessene Transformation in dem Koordinatenraum der Kamera C4 bekannt sein.
Ein Zielvolumen 45 kann ebenso durch den Ultraschalldetektor 130 detektiert werden. Seine 3D-Position kann dadurch ebenso im dreidimensionalen Koordinatenraum des Kamerasystems C4 bestimmt werden. Dieses illustriert dann ein Beispiel eines Echtzeitbildscanners, um ein aktualisiertes Positionieren interner Organe und Tumore bereitzustellen. Eine Verwendung bei Weichgeweben wie beispielsweise Prostata, Brust, Kopf und Nacken, Kehlkopf, Leber und so weiter kann Korrekturen bezüglich einer Organverschiebung ermöglichen, die von dem anfänglichen CT, MR oder anderen Scannen auftreten kann. Der Computer 136 kann gegenwärtige Ultraschallbilder des Prozessors 135 vergleichen oder Bildverschmelzen mit historischen Scandaten und/oder Kamerapositionsdaten, um die Körperpositionskorrekturen durchzuführen. Positionskorrekturen und Schnittstellenanzeigen durch die LINAC Steuerungen 38 und die Anzeige 39 sind ähnlich zu denen der vorher angegebenen Beispiele, um das Ziel 44 zum Isozentrum 7 des Strahls 6 des LINAC Kollimators 5 zu bewegen. Ein ähnliches Beispiel hierfür könnte einen interoperativen CT oder MR Scanner für das Ultraschallbild mit optischen Indexmarkern substituieren, die analog an dem CT oder MR interoperativen Scanner angebracht sind.
Bezug nehmend auf 8 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung die Verwendung mehrerer Videokameras, um den Körper auf einer Strahlungsbehandlungs- oder Simulatorliege zu positionieren. Kameras 140A, 140B, 140C und 140D zeigen den Patientenkörper aus einer Vielzahl von Orientierungen heraus. Eine größere oder kleinere Anzahl von Videokameras könnte in diesem Ausführungsbeispiel vorhanden sein. In einer bestimmten Anordnung sind die Kameras 140B und 140D kollinear und gegenüberliegend und schauen entlang einer Zentralachse 142. Die Kamera 140A schaut entlang einer separaten Hauptachse 143, die senkrecht zu der Achse 142 liegen kann. Die Kamera 140C kann von einer schrägen Achse 144 aus schauen. Die Achsen 142, 143 und 144 können so vorausgerichtet sein, dass sie sich an einem Punkt 141 schneiden. Zum Beispiel kann der Punkt 141 vor-kalibriert sein, so dass er das LINAC Isozentrum ist.
Der Kollimator 5 hat eine Zentralachse 6 (Strahl), die ebenso durch den Punkt 141 als dem Isozentrum des Strahlungsstrahles sowie der Kameragesichtsfelder hindurch treten kann. Es ist nicht notwendig, dass all die Kameraachsen miteinander koinzidierende Achsen aufweisen. Sie können in unterschiedlichen Richtungen festgelegt sein und zu dem Scanner oder Behandlungsmaschinenkoordinatenraum auf eine Weise kalibriert sein, die in Verbindung mit 10, wie sie nachfolgend beschrieben ist, beschrieben ist. Durch eine Vor-Kalibrierung kann die Position des Isozentrums 141 virtuell im Kamerakoordinatenraum jeder der Kameras und in jedem der Kamerasichtfelder bekannt sein. Dies kann abhängig von dem klinischen Aufbau und dem Patienten und Behandlungsaufbau bequem sein. Eine der Kameras kann die Position des Tisches 11 nachverfolgen und eine andere Kamera kann die Kollimator 5 Geometrie und Spezifikationen des LINAC Raumes und Zimmers nachverfolgen. Die Kameras können eine bekannte Kalibrierung im 3D-Raum des Zimmers haben. Ein Beispiel der Kalibrierungsprozedur und des Systems ist nachfolgend beschrieben.
Ebenso sind in 8 Indexmarkerpositionen 20, 21, 23, 145, 146 und eine Indexlinie 60 gezeigt. Ähnlich der Beschreibung oben könnten diese radiopake oder MR sichtbare Marker sein, die in den Bildscandaten „gesehen" werden können. Ihre Position kann auf dem Körper durch Tintenmarkierungen, Tattoos oder Linien, die durch die Videokameras 140A, 140B, 140C und 140D sichtbar sind referenziert werden. Indexmarker 20, 21 und 23 können diskrete oder geometrische Objekte sein ähnlich zu denen, die oben beschrieben sind, die in Positionen an der oberen oder äußeren Oberfläche des Körpers positioniert sind. Marker 145 und 146 können Mehrfachmarker an dem seitlichen Bereich des Körpers sein. Ähnlich können geometrische Objekte, die beispielsweise Streifen, Dreiecke oder wieder erkennbare Muster von Linien oder Formen sind, die hier als ein Beispiel eines linearen Objekts 60 angezeigt sind, ähnlich angeordnet werden, so dass sie für eine oder mehrere der Kameras zur gleichen Zeit sichtbar sind. Diese können wie nachfolgend beschrieben verwendet werden, um Referenzpunkte bereitzustellen, um reale Videobilder des Körpers mit rekonstruierten Videodarstellungen oder Simulationen des Körpers basierend auf den Bildscandaten zu korrelieren.
