WO2000061024A1 - Stereotactic localisation method and measuring phantom for a medical application - Google Patents

Stereotactic localisation method and measuring phantom for a medical application Download PDF

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WO2000061024A1
WO2000061024A1 PCT/EP2000/002926 EP0002926W WO0061024A1 WO 2000061024 A1 WO2000061024 A1 WO 2000061024A1 EP 0002926 W EP0002926 W EP 0002926W WO 0061024 A1 WO0061024 A1 WO 0061024A1
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measuring phantom
measuring
imaging
phantom
spaces
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PCT/EP2000/002926
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Gernot Echner
Matthias Ebert
Angelika HÖSS
Bernhard Rhein
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Deutsches Krebsforschungszentrum Stiftung des öffentlichen Rechts
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    • A61B6/583—Calibration using calibration phantoms
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    • A61N5/10—X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy
    • A61N5/1048—Monitoring, verifying, controlling systems and methods
    • A61N5/1049—Monitoring, verifying, controlling systems and methods for verifying the position of the patient with respect to the radiation beam

Definitions

  • the invention relates to a stereotactic localization method for a medical application with a detection of a spatial configuration by imaging and an assignment of the configuration to pixels and layers of a digital spatial representation with a reference coordinate system for the application.
  • the invention further relates to a computer program and a measurement phantom for performing the method.
  • Stereotactic localization methods are used, for example, for tumor-conforming radiation therapy, neurosurgery and other applications, provided they use stereotactic methods.
  • tumor-conforming radiation therapy is to deposit a sufficient dose in the so-called target volume without burdening nearby healthy structures ("risk organs") beyond their tolerance with dose. This places high demands on the precision with which both diagnostics and Therapy must also be planned and carried out.
  • a coordinate system is defined, which is firmly linked to the patient's anatomy and serves to achieve an exact spatial assignment of (target) points in three-dimensional space.
  • This method is called stereotaxy.
  • the patient can be positioned precisely, reproducibly on diagnostic and / or therapeutic devices even in various application situations, for example in the case of high-precision radiation. These devices must be set up accordingly and checked regularly.
  • imaging methods such as X-ray computer tomography (CT), magnetic resonance imaging (MR), positron emission tomography (PET).
  • Phantoms are used to set up and check the exact spatial assignment of the coordinate system linked to the patient's anatomy with the coordinate systems of diagnostic and / or therapeutic methods, for example the tomography device and / or the treatment device, which are arranged in a defined manner on the patient couch and holder device.
  • Such phantoms also have markings, which can be checked by imaging them using an imaging method.
  • the known methods and phantoms for setting up and checking allow the identification of a target point in tomograms only with the accuracy specified by their spatial resolution. For example, when using stereotactic methods in the extracranial area, the device typically specifies 1 ⁇ 1 mm pixel size and 5 mm layer thickness. Therefore, the verification cannot be done with sufficient precision, i.e. the adjustment and / or verification with the known phantoms is insufficient.
  • the invention is therefore based on the object of making available a method of the type mentioned at the outset and a measurement phantom with which it is possible to set up and / or verify high precision.
  • the object is achieved according to the invention in that reference spaces with known coordinates of their mutual assignment are arranged, recorded and evaluated by imaging, the arrangement of the reference spaces being such that the evaluation assigns them to the reference coordinate system and thus also an assignment of further information of the imaging is possible that exceeds the accuracy of the resolution in pixels and layers of the imaging.
  • the object is achieved according to the invention in that the measurement phantom contains reference spaces with known coordinates which can be detected by imaging and which are arranged in such a way that an assignment to a reference coordinate system and thus also an assignment of further information which can be detected by the imaging is possible, which the accuracy of pixels and layers of a digital resolution exceeds the spatial representation of a configuration.
  • the invention makes it possible, despite a predetermined, relatively coarse resolution of the imaging system, to carry out a localization which is many times more precise than the predetermined resolution. This enables a more precise verification of the devices and the software for localization and a more precise verification of this accuracy. But a facility is also possible.
  • the aforementioned assignment to setting up and / or checking the tomography device takes place in order to ensure that the coordinate system linked to the anatomy of the patient matches the coordinate system of the tomography device. For the therapy, these coordinates must then in turn match those of the treatment device.
  • the invention serves to verify these correspondences and, if necessary, to make a corresponding setting, be it that this is carried out in the area of the hardware, that is to say the devices, or in the area of the software, in that the correct assignment of the data of these coordinate systems is carried out by means of a corresponding coordinate transformation.
  • the accuracy of such verifications and assignments is no longer dependent on the resolution accuracy of the respective imaging method. In this way, a reliable diagnosis and / or therapy can be carried out, in which nearby healthy structures are maximally protected.
  • the stereotactic localization method is expediently designed in such a way that, in addition to assigning a spatial configuration to pixels and layers of the reference coordinate system, there is a fine assignment by detecting the position of the boundaries of the pixels and layers. This can be achieved, for example, by making at least one of the linear position determinations by means of a staggered arrangement of reference spaces. The coordinates of one or more target points can thus be determined with an accuracy that exceeds the resolution of the imaging.
  • One embodiment of the method for checking a tomography device provides that a measurement phantom with defined, reproducible reference spaces is arranged and fixed in a patient couch in a defined manner. Then the tomography method is used to carry out imaging with the patient couch, the localizers arranged on it and the measurement phantom. During the evaluation, the position and orientation of the markers of the localizers and the reference spaces with respect to the reference coordinate system of the tomography device are checked for correctness.
  • the aforementioned method can also be used to set the reference coordinate system according to the coordinates of the reference spaces for a new implementation of hardware or software.
  • a further embodiment provides that a coordinate transformation takes place for the assignment of at least two coordinate systems.
  • Assignment means the assignment of the actual stereotactic coordinates of the patient or - since known - of the phantom to the coordinates of the diagnostic device and / or the therapeutic device. This assignment can be carried out more precisely by the invention, since the assignment accuracy is no longer limited by the image resolution accuracy of the diagnostic device or - if imaging with limited image resolution is carried out there - the therapy device, for example the radiation device.
  • Another method for checking an irradiation device provides that a measuring phantom with a film inserted over a large area is arranged and fixed in a patient bed in a defined manner. Thereafter, the patient bed and the measuring phantom arranged on it are irradiated.
  • the position and intensity of an irradiation geometry with respect to a reference coordinate system is checked for correctness on the basis of the exposure of the at least one film.
  • the reference coordinate system is expediently the stereotactic coordinate system linked to the patient.
  • This method can be carried out with any radiation geometry.
  • the measurement phantom only requires the film and any radiation geometry arranged. The latter can of course also be at least one of the aforementioned reference spaces.
  • the invention also proposes a computer program for performing the aforementioned method.
  • Computer program in this sense means a software-based provision of the aforementioned technical method and thus a device consisting of a computer which is set up to carry out the method steps mentioned.
  • the coordinates of the markers and the reference spaces can be recorded in the tomographic image data and the position and orientation of the layers of the tomographic image data can then be checked using the coordinates of the markers.
  • the correct position of the same in relation to a reference coordinate system is checked on the basis of the coordinates of at least one reference space and, if necessary, a setting or a coordinate transformation is carried out on the basis of both checks.
  • This computer program can also include checking the correct position of the localizers based on the coordinates of the markers in the tomographic image data and their relative relative position. Bending or other damage to a localizer can thereby be determined and then remedied.
  • the measurement phantom there are a multitude of possibilities to provide reference spaces that can be captured by imaging, through which the high resolution can be achieved.
  • An expedient embodiment provides that the measurement phantom contains, as a spatially arranged target point, a crosshair with three axes that can be detected by the imaging.
  • additional reference spaces are expediently provided. It is proposed that a plurality of reference spaces lying parallel to one of the axes of the crosshairs be arranged.
  • the reference rooms are arranged in a staggered manner. These or other reference spaces can surround the crosshair in order to be able to carry out the resolution and thus the localization more precisely through their mutual assignment and assignment to the crosshair.
  • the reference spaces run in the longitudinal direction.
  • a staggered arrangement with a corresponding increase in the localization accuracy is particularly necessary, since the layers of a tomography image extending in this direction generally have a thickness of 5 mm.
  • This grid is much too coarse for a setting that is the basis of a treatment and therefore requires the more precise assignment according to the invention.
  • a staggered arrangement can also be distributed unevenly, which enables an additional evaluation with regard to a possible inclination of the phantom to the reference coordinate system.
  • a specific exemplary embodiment provides that the crosshairs are arranged in a component which can be inserted into the measurement phantom in an exact position at at least one defined position. It can also be provided that the further reference spaces are also arranged in a component which can be inserted into the measurement phantom at exactly one defined position.
  • the crosshairs can be located in a target body, which can be inserted in a precise position in a reference body with the other reference spaces, and in turn the reference body can be inserted in the measuring phantom in an exact position.
  • a further expedient embodiment provides that the measuring phantom contains several parts, the parts being able to assume different positions in the measuring phantom and that the reference spaces are arranged in at least one of the parts.
  • a specific embodiment provides, for example, that the parts are at least two, preferably four interchangeable and vice versa insertable half cylinders. This configuration offers the advantage that both the crosshairs and the reference spaces can be assigned to eight different exact positions. The more such precisely defined positions are possible, the more exact the checking and setting up of the devices will be.
  • a further development serves the aforementioned purpose, which provides that the measurement phantom can be brought into several defined position arrangements. For example, it can be brought into several defined angular positions.
  • a specific embodiment for this purpose provides that the measuring phantom is arranged on a dividing disk that can be attached to the patient bed. If both the above-mentioned half cylinders and the graduated disk are provided, the eight possible settings by the half cylinders are multiplied by the number of different settings that the graduated disk allows.
  • the reference spaces can be cavities. It is also possible that the reference spaces are other materials if this is necessary for the imaging with the respective imaging. These materials can be stored in the cavities or they can be placed in the measurement phantom in another way.
  • a further development of the measurement phantom provides that at least one film can be inserted.
  • This can be at least one film that can be inserted over a large area in the longitudinal direction or that can be inserted over a large area in the transverse direction.
  • the films can be arranged between the half cylinders in the longitudinal and transverse directions.
  • the measurement phantom can be made of different materials. However, a material is expediently used which has a similar radiation absorption to that of water, since the radiation then behaves similarly to that of the human body.
  • FIG. 1 is a schematic diagram for explaining the localization method based on a localization in a linear region
  • Fig. 3 is a computed tomography layer of the human pelvis with the
  • Fig. 8 the measuring phantom, partially cut and
  • FIG. 9 shows a diagram of a coordinate transformation.
  • 1 shows a schematic diagram to explain the localization method based on a localization in a linear region (along the z-axis).
  • a coordinate z ' is plotted on the right-hand side. These are the coordinates for the mutual assignment of reference spaces 5, 5', 5 ", 5 '".
  • the reference space 5 is a crosshair 5 that represents the target point 6 'of the measurement phantom 7 indicates.
  • the reference spaces 5 ', 5 ", 5'", ... can be, for example, a staggered arrangement of cylindrical reference spaces 12 ".
  • the target point 6 ' is located exactly in the middle between two cylindrical reference spaces 12", the ends 13 of which have the lengths z 4 'and z 5 '.
  • the target point 6 ' is at least 1.5 mm higher than z 2 and at least 2.5 mm lower than z 3
  • the position of the target point 6 'is thus z plus 2 mm with a tolerance of ⁇ 0.5 mm .
  • This position z n of the target point 6' in the reference coordinate system z therefore corresponds to the tolerance of ⁇ 0.5 mm
  • Position z n 'of the coordinate system z' which indicates the mutual assignment of the reference spaces 5, 5 ', 5 ", 5'", ...
  • the invention enables a target point 6 'to be classified and thus an assignment of two coordinate systems whose tolerance is no longer ⁇ 2.5 mm but ⁇ 0.5 mm.
