DE19829224B4

DE19829224B4 - Verfahren zur Lokalisation von Behandlungszielen im Bereich weicher Körperteile

Info

Publication number: DE19829224B4
Application number: DE19829224A
Authority: DE
Inventors: Stefan Vilsmeier; Rainer Birkenbach
Original assignee: Brainlab AG
Current assignee: Brainlab AG
Priority date: 1998-06-30
Filing date: 1998-06-30
Publication date: 2005-12-15
Anticipated expiration: 2018-07-01
Also published as: DE19829224A1; US6424856B1

Abstract

Verfahren zur Lokalisation von Behandlungszielen (2) im Bereich weicher Körperteile (1) mit den folgenden Schritten:
– Anbringung einer Anzahl künstlicher, von einem Referenzierungssystem erfassbarer Landmarken (3) auf dem Körperteil (1);
– Referenzierung der relativen Lage des Behandlungszieles (2) gegenüber der Landmarkenanordnung in einer ersten Stellung des weichen Körperteils (1);
– Erfassung einer neuen Landmarkenanordnung in einer veränderten zweiten Stellung des weichen Körperteils (1);
– Ermittlung der neuen Lage des Behandlungsziels mittels der Informationen über die neue Anordnung der Landmarken (3), wobei mittels eines Transformationsmodells, das auf der Basis modellierter Strukturdaten für das Körperteil arbeitet, die neue Koordinatenlage des Behandlungsziels (2) errechnet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Lokalisation von Behandlungszielen im Bereich weicher Körperteile.

Um Gewebeveränderungen analysieren bzw. behandeln zu können, ist es naturgemäß von großer Wichtigkeit zu wissen, an welcher Stelle im Körper sich eine solche Läsion befindet. Bei relativ starr strukturierten Körperteilen besteht hierbei schon seit einiger Zeit die Möglichkeit, die Position einer Gewebeveränderung über eine Referenzierung mit künstlichen oder natürlichen Landmarken in jeder Körperlage relativ genau zu bestimmen, so dass Ärzte Eingriffe bzw. Strahlenbehandlungen mit Hilfe von computerunterstützten Positionsdetektionseinrichtungen vornehmen können. Dies ist vor allem deswegen möglich, weil sich die Lage einer Läsion in relativ starrem Gewebe auch bei stärkeren Körperlageveränderungen im Verhältnis zu beispielsweise auf der Haut in der Umgebung angebrachten künstlichen Landmarken kaum verändert.

Größere Probleme mit der genauen Lokalisation von Behandlungszielen entstehen jedoch im Bereich weicher Körperteile, wie beispielsweise der weiblichen Brust, wobei der Brustkrebs die häufigste Art der Krebserkrankung darstellt.

Herkömmlicherweise muss eine Gewebeveränderung in einem weichen Körperteil immer wieder abgetastet werden, um ihre Lage und grobe Form zu ermitteln und beispielsweise mit relativer Genauigkeit eine Biopsie oder eine Strahlenbehandlung durchführen zu können. Es besteht natürlich auch die Möglichkeit, das Körperteil am übrigen Körper beispielsweise mittels Pflasterstreifen zu befestigen. Dies wird jedoch von den Patienten meist als unangenehm empfunden.

Ein weiterer Nachteil der herkömmlichen Methode, die Läsionslage durch Abtastung zu bestimmen, liegt darin, dass durch die inhärente Ungenauigkeit bei Biopsien oftmals nicht beim ersten Mal eine Gewebeentnahme an der richtigen Stelle erfolgen kann, so dass mehrere, möglicherweise schmerzhafte Eingriffe nötig werden.

Aus der WO98/38908 A1 ist eine Bilderzeugungsvorrichtung bekannt, die Behandlungsziele mit Hilfe von Landmarkenanordnungen lokalisiert, wobei das Behandlungsziel in einer Stellung referenziert und in einer anderen Stellung wieder mittels der Landmarkenanordnung neu erfasst wird.

Verfahren zur Erfassung der Bewegung von Körperteilen in einem Referenzsystem mit bildgebenden Erfassungssystemen sind aus der WO 96/31753 A2 und der WO 98/11822 A1 bekannt.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Lokalisation von Behandlungszielen im Bereich weicher Körperteile zur Verfügung zu stellen, das die oben genannten Nachteile der herkömmlichen Methoden überwindet. Insbesondere soll ein Lokalisationsverfahren bereitgestellt werden, das eine genaue und auch während einer Behandlung bei Lageänderungen nachverfolgbare Positionserfassung für das Behandlungsziel gestattet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Lokalisation von Behandlungszielen im Bereich weicher Körperteile mit den folgenden Schritten gelöst:

– Anbringung einer Anzahl künstlicher, von einem Referenzierungssystem erfassbarer Landmarken auf dem Körperteil;
– Referenzierung der relativen Lage des Behandlungszieles gegenüber der Landmarkenanordnung in einer ersten Stellung des weichen Körperteils;
– Erfassung einer neuen Landmarkenanordnung in einer veränderten zweiten Stellung des weichen Körperteils; und
– Ermittlung der neuen Lage des Behandlungsziels mittels der Informationen über die neue Anordnung der Landmarken, wobei mittels eines Transformationsmodells, das auf der Basis modellierter Strukturdaten für das Körperteil arbeitet, die neue Koordinatenlage des Behandlungsziels errechnet wird.

Es wird also mit anderen Worten die neue Lage und vorteilhafterweise auch die neue Form des Behandlungszieles aus der Landmarkenposition vor und nach der Verformung des weichen Körperteils bestimmt. Vorteilhafterweise entfällt hiermit erfindungsgemäß eine Neubestimmung der Läsionslage durch Abtastungen, und es müssen keine unangenehmen Befestigungsmaßnahmen getroffen werden. Die damit verbundenen Unannehmlichkeiten für den Patienten sind somit erfindungsgemäß umgehbar. Es erfolgen keine erneuten Lageverschiebungen durch das Abtasten, so dass Biopsien oder Strahlenbehandlungen mit höherer Genauigkeit durchgeführt werden können.

Die Landmarkenanordnung weist in bevorzugter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens mindestens drei Landmarken auf, um deren relative Raumposition mit ausreichender Genauigkeit ermitteln zu können.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zur Referenzierung in der ersten Stellung ein, insbesondere computerunterstütztes, Erfassungssystem, bevorzugt ein CT-, MRI-, PET- oder SPECT-Erfassungssystem, verwendet, das sowohl die künstlichen Landmarken als auch die Struktur des Körperteils erfassen kann.

Bei der Behandlungsvorbereitung wird also beispielsweise mittels einer Computertomographie die relative Lage der Gewebsveränderung gegenüber der Anordnung der Landmarken bestimmt, um später aus der Positionsveränderung der Landmarken zueinander die geänderte Lage des Behandlungsziels bestimmen zu können. Die erhalten Daten können zur Wiederverwendung bei der Behandlung abgespeichert werden.

Vorteilhafterweise wird erfindungsgemäß zur Erfassung der neuen Landmarkenanordnung in der veränderten zweiten Stellung des weichen Körperteils ein computerunterstütztes Positionsdetektionssystem verwendet, das den Behandlungsraum überwacht.

Wenn der Patient also nach der Behandlungsvorbereitung zur eigentlichen Behandlung in den Behandlungsraum kommt, wird ein Positionsdetektionssystem, das beispielsweise die Position der künstlichen Landmarken mit einem Kamerasystem erfasst und über einen Rechner verarbeitet bzw. an einem Bildschirm ausgibt, die neue Lage der Landmarken zueinander bestimmen. Dem Rechnersystem sind damit die Anordnungen der Landmarken in der ersten und in der zweiten Stellung bekannt. Diese Daten können nun ausgewertet werden.

Zur Ermittlung der Verschiebung bzw. der neuen Lage des Behandlungsziels kann ein durch die Landmarkenanordnung bestimmtes Koordinatensystem verwendet werden. Die neue Koordinatenlage kann computerunterstützt errechnet werden.

Wenn die Raumlage der einzelnen Landmarken zueinander vor und nach der Lageänderung des weichen Körperteils bekannt ist, lässt sich rechnerisch auch bestimmen, was bei dieser Verschiebung im Inneren des weichen Körperteils vorgegangen ist, d.h. welche Lage oder Formveränderung das innen liegende Behandlungsziel erfahren hat. Hierzu kann beispielsweise ein mechanisch-mathematisches Verformungsmodell verwendet werden, welches das weiche Körperteil beispielsweise als gallertartige Masse simuliert. Bei Kenntnis der äußeren Verformung einer solchen Masse (Verschiebung der Landmarken zueinander) kann dann auch die innere Lageänderung und damit die neue Position sowie die neue Form der Läsion errechnet werden.

Besonders vorteilhaft gestaltet sich das erfindungsgemäße Verfahren dann, wenn die jeweils gegenwärtige Position in Echtzeit laufend neu errechnet und auf einem Computerüberwachungsschirm ständig dargestellt wird. Der Arzt kann dann, beispielsweise bei einer Biopsie, mit einem ebenfalls im Behandlungsraum referenzierten Gewebeentnahmegerät Lageänderungen der Läsion verfolgen und die Gewebeprobe an der gewünschten Stelle entnehmen, ohne dass mehrfache Eingriffe notwendig werden.