Der elektronische Signalausgang der Kameras 140 kann mit Videoelektronik bearbeitet werden, die durch den Prozessor des Blocks 34 in 8 angedeutet ist. Der Prozessor 34 stellt Energie und Stroboskopsignale den Videokameras bereit. Ausgangsdaten der Videokameras erzeugen elektronische Signale für eine Anzeigeeinheit 150, die einen Komparator, Anzeigesoftware und eine Anzeigevorrichtung, so wie ein CRT, bereitstellt. Reale Videoansichten des Patientenkörpers an der Behandlungsliegenoberseite 11 können reduziert werden auf digitale Anzeigen in einer kalibrierten Beziehung bezüglich ihrer Vergrößerung, Beziehung zum Isozentrumspunkt 141 und Beziehung zu anderen Punkten im 3D-Raum des Behandlungs-/Diagnosezimmes.
Der Block 35 in 8 stellt die Bildscandaten von CT, MR, Ultraschall, Röntgen, PET, Simulator oder anderen Modalitäten bereit. Diese Daten werden in einen Planungscomputer 36 eingegeben und verwendet um Ziele, Strahlen usw., wie oben beschrieben, zu bestimmen. Die externe Anatomie des Patientenkörpers, also die Haut, kann als eine 3D Oberfläche im Raum der Bilddaten durch den Computer 36 erkannt werden (siehe zum Beispiel das XKnife Planungssystem von Radionics, Inc., Burlington, Massachusetts). Die Bildscandaten können ebenso beide Orte der Markerpunkte 20, 21, 23, 145, 146 umfassen, oder markierte Objekte, wie beispielsweise 60, unter Verwendung angemessener scannersichtbarer Scannerindexmarker, die an diesen Positionen während des Bildscannens angeordnet sind. Ebenso können projizierte Ansichten oder simulierte rekonstruierte Ansichten solcher 3D Oberflächenerkennungen durch den Planungscomputer 36 entwickelt werden, um Videoansichten aus jeglicher Richtung zu simulieren. Ähnlich können projizierte Positionen der Scannerindexmarker auf die zweidimensionalen rekonstruierten Ansichten jeder Videokamera im Computer 36 entwickelt werden. Solche rekonstruierte Videoansichten in den Richtungen der Achsen 142, 143 und 144 werden durch den Computer 36 basierend auf den Bildscandaten in den Bildscankoordinaten erzeugt.
Ausgewählte Zielpunkte, wie beispielsweise 44, oder ein Zielvolumen 45 werden durch den Arzt im Computer 36 konturiert und unterteilt. Die projizierten rekonstruierten 2D Videoansichten umfassend die projizierten Zielpositionen für das Ziel 44 und das Volumen 45 aus den 3D Bilddaten können in ein Komparatorsystem 150 eingegeben werden, das der gleiche Computer 36 sein kann oder ein separater Computer mit Grafikanzeigemitteln. Daher können in den Komparatorcomputer 150 eingegebene Daten der realen Videoansichten und Daten der rekonstruierten Videoansichten miteinander verglichen werden, vermengt werden, verschmolzen werden oder gleichzeitig erkannt werden. Auf diese Weise kann die Position des Zielpunktes 44 oder des Volumens 45 des Bildscanraumes relativ zum Koordinatenraum der Kameraansichten gesehen werden. Ebenso kann die projizierte Ansicht des Isozentrums 141 in jeder Videoansicht angezeigt werden, so dass der Operator die Liegen- oder Patiententranslationen innerhalb jeder der Ansichten bestimmen kann, um den ausgewählten Zielpunkt 44 in Koinzidenz mit dem Isozentrumspunkt 141 zu bringen. Solche Translationen können als Ausgang des Komparatorsystems 140 repräsentiert werden an, zum Beispiel, das LINAC oder diagnostische Steuerungssystem 38. Die LINAC/Scannersteuerung kann dem Liegenmotorsystem 151 Signale zuführen, um eine X, Y und Z Translation der Liege zu ermöglichen, um das Ziel 44 in physikalische Koinzidenz mit dem Röntgenstrahl oder des Bildgeberisozentrums 141 zu bewegen. Wenn dies durchgeführt wurde, werden die Röntgenstrahlen des Kollimators 5 am Isozentrum und daher am Zielpunkt konvergieren. Für ein LINAC kann eine Dosimetrie des Planungscomputers 36 mittels der angemessenen Orientierung und der Kollimatorform aus dem LINAC Kollimator 5 überliefert werden. Die Steuerung der Liegenposition, Gestellbewegung, Strahlkonfiguration (zum Beispiel eines Vielblattkollimators oder geformter Strahlkollimators), sowie Daten, um das System aufzunehmen und zu verifizieren, können aus dem LINAC Steuerungssystem 38 ausgegeben werden. Der Prozess der Patientenpositionierung, Überwachung, Positionsfeedback, Dosiszuführung und Anwinklung der Strahlen kann manuell oder durch eine automatische Steuerung durchgeführt werden.