  • computed tomography scanners are operated in the stereotactic localization in the trunk area with a field of 500 mm square with 512 x 512 pixels.
  • the assignment is in this level, that is, in the xy level relatively accurate, but with the layer thickness of 5 mm the localization just mentioned is required in any case in order to achieve the required accuracy.
  • a more precise assignment can also be carried out for the xy plane, although, as a rule, it does not have to involve as much effort as was described above.
  • the evaluation using two or three reference spaces 5, 5 ', 5 ", 5'", ... is often sufficient for this.
  • FIG. 2 shows a sketch to illustrate the spatial localization 4.
  • a reference coordinate system x, y, z is shown, in which the recording volume in pixels 2, 2 ', ... and in layers 3, 3', 3 ", ..
  • the entire room is divided into small square columns, each of which can be assigned spatial information.
  • only two of these room units are shown as an example. These room units fill the entire relevant room and are the smallest If the method described for FIG. 1 is used in the spatial area, then a target point 6, 6 'within such a space can be more exact than with the specified spatial units, that is to say more exact than through the pixels 2, 2' or the layers Classify 3, 3 ', 3 ".
  • the coordinate system x ', y', z 'to be assigned to reference spaces 5, 5', 5 ", 5 '", ... is indicated.
  • the reference spaces correspond in terms of their actual location to the coordinates of the computer tomography and that they correspond to the coordinates of the radiation device. This will be checked later from time to time to ensure consistency in the treatment of a tumor.
  • Localizers 8 with markers 9 can be used to correct such a different angular arrangement. This is described in the following:
  • FIG. 3 shows a computed tomography layer 18 of the human pelvis with the arrangement of localizers 8.
  • a localizer 8 is shown in FIG. 3a.
  • the locator contains markers 9 which run at angles with respect to the z plane. In this way, the imaging of the markers 9 in the computed tomography layer 18 can be used to determine whether the computed tomography layer 18 to the localizers 8 is present. The distances between the markers are different in such an oblique position. If the distances between the markers are the same at all four localizers 8, the computed tomography layer 18 is imaged exactly vertically in the reference coordinate system x, y, z. In the event of errors, a corresponding correction can be carried out so that the angular offset shown in FIG. 2 is corrected.
  • the tumor 1 can be assigned to the square field of pixels 2, 2 ', 2 " , 2 '", ... are displayed.
  • the target point 6 of the treatment plan can also be more precisely classified using the method described at the beginning.
  • Such a target point 6 is set by the doctor in order to be able to optimally irradiate a tumor 1 and to protect the surrounding tissue as much as possible, especially if it is tissue that needs special protection, such as the spinal cord.
  • the target point 6 is entered with the coordinates x n and y ", which can also be determined relatively exactly with the method according to the invention. It can be seen that shifting the target point within a pixel also shifts the overall arrangement of the tumor 1 in the same way and thereby causes errors in the overall image.
  • Fig. 5 shows an embodiment of a measuring phantom 7 which is used in the manner mentioned at the outset for setting and checking the devices and the software.
  • the measuring phantom 7 shown consists of a base plate 27 on which a base ring 25 is located. On the base ring 25, four half cylinders 16, 16 ', 16 ", 16'” can be placed and assembled in the manner shown.
  • a recess 19 for a reference body 15 is machined into at least one of the half cylinders 16, 16 ', 16 ", 16'".
  • For a defined insertion of the reference body 15 he has to ensure a nose 20 which engages in a nose recess 21 of the recess 19.
  • the reference body 15 in turn contains a recess 22 for a target body 14.
  • the reference body 15 is shown in FIG. 6.
  • Reference spaces 5, 5 ', 5 ", 5'", ... are arranged in it and are designed here as cylindrical reference spaces 12.
  • the reference spaces 12 ′′ of the staggered arrangement correspond to the principle already explained above for FIG. 1, the rear ones being only indicated by the bore openings.
  • an uneven arrangement of the same was chosen in order to be able to correct an inclined position.
  • In the middle of the reference body 15 there is a recess 22 which serves to insert a target body 14.
  • the recess 22 also has a nose recess 24 in order to ensure a defined insertion of the target body 14, which has a nose 23.
  • the crosshair 5 has three axes ll x , ll y , ll z , which are at an angle of 90 ° to one another and define a target point 6 'of the measurement phantom 7.
  • Fig. 8 shows the measuring phantom 7 partially cut.
  • a cover ring 28 is added, which is held by fastening screws 29 on the holding rods 26 and holds the half cylinders 16, 16 ', 16 ", 16'” together.
  • the position of the reference body 15, which contains the target body 14, is shown by the recess 19. It is the dashed line.
  • the base ring 25 is mounted on a base plate 27, this mounting being designed as a partial disk 17.
  • the graduated disk 17 has a ring of holes 32, into which a holding pin 33 can optionally be inserted.
  • Each engagement of the retaining pin 33 in a hole 32 corresponds to a specific angular position of the measuring phantom 7 relative to the base plate 27, so that eight different angular positions are possible, for example, with eight holes 32. With the eight positions already shown, this results in a defined positioning of the reference body 15 with the target body 14 at sixty-four different positions. These different positions make it possible to make an exact localization determination and in this way to set or check devices precisely.
  • a pivot 34 is also shown, which serves to rotate the measuring phantom 7 on the base plate 27.
  • the base plate 27 is equipped with fastening holes 30 in order to be able to bring it to the patient bed in a precisely defined position.
  • pins 35 are also shown, which serve for the exact positioning of the half cylinders 16, 16 ', 16 ", 16"'. Between these half cylinders 16, 16 ', 16 ", 16'” either a film 10 'can be inserted horizontally or it is possible to insert such a film 10 also in the vertical into a recess 31. In this way, the method for checking an irradiation device already mentioned above can be carried out.
  • the measurement phantom can also be used without reference spaces, in particular if an irradiation geometry is available in another way.
  • the markers 9 shows a diagram of a coordinate transformation. This is necessary in order to achieve an exact assignment of the tomography coordinates to the stereotactic coordinates of the treatment.
  • the markers 9 are searched for [42] and the CT (computed tomography) coordinates of the markers 9 are determined [43].
  • an evaluation [44] can be carried out, the result of which is the position and orientation of the CT slices in the stereotactic Coordinate system is [45]. This is the process already described for FIG. 3, and of course a conversion or a check can also be carried out instead of an alignment. Knowing this position and orientation of the CT slices, it is possible to assign the CT coordinates of the target point [47] to the stereotactic coordinates of the target point [48] by means of a coordinate transformation [46].
  • Coordinate system 46 Coordinate transformation 47 CT coordinates of the target point

Abstract

The invention relates to a stereotactic localisation method for a medical application, comprising the detection of a spatial configuration (1, 5, 5', 5'', 5''', ..., 6, 6', 12, 12', 12'') by imaging and comprising an allocation of the configuration to pixels (2, 2', 2'', 2''', ...) and layers (3, 3', 3'', 3''', ...) of a digital spatial representation (4), using a reference co-ordinate system (x, y, z) for the application. The invention further relates to a measuring phantom (7) for this method. The invention provides a highly precise device and/or verification, whereby reference areas (5, 5', 5'', 5''', ..., 12, 12', 12'') are arranged with the known co-ordinates (x', y', z'; z1 ...., zn') of their mutual allocation and are detected by imaging and evaluated. The reference areas (5, 5', 5'', 5''', ..., 12, 12', 12'') are arranged in such a way that the evaluation makes it possible to effect an allocation to the reference co-ordinate system (x, y, z), in addition to an allocation of additional imaging information, whose accuracy is superior to the accuracy of the imaging resolution in pixels (2, 2', 2'', 2''', ...) and layers (3, 3', 3'', 3''', ...).

Description

Stereotaktisches Lokalisationsverfahren und Meßphantom für eine medizinische Stereotactic localization method and measurement phantom for a medical
Anwendungapplication
Beschreibungdescription
Die Erfindung betrifft ein stereotaktisches Lokalisationsverfahren für eine medizinische Anwendung mit einer Erfassung einer räumlichen Konfiguration durch Bildgebung und einer Zuordnung der Konfiguration zu Pixeln und Schichten einer digitalen räumlichen Darstellung mit einem Bezugskoordinatensystem für die Anwendung.The invention relates to a stereotactic localization method for a medical application with a detection of a spatial configuration by imaging and an assignment of the configuration to pixels and layers of a digital spatial representation with a reference coordinate system for the application.
Die Erfindung betrifft weiter ein Computerprogramm und ein Meßphantom zur Durchführung des Verfahrens.The invention further relates to a computer program and a measurement phantom for performing the method.
Stereotaktische Lokalisationsverfahren dienen beispielsweise der tumorkonformen Strahlentherapie, der Neurochirugie und anderer Anwendungen, sofern sich diese stereotaktischer Methoden bedienen.Stereotactic localization methods are used, for example, for tumor-conforming radiation therapy, neurosurgery and other applications, provided they use stereotactic methods.
Ziel der tumorkonformen Strahlentherapie ist es, eine suffiziente Dosis im sogenannten Zielvolumen zu deponieren ohne in der Nähe liegende gesunde Strukturen („Risikoorgane") über ihre Toleranz hinaus mit Dosis zu belasten. Dies stellt hohe Anforderungen an die Präzision, mit der sowohl die Diagnostik als auch die Therapie geplant und durchgeführt werden müssen.The goal of tumor-conforming radiation therapy is to deposit a sufficient dose in the so-called target volume without burdening nearby healthy structures ("risk organs") beyond their tolerance with dose. This places high demands on the precision with which both diagnostics and Therapy must also be planned and carried out.
Zu diesem Zweck wird ein Koordinatensystem festgelegt, das fest mit der Anatomie des Patienten verknüpft ist und dazu dient, eine exakte räumliche Zuordnung von (Ziel-) Punkten im dreidimensionalen Raum zu erreichen. Man bezeichnet diese Methode als Stereotaxie. Unter Zuhilfenahme dieses stereotaktischen Koordinatensystems sowie geeigneter Zielsysteme kann selbst in verschiedenen Anwendungssituationen, beispielsweise bei hochpräziser Bestrahlung, eine exakte, reproduzierbare Positionierung des Patienten an diagnostischen und/oder therapeutischen Geräten erfolgen. Entsprechend sind diese Geräte einzurichten und regelmäßig zu überprüfen. Zur Festlegung von Zielpunkten stützt man sich auf mit Hilfe bildgebender Verfahren wie Röntgencomputertomographie (CT), Magnetresonanztomographie (MR), Positronenemissionstomographie (PET) akquirierte Schnittbildserien des Patienten. Um einen Zusammenhang zwischen den Bilddaten und dem stereotaktischen Koordinatensystem herzustellen, verwendet man an der Patientenliege- und -halterungseinrichtung angeordnete Lokalisationssysteme mit Markern, welche die Abbildung von Referenzpunkten in den Bildern bewirken. Anhand dieser Referenzpunkte können die stereotaktischen Koordinaten jedes beliebigen Bildpunktes bestimmt werden, da aufgrund einer geeig- neten Fixierung des Lokalisationssystems die Lage der Marker im stereotaktischen Koordinatensystem bekannt ist.For this purpose, a coordinate system is defined, which is firmly linked to the patient's anatomy and serves to achieve an exact spatial assignment of (target) points in three-dimensional space. This method is called stereotaxy. With the aid of this stereotactic coordinate system and suitable target systems, the patient can be positioned precisely, reproducibly on diagnostic and / or therapeutic devices even in various application situations, for example in the case of high-precision radiation. These devices must be set up accordingly and checked regularly. To determine target points, the patient is supported by imaging methods such as X-ray computer tomography (CT), magnetic resonance imaging (MR), positron emission tomography (PET). In order to establish a connection between the image data and the stereotactic coordinate system, localization systems with markers which are arranged on the patient couch and holder device are used, which bring about the imaging of reference points in the images. The stereotactic coordinates of any image point can be determined on the basis of these reference points, since the position of the markers in the stereotactic coordinate system is known due to a suitable fixation of the localization system.
