WO2011038999A1 - Optimisation of control parameters for a particle irradiation installation, taking into account interfractional movements of a target volume - Google Patents

Optimisation of control parameters for a particle irradiation installation, taking into account interfractional movements of a target volume Download PDF

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WO2011038999A1
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target object
irradiation
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Christoph Bert
Eike Rietzel
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Siemens Aktiengesellschaft
Gsi Helmholtzzentrum Für Schwerionenforschung Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a method for image processing, which can be used in particular in a method for determining control parameters for a particle irradiation system. Furthermore, the invention relates to a device for determining control parameters for a particle irradiation system.
  • a target object in particular be found in the particle therapy use, then to irradiate a target object in accordance with certain constraints, for example in the framework of treatment planning, in which are determined in advance of an exposure control parameters, which allow, while the Be ⁇ radiation , Particle therapy is an established method for loading ⁇ treatment of tissue, in particular tumor diseases.
  • Irradiation methods such as those used in particle therapy for patients, are also used in non-therapeutic areas. These include, for example, research work, for example on product development, in the
  • Particle therapy is based on non-living phantoms or bodies, irradiation of materials, etc.
  • charged particles such as protons or carbon or other ions are accelerated to high energies, formed into a particle beam and transmitted via a high-energy beam transport system one or more treatment rooms.
  • the object to be irradiated is irradiated with the particle beam in a target volume.
  • a target volume is understood to mean a spatial region of the object to be irradiated, within which a specific dose is to be deposited. Depending on the energy of the particle beam, it penetrates into the object and interacts with it.
  • the depth dose profile has a maximum, since there are particularly many interaction processes.
  • Particle beams are particularly advantageous from the ⁇ sem reason for the irradiation of a target volume, since they have a maximum of the energy deposition at the end of their range, the so-called Bragg peak. This means that even embedded structures can be effectively irradiated without damaging the surrounding environment too much. This has the advantage that the area surrounding the target volume can be effectively spared compared to other types of irradiation.
  • a scanned particle beam ie a finely collimated particle beam with a half-width of 3-10 mm, which is successively directed to different areas of the target volume by lateral magnetic deflection and beam energy and thus scans the target object
  • accurate dose application can be achieved become .
  • the invention has for its object to provide a method and a corresponding device which can be used in the context of the determination of control parameters for a particle irradiation system. Further, a method for irradiating a target object are presented with particles ⁇ to, as well as a computer program and a Computerprogrammpro ⁇ domestic product.
  • the method according to the invention serves for image processing.
  • This first image comprises pixels and their associated pixel values.
  • a second image of the object acquired at another time is compared with each other with respect to the target object. Taking into account the comparison, a motion of the target object within the first Bil ⁇ the is performed by a remapping of pixel values is performed to pixels.
  • the processing relates to an image that has been captured by an image pickup apparatus me ⁇ dizinischen.
  • an image recording ⁇ device is particularly in computed tomography device into consideration.
  • the first image is a CT image.
  • the use of other types of image recording devices is possible, in particular the use of other tomography devices such as an NMR device.
  • the second image may be acquired with a medical imaging device similar or different than the first image.
  • the first image may be a two-dimensional image or a three-dimensional volume image.
  • a sol ⁇ ches image is divided into individual image points, in a two-dimensional image in so-called pixels or in a three-dimensional image in so-called voxels.
  • For each picture ⁇ point has a pixel value; these are usually indicated in HUs (Hounsfield Units) in CT images.
  • HUs Hounsfield Units
  • the first picture shows an object or part of this object.
  • the first image shows a Zielob ⁇ ject, which is a component of the object.
  • This target object may be, for example, a tumor of a patient. However, it is also possible that the object is not le ⁇ vib rant.
  • the processing of the first image is preceded by a comparison of the first image with the second image. This comparison relates in particular to the target object which is part of the object imaged by the images. Since the two data sets DA, that is, the first image and the second image acquired to ver ⁇ different time points, it is possible that the target object between the two images has undergone a change. Information about this change can be determined by comparison.
  • the target object is moved within the first image.
  • This movement may consist of a displacement and / or rotation and / or shape change.
  • a revised version of the first image exists. This revised first image looks as if the target object no longer had the position and / or orientation and / or shape according to the original first image, but a different position and / or orientation and / or shape.