Bezug nehmend auf 9 sind exemplarische Bilder gezeigt, die aus dem Komparatorcomputer und Software und Anzeigemittel 150 wiedergegeben wurden. Diese können Ansichten eines Computergrafikschirms, CRT, Flüssigkristallanzeige oder eines anderen Anzeigemittels oder eines alternativen grafischen Ausgangs durch Ausdrucken sein. In 9A repräsentiert die durchgezogene Linie 154 die projizierte Außenform des Patiententorsos, wenn er zum Beispiel durch die Kamera 140A in 8 gesehen wird. Sie kann das direkte Videobild des Patientenkörpers auf der Liege 11 repräsentieren. Sie kann durch eine angemessene Beleuchtung, strukturiertes Lichtscannen, Laserstrahlfluten über die Oberfläche, Infrarotbeleuchtung oder nur natürliche Beleuchtung verbessert werden. Der Punkt 158 kann die Position des Strahlisozentrums 141 repräsentieren, wenn sie in die Ansichtsebene der Kamera 140A projiziert ist. Die Kameras können vor dem Aufbau vor-kalibriert sein, so dass die projizierte Position des Isozentrumpunkts 148 innerhalb dieses Gesichtsfeldes der Kamera 140A kalibriert werden kann.
Die gestrichelte Linie 155 repräsentiert die Grenze der externen Kontur des Körpers der projizierten rekonstruierten Ansicht, die aus den vorhergehenden Bildscandaten abgeleitet ist entlang einer Achse parallel zur Achse 143. Die gestrichelte Linie 155 repräsentiert dann eine Computer erzeugte Kontur der externen Projektion des Patientenkörpers, um die aktuelle Videobegrenzungslinie 154 zu simulieren. Die Nicht-Koinzidenz der durchbrochenen Linie 155 verglichen mit der durchgezogenen Linie 154 in 9A repräsentiert den Grad der Translationsverschiebung oder Körperbewegung, die notwendig ist, um die Linien in Registrierung zu bringen. Eine projizierte Zielposition 156 und ein Volumenumriss 157 sind in den rekonstruierten Videoansichten gezeigt, basierend auf den Bilddaten.
Ebenso sind in 9A die Positionen 220, 221, 223 und 260 diskreter geometrischer optischer Indexmarker gezeigt, die durch die Kamera 140A detektierbar sind, die in Positionenkorrespondierend zu den Markern 20, 21, 23 und 60 in 8 angeordnet sind. Diese können in der Position der diskreten geometrischen Scannerindexmarker sein, die auf dem Körper während der Scanphase und der Bilddatensammlung angeordnet sind. In der rekonstruierten Ansicht der Bildscandaten gemäß der Richtung der Kamera 140A, korrespondieren Objekte 230, 231, 233 und 270 mit den rekonstruierten projizierten Ansichten der Scannerindexmarker, wie sie in den Bilddaten gesehen sind. Zur korrekten Ausrichtung der rekonstruierten Bildscanprojektionen auf die tatsächlichen Videoprojektionen sollten die Marker 230, 231, 233 und 270 im Kamerakoordinatenraum mit Kameramarkerkoordinaten korrespondierend zu den optischen Indexmarkern 220, 221, 223 und 260 koinzidieren.
9B zeigt das Resultat einer berechneten Translation der durchbrochenen Linie 155, um mit der durchgezogenen Linie 154 der 9A zusammenzufallen. In 9B liegt die durchbrochene Linie 155A (die das verschobene und/oder rotierte Analog der externen Konturlinie 154 in 9A ist) nun nahe dem durchgezogenen Videobildumriss der externen Oberfläche 154. Die beiden Linien 154A und 155A können manuell durch den Bediener durch eine Manipulation des Displays in 150 in Koinzidenz miteinander gebracht werden oder sie kann automatisch durch einen mathematischen Algorithmus in 150, der die beiden Linien erkennt und sie miteinander durch eine Linienminimalisierungsannäherung bildverschmilzt, einen Anphasungsalgorithmus oder Kurvenfittingprozess, erreicht werden. Dies würde daher Anlass gebenzu einem virtuellen Positionieren des ausgewählten Zielpunktes 156A und dem Volumenumriss 157A bezüglich der tatsächlichen Videoprojektionslinie 154. Wenn diese Registrierung durchgeführt wurde, dann können die damit verbundenen Translationsverschiebungen ΔX und ΔZ, so wie sie in 9B gezeigt sind, aus dem Display oder dem Computerausgang von 150 bestimmt werden. Daher korrespondieren ΔX und ΔZ mit den Verschiebungen der Liege 11 in 8, die dazu benötigt werden, die ausgewählten Zielpunkte 156A in Übereinstimmung mit dem Isozentrumspunkt 158 zu bringen wenn er in einer Projektion parallel zur Achse 143 betrachtet wird. In diesem Beispiel liegt der Patient im Wesentlichen horizontal auf der Oberseite der Liege 11 in einer gleichen Position zu der Orientierung des Patienten auf einer CT Liege, zum Beispiel, in der eine Horizontale ausgebildet ist. Anderenfalls kann eine Abfolge von Rotationen und Translationen mathematisch für eine ähnliche Koinzidenz von Zielpunkten zu einem Isozentrumspunkt für mehrfache Kameraansichten implementiert werden.