Einer Einrichtung und Überprüfung der exakten räumlichen Zuordnung des mit der Anatomie des Patienten verknüpften Koordinatensystems mit den Koordinatensystemen diagnostischer und/oder therapeutischer Verfahren, beispielsweise des Tomographiegeräts und/oder des Behandlungsgeräts dienen Phantome, welche definiert an der Patientenliege- und -halterungseinrichtung angeordnet werden. Derartige Phantome besitzen ebenfalls Markierungen, durch deren Abbildung mittels eines bildgebenden Verfahrens diese Übe rüfung möglich ist.Phantoms are used to set up and check the exact spatial assignment of the coordinate system linked to the patient's anatomy with the coordinate systems of diagnostic and / or therapeutic methods, for example the tomography device and / or the treatment device, which are arranged in a defined manner on the patient couch and holder device. Such phantoms also have markings, which can be checked by imaging them using an imaging method.
Die bekannten Verfahren und Phantome zur Einrichtung und Überprüfung erlauben die Identifikation eines Zielpunktes in Tomogrammen nur mit der Genauigkeit, die durch deren Ortsauflösung vorgegeben ist. Beispielsweise sind bei Anwendung stereotaktischer Methoden im extracranialen Bereich typischerweise lxl mm Pixelgröße und 5 mm Schichtstärke durch die Geräte vorgegeben. Daher kann die Verifikation nicht mit ausreichender Präzision erfolgen, d.h. die Einstellung und/oder Verifikation mit den bekannten Phantomen ist unzureichend.The known methods and phantoms for setting up and checking allow the identification of a target point in tomograms only with the accuracy specified by their spatial resolution. For example, when using stereotactic methods in the extracranial area, the device typically specifies 1 × 1 mm pixel size and 5 mm layer thickness. Therefore, the verification cannot be done with sufficient precision, i.e. the adjustment and / or verification with the known phantoms is insufficient.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde ein Verfahren der eingangs genannten Art, sowie ein Meßphantom verfügbar zu machen, mit denen eine Einrichtung und/oder Verifikation hoher Präzision möglich sind. Bezüglich des Verfahrens wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß Referenzräume mit bekannten Koordinaten ihrer gegenseitigen Zuordnung angeordnet, durch eine Bildgebung erfaßt und ausgewertet werden, wobei die Anordnung der Referenzräume derart ist, daß durch die Auswertung eine Zuordnung zu dem Bezugskoordi- natensystem und damit auch eine Zuordnung weiterer Informationen der Bildgebung möglich ist, die die Genauigkeit der Auflösung in Pixeln und Schichten der Bildgebung übersteigt.The invention is therefore based on the object of making available a method of the type mentioned at the outset and a measurement phantom with which it is possible to set up and / or verify high precision. With regard to the method, the object is achieved according to the invention in that reference spaces with known coordinates of their mutual assignment are arranged, recorded and evaluated by imaging, the arrangement of the reference spaces being such that the evaluation assigns them to the reference coordinate system and thus also an assignment of further information of the imaging is possible that exceeds the accuracy of the resolution in pixels and layers of the imaging.
Bezüglich der Vorrichtung wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Meßphantom durch Bildgebung erfaßbare Referenzräume mit bekannten Koordinaten enthält, die derart angeordnet sind, daß eine Zuordnung zu einem Bezugskoordinatensystem und damit auch eine Zuordnung weiterer durch die Bildgebung erfaßbarer Informationen möglich ist, die die Genauigkeit von Pixeln und Schichten einer digitalen Auflösung der räumlichen Darstellung einer Konfiguration übersteigt.With regard to the device, the object is achieved according to the invention in that the measurement phantom contains reference spaces with known coordinates which can be detected by imaging and which are arranged in such a way that an assignment to a reference coordinate system and thus also an assignment of further information which can be detected by the imaging is possible, which the accuracy of pixels and layers of a digital resolution exceeds the spatial representation of a configuration.
Durch die Erfindung ist es möglich trotz einer vorgegebenen relativ groben Auflösung des bildgebenden Systems eine Lokalisierung vorzunehmen, welche um ein vielfaches genauer ist als die vorgegebene Auflösung. Dies ermöglicht eine genauere Verifikation der Geräte und der Software zur Lokalisation und eine präzisere Überprüfung dieser Genauigkeit. Aber auch eine Einrichtung ist möglich. Im diagnostischen Bereich findet die genannte Zuordnung zur Einrichtung und/oder Überprüfung des Tomographiegeräts statt, um zu gewährleisten, daß das mit der Anatomie des Patienten verknüpfte Koordinatensystem mit dem Koordinatensystem des Tomographiegeräts übereinstimmt. Für die Therapie müssen dann diese Koordinaten wiederum mit denen des Behandlungsgeräts übereinstimmen. Die Erfindung dient der Verifikation dieser Übereinstimmungen sowie gegebenenfalls einer entsprechenden Einstellung, sei es daß diese im Bereich der Hardware, also der Geräte vorgenommen wird, oder im Bereich der Software, indem die korrekte Zuordnung der Daten dieser Koordinatensysteme durch eine entsprechende Koordinatentransformation vorgenommen wird. Durch die Erfindung ist die Genauigkeit derartiger Verifikationen und Zuordnungen nicht mehr durch die Auflösungsgenauigkeit des jeweiligen bildgebenden Verfahrens bedingt. Auf diese Weise läßt sich eine zielsichere Diagnose und/oder Therapie vornehmen, bei der in der Nähe liegende gesunde Strukturen maximal geschont werden. Zweckmäßigerweise wird das stereotaktische Lokalisationsverfahren derart ausgestaltet, daß neben einer Zuordnung einer räumlichen Konfiguration zu Pixeln und Schichten des Bezugskoordinatensystems eine Feinzuordnung durch Erfassung der Lage zu den Begrenzungen der Pixel und Schichten erfolgt. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, daß mindestens eine der linearen Positionsbestimmungen mittels einer gestaffelten Anordnung von Referenzräumen erfolgt. So können die Koordinaten eines oder mehrerer Zielpunkte mit einer die Auflösung der Bildgebung übersteigender Genauigkeit bestimmt werden.The invention makes it possible, despite a predetermined, relatively coarse resolution of the imaging system, to carry out a localization which is many times more precise than the predetermined resolution. This enables a more precise verification of the devices and the software for localization and a more precise verification of this accuracy. But a facility is also possible. In the diagnostic area, the aforementioned assignment to setting up and / or checking the tomography device takes place in order to ensure that the coordinate system linked to the anatomy of the patient matches the coordinate system of the tomography device. For the therapy, these coordinates must then in turn match those of the treatment device. The invention serves to verify these correspondences and, if necessary, to make a corresponding setting, be it that this is carried out in the area of the hardware, that is to say the devices, or in the area of the software, in that the correct assignment of the data of these coordinate systems is carried out by means of a corresponding coordinate transformation. As a result of the invention, the accuracy of such verifications and assignments is no longer dependent on the resolution accuracy of the respective imaging method. In this way, a reliable diagnosis and / or therapy can be carried out, in which nearby healthy structures are maximally protected. The stereotactic localization method is expediently designed in such a way that, in addition to assigning a spatial configuration to pixels and layers of the reference coordinate system, there is a fine assignment by detecting the position of the boundaries of the pixels and layers. This can be achieved, for example, by making at least one of the linear position determinations by means of a staggered arrangement of reference spaces. The coordinates of one or more target points can thus be determined with an accuracy that exceeds the resolution of the imaging.
Eine Ausgestaltung des Verfahrens für die Überprüfung eines Tomographiegeräts sieht vor, daß ein Meßphantom mit festgelegten abbildbaren Referenzräumen in einer Patientenliege definiert angeordnet und fixiert wird. Danach wird mit dem Tomographieverfahren eine Bildgebung mit der Patientenliege, den an ihr angeordneten Lokali- satoren und dem Meßphantom durchgeführt. Bei der Auswertung wird die Lage und Orientierung der Marker der Lokalisatoren und der Referenzräume bezüglich des Bezugskoordinatensystems des Tomographiegeräts auf Richtigkeit überprüft.One embodiment of the method for checking a tomography device provides that a measurement phantom with defined, reproducible reference spaces is arranged and fixed in a patient couch in a defined manner. Then the tomography method is used to carry out imaging with the patient couch, the localizers arranged on it and the measurement phantom. During the evaluation, the position and orientation of the markers of the localizers and the reference spaces with respect to the reference coordinate system of the tomography device are checked for correctness.
Das vorgenannte Verfahren kann außer der Überprüfung auch dazu dienen, daß für eine Neuimplementierung von Hard- oder Software das Bezugskoordinatensystem nach den Koordinaten der Referenzräume eingestellt wird.In addition to checking, the aforementioned method can also be used to set the reference coordinate system according to the coordinates of the reference spaces for a new implementation of hardware or software.
Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, daß zur Zuordnung von mindestens zwei Koordinatensystemen eine Koordinatentransformation stattfindet. Zuordnung bedeutet die Zuordnung der tatsächlichen stereotaktischen Koordinaten des Patienten oder - da bekannt - des Phantoms zu den Koordinaten des diagnostischen Geräts und/oder des therapeutischen Geräts. Durch die Erfindung läßt sich diese Zuordnung genauer vornehmen, da die Zuordnungsgenauigkeit nicht mehr durch die Bildauflösungsgenauigkeit des diagnostischen Geräts oder - falls dort eine Bildgebung mit begrenzter Bildauflösung vorgenommen wird - des Therapie-, beispielsweise des Bestrahlungsgeräts begrenzt wird. Ein weiteres Verfahren zur Überprüfung eines Bestrahlungsgeräts sieht vor, daß ein Meßphantom mit einem großflächig eingelegten Film in einer Patientenliege definiert angeordnet und fixiert wird. Danach wird eine Bestrahlung mit der Patientenliege und dem an ihr angeordneten Meßphantom durchgeführt. Bei der Auswertung wird anhand der Belichtung des mindestens einen Films die Lage und Intensität einer Bestrahlungsgeometrie bezüglich eines Bezugskoordinatensystems auf Richtigkeit überprüft. Das Bezugskoordinatensystem ist in diesem Anwendungsfall zweckmäßigerweise das mit dem Patienten verknüpfte stereotaktische Koordinatensystem. Dieses Verfahren läßt sich mit einer beliebigen Bestrahlungsgeometrie durchführen. Dazu benötigt das Meßphantom nur den Film sowie irgend eine angeordnete Bestrahlungsgeometrie. Letztere kann natürlich auch mindestens einer der vorgenannten Referenzräume sein.A further embodiment provides that a coordinate transformation takes place for the assignment of at least two coordinate systems. Assignment means the assignment of the actual stereotactic coordinates of the patient or - since known - of the phantom to the coordinates of the diagnostic device and / or the therapeutic device. This assignment can be carried out more precisely by the invention, since the assignment accuracy is no longer limited by the image resolution accuracy of the diagnostic device or - if imaging with limited image resolution is carried out there - the therapy device, for example the radiation device. Another method for checking an irradiation device provides that a measuring phantom with a film inserted over a large area is arranged and fixed in a patient bed in a defined manner. Thereafter, the patient bed and the measuring phantom arranged on it are irradiated. During the evaluation, the position and intensity of an irradiation geometry with respect to a reference coordinate system is checked for correctness on the basis of the exposure of the at least one film. In this application, the reference coordinate system is expediently the stereotactic coordinate system linked to the patient. This method can be carried out with any radiation geometry. For this purpose, the measurement phantom only requires the film and any radiation geometry arranged. The latter can of course also be at least one of the aforementioned reference spaces.