Mit besonderem Vorteil ist das erfindungsgemäße Verfahren bei der Lokalisation von Läsionen im Bereich der weiblichen Brust, insbesondere bei Brustkrebs, anwendbar.

Die Erfindung wird im Weiteren anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert.
1 und 2 zeigen ein weiches Körperteil mit einer Läsion in einer ersten (1) und einer zweiten (2) Stellung.
Das in 1 mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnete weiche Körperteil enthält eine Gewebsveränderung oder Läsion 2. Außen am Körperteil 1, also beispielsweise auf der Haut des Patienten, sind künstliche Landmarken 3 aufgebracht, von denen in der Darstellung in 1 vier Stück zu sehen sind.
Die 1 stellt beispielsweise den Zustand dar, in dem das weiche Körperteil mittels einer Computertomographie scheibenweise abgetastet wird. Hierbei werden sowohl die Positionen der Landmarken 3 als auch die Position der Läsion 2 erfasst, und ihre Relativposition zueinander wird errechnet, so dass die Position der Läsion 2, im Koordinatensystem der Landmarken 3 bekannt ist.
Die 2 stellt nunmehr das weiche Körperteil in einer veränderten Lage dar, also beispielsweise nachdem der Patient den Computertomographen verlassen und sich im Behandlungsraum niedergelassen hat (beispielsweise zur Durchführung einer Biopsie). Aus 2 wird ersichtlich, dass sich durch die Lageveränderung des weichen Körperteils 1 auch die Position und Form der Läsion 2 geändert hat. Ebenfalls geändert hat sich aber auch die Anordnung der Landmarken 3, und erfindungsgemäß kann nunmehr, nachdem die neue Lage der Landmarken 3 zueinander in der Behandlungsstellung erfasst worden ist, auch die neue Lage der Läsion 2 errechnet werden, wenn ein ausreichend genaues mechanisch-mathematisches Verformungs- bzw. Transformationsmodell verwendet wird, das den Körperteil 2 beispielsweise als gallertartige Masse simuliert.
Der neue Lagezustand kann über einen Rechner und einen Bildschirm in Echtzeit als bildliche Operationshilfe für den Arzt dargestellt werden, der nunmehr mittels eines ebenfalls im Raum referenzierten, hier schematisch dargestellten Gewebeentnahmegerätes 4 mit erfassbaren Markierungen 5 eine Biopsie zielgenau durchführen kann.
Selbst wenn sich die Lage der Läsion 2 während der Biopsie nochmals verändern sollte, kann der Arzt diese Lageänderung problemlos auf dem Computerbildschirm in Echtzeit erkennen, und es besteht nicht mehr die Gefahr, dass möglicherweise versehentlich gesundes Gewebe entnommen wird.

1: Körperteil
2: Behandlungsziel
3: Landmarke
4: Gewebeentnahmegerät
5: Markierung

Claims

Verfahren zur Lokalisation von Behandlungszielen (2) im Bereich weicher Körperteile (1) mit den folgenden Schritten: – Anbringung einer Anzahl künstlicher, von einem Referenzierungssystem erfassbarer Landmarken (3) auf dem Körperteil (1); – Referenzierung der relativen Lage des Behandlungszieles (2) gegenüber der Landmarkenanordnung in einer ersten Stellung des weichen Körperteils (1); – Erfassung einer neuen Landmarkenanordnung in einer veränderten zweiten Stellung des weichen Körperteils (1); – Ermittlung der neuen Lage des Behandlungsziels mittels der Informationen über die neue Anordnung der Landmarken (3), wobei mittels eines Transformationsmodells, das auf der Basis modellierter Strukturdaten für das Körperteil arbeitet, die neue Koordinatenlage des Behandlungsziels (2) errechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, beim dem die Landmarkenanordnung mindestens drei Landmarken (3) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem zur Referenzierung in der ersten Stellung ein computerunterstütztes, bildgebendes Erfassungssystem eingesetzt wird, das sowohl die künstlichen Landmarken (3) als auch die Struktur des Körperteils (1) erfasst
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem als Erfassungssystem ein CT-, MRI-, PET- oder SPECT-Erfassungssystem eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem zur Erfassung der neuen Landmarkenanordnung in der veränderten zweiten Stellung des weichen Körperteils (1) ein computergesteuertes Positionsdetektionssystem eingesetzt wird, das den Behandlungsraum überwacht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem Läsionen im Bereich der weiblichen Brust, insbesondere Brustkrebs, lokalisiert werden.