In der Situation, in der nicht natürliche Scannerindexmarker verwendet werden, wie beispielsweise die Elemente 20, 21, 23 und 60 in 8, kann es bequem sein, die Kameramarkerkoordinaten in der projizierten 2D Ansicht für diese Elemente zu verwenden, wie in 9A gezeigt, um die Translation und/oder Rotation des Patientenkörpers zu produzieren, so dass das Videobild und das rekonstruierte Videobild (aus den Bilddaten) miteinander koinzidieren. In 9B ist die resultierende Koinzidenz der rekonstruierten Scannermarkerkoordinaten, so wie sie in die Videokameraansichten hereinprojiziert ist, mit den Kameramarkerkoordinaten der optischen Indexmarker, die durch die Kameras selbst detektiert sind, gezeigt. Hier ist die Translation und/oder Rotation des Körpers so, dass die Kameramarkerkoordinaten 220, 221, 223 und 260 mit den rekonstruierten Positionen der Scannerindexmarker 230A, 231A, 233A und 270A koinzidieren. Die Verwendung solcher geometrischer Objekte könnte bestimmte Vorteile haben, wenn die Beleuchtungsniveaus und Umstände der Visualisierung der äußeren Umrisse die Patientenanatomie für die Bildverschmelzung mit den rekonstruierten äußeren Umrissen visualisieren, wie oben beschrieben. Entweder das eine oder das andere Verfahren kann verwendet werden und vorteilhaft sein gemäß einer gegebenen klinischen Situation.
Bezug nehmend auf 9C ist eine projizierte Ansicht einer Videooberflächenkontur 160, wie sie durch die Videokamera 140B gesehen wird, in Koinzidenz mit einer rekonstruierten Videoansicht aus der Richtung 142 gebracht, wie sie im Behandlungsplancomputer 36 bestimmt ist. Die äußere Kontur des Patientenkörpers wird durch die durchbrochene Linie 161 angedeutet. Das angemessene mathematische Verschieben der äußeren Behandlungsplanungskontur wurde in 150 durchgeführt, um diese projizierte Oberflächenkontur in Koinzidenz zu bringen, wie es in Verbindung mit den 9A und 9B diskutiert wurde. Weiterhin kann die Zielposition 162 und das Behandlungsvolumen 164 in der projizierten 2D Ansicht der 3D Daten des Bildscannens wiedergegeben werden, und diese sind ebenso in 9C in Bezug zu der reellen Videokontur 160 gezeigt. Die Komponentenabstände ΔX und ΔZ korrespondieren ähnlich zu den Liegentranslationen, um die Zielpunkte 162 mit dem projizierten Isozentrumspunkt 159 in Koinzidenz zu bringen.
Als eine Alternative oder zusätzlich, wie in 9C gezeigt, sind die optischen Indexmarker 245 und 246 korrespondierend zu Scannerindexmarkern, die an den Orten 145 und 146 angeordnet sind, in 8 gezeigt. Die Scannermarkerkoordinaten für diese Scannerindexmarker können in den Bildscandaten, wie oben beschrieben, entwickelt und wiedergegeben werden aus dem Datenbearbeitungs- oder Behandlungsplanungscomputer als rekonstruierte Scannermarkerkoordinaten oder sogar als Koordinaten dieser, wie durch die Kreise 255 und 256 angedeutet, die in Koinzidenz in der 9C mit den optischen Indexmarkerpositionen 245 und 246 gezeigt sind. Es kann der Fall sein, dass für unterschiedliche Ansichten der Kameras 140A, 140B, 140C und 140D des Beispiels in 8, dass aus diesem Grund der Ort solcher optischer Indexmarker korrespondierend zu Scannerindexmarkerpositionen bequem auf den vorderen, seitlichen oder schrägen Oberflächen einer Patientenanatomie angeordnet sein können.
Es ist zu beachten, dass unter einigen Umständen solche Scannerindexmarker und optische Indexmarkerpositionen für das Echtzeitvideopositionieren eines Patientenkörpers bequem sein können, wie in den Beispielen der 8 und 9 gezeigt. Dies kann eine Alternative sein zu oder eine Steigerung einer reinen äußeren Kontur oder 2D Oberflächenkonturprojektion oder eines 3D Oberflächenkonturmatchings oder natürlicher anatomischer Landmarken.