Die Erfindung schlägt weiterhin ein Computerprogramm zur Durchführung des vorgenannten Verfahrens vor. Computerprogramm in diesem Sinne bedeutet eine softwaren- mäßige Bereitstellung des vorgenannten technischen Verfahrens und damit eine Vorrichtung, bestehend aus einem Rechner, der zur Durchführung der genannten Verfahrensschritte eingerichtet ist. Mit dem Computerprogramm können in den tomographischen Bilddaten die Koordinaten der Marker und der Referenzräume erfaßt werden und dann anhand der Koordinaten der Marker die Lage und Orientierung der Schichten der tomographischen Bilddaten überprüft werden. Weiterhin wird anhand der Koordinaten mindestens eines Referenzraumes die korrekte Lage desselben im Verhältnis zu einem Bezugskoordinatensystem überprüft und gegebenenfalls auf der Grundlage beider Überprüfungen eine Einstellung oder eine Koordinatentransformation vorgenommen. Dieses Computerprogramm kann auch beinhalten, daß anhand der Koordina- ten der Marker in den tomographischen Bilddaten über deren gegenseitige Relativlage die korrekte Lage der Lokalisatoren überprüft wird. Dadurch kann eine Verbiegung oder sonstige Beschädigung eines Lokalisators festgestellt und danach behoben werden.The invention also proposes a computer program for performing the aforementioned method. Computer program in this sense means a software-based provision of the aforementioned technical method and thus a device consisting of a computer which is set up to carry out the method steps mentioned. With the computer program, the coordinates of the markers and the reference spaces can be recorded in the tomographic image data and the position and orientation of the layers of the tomographic image data can then be checked using the coordinates of the markers. Furthermore, the correct position of the same in relation to a reference coordinate system is checked on the basis of the coordinates of at least one reference space and, if necessary, a setting or a coordinate transformation is carried out on the basis of both checks. This computer program can also include checking the correct position of the localizers based on the coordinates of the markers in the tomographic image data and their relative relative position. Bending or other damage to a localizer can thereby be determined and then remedied.
Die genannten Merkmale geben lediglich Grundfunktionen wieder, weitere Ausfüh- rungsformen des Computerprogramms können die Realisierung aller vorgenannten Verfahrensschritte vorsehen oder sich dem vorerwähnten Meßphantom sowie an den nachfolgenden Ausgestaltungsmöglichkeiten des Meßphantoms orientieren. Für das Meßphantom gibt es eine Vielzahl von Möglichkeiten durch eine Bildgebung erfaßbare Referenzräume vorzusehen, durch welche die hohe Auflösung erzielbar ist. Eine zweckmäßige Ausgestaltung sieht vor, daß das Meßphantom als räumlich angeordneten Zielpunkt ein durch die Bildgebung erfaßbares Fadenkreuz mit drei Achsen enthält. Zweckmäßigerweise werden jedoch noch weitere Referenzräume vorgesehen. So wird vorgeschlagen, daß mehrere parallel zu einer der Achsen des Fadenkreuzes liegende Referenzräume angeordnet sind. Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, daß die Referenzräume gestaffelt angeordnet sind. Diese oder weitere Referenzräume können das Fadenkreuz umgeben, um durch ihre gegenseitige Zuordnung und die Zuordnung zum Fadenkreuz die Auflösung und damit die Lokalisierung exakter vornehmen zu können.The features mentioned only represent basic functions; further embodiments of the computer program can provide for the implementation of all of the aforementioned method steps or can be based on the aforementioned measurement phantom and on the subsequent configuration options of the measurement phantom. For the measurement phantom, there are a multitude of possibilities to provide reference spaces that can be captured by imaging, through which the high resolution can be achieved. An expedient embodiment provides that the measurement phantom contains, as a spatially arranged target point, a crosshair with three axes that can be detected by the imaging. However, additional reference spaces are expediently provided. It is proposed that a plurality of reference spaces lying parallel to one of the axes of the crosshairs be arranged. An advantageous embodiment provides that the reference rooms are arranged in a staggered manner. These or other reference spaces can surround the crosshair in order to be able to carry out the resolution and thus the localization more precisely through their mutual assignment and assignment to the crosshair.
Insbesondere kann vorgesehen sein, daß die Referenzräume in Längsrichtung verlaufen. In dieser Richtung ist eine gestaffelte Anordnung mit einer entsprechenden Erhöhung der Lokalisierungsgenauigkeit besonders notwendig, da die sich in dieser Richtung erstreckenden Schichten einer Tomographieaufnahme in der Regel eine Dicke von 5 mm aufweisen. Dieses Raster ist für eine Einstellung, die Grundlage einer Behandlung ist, viel zu grob und bedarf daher der erfindungsgemäßen exakteren Zuordnung. Man kann eine gestaffelte Anordnung auch ungleichmäßig verteilen, wodurch eine zusätz- liehe Auswertung bezüglich einer eventuellen Schräglage des Phantoms zum Bezugskoordinatensystem möglich ist.In particular, it can be provided that the reference spaces run in the longitudinal direction. In this direction, a staggered arrangement with a corresponding increase in the localization accuracy is particularly necessary, since the layers of a tomography image extending in this direction generally have a thickness of 5 mm. This grid is much too coarse for a setting that is the basis of a treatment and therefore requires the more precise assignment according to the invention. A staggered arrangement can also be distributed unevenly, which enables an additional evaluation with regard to a possible inclination of the phantom to the reference coordinate system.
Ein konkretes Ausführungsbeispiel sieht vor, daß das Fadenkreuz in einem Bauteil angeordnet ist, das an mindestens einer definierten Stelle lagegenau in das Meßphantom einf gbar ist. Ebenso kann vorgesehen sein, daß auch die weiteren Referenzräume in einem Bauteil angeordnet sind, das an mindestens einer definierten Stelle lagegenau in das Meßphantom einfügbar ist. Beispielsweise kann sich das Fadenkreuz in einem Zielkörper befinden, der lagegenau in einen Referenzkörper mit den weiteren Referenzräumen einfügbar ist und der Referenzkörper wiederum lagegenau in das Meßphantom einfügbar ist. Diese Ausgestaltungen haben den Vorteil, daß das Meßphantom mit verschieden ausgestalteten Fadenkreuzen und Referenzräumen ausgestattet werden kann. Auf diese Weise kann der jeweils notwendigen Erfassungsgenauigkeit Rechnung getragen werden und das Meßphantom ist vielseitig einsetzbar, zum Beispiel für verschiedene Arten von Bildgebungen.A specific exemplary embodiment provides that the crosshairs are arranged in a component which can be inserted into the measurement phantom in an exact position at at least one defined position. It can also be provided that the further reference spaces are also arranged in a component which can be inserted into the measurement phantom at exactly one defined position. For example, the crosshairs can be located in a target body, which can be inserted in a precise position in a reference body with the other reference spaces, and in turn the reference body can be inserted in the measuring phantom in an exact position. These configurations have the advantage that the measurement phantom can be equipped with differently designed crosshairs and reference spaces. In this way, the required accuracy of calculation can be taken into account can be worn and the measurement phantom can be used in a variety of ways, for example for different types of imaging.
Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung sieht vor, daß das Meßphantom mehrere Teile enthält, wobei die Teile unterschiedliche Lagen im Meßphantom einnehmen können und daß mindestens in einem der Teile die Referenzräume angeordnet sind. Eine konkrete Ausgestaltung sieht beispielsweise vor, daß es sich bei den Teilen um mindestens zwei, vorzugsweise vier austauschbare und umgekehrt einfügbare Halbzylinder handelt. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, daß sowohl das Fadenkreuz wie die Referenzräume acht verschiedenen exakten Positionen zugeordnet werden können. Je mehr solche exakt definierten Positionen möglich sind, um so exakter ist die Überprüfung und Einrichtung der Geräte.A further expedient embodiment provides that the measuring phantom contains several parts, the parts being able to assume different positions in the measuring phantom and that the reference spaces are arranged in at least one of the parts. A specific embodiment provides, for example, that the parts are at least two, preferably four interchangeable and vice versa insertable half cylinders. This configuration offers the advantage that both the crosshairs and the reference spaces can be assigned to eight different exact positions. The more such precisely defined positions are possible, the more exact the checking and setting up of the devices will be.
Dem vorgenannten Zweck dient auch eine Weiterbildung, die vorsieht, daß das Meß- phantom in mehrere definierte Lageanordnungen bringbar ist. Beispielsweise kann es in mehrere definierte Winkelstellungen bringbar sein. Eine konkrete Ausgestaltung zu diesem Zweck sieht vor, daß das Meßphantom auf einer an der Patientenliege befestigbaren Teilscheibe angeordnet ist. Werden sowohl die oben genannten Halbzylinder als auch die Teilscheibe vorgesehen, so multiplizieren sich die acht möglichen Einstellun- gen durch die Halbzylinder noch mit der Zahl der verschiedenen Einstellungen, welche die Teilscheibe zuläßt.A further development serves the aforementioned purpose, which provides that the measurement phantom can be brought into several defined position arrangements. For example, it can be brought into several defined angular positions. A specific embodiment for this purpose provides that the measuring phantom is arranged on a dividing disk that can be attached to the patient bed. If both the above-mentioned half cylinders and the graduated disk are provided, the eight possible settings by the half cylinders are multiplied by the number of different settings that the graduated disk allows.
Für die Ausgestaltung des Meßphantoms gibt es eine Vielzahl von Möglichkeiten. Es kann als kompakter Körper ausgebildet sein, dann kann es sich bei den Referenzräumen um Hohlräume handeln. Es ist auch möglich, daß die Referenzräume andere Materialien sind, wenn dies für die Abbildung mit der jeweiligen Bildgebung erforderlich ist. Diese Materialien können in den Hohlräumen lagern oder sie können auch in anderer Weise in dem Meßphantom plaziert sein.There are a multitude of options for designing the measurement phantom. It can be designed as a compact body, then the reference spaces can be cavities. It is also possible that the reference spaces are other materials if this is necessary for the imaging with the respective imaging. These materials can be stored in the cavities or they can be placed in the measurement phantom in another way.
Eine Weiterbildung des Meßphantoms sieht vor, daß mindestens ein Film einlegbar ist. Es kann sich dabei um mindestens einen Film handeln, der großflächig in Längsrichtung einlegbar ist oder der großflächig in Querrichtung einlegbar ist. Bei einer Ausgestaltung des Meßphantoms als vier Halbzylinder können die Filme zwischen den Halbzylindem in Längs- und in Querrichtung angeordnet werden.A further development of the measurement phantom provides that at least one film can be inserted. This can be at least one film that can be inserted over a large area in the longitudinal direction or that can be inserted over a large area in the transverse direction. In one configuration the measuring phantom as four half cylinders, the films can be arranged between the half cylinders in the longitudinal and transverse directions.