  • the motion of the target object within the first image approximates this to the second image. This is particularly advantageous when the second image depicts a more current state of the target object. In this way the first picture can be updated.
  • the approach of the target object to the second image can be complete or even partial.
  • pixel values which correspond to the target object there are pixel values which correspond to the target object and those which do not correspond to the target object.
  • the target object can have particularly large pixel values, ie values which are significantly larger than those of the surroundings of the target object.
  • a picking of pixels that were originally outside the target object takes place by pixel values of the target object.
  • pixel values corresponding to the target object are not assigned to pixels corresponding to the original first image representing the target object.
  • an algorithm for optimizing a similarity measure is used in the comparison of the first image with the second image.
  • different movements of the target object can be carried out in ⁇ nerrenz the first image virtually and in each case the degree of similarity between that obtained by the virtual movement of the first image and the second image are determined.
  • the comparison of the first image with the second image is restricted to the target object.
  • other components of the object may be disregarded.
  • the comparison Zvi ⁇ rule the two images quickly.
  • the second image only has to be related to the target object. has met with quality requirements, and not with respect to the remaining components of the object depicted by the second image.
  • One development of the invention is in the first image to a target object containing ⁇ volume image and the second image to a two-dimensional image of the object, for example a a sectional view of the target object image containing the object. In the case of a cut, the direct comparison between these two images can therefore only be limited to this section through the target object.
  • both the first and the second image may each be a CT image, wherein the second image is of poorer quality than the first CT image.
  • the second image may be a fluoroscopic image or an X-ray image or an ultrasound image or an NMR image. It is thus possible for the first image to be fundamentally different from the second image with regard to the recording modality .
  • the first and / or second images are machining ⁇ tet before comparison or suitable for the comparison variables must be calculated therefrom, for example, a DRR (Digitally Reconstruc- ted Radiograph).
  • the first image is a temporal sequence of images which show a movement trajectory of the target object
  • the second image is a chronological sequence of images, which ne movement trajectory ectorie of the target object show, and the reassignment is made for all images of the temporal sequence.
  • it is each of the first images of the time sequence compared to a corresponding second image, whereupon a movement of the target object within the jewei ⁇ time the first image is performed.
  • the BEWE ⁇ gungstraj ektorie of the first images that of the time sequence of second images can be adjusted.
  • the method previously described for the case of a single first image and a single second image is thus applied to each present pair of first image and second image, each pair each time a certain time within theclosstraj ectorie maps.
  • the first image a temporal sequence of images is present, which show a BEWE ⁇ gungstraj ektorie of the target object, and the second image depicts only one time, and the remapping for all images of the time sequence is made, starting from a form ofsecuritysstra- jectorie is assumed when recording the second image compared to the recording of the first images.
  • the determination of the control parameters on the basis of the changed by the reassignment of pixel ⁇ values changed first image it is particularly advantageous in this case if first a Be ⁇ humor of the control parameters takes place on the basis of the first image, and subsequently, a new determination or a Veri ⁇ fication or a change of the determined control parameter on the basis of the changed by remapping pixel values first image.
  • the inventive device for determination of Steuerpa ⁇ rametern for particle irradiation system includes an input for receiving a first image of an object, which contains the target object comprising pixels and ih ⁇ NEN associated pixel values, and an input for Emp ⁇ catch one at a time other detected second image of the object, and an image processing component for comparing the first image with the second image for the target object and for performing a motion of the target object within the first image by a reassignment of image pixel values is made to pixels among be ⁇ consideration of the comparison, as well as closing - lent a determination component for determining the Steuerpa ⁇ parameters for the particle irradiation system based on the changed by remapping pixel values first image.
  • the device according to the invention can be further developed and configured as explained above with respect to the method according to the invention.
  • the inventive computer program has program code means suitable to carry out a method of the type described above be ⁇ when the computer program is run on a computer.
  • the computer program product comprises, on a computer-stored program code means which are suitable for carrying out a method of the above-described type ⁇ NEN, when the computer program is run on a computer.
  • ⁇ NEN a method of the above-described type
  • FIG. 2 shows a block diagram of an irradiation facility.
  • Figure 1 shows a schematic representation of a structure of a particle therapy system. This is used to irradiate a patient 14 arranged on a positioning device 12 with a jet of particles 16, which is referred to below as a particle beam 16.
  • the particle beam 16 is a beam of particles with a defined cross section and a defined, usually narrow, spectrum of particle energy.