Das Beispiel der 8 und 9 zeigt eine Vorrichtung und ein Verfahren, das in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist, die nicht vorbestimmte Bezugsmarker benötigt, die an der externen Anatomie angeordnet werden oder die Verwendung von strukturierter Lichtbeleuchtung. In der Situation, in der keine Scannerindexmarker verwendet werden, kann sich das System und das Verfahren der vorliegenden Erfindung auf natürliche Landmarken verlassen, wie beispielsweise auf Oberflächenkonturen oder Kanten der äußeren Körperoberflächen, die in Registrierung in einer virtuellen Ansicht der Bilddaten gebracht werden, verglichen mit einer aktuellen Videoansicht der reellen Szene. Das Ansteigen in der Anzahl der Kameras aus vielen Betrachtungswinkeln, so wie Kamera 140C in einem schrägen Betrachtungswinkel 144, lässt die Eingangsdaten der reellen externen Oberfläche ansteigen. Das korrespondierende Matching oder die Oberflächenverschmelzung der rekonstruierten Oberfläche aus den Bildscandaten zu Daten auf der Oberfläche von mehrfachen Kameraansichten wird das Ansteigen in der Kameraanzahl und der Ansichten verbessern. Die Anzahl der Kameras und der Grad einer solchen Registrierung kann von den klinischen Umständen und der besonderen Körperregion abhängen, die behandelt werden soll. Solche Registrierung könnte eine Anwendung im Kranium, Kopf und Nacken, Torso, Abdomen und Hüften oder selbst in den Gliederextremitäten eine Anwendung haben unter Verwendung externer Bestrahlung oder zur Diagnostik unter Verwendung eines CT, MRI oder anderen Scannertypus. In dieser Verbindung wird Bezug genommen auf die Verwendung von Videokameras in einem Behandlungsplanungsraum im Artikel von B. D. Milliken, et al mit dem Titel „Performance of a Video-Image-Substraction Based Patient Positionier System", Int. J. radiation Oncology Biol. Phys., Ausgabe 38, Seiten 855–866, 1997.
Bezug nehmend auf 10 ist eine Vorrichtung zum Kalibrieren eines Kamerasystems mit der Isozentrumsposition und den Hauptachsen einer Behandlungsplanungsmaschine, Bildscanners oder Simulators gezeigt. Das Kamerasystem C4 ist positioniert, um die Behandlung oder ein Bildgebungsfeld zu betrachten. Die Laser 160, 161 und 162 sind so positioniert, dass sie Laserstrahlen 160A, 161A, 162A aussenden, so dass sie in einem gemeinsamen Punkt konvergieren. Dieser Punkt kann zum Beispiel das Isozentrum eines LINACs sein. Alternativ könnten die Laser Lichtlagen in Ebenen aussenden, die das Isozentrum umfassen. Am Isozentrum ist ein Markerobjekt 170 angeordnet, das eine Lichtquelle sein kann, ein Kugelemittierendes Licht, eine LED Lichtquelle, eine selbst-reflektierende Halbkugel, ein reflektierendes geometrisches Objekt, ein Objekt mit einem spezifischen geometrischen Muster aus Linien, Kreuzen, Diamanten, andere, ähnliche Objekte, die die Position des Schneidens der Laserstrahlen anzeigen, und daher die Position des Isozentrums. Das Kamerasystem C4 detektiert das Feld umfassend das Objekt 170. Da dieses in den Ausgangsdaten der Videokameras registriert werden kann, die durch eine CCD Kamera oder Videokamera-Prozesselektronik und den Computer 177 bearbeitet wird, dann werden dadurch die elektronischen Daten korrespondierend zu der 3D Position des Objekts 170 bestimmt. Der Kameraprozessor 177 kann diese Positionen speichern und wenn 170 fortgenommen wird und ein Patient auf den Ort gelegt wird, dann kann sich 177 auf alle anderen 3D Positionen im Raum unter Bezugnahme auf ihn beziehen. Auf diese Weise wird das Kamerasystem 16 bezüglich zu seinem 3D Koordinatenraum kalibriert und bezüglich zu dem Punkt korrespondierend zu dem Isozentrum, in dem das Objekt 170 angeordnet ist. Das Objekt 170 kann vor-ausgerichtet sein und kann mit den Laserstrahlen 160A, 161A, 162A durch eine Serie von Lichtdetektionsmessungen vor der Kamerakalibrierung kalibriert sein. (Als Referenz, siehe MIS Mechanical Isocenter Standard der XKnife System von Radionics, Inc., Burlington, Massachusetts).
Ebenso sind in 10 Videokameras 140A, 140B und 140D gezeigt, die analog zu denen sind, die in dem Ausführungsbeispiel der 8 in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung sind. Diese können eine Alternative oder eine Spiegelung des Kamerasystems 16 gemäß den klinischen Notwendigkeiten sein. Die Kameras 140A, 140B und 140D sind in diesem Beispiel mit den Lasern 160, 162 und 161 nur zum Zwecke der Illustration kollinear gezeigt. Tatsächlich können die Videokameras und die Laser sehr nahe beieinander liegen oder die Laserstrahlen können den Kameras mittels Splitprismas oder Strahlteilespiegeln kollinear zugeführt werden, so dass die Laser selbst nicht das Kameragesichtsfeld versperren. Die Kalibrierungsstruktur 174 kann zusätzliche Marker aufweisen, die in seitlichen Ansichten sichtbar sind, so wie 172, 173, und 175, um eine perspektivische und eine Vergrößerungskalibrierung für die seitlichen Kameras 140B und 140d zu geben. Die Videokameras 140A, 140B, und 140D können zur Repositionierung externer Konturen des Patienten verwendet werden oder können verwendet werden, um Videodaten optischer Indexmarker zu entwickeln, um Kameramarkerkoordinaten in Überreinstimmung mit der obigen Diskussion zu produzieren. Mit drei oder mehreren nicht kollinearen Punkten in jeder Kameraprojektion kann eine perspektivische Verwendung der Kameras entwickelt werden, wodurch eine Kalibrierung der Kameras zum Beispiel relativ zu dem Isozentrum eines Linearbeschleunigers hergestellt werden kann und im Positionierungscomputer 178 in 10 eingebettet sein kann.