Das Meßphantom kann aus verschiedenen Materialien gefertigt werden. Zweckmäßi- gerweise wird jedoch ein Material verwendet, das eine ähnliche Strahlungsabsorbtion wie Wasser aufweist, da sich dann die Strahlung ähnlich wie beim menschlichen Körper verhält.The measurement phantom can be made of different materials. However, a material is expediently used which has a similar radiation absorption to that of water, since the radiation then behaves similarly to that of the human body.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Skizzen und der zeichnerischen Darstel- lung eines Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigenThe invention is explained below on the basis of sketches and the graphic representation of an exemplary embodiment. Show it
Fig. 1 eine Prinzipskizze zur Erläuterung des Lokalisationsverfahrens anhand einer Lokalisation in einem linearen Bereich,1 is a schematic diagram for explaining the localization method based on a localization in a linear region,
Fig. 2 eine Skizze zur Verdeutlichung der räumlichen Lokalisation,2 shows a sketch to clarify the spatial localization,
Fig. 3 eine Computertomographieschicht des menschlichen Beckens mit derFig. 3 is a computed tomography layer of the human pelvis with the
Anordnung von Lokalisatoren,Arrangement of localizers,
Fig. 3 a ein Lokalisator,3 a a localizer,
Fig. 4 ein Ausschnitt aus der Computertomographieschicht mit einem Tumor,4 shows a detail from the computed tomography layer with a tumor,
Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel eines Meßphantoms,5 shows an embodiment of a measurement phantom,
Fig. 6 ein Referenzkörper mit Referenzräumen,6 a reference body with reference spaces,
Fig. 7 ein Zielkörper mit einem Fadenkreuz,7 shows a target body with a crosshair,
Fig. 8 das Meßphantom, teilweise geschnitten undFig. 8 the measuring phantom, partially cut and
Fig. 9 ein Schema einer Koordinatentransformation. Fig. 1 zeigt eine Prinzipskizze zur Erläuterung des Lokalisationsverfahrens anhand einer Lokalisation in einem linearen Bereich (entlang der z-Achse). Auf der rechten Seite ist eine Koordinate z' aufgetragen, es handelt sich dabei um die Koordinaten für die gegenseitige Zuordnung von Referenzräumen 5, 5', 5", 5'", Bei dem Referenzraum 5 handelt es sich um ein Fadenkreuz 5 das den Zielpunkt 6' des Meßphantoms 7 angibt. Bei den Referenzräumen 5', 5", 5'", ... kann es sich beispielsweise um eine gestaffelte Anordnung zylindrischer Referenzräume 12" handeln. Der Zielpunkt 6' befindet sich genau in der Mitte zwischen zwei zylindrischen Referenzräumen 12", deren Enden 13 die Längen z4' und z5' aufweisen. Auf diese Weise sind unterhalb des Fadenkreuzes 5 und oberhalb des Fadenkreuzes 5 jeweils vier Referenzräume 5, 5', 5", 5'" angeordnet. Die Enden 13 dieser Referenzräume sind gleichmäßig abgestuft, wobei hier als Beispiel ein Abstand von 1 mm gewählt wurde. Auf der rechten Seite sind die Koordinaten eines Bezugskoordinatensystems in z-Richtung aufgetragen. Diesem Bezugskoordinatensystem sind die Schichten 3, 3', 3", ... der Computertomographie zugeordnet. Im gewählten Beispiel sind diese Schichten 5 mm dick, so daß nach dem herkömmlichen Lokalisationsverfahren die Lage des Fadenkreuzes 5 mit dem Zielpunkt 6' innerhalb der Schicht 3' nicht festgestellt werden könnte. Die Genauigkeit der Zuordnung wäre somit ± 2,5 mm. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann festgestellt werden, daß sich unterhalb des Fadenkreuzes 5 zwei Referenzräume und oberhalb des Fadenkreuzes 5 drei Referenzräume in derselben Schicht 3' befinden. Da die gegenseitige Zuordnung der Referenzräume 5, 5', 5", 5"', ... bekannt ist, ergibt sich, daß sich der Zielpunkt 6' mindestens 1 ,5 mm höher als z2 und mindestens 2,5 mm tiefer als z3 befinden muß. Damit ergibt sich die Lage des Zielpunktes 6' als z plus 2 mm mit einer Toleranz von ± 0,5 mm. Diese Lage zn des Zielpunktes 6' im Bezugskoordinatensystem z entspricht daher mit der Toleranz von ± 0,5 mm der Lage zn' des Koordinatensystems z', welches die gegenseitigen Zuordnung der Referenzräume 5, 5', 5", 5'", ... angibt. Auf diese Weise wird verdeutlicht, daß die Erfindung eine Einordnung eines Zielpunktes 6' und somit eine Zuordnung zweier Koordinatensysteme ermöglicht, deren Toleranz nicht mehr ± 2,5 mm sondern ± 0,5 mm beträgt.9 shows a diagram of a coordinate transformation. 1 shows a schematic diagram to explain the localization method based on a localization in a linear region (along the z-axis). A coordinate z 'is plotted on the right-hand side. These are the coordinates for the mutual assignment of reference spaces 5, 5', 5 ", 5 '". The reference space 5 is a crosshair 5 that represents the target point 6 'of the measurement phantom 7 indicates. The reference spaces 5 ', 5 ", 5'", ... can be, for example, a staggered arrangement of cylindrical reference spaces 12 ". The target point 6 'is located exactly in the middle between two cylindrical reference spaces 12", the ends 13 of which have the lengths z 4 'and z 5 '. In this way, four reference spaces 5, 5 ', 5 ", 5'" are arranged below the cross hair 5 and above the cross hair 5. The ends 13 of these reference spaces are stepped uniformly, a distance of 1 mm being chosen as an example here. The coordinates of a reference coordinate system in the z direction are plotted on the right side. Layers 3, 3 ', 3 ", ... of computer tomography are assigned to this reference coordinate system. In the selected example, these layers are 5 mm thick, so that, according to the conventional localization method, the position of crosshairs 5 with target point 6' within layer 3 The accuracy of the assignment would thus be ± 2.5 mm. With the method according to the invention it can be determined that there are two reference spaces below the crosshair 5 and three reference spaces above the crosshair 5 in the same layer 3 ' mutual assignment of the reference spaces 5, 5 ', 5 ", 5"', ... is known, it follows that the target point 6 'is at least 1.5 mm higher than z 2 and at least 2.5 mm lower than z 3 The position of the target point 6 'is thus z plus 2 mm with a tolerance of ± 0.5 mm .This position z n of the target point 6' in the reference coordinate system z therefore corresponds to the tolerance of ± 0.5 mm Position z n 'of the coordinate system z', which indicates the mutual assignment of the reference spaces 5, 5 ', 5 ", 5'", ... In this way it is made clear that the invention enables a target point 6 'to be classified and thus an assignment of two coordinate systems whose tolerance is no longer ± 2.5 mm but ± 0.5 mm.
Normalerweise werden Computertomographiescanner bei der stereotaktischen Lokalisation im Körperstammbereich mit einem Feld von 500 mm im Quadrat mit 512 x 512 Pixel betrieben. In dieser Ebene, also in der x-y-Ebene ist also die Zuordnung relativ genau, wobei jedoch bei der Schichtdicke von 5 mm auf jeden Fall die eben genannte Lokalisierung erforderlich ist, um die erforderliche Genauigkeit zu erreichen. Für die x-y-Ebene kann jedoch ebenso eine genauere Zuordnung vorgenommen werden, wobei jedoch in der Regel kein so großer Aufwand betrieben werden muß, wie dies oben beschrieben wurde. Oftmals reicht hierfür die Auswertung mittels zweier oder dreier Referenzräume 5, 5', 5", 5'", ... .Normally, computed tomography scanners are operated in the stereotactic localization in the trunk area with a field of 500 mm square with 512 x 512 pixels. The assignment is in this level, that is, in the xy level relatively accurate, but with the layer thickness of 5 mm the localization just mentioned is required in any case in order to achieve the required accuracy. However, a more precise assignment can also be carried out for the xy plane, although, as a rule, it does not have to involve as much effort as was described above. The evaluation using two or three reference spaces 5, 5 ', 5 ", 5'", ... is often sufficient for this.
Fig. 2 zeigt eine Skizze zur Verdeutlichung der räumlichen Lokalisation 4. Dargestellt ist ein Bezugskoordinatensystem x, y, z, bei dem das Aufnahmevolumen in Pixel 2, 2', ... und in Schichten 3, 3', 3", ... unterteilt ist. Auf diese Weise wird der gesamte Raum in kleine quadratische Säulen unterteilt, denen jeweils eine räumliche Information zugeordnet werden kann. Zur besseren Übersichtlichkeit sind als Beispiel nur zwei dieser Raumeinheiten eingezeichnet. Diese Raumeinheiten füllen den gesamten relevanten Raum aus und sind die kleinsten Auflösungseinheiten der o.g. Computertomographie. Wird die zu Figur 1 beschriebene Methode im räumlichen Bereich angewendet, so läßt sich ein Zielpunkte 6, 6' innerhalb eines solchen Raumes exakter als mit den angegebenen Raumeinheiten, also exakter als durch die Pixel 2, 2' oder die Schichten 3, 3', 3" einordnen. Das zuzuordnende Koordinatensystem x', y', z' von Referenzräumen 5, 5', 5", 5'", ... ist angedeutet. Für eine Grundeinstellung ist eine solche Zuordnung der Koordinatensysteme dahingehend erforderlich, daß die Referenzräume bezüglich ihre tatsächlichen Orts mit den Koordinaten der Computertomographie und diese mit den Koordinaten des Bestrahlungsgeräts übereinstimmen. Dies wird später von Zeit zu Zeit überprüft, damit die Übereinstimmung bei der Behandlung eines Tumors gewährleistet ist. Dabei kann zusätzlich zu einer Verschiebung auch eine abweichende Winkelanordnung im Raum vorliegen. Zur Korrektur einer solchen abweichenden Winkelanordnung können Lokalisatoren 8 mit Markern 9 dienen. Dies wird im folgenden beschrieben:FIG. 2 shows a sketch to illustrate the spatial localization 4. A reference coordinate system x, y, z is shown, in which the recording volume in pixels 2, 2 ', ... and in layers 3, 3', 3 ", .. In this way, the entire room is divided into small square columns, each of which can be assigned spatial information. For better clarity, only two of these room units are shown as an example. These room units fill the entire relevant room and are the smallest If the method described for FIG. 1 is used in the spatial area, then a target point 6, 6 'within such a space can be more exact than with the specified spatial units, that is to say more exact than through the pixels 2, 2' or the layers Classify 3, 3 ', 3 ". The coordinate system x ', y', z 'to be assigned to reference spaces 5, 5', 5 ", 5 '", ... is indicated. For a basic setting, such an assignment of the coordinate systems is necessary in such a way that the reference spaces correspond in terms of their actual location to the coordinates of the computer tomography and that they correspond to the coordinates of the radiation device. This will be checked later from time to time to ensure consistency in the treatment of a tumor. In addition to a shift, there may also be a different angular arrangement in space. Localizers 8 with markers 9 can be used to correct such a different angular arrangement. This is described in the following:
Fig. 3 zeigt eine Computertomographieschicht 18 des menschlichen Beckens mit der Anordnung von Lokalisatoren 8. Ein derartiger Lokalisator 8 ist in der Figur 3 a dargestellt. Der Lokalisator enthält Marker 9, die bezüglich der z-Ebene in Winkeln verlaufen. Auf diese Weise kann durch die Abbildung der Marker 9 in der Computertomographieschicht 18 festgestellt werden, ob eine Schieflage der Computertomographie- schicht 18 zu den Lokalisatoren 8 vorhanden ist. Bei einer derartigen Schiefläge sind die Abstände der Marker unterschiedlich. Sind die Abstände der Marker an allen vier Lokalisatoren 8 gleich, so ist die Computertomographieschicht 18 exakt senkrecht im Bezugskoordinatensystem x, y, z abgebildet. Bei Fehlern kann eine entsprechende Korrektur vorgenommen werden, so daß der in Figur 2 dargestellte Winkelversatz korrigiert ist.FIG. 3 shows a computed tomography layer 18 of the human pelvis with the arrangement of localizers 8. Such a localizer 8 is shown in FIG. 3a. The locator contains markers 9 which run at angles with respect to the z plane. In this way, the imaging of the markers 9 in the computed tomography layer 18 can be used to determine whether the computed tomography layer 18 to the localizers 8 is present. The distances between the markers are different in such an oblique position. If the distances between the markers are the same at all four localizers 8, the computed tomography layer 18 is imaged exactly vertically in the reference coordinate system x, y, z. In the event of errors, a corresponding correction can be carried out so that the angular offset shown in FIG. 2 is corrected.
In der Computertomographieschicht 18 ist noch die räumliche Konfiguration 1 eines Tumors 1 angedeutet, die in Fig. 4 vergrößert dargestellt ist.The spatial configuration 1 of a tumor 1, which is shown enlarged in FIG. 4, is also indicated in the computed tomography layer 18.