Ebenso werden, um die Laserachsen im Koordinatenraum der Kameras zu kalibrieren, andere Objekte, wie beispielsweise 171, 172, und 173 in bekannten Positionen relativ zu diesen Achsen positioniert und ebenso durch das Kamerasystem C4 detektiert. Nochmals kann der Kameraprozessor 177 diese Daten aufnehmen und in seinem stereoskopischen 3D Koordinatenrahmen die Position der Achsenpunkte 171, 172 und 173 sowie dem Ursprungspunkt 170 bestimmen. Auf diese Weise kann das 3D Koordinatensystem, das mit dem Bildscanner, Simulator oder der Behandlungsmaschine verbunden ist, kalibriert werden und in das 3D Koordinatensystem der Kamera 16 transformiert werden.
Ein Prozesscomputer 178 kann ebenso mit dem Kameraprozessor 177 verbunden sein zum Zwecke des Speicherns solcher Rauminformation und zum Zwecke der Registrierung anderer 3D Punkte, die in das Gesichtsfeld der Kamera kommen können, relativ zu dem transformierten Koordinatensystem, wie es oben beschrieben ist. Wenn ein Patient auf einer LINAC Behandlungsliege mit einem kalibrierten Kamerasatz 16 angeordnet wird und mit einer angemessenen Registrierung oder Indexmarkern auf dem Patienten und dem LINAC Apparat, dann können alle der physikalischen Objekte wie beispielsweise der Patientenkörper, die Behandlungsliege und der LINAC Kollimator 5 detektiert werden und in dem Koordinatensystem kartiert werden, das durch das Isozentrum und die Laserachsen definiert ist. Die Verwendung orthogonaler Laser um das Isozentrum zu definieren wird jetzt in modernen LINAC Behandlungsaufbauten herkömmlich verwendet.
11 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung, wobei die Verwendung einer Kameranachverfolgung des Patienten und der Vorrichtung verbunden ist mit einer Bildscanvorrichtung, wie sie vorhergehend beschrieben ist. Wie in der obigen Beschreibung in Verbindung mit den vorhergehenden Figuren ist der Patient P auf einer Liegenoberseite 11. Die Liegenoberseite 11 kann eine X, Y oder Z-Bewegung haben, oder im Fall einiger CT Scanner allein, eine Bewegung in der Vertikalen- und Längsrichtung, Y und Z. Die Liegenoberseite 11 weist optische Indexmarker, Muster, geometrische Objekte oder andere identifizierbare Strukturen, die durch 30, 31 und 32 angezeigt sind, auf. Der damit verbundene Apparat 191 ist als ein toroidaler Scanner gezeigt, wie zum Beispiel ein CT, MRI, oder PET Scanner. Dies könnte ein C-förmiger MRI Magnet oder eine andere Konfiguration einer Bildscanvorrichtung sein. Typischerweise werden Röntgenfelder oder elektromagnetische Felder, die aus der Vorrichtung 191 hervorgehen, zum CT oder MRI Scannen verwendet, um ein volumentrisches oder tomografisches Scannen des Patienten durchzuführen. Diese Felder sind schematisch durch die durchbrochenen Linien, wie beispielsweise 192, gezeigt. In Übereinstimmung mit der vorhergehenden Beschreibung sind optische Indexmarker oder Bezugspunkte, die zum Beispiel durch die Objekte 20, 21 und 23 gezeigt sind, angeordnet auf oder in der Nähe der Patientenhaut. Wie oben beschrieben, können diese natürliche Landmarken sein oder sie können andere geometrische Objekte, wie Halbkugeln, Scheiben, Musterplatten, etc. sein. Sie sind sichtbar, wenn der Patient in bestimmten Positionen zum Gesichtsfeld der Kamera 16 ist. In 11 ist nur ein zwei Kamera-System C5 gezeigt, das die Kameras 17 und 18 umfasst. Es gibt einen ringförmigen Licht emittierenden Ring 17A und 17B um die Kameras in dem Fall herum, dass reflektive optische Indexmarker an dem Patienten oder der Vorrichtung verwendet werden. An dem CT, MR, PET oder der Vorrichtung 191 sind Indexmarker 40A, 40B und 40C und dort können entsprechend der Notwendigkeit mehrere sein. Diese sind ebenso für das Kamerasystem C5 „sichtbar". Dadurch kann die Anordnung des Bild gebenden Apparats relativ zum Patienten in dem dreidimensionalen stereoskopischen Koordinatenraum des Kamerasystems C5 bestimmt werden. Der Video oder Kameraprozessor 