Fig. 4 zeigt den Ausschnitt aus der Computertomographieschicht 18 mit dem Tumor 1. Es handelt sich dabei um die Darstellung einer Schicht 3. Innerhalb dieser Schicht 3 kann der Tumor 1 durch seine Zuordnung zu dem quadratischen Feld von Pixeln 2, 2', 2", 2'", ... dargestellt werden. Dabei ist zwar die Darstellung des Tumors 1 an die Pixel 2, 2', 2", 2'", ... der Bildauflösung gebunden, jedoch läßt sich auch hier mit der eingangs beschriebenen Methode der Zielpunkt 6 des Behandlungsplanes genauer einordnen. Ein solcher Zielpunkt 6 wird vom Arzt festgelegt, um die Bestrahlung eines Tumors 1 in optimaler Weise vornehmen zu können und umliegendes Gewebe möglichst zu schonen, besonders wenn es sich um Gewebe handelt, das besonders geschützt werden muß, wie beispielsweise das Rückenmark. Der Zielpunkt 6 ist mit den Koordinaten xn und y„ eingetragen, welche mit der erfindungsgemäßen Methode ebenfalls relativ exakt festgelegt werden können. Es ist ersichtlich, daß eine Verschiebung des Zielpunktes innerhalb eines Pixels auch die Gesamteinordnung des Tumors 1 in derselben Weise verschiebt und dadurch Fehler der Gesamtabbildung verursacht.4 shows the detail from the computed tomography layer 18 with the tumor 1. This is the representation of a layer 3. Within this layer 3, the tumor 1 can be assigned to the square field of pixels 2, 2 ', 2 " , 2 '", ... are displayed. Although the representation of the tumor 1 is bound to the pixels 2, 2 ', 2 ", 2'", ... of the image resolution, the target point 6 of the treatment plan can also be more precisely classified using the method described at the beginning. Such a target point 6 is set by the doctor in order to be able to optimally irradiate a tumor 1 and to protect the surrounding tissue as much as possible, especially if it is tissue that needs special protection, such as the spinal cord. The target point 6 is entered with the coordinates x n and y ", which can also be determined relatively exactly with the method according to the invention. It can be seen that shifting the target point within a pixel also shifts the overall arrangement of the tumor 1 in the same way and thereby causes errors in the overall image.
Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Meßphantoms 7 welches in der eingangs erwähnten Art und Weise der Einstellung und Überprüfung der Geräte und der Software dient. Das dargestellte Meßphantom 7 besteht aus einer Grundplatte 27 auf der sich ein Grundring 25 befindet. Auf diesem Grundring 25 lassen sich in der dargestellten Art und Weise vier Halbzylinder 16, 16', 16", 16'" aufsetzen und zusammenfügen. In mindestens einen der Halbzylinder 16, 16', 16", 16'" ist eine Ausnehmung 19 für einen Referenzkörper 15 eingearbeitet. Um ein definiertes Einsetzen des Referenzkörpers 15 zu gewährleisten hat er eine Nase 20, welche in eine Nasenausnehmung 21 der Ausnehmung 19 eingreift. Der Referenzkörper 15 enthält wiederum eine Ausnehmung 22 für einen Zielkörper 14.Fig. 5 shows an embodiment of a measuring phantom 7 which is used in the manner mentioned at the outset for setting and checking the devices and the software. The measuring phantom 7 shown consists of a base plate 27 on which a base ring 25 is located. On the base ring 25, four half cylinders 16, 16 ', 16 ", 16'" can be placed and assembled in the manner shown. A recess 19 for a reference body 15 is machined into at least one of the half cylinders 16, 16 ', 16 ", 16'". For a defined insertion of the reference body 15 he has to ensure a nose 20 which engages in a nose recess 21 of the recess 19. The reference body 15 in turn contains a recess 22 for a target body 14.
Der Referenzkörper 15 ist in der Fig. 6 dargestellt. In ihm sind Referenzräume 5, 5', 5", 5'", ... angeordnet, die hier als zylindrische Referenzräume 12 ausgebildet sind. Dabei sind vier Referenzräume 12' gleicher Ausdehnung und acht Referenzräume 12" in gestaffelter Anordnung in den Referenzkörper 15 eingeformt. Es kann sich dabei um Bohrungen handeln, es ist jedoch auch möglich anderes Material vorzusehen, das durch die jeweils angewandte Bildgebung am besten darstellbar ist. Die Referenzräume 12" der gestaffelten Anordnung entsprechen dem bereits oben zu Figur 1 erläuterten Prinzip, wobei die hinteren lediglich durch die Bohrungsöffnungen angedeutet sind. Hier wurde anstelle der geordneten Staffelung eine ungleichmäßige Anordnung derselben gewählt, um eine Schräglage korrigierren zu können. In der Mitte des Referenzkörpers 15 befindet sich eine Ausnehmung 22, die der Einfügung eines Zielkörpers 14 dient. Auch die Ausnehmung 22 weist eine Nasenausnehmung 24 auf, um eine definierte Einfügung des Zielkörpers 14, der eine Nase 23 aufweist, zu gewährleisten.The reference body 15 is shown in FIG. 6. Reference spaces 5, 5 ', 5 ", 5'", ... are arranged in it and are designed here as cylindrical reference spaces 12. Four reference spaces 12 'of the same extent and eight reference spaces 12 "are formed in a staggered arrangement in the reference body 15. These can be bores, but it is also possible to provide other material that can be best represented by the imaging method used in each case. The reference spaces 12 ″ of the staggered arrangement correspond to the principle already explained above for FIG. 1, the rear ones being only indicated by the bore openings. Here, instead of the ordered grading, an uneven arrangement of the same was chosen in order to be able to correct an inclined position. In the middle of the reference body 15 there is a recess 22 which serves to insert a target body 14. The recess 22 also has a nose recess 24 in order to ensure a defined insertion of the target body 14, which has a nose 23.
Fig. 7 zeigt den Zielkörper 14 mit Fadenkreuz 5. Das Fadenkreuz 5 weist drei Achsen l lx, l ly, l lz auf, welche in einem Winkel von 90° zueinander stehen und einen Zielpunkt 6' des Meßphantoms 7 definieren.7 shows the target body 14 with crosshair 5. The crosshair 5 has three axes ll x , ll y , ll z , which are at an angle of 90 ° to one another and define a target point 6 'of the measurement phantom 7.
Fig. 8 zeigt das Meßphantom 7 teilweise geschnitten. Zusätzlich zu obigen Beschreibung kommt ein Deckring 28 hinzu, der durch Befestigungsschrauben 29 an den Haltestangen 26 gehalten wird und die Halbzylinder 16, 16', 16", 16'" zusammenhält. Die Lage der Referenzkörper 15, der den Zielkörper 14 enthält ist durch die Ausnehmung 19 eingezeichnet. Es handelt sich um die gestrichelte Darstellung. Die möglichen Lagen 19' sind strichpunktiert dargestellt. Es ist ersichtlich, daß es aufgrund der Ausgestaltung mit den vier Halbzylinder 16, 16', 16", 16'" acht solcher möglicher Positionen 19' für den Referenzkörper 15 mit dem Zielkörper 14 gibt. Zusätzlich ist der Grundring 25 auf einer Grundplatte 27 gelagert, wobei diese Lagerung als Teilscheibe 17 ausgebildet ist. Die Teilscheibe 17 weist einen Ring von Löchern 32 auf, in die wahlweise ein Haltezapfen 33 eingeführt werden kann. Jedem Eingriff des Haltezapfens 33 in ein Loch 32 entspricht eine bestimmte Winkelposition des Meßphantoms 7 gegenüber der Grundplatte 27, so daß beispielsweise bei acht Löchern 32 acht verschiedene Winkelpositionen möglich sind. Mit den bereits dargestellten acht Positionen ergibt sich somit eine definierte Positionierung des Referenzkörpers 15 mit dem Zielkörper 14 an vier- undsechzig unterschiedlichen Positionen. Durch diese verschiedenen Positionen wird es möglich, eine exakte Lokalisationsbestimmung vorzunehmen und auf diese Weise Geräte exakt einzustellen oder zu überprüfen.Fig. 8 shows the measuring phantom 7 partially cut. In addition to the above description, a cover ring 28 is added, which is held by fastening screws 29 on the holding rods 26 and holds the half cylinders 16, 16 ', 16 ", 16'" together. The position of the reference body 15, which contains the target body 14, is shown by the recess 19. It is the dashed line. The possible layers 19 'are shown in dash-dot lines. It can be seen that there are eight such possible positions 19 'for the reference body 15 with the target body 14 due to the configuration with the four half cylinders 16, 16', 16 ", 16 '". In addition, the base ring 25 is mounted on a base plate 27, this mounting being designed as a partial disk 17. The graduated disk 17 has a ring of holes 32, into which a holding pin 33 can optionally be inserted. Each engagement of the retaining pin 33 in a hole 32 corresponds to a specific angular position of the measuring phantom 7 relative to the base plate 27, so that eight different angular positions are possible, for example, with eight holes 32. With the eight positions already shown, this results in a defined positioning of the reference body 15 with the target body 14 at sixty-four different positions. These different positions make it possible to make an exact localization determination and in this way to set or check devices precisely.
In Fig. 8 ist weiterhin ein Drehzapfen 34 dargestellt, welcher der Drehung des Meßphantoms 7 auf der Grundplatte 27 dient. Die Grundplatte 27 ist mit Befestigungslöchern 30 ausgestattet, um sie in eine exakt definierte Position zur Patientenliege bringen zu können. Weiterhin sind noch Zapfen 35 eingezeichnet, welche der exakten Positionierung der Halbzylinder 16, 16', 16", 16"' dienen. Zwischen diesen Halbzylinder 16, 16', 16", 16'" kann entweder in der Waagerechten ein Film 10' eingelegt werden oder es ist möglich einen solchen Film 10 auch in der Senkrechten in eine Ausnehmung 31 einzulegen. Auf diese Weise läßt sich das bereits oben erwähnte Verfahren zur Überprüfung eines Bestrahlungsgeräts durchführen. Für diesen Zweck kann das Meßphantom auch ohne Referenzräume eingesetzt werden, insbesondere wenn in anderer Weise eine Bestrahlungsgeometrie vorhanden ist.In Fig. 8, a pivot 34 is also shown, which serves to rotate the measuring phantom 7 on the base plate 27. The base plate 27 is equipped with fastening holes 30 in order to be able to bring it to the patient bed in a precisely defined position. Furthermore, pins 35 are also shown, which serve for the exact positioning of the half cylinders 16, 16 ', 16 ", 16"'. Between these half cylinders 16, 16 ', 16 ", 16'" either a film 10 'can be inserted horizontally or it is possible to insert such a film 10 also in the vertical into a recess 31. In this way, the method for checking an irradiation device already mentioned above can be carried out. For this purpose, the measurement phantom can also be used without reference spaces, in particular if an irradiation geometry is available in another way.
Diese Filmeinlagen 10 und 10' dienen dazu, die Lage unmittelbar im Bestrahlungsgerät zu überprüfen, indem durch eine Bestrahlung die Referenzräume 5, 5', 5", 5'", ..., 12, 12', 12" abgebildet werden. Auch die Marker 9 der Lokalisatoren 8 können auf diese Weise abgebildet und das ganze System überprüft werden.These film inserts 10 and 10 'serve to check the position directly in the radiation device by imaging the reference spaces 5, 5', 5 ", 5 '", ..., 12, 12', 12 "by means of radiation the markers 9 of the localizers 8 can be imaged in this way and the entire system can be checked.