177 ist mit einem Komparatorsystem und einer Liegensteuerung 178 integriert und/oder ist verbunden mit einem Behandlungsplanungssystem 36 in Übereinstimmung mit der obigen Beschreibung. Aus den vorhergehenden Bildscandaten kann ein Ziel 44 im Patientenkörper identifiziert sein. Es kann in Übereinstimmung mit den klinischen Notwendigkeiten gewünscht sein, dass ein erneutes Scannen zum Beispiel im Operationsraum oder im Behandlungsraum notwendig ist, um das Gewebevolumen nahe dem historisch bestimmten Ziel 44 zu überprüfen. Die Bildscanmaschine kann einen Referenzpunkt aufweisen, der in 11 durch den Punkt 187 gezeigt ist. Dieser könnte, zum Beispiel, der nominale Konvergenzpunkt für Röntgenstrahlen in einem CT Scanner sein oder irgendein kalibrierter geometrischer Punkt im Raum eines MRI Scannerrekonstruktionsvolumens. Alternativ könnte er einfach ein willkürlicher Punkt sein, der im Kalibrierungsprozess innerhalb des Koordinatenraums des Bildscanners bestimmt ist. Eine Beziehung dieses Referenzpunktes 187 zu der externen Vorrichtung 191 und seiner damit verbundenen optischen Indexpunkte 44a, 44B und 44C kann vor-kalibriert oder bestimmt werden, und daher kann das Kamerasystem 16 in seiner Speicherspeicherung oder in einer direkten Ansicht eine Bestimmung dessen haben, wo der Referenzpunkt 187 relativ zu den anderen Objekten liegt, wie beispielsweise dem Patientenkörper und seine damit verbundene Indexmarken 20, 21 und 23.
Als ein gezeigtes Beispiel kann ein Patient durch CT oder MR gescannt werden um die Position eines Tumors in seinem Körper oder seinem Cranium zu bestimmen. Basierend auf dieser Information und einem Behandlungsplanungsprozessor, wie beispielsweise 36, kann ein chirurgischer Eingriff oder eine andere Intervention geplant werden. Es kann gewünscht sein, zum Beispiel den Grad des Tumors zu bestimmen, wenn die Resektion stattfindet. In dieser Situation kann ein CT, MR, PET oder andere Scanner in oder nahe dem Operationsraum angeordnet sein und während der Operation kann ein Scan des Patienten in oder um die Region herum benötigt werden, in der der Tumor durch das vorhergehende Bild gebende Verfahren identifiziert wurde und/oder um die Region herum, in der der Chirurg die Resektion durchführt. In diesem Fall würde die Verwendung eines optischen Verfolgungssystems, wie das in 11 in Verbindung mit dem Wissen eines Referenzpunktes 192 bei solch einem interoperativen Scanner den Arzt dazu in die Lage versetzen, die vorbestimmte Zielregion 44 oder die interoperativ bestimmte Zielposition 44 in eine Region nahe dem Referenzpunkt 187 zu bewegen, so dass die interoperativen CT, MR, etc. Scans eine sinnvolle Information als neue Information für den chirurgischen Eingriff bereitstellen. Die Verwendung eines Steuerungssystems 178 gekoppelt mit der Liegenoberseite 11 und das Koppeln mit anderen Steuerungen des Bildscanners bezüglich einer Liegenbewegung/einem Auslesen würde entlang der Diskussion folgen, die oben in Verbindung mit den vorhergehenden Figuren geführt wurde.
Ebenso in 11 gezeigt ist ein Kopfring 194, der an einem Patientenkopf befestigt ist. Der Kopfring ist ähnlich zu, zum Beispiel, einem CRW stereotaktischen Kopfring, der von Radioics, Inc., Burlington, Massachusetts, hergestellt ist oder einer Mayfield Headrest, die von Ohio Medical, Cincinnati, Ohio hergestellt ist. Dieser Kopfring kann Indexmarker 195, 196 und 197 aufweisen, so dass seine Position durch das Kamerasystem 16 verfolgt werden kann und daher die Position des Kopfes bezüglich des Referenzpunktes 187 bekannt ist. Weiterhin kann durch die Detektion dieser Indexmarker an dem Kopfring und ebenso dem Wissen um die Bewegungsposition der Liegenoberseite 11 durch die Liegenindexmarker, wie 30, 31, und 32, die craniale Anatomie des Patienten auf eine quantifizierbare Weise durch angemessene Bewegungen der Liegenoberseite 11 in die Region des Scanners gebracht werden.