Fig. 9 zeigt ein Schema einer Koordinatentransformation. Eine solche ist erforderlich, um eine exakte Zuordnung der Tomographiekoordinaten zu den stereotaktischen Koordinaten der Behandlung zu erreichen. Auf der Grundlage der tomographischen Bilddaten [40] und der Geometrie des Lokalisationssystems [41] werden die Marker 9 gesucht [42] und es werden die CT (Computertomographie)-Koordinaten der Marker 9 bestimmt [43]. Aufgrund der bekannten Geometrie des Lokalisationssystems [41] und der CT-Koordinaten der Marker [43] kann eine Auswertung [44] vorgenommen werden, deren Ergebnis die Lage und die Orientierung der CT-Schichten im stereotaktischen Koordinatensystem ist [45]. Es handelt sich dabei um den bereits zu Figur 3 beschriebenen Vorgang, wobei statt einer Ausrichtung selbstverständlich auch eine Umrechnung oder eine Überprüfung vorgenommen werden kann. Aufgrund der Kenntnis dieser Lage und Orientierung der CT-Schichten ist es möglich die CT-Koordinaten des Zielpunkts [47] durch eine Koordinatentransformation [46] den stereotaktischen Koordinaten des Zielpunkts [48] zuzuordnen.9 shows a diagram of a coordinate transformation. This is necessary in order to achieve an exact assignment of the tomography coordinates to the stereotactic coordinates of the treatment. Based on the tomographic image data [40] and the geometry of the localization system [41], the markers 9 are searched for [42] and the CT (computed tomography) coordinates of the markers 9 are determined [43]. Based on the known geometry of the localization system [41] and the CT coordinates of the markers [43], an evaluation [44] can be carried out, the result of which is the position and orientation of the CT slices in the stereotactic Coordinate system is [45]. This is the process already described for FIG. 3, and of course a conversion or a check can also be carried out instead of an alignment. Knowing this position and orientation of the CT slices, it is possible to assign the CT coordinates of the target point [47] to the stereotactic coordinates of the target point [48] by means of a coordinate transformation [46].
Die vorgenannten Ausführungen dienten einer Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens und des erfindungsgemäßen Meßphantoms. Dies ist selbstverständlich nur beispielhaft. Andere Anordnungen der Referenzräume 5, 5', 5", 5'", ..., eine andere Ausgestaltung des Meßphantoms 7 oder weitere Ausgestaltungen des Verfahrens sind selbstverständlich möglich. The aforementioned statements served to explain the method according to the invention and the measurement phantom according to the invention. Of course, this is only an example. Other arrangements of the reference spaces 5, 5 ', 5 ", 5'", ..., a different configuration of the measuring phantom 7 or further configurations of the method are of course possible.
Stereotaktisches Lokalisationsverfahren und Meßphantom für eine medizinischeStereotactic localization method and measurement phantom for a medical
Anwendungapplication
BezugszeichenlisteReference list
1 räumliche Konfiguration (Tumor) , j , Z , . . . Pixel ) , J , J , J 5 • • • Schichten1 spatial configuration (tumor), j , Z,. , , Pixels ) , J, J, J 5 • • • layers
4 räumliche Darstellung4 spatial representation
5 5' 5" 5"' Referenzräume5 5 '5 "5"' reference rooms
5 Fadenkreuz5 crosshairs
5', 5", 5'" weitere Referenzräume5 ', 5 ", 5'" further reference spaces
6 Zielpunkt (Behandlungsplan)6 target point (treatment plan)
6' Zielpunkt (Meßphantom)6 'target point (measurement phantom)
7 Meßphantom7 measurement phantom
8 Lokalisatoren8 localizers
9 Marker der Lokalisatoren9 markers of the localizers
10, 10' Film10, 10 'film
l l χ, l ly> l lz Achse des Fadenkreuzesll χ, ll y> l lz axis of the crosshair
12 zylindrische Referenzräume12 cylindrical reference rooms
12' Referenzräume gleicher Ausdehung12 'reference rooms of the same extent
12" gestaffelte Anordnung von Referenzräumen12 "staggered arrangement of reference rooms
13 Enden der Referenzräume13 ends of the reference rooms
14 Zielkörper14 target body
15 Referenzkörper15 reference body
16, 16', 16", 16'" Halbzylinder16, 16 ', 16 ", 16'" half cylinder
17 Teilscheibe 18 CT-Schicht des menschlichen Beckens17 indexing disc 18 CT slice of the human pelvis
19 Ausnehmung für Referenzkörper19 Recess for the reference body
19' Mögliche Lagen der Ausnehmung 1919 'Possible positions of the recess 19
20 Nase des Referenzkörpers20 nose of the reference body
21 Nasenausnehmung21 nose recess
22 Ausnehmung für Zielkörper22 Recess for target body
23 Nase des Zielkörpers23 nose of the target body
24 Nasenausnehmung24 nose recess
25 Grundring25 base ring
26 Haltestangen26 handrails
27 Grundplatte27 base plate
28 Deckring28 cover ring
29 Befestigungsschrauben29 fastening screws
30 Befestigungslöcher für Grundplatte30 mounting holes for base plate
31 Ausnehmung für Filmeinlage31 recess for film insert
32 Löcher der Teilscheibe32 holes of the indexing disc
33 Haltezapfen der Teilscheibe33 holding pin of the indexing disc
34 Drehzapfen der Teilscheibe34 pivot of the indexing disc
35 Zapfen35 cones
40 Tomographische Bilddaten40 Tomographic image data
41 Geometrie des Lokalisierungssystems41 Geometry of the localization system
42 Suche der Marker42 Search for the markers
43 CT-Koordinaten der Marker43 CT coordinates of the markers
44 Auswertung44 evaluation
45 Lage und Orientierung der CT-Schicht45 Location and orientation of the CT slice
Koordinatensystem 46 Koordinatentransformation 47 CT-Koordinaten des ZielpunktesCoordinate system 46 Coordinate transformation 47 CT coordinates of the target point
48 Stereotaktische Koordinaten des Zielpunktes48 stereotactic coordinates of the target point
x',y',z'; Zι',...zn' Koordinaten der gegenseitigen Zuordnung von Referenzräumen x, y, z; xn, yn, zn Bezugskoordinaten - Tomographie (CT) Koordinaten und/oder stereotaktische Koordinaten x ', y', z '; Zι ', ... z n ' coordinates of the mutual assignment of reference spaces x, y, z; x n , y n , z n reference coordinates - tomography (CT) coordinates and / or stereotactic coordinates

Claims

Stereotaktisches Lokalisationsverfahren und Meßphantom für eine medizinische Anwendung Patentansprüche Stereotactic localization method and measuring phantom for a medical application patent claims
1. Stereotaktisches Lokalisationsverfahren für eine medizinische Anwendung mit einer Erfassung einer räumlichen Konfiguration (1 , 5, 5', 5", 5'", ..., 6, 6', 12, 12', 12") durch Bildgebung und einer Zuordnung der Konfiguration (1, 5, 5', 5", 5'", ..., 6, 6', 12, 12', 12") zu Pixeln (2, 2', 2", 2", ...) und Schichten (3, 3', 3", 3'", ...) einer digitalen räumlichen Darstellung (4) mit einem Bezugskoordinatensystem (x,y,z) für die Anwendung, dadurch gekennzeichnet, daß Referenzräume (5, 5', 5", 5'", ..., 12, 12', 12") mit bekannten Koordinaten (x', y', z'; zj', ...zn') ihrer gegenseitigen Zuordnung angeordnet, durch eine Bildgebung erfaßt und ausgewertet werden, wobei die Anordnung der Referenzräume (5, 5', 5", 5'", ..., 12, 12', 12") derart ist, daß durch die Auswertung eine Zuordnung zu dem Bezugskoordinatensystem (x,y,z) und damit auch eine Zuordnung weiterer Informationen der Bildgebung möglich ist, die die Genauigkeit der Auflösung in Pixel (2, 2', 2", 2", ...) und Schichten (3, 3', 3", 3'", ...) der Bildgebung übersteigt.1. Stereotactic localization method for a medical application with detection of a spatial configuration (1, 5, 5', 5", 5'", ..., 6, 6', 12, 12', 12") by imaging and a Assignment of the configuration (1, 5, 5', 5", 5'", ..., 6, 6', 12, 12', 12") to pixels (2, 2', 2", 2", . ..) and layers (3, 3', 3", 3'", ...) of a digital spatial representation (4) with a reference coordinate system (x,y,z) for the application, characterized in that reference spaces (5 , 5', 5", 5'", ..., 12, 12', 12") with known coordinates (x', y', z';zj', ...z n ') of their mutual assignment , are recorded and evaluated by imaging, the arrangement of the reference spaces (5, 5 ', 5", 5'", ..., 12, 12', 12") being such that the evaluation makes an assignment to the Reference coordinate system (x,y,z) and thus also an assignment of further imaging information is possible, which determines the accuracy of the resolution in pixels (2, 2', 2", 2", ...) and layers (3, 3' , 3", 3'", ...) of imaging.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß neben einer Zuordnung einer räumlichen Konfiguration (1 , 5, 5', 5", 5'", ..., 6, 6', 12, 12', 12") zu Pixeln (2, 2', 2", 2", ...) und Schichten (3, 3', 3", 3'", ...) des Bezugskoordinatensystems (x,y,z) eine Feinzuordnung durch Erfassung der Lage zu den Begrenzungen der Pixel (2, 2', 2", 2", ...) und Schichten (3, 3', 3", 3'", ...) erfolgt. 2. The method according to claim 1, characterized in that in addition to an assignment of a spatial configuration (1, 5, 5 ', 5", 5'", ..., 6, 6', 12, 12', 12") Pixels (2, 2', 2", 2", ...) and layers (3, 3', 3", 3'", ...) of the reference coordinate system (x,y,z) a fine assignment by recording the Position to the boundaries of the pixels (2, 2', 2", 2", ...) and layers (3, 3', 3", 3'", ...).
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der linearen Positionsbestimmungen (x,y und/oder z) mittels einer gestaffelten Anordnung von Referenzräumen (5', 5", 5'", ..., 12") erfolgt.3. Method according to one of claims 1 or 2, characterized in that at least one of the linear position determinations (x, y and/or z) is carried out by means of a staggered arrangement of reference spaces (5', 5", 5'", ..., 12").
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Koordinaten (xn,yn,zn) mindestens eines Zielpunktes (6) mit einer die Auflösung der Bildgebung übersteigenden Genauigkeit bestimmt werden.4. Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the coordinates (x n , y n , z n ) of at least one target point (6) are determined with an accuracy that exceeds the resolution of the imaging.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 zur Überprüfung eines Tomographiegeräts, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:5. Method according to one of claims 1 to 4 for checking a tomography device, characterized by the following method steps:
a) ein Meßphantom (7) mit festgelegten abbildbaren Referenzräumen (5, 5', 5", 5'", ..., 12, 12', 12") wird in einer Patientenliege definiert angeordnet und fixiert, b) es wird ein Tomographieverfahren mit der Patientenliege, den an ihr angeordneten Lokalisatoren (8) und dem Meßphantom (7) durchgeführt, c) die Lage und Orientierung der Marker (9) der Lokalisation (8) und der Referenzräume (5, 5', 5", 5'", ..., 12, 12', 12") wird bezüglich eines Bezugskoordinatensystems (x,y,z) auf Richtigkeit überprüft.a) a measurement phantom (7) with defined imageable reference spaces (5, 5', 5", 5'", ..., 12, 12', 12") is arranged and fixed in a defined manner in a patient couch, b) it becomes a Tomography method carried out with the patient couch, the localizers (8) arranged on it and the measuring phantom (7), c) the position and orientation of the markers (9) of the localization (8) and the reference spaces (5, 5 ', 5", 5 '", ..., 12, 12', 12") is checked for correctness with respect to a reference coordinate system (x,y,z).
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß für eine Neuimplementierung von Hard- und Software ein Bezugskoordinatensystem (x,y,z) nach den Koordinaten (x',y',z'; z , ...zn') der Referenzräume (5, 5', 5", 5'", ..., 12, 12', 12") eingestellt wird.6. Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that for a new implementation of hardware and software, a reference coordinate system (x,y,z) according to the coordinates (x',y',z'; z,... z n ') of the reference rooms (5, 5', 5", 5'", ..., 12, 12', 12") is set.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Zuordnung von mindestens zwei Koordinatensystemen eine Koordinatentransformation stattfindet. 7. The method according to one of claims 1 to 6, characterized in that a coordinate transformation takes place to assign at least two coordinate systems.
. Verfahren, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Überprüfung eines Bestrahlungsgeräts, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: a) ein Meßphantom (7) mit mindestens einem großflächig eingelegten Film (10, 10') wird in einer Patientenliege definiert angeordnet und fixiert, b) es wird eine Bestrahlung mit der Patientenliege und dem an ihr angeordneten Meßphantom (7) durchgeführt, c) anhand der Belichtung des mindestens einen Films (10, 10') wird die Lage und Intensität einer Bestrahlungsgeometrie bezüglich eines Bezugskoordinatensystems (x,y,z) auf Richtigkeit überprüft.. Method, in particular according to one of claims 1 to 7, for checking an irradiation device, characterized by the following method steps: a) a measuring phantom (7) with at least one film (10, 10 ') inserted over a large area is arranged and fixed in a defined manner in a patient couch, b) irradiation is carried out using the patient bed and the measuring phantom (7) arranged on it, c) based on the exposure of the at least one film (10, 10'), the position and intensity of an irradiation geometry with respect to a reference coordinate system (x,y,z) is determined. checked for accuracy.
9. Computerprogramm zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in den tomographischen Bilddaten die Koordinaten der Marker (9) und der Referenzräume (5, 5', 5", 5'", ..., 6') erfaßt werden, daß anhand der Koordinaten der Marker (9) die Lage und Orientierung der Schichten (3, 2', 2", 2'",...) der tomographischen Bilddaten überprüft wird und daß anhand der Koordinaten mindestens eines Referenzraumes (5, 5', 5", 5'", ..., 12, 12', 12") die korrekte Lage desselben im Verhältnis zu einem Bezugskoordinatensystem (x,y,z) überprüft wird und gegebenenfalls eine Einstellung oder Koordinatentransformation vorgenommen wird.9. Computer program for carrying out a method according to one of claims 1 to 8, characterized in that the coordinates of the markers (9) and the reference spaces (5, 5 ', 5", 5'", ..., are in the tomographic image data. 6') are recorded, that the position and orientation of the layers (3, 2', 2", 2'",...) of the tomographic image data is checked based on the coordinates of the markers (9) and that at least one is determined based on the coordinates Reference space (5, 5', 5", 5'", ..., 12, 12', 12"), the correct position of the same in relation to a reference coordinate system (x,y,z) is checked and, if necessary, a setting or coordinate transformation is carried out.
10. Computerprogramm nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß anhand der Koordinaten der Marker (9) in den tomographischen Bilddaten über deren gegenseitiger Relativlage die korrekte Lage der Lokalisatoren (8) überprüft wird. 10. Computer program according to claim 9, characterized in that the correct position of the locators (8) is checked based on the coordinates of the markers (9) in the tomographic image data via their mutual relative position.
1. Meßphantom zur Durchführung eines stereotaktischen Lokalisationsverfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßphantom (7) durch Bildgebung erfaßbare Referenzräume (5, 5', 5", 5"', ..., 12, 12', 12") mit bekannten Koordinaten (x',y',z'; zi', ...zn') ihrer gegenseitigen Zuordnung enthält, die derart angeordnet sind, daß eine Zuordnung der Bildgebung zu einem Bezugskoordinatensystem (x,y,z) und damit auch eine Zuordnung weiterer durch die Bildgebung erfaßbarer Informationen möglich ist, die die Genauigkeit von Pixeln (2, 2', 2", 2", ...) und Schichten (3, 3', 3", 3'", ...) einer digitalen Auflösung der räumlichen Darstellung (4) einer Konfiguration (1 , 5, 5', 5", 5'", ..., 6, 6', 12, 12', 12") übersteigt.1. Measuring phantom for carrying out a stereotactic localization method according to one of claims 1 to 8, characterized in that the measuring phantom (7) has reference spaces (5, 5 ', 5", 5"', ..., 12, 12' that can be detected by imaging , 12") with known coordinates (x',y',z';zi', ...z n ') of their mutual assignment, which are arranged in such a way that an assignment of the imaging to a reference coordinate system (x,y, z) and thus an assignment of further information that can be detected by imaging is possible, which determines the accuracy of pixels (2, 2', 2", 2", ...) and layers (3, 3', 3", 3'", ...) a digital resolution of the spatial representation (4) of a configuration (1, 5, 5', 5", 5'", ..., 6, 6', 12, 12', 12") exceeds .
12. Meßphantom nach Anspruch 1 1, dadurch gekennzeichnet, daß es als räumlich angeordneter Zielpunkt (6') ein durch die Bildgebung erfaßbares Fadenkreuz (5) mit drei Achsen (1 lx,l ly,l lz) enthält.12. Measuring phantom according to claim 1 1, characterized in that it contains a crosshair (5) with three axes (1 l x , ll y , ll z ) which can be detected by the imaging as a spatially arranged target point (6 ').
13. Meßphantom nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß als weitere Referenzräume (5', 5", 5'", ...) mehrere parallel zu einer der Achsen (1 lx,l ly,l lz) des Fadenkreuzes (5) liegende Referenzräume (12, 12', 12") angeordnet sind.13. Measuring phantom according to claim 11 or 12, characterized in that as further reference spaces (5 ', 5", 5'", ...) there are several parallel to one of the axes (1 l x , ll y , ll z ) of the crosshairs (5) lying reference rooms (12, 12 ', 12") are arranged.
14. Meßphantom nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzräume (5, 5', 5", 5'", ..., 12, 12', 12") gestaffelt angeordnet sind.14. Measuring phantom according to one of claims 11 to 13, characterized in that the reference spaces (5, 5 ', 5", 5'", ..., 12, 12', 12") are arranged in a staggered manner.
15. Meßphantom nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzräume (5, 5', 5", 5'", ..., 12, 12', 12") das Fadenkreuz (5) umgeben. 15. Measuring phantom according to one of claims 11 to 14, characterized in that the reference spaces (5, 5 ', 5", 5'", ..., 12, 12', 12") surround the crosshairs (5).
16. Meßphantom nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzräume (5', 5", 5'", ..., 12, 12', 12") in Längsrichtung (z') verlaufen.16. Measuring phantom according to one of claims 11 to 15, characterized in that the reference spaces (5 ', 5", 5'", ..., 12, 12', 12") run in the longitudinal direction (z').
17. Meßphantom nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die gestaffelte Anordnung ungleichmäßig verteilt ist.17. Measuring phantom according to one of claims 11 to 15, characterized in that the staggered arrangement is unevenly distributed.
18 Meßphantom nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Fadenkreuz (5) in einem Bauteil (14, 15) angeordnet ist, das an mindestens einer definierten Stelle lagegenau in das Meßphantom (7) einfügbar ist.18 Measuring phantom according to one of claims 11 to 17, characterized in that the crosshair (5) is arranged in a component (14, 15) which can be inserted into the measuring phantom (7) in a precise position at at least one defined point.
19. Meßphantom nach einem der Ansprüche 1 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die weiteren Referenzräume (5', 5", 5'", ..., 12, 12', 12") in einem Bauteil (15) angeordnet sind, das an mindestens einer definierten Stelle lagegenau in das Meßphantom (7) einfügbar ist.19. Measuring phantom according to one of claims 1 1 to 18, characterized in that the further reference spaces (5 ', 5", 5'", ..., 12, 12', 12") are arranged in a component (15). , which can be inserted precisely into the measuring phantom (7) at at least one defined point.
20. Meßphantom nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Fadenkreuz (5) in einem Zielkörper (14) befindet, der lagegenau in einen Referenzkörper (15) mit den weiteren Referenzräumen (5', 5", 5 '", ..., 12, 12', 12") einfügbar ist und daß der Referenzkörper (15) lagegenau in das Meßphantom (7) einfügbar ist.20. Measuring phantom according to claim 18 or 19, characterized in that the crosshair (5) is located in a target body (14) which is positioned precisely in a reference body (15) with the further reference spaces (5 ', 5 ", 5 '", ..., 12, 12 ', 12") can be inserted and that the reference body (15) can be inserted into the measuring phantom (7) in the precise position.
21. Meßphantom nach einem der Ansprüche 11 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß es mehrere Teile enthält, wobei die Teile unterschiedliche Lagen im Meßphantom (7) einnehmen können und daß mindestens in einem der Teile die Referenzräume (5, 5', 5", 5'", ..., 12, 12', 12") angeordnet sind. 21. Measuring phantom according to one of claims 11 to 20, characterized in that it contains several parts, the parts being able to assume different positions in the measuring phantom (7) and that in at least one of the parts the reference spaces (5, 5 ', 5", 5'", ..., 12, 12', 12") are arranged.
2. Meßphantom nach Anspruch 21 , dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den Teilen um mindestens zwei austauschbare und umgekehrt einfügbare Halbzylinder (16, 16', 16", 16'") handelt.2. Measuring phantom according to claim 21, characterized in that the parts are at least two interchangeable and reverse-insertable half cylinders (16, 16 ', 16 ", 16'").
23. Meßphantom nach einem der Ansprüche 1 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß es in mehrere definierte Lageanordnungen bringbar ist.23. Measuring phantom according to one of claims 1 1 to 22, characterized in that it can be brought into several defined position arrangements.
24. Meßphantom nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß es in mehrere definierte Winkelstellungen bringbar ist.24. Measuring phantom according to claim 23, characterized in that it can be brought into several defined angular positions.
25. Meßphantom nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß es auf einer an der Patientenliege befestigbaren Teilscheibe (17) angeordnet ist.25. Measuring phantom according to claim 24, characterized in that it is arranged on a partial disk (17) which can be attached to the patient bed.
26. Meßphantom nach einem der Ansprüche 11 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den Referenzräumen (5, 5', 5", 5'", ..., 12, 12', 12") um Hohlräume in einem Körper handelt.26. Measuring phantom according to one of claims 11 to 25, characterized in that the reference spaces (5, 5 ', 5", 5'", ..., 12, 12', 12") are cavities in a body acts.
27. Meßphantom nach einem der Ansprüche 11 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den Referenzräumen (5, 5', 5", 5'", ..., 12, 12', 12") um angeordnete Materialien handelt, die sich bei der Bildgebung abbilden.27. Measuring phantom according to one of claims 11 to 26, characterized in that the reference spaces (5, 5 ', 5", 5'", ..., 12, 12', 12") are arranged materials, that are reflected in imaging.
28. Meßphantom nach einem der Ansprüche 11 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß in das Meßphantom (7) mindestens ein Film (10, 10') einlegbar ist. 28. Measuring phantom according to one of claims 11 to 27, characterized in that at least one film (10, 10 ') can be inserted into the measuring phantom (7).
29. Meßphantom nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Film (10) großflächig in Längsrichtung einlegbar ist.29. Measuring phantom according to claim 28, characterized in that at least one film (10) can be inserted over a large area in the longitudinal direction.
30. Meßphantom nach Anspruch 28 oder 29, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Film (10') großflächig in Querrichtung einlegbar ist.30. Measuring phantom according to claim 28 or 29, characterized in that at least one film (10 ') can be inserted over a large area in the transverse direction.
31. Meßphantom nach Anspruch 29 oder 30, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Filme (10, 10') zwischen den Halbzylindern (16, 16', 16", 16'") einlegbar ist.31. Measuring phantom according to claim 29 or 30, characterized in that at least one of the films (10, 10') can be inserted between the half-cylinders (16, 16', 16", 16'").
32. Meßphantom nach einem der Ansprüche 1 1 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßphantom (7) mindestens überwiegend aus einem Material besteht, das eine ähnliche Strahlungsabsorbtion wie Wasser aufweist. 32. Measuring phantom according to one of claims 1 1 to 31, characterized in that the measuring phantom (7) consists at least predominantly of a material which has a radiation absorption similar to that of water.
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