Wie es für die Fachleute auffallen wird, kann das System und das Verfahren, das oben beschrieben ist, vielfache Formen annehmen, mit einer Mehrzahl von Variationen durch die Fachleute und in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung. Zum Beispiel sind vielfache Variationen in der Kameraform, Anzahl, Positionierung und der relativen Kalibrierung möglich. Unterschiedliche Typen von Behandlungsmaschinen, wie beispielsweise LINACs, Protonenbeschleuniger, Ultraschallmaschinen, intervenierende Radiofequenzvorrichtungen, intervenierende stereotaktische Vorrichtungen jeglichen Typus sowie diagnostische Maschinen wie beispielsweise CT, MR, PET, Ultraschall, MEG Scanner können die Vorrichtungen in den obigen Ausführungsbeispielen substituieren. Eine Vielzahl von Indexmarkern, entweder oberflächenmontiert, implantiert, geometrischen Flächentypus, Hautbänder, lineare und geometrische Strukturen, die auf die Haut aufgeklebt sind, usw. können als Referenz während eines historischen Bildgebens und der Behandlung oder einem diagnostischen Positionieren verwendet werden. Unterschiedliche Verfahrensschritte können verwendet werden, um das Patientenzielpositionieren und die Bewegung des Patienten zu implementieren, um einen anatomischen Bereich in eine gewünschte Beziehung oder relativ zu einer vorbestimmten Position zu bringen, oder ein Volumen innerhalb der Behandlungs- und Diagnostiziervorrichtung.

Claims

System zur Anordnung eines Patientenkörpers mit räumlichen Punkten auf einer Behandlungs- oder diagnostischen Vorrichtung in Übereinstimmung mit Bilddaten von einem Bildscanner, wobei der Bildscanner einen Scannerkoordinatenrahmen aufweist und Bilddaten zumindest eines Bereichs des Patientenkörpers bereitstellt, die durch den Bildscanner in ein Computersystem gescannt sind, um Scannermarkerkoordinaten in dem Scannerkoordinatenrahmen der Scannerindexmarker zu entwickeln, die zumindest in einem Bereich des Patientenkörpers liegen, und um Scannerzielkoordinaten in dem Scannerkoordinatenrahmen zumindest eines Zieles in zumindest einem Bereich des Patientenkörpers zu entwickeln, wobei das System umfasst: ein Computersystem (37), um Kameradaten und die Bilddaten von dem Bildscanner zu verarbeiten; ein Kamerasystem (C) umfassend zwei oder mehrere Kameras (17, 18, 19), die jeweils ein Bildfeld aufweisen, das zumindest einen Bereich des Patientenkörpers auf der Behandlungs- oder diagnostischen Vorrichtung umfasst, wobei das Kamerasystem Positionen der räumlichen Punkte innerhalb des Bildfeldes indexiert, das zumindest einen Referenzpunkt (7) in einer bekannten Position bezüglich der Behandlungs- oder diagnostischen Vorrichtung aufweist mit Referenzkoordinaten, die in dem Kammersystem bekannt sind, wobei das Kammersystem dem Computersystem Kameradaten bereitstellt, um optische Markerkoordinaten in dem Kamerakoordinatenrahmen der optischen Indexmarker (20, 21, 23, 24) zu entwickeln, die von dem Kamerasystem in dem Bildfeld detektierbar sind und die in der gleichen Position des Patientenkörpers angeordnet sind, wie die Scannerindexmarker und wobei die Positionen der optischen Indexmarker bezüglich zumindest eines Referenzpunkts bekannt sind, Transformationsmittel, die mit dem Computersystem verbunden sind, um die Scannermarkerkoordinaten in die optischen Markerkoordinaten zu transformieren, wobei die Scannerzielkoordinaten auf Kamerazielkoordinaten transformiert werden, so dass die Position der zumindest einen Zielposition bezüglich des zumindest eines Referenzpunktes der Behandlungs- oder diagnostischen Vorrichtung festgelegt sind, dadurch gekennzeichnet, dass: die optischen Indexmarker (20, 21, 23, 24) Objekte mit geometrischen Mustern sind, die durch das Kamerasystem detektierbar sind, um die Kameramarkerkoordinaten bereitzustellen.
System des Anspruchs 1, wobei der Bildscanner ein CT-Scanner ist und die Scannerindexmarker strahlungsundurchlässige Marker sind, die dazu ausgebildet sind, zumindest mit einem Bereich des Patientenkörpers befestigt zu werden und Positionen aufweisen, die in den Bilddaten detektierbar sind.
System gemäß Anspruch 1, wobei die optischen Indexmarker Licht emittierende Objekte sind, die dazu ausgebildet sind, an dem zumindest einen Bereich des Patientenkörpers angebracht zu werden und Licht zu emittieren, das durch das Kamerasystem detektierbar ist, um detektierbare Kameradaten zu produzieren, die repräsentativ der Kameramarkerkoordinaten sind.
System gemäß Anspruch 1, wobei die Behandlungs- oder diagnostische Vorrichtung ein LINAC (L) ist und der Referenzpunkt ein Strahlungsisozenter (7) der Strahlungsstrahlen des LINAC sind.
System gemäß Anspruch 1, wobei die Behandlungs- oder Diagnostiziervorrichtung eine diagnostische Bildscannervorrichtung ist und wobei der Referenzpunkt ein festlegbarer Punkt innerhalb des Bildaufnahmebereichs der diagnostischen Bildscannervorrichtung ist.