  • the particle energy is the energy of a single particle before or at the entrance to the object to be irradiated.
  • a tumor-affected tissue of the patient 14 can be irradiated with the particle beam 16.
  • the particle irradiation system for irradiating a non-living object 18, in particular a water phantom.
  • the irradiation of the water phantom 18, he ⁇ follows, for example, for purposes of checking and verifying irradiation parameters before and / or 14, after completed irradiation of a patient, it may be further provided other to be irradiated objects, and in particular experimental set-ups such as cell cultures or bacterial cultures for research purposes with to irradiate the particle beam 16.
  • the particles used are primarily particles such as, for example, protons, pions, helium ions, carbon ions or ions of other elements.
  • a particle source or ion source 20 The ion beam or particle generated by the ion source 20 A beam is accelerated in the pre-accelerator 22 to a first energy level.
  • the pre-accelerator 22 is at ⁇ example, a linear accelerator.
  • the particles are fed into a further accelerator 26, for example a circular accelerator, in particular a synchrotron or cyclotron.
  • the particle beam will be accelerated ⁇ to a required for irradiation energy.
  • a high-energy beam transport system 28 transports the particle beam into one or more irradiation rooms 30, 30 ', 30'', where, for example, the positioning device 12 - such as a patient couch - with the patient 14 or the non-patient living object 18 is arranged.
  • the irradiation of the object to be irradiated 14 or 18 takes place from a fixed direction, wherein the object 14 or 18 to be irradiated is spatially fixed.
  • These irradiation spaces 30, 30 ' are referred to as "fixed beam" spaces.
  • the treatment room 30 '' is a movably arranged about an axis 32, preferably before ⁇ rotatably arranged gantry 34 is provided.
  • the object 14 or 18 to be irradiated can be irradiated from different directions.
  • the particle beam 16 is rotated about the object 14 or 18 to be irradiated by means of the gantry beam guide 36 arranged in the gantry 34.
  • a first position 38 and a second position 38 ' are shown as representative of the different positions of the gantry beam guide 36 of the gantry 34.
  • intermediate positions for the Gantrystrahl Entry 36 which are not shown for reasons of clarity, on at least one semicircle above the object to be irradiated 14 or 18 in an imaginary sphere possible.
  • the target volume to be irradiated can be irradiated from several directions perpendicular to the axis 32. This is beneficial ⁇ way for geometrical reasons.
  • the particle beam emerges from an end of a vacuum system of the high-energy beam guide 28 designated as a beam outlet 40, 40' and is directed onto the target volume to be irradiated in the object 14 or 18 to be irradiated.
  • the target volume is usually arranged in an isocenter 42, 42 'of the respective irradiation space 30, 30'.
  • a certain distribution of the dose thus a Zieldosisver ⁇ distribution, in particular a biologically effective target dose distribution for certain ions, can be achieved over the target volume.
  • the target dose distribution is eg deposited as
  • the indication of the dose as joules per kilogram is widespread, this corresponds to the unit Gray.
  • the control of the irradiation ie in particular the steering of particles of certain energy in a certain direction, so that a certain dose is deposited at a certain target point within ⁇ within the target volume, carried by the irradiation device BV, which is shown schematically in Figure 2.
  • the irradiation device BV can, for example, control particle beam deflection devices which are able to deflect the particle beam horizontally and / or vertically.
  • the irradiation device BV is located in front of the jet outlets 40, 40 '.
  • Irradiation planning is carried out before the irradiation in order then to irradiate, ie scan or scan. th of the target volume with the particle beam, according to the prepared treatment plan by means of the irradiation device BV perform and control.
  • the irradiation planning thus represents the determination of control parameters for later control of the irradiation process.
  • the irradiation planning is carried out by means of an irradiation planning device BPV.
  • the irradiation planning device BPV is, for example, a workstation computer, a workstation or another computer.
  • the irradiation planning device BPV determines the control parameters that are used by the irradiation device BV for the later control and execution of the irradiation.
  • the irradiation device BV thus controls the irradiation course in accordance with the control parameters determined by the irradiation planning device BPV.
  • the control parameters are forwarded to the irradiation device BV for carrying out the irradiation.
  • the irradiation planning device BPV does not have to be physically connected to the irradiation device BV. Rather, it is also possible, for example, for the calculation results of the irradiation planning device BPV to be transferred via a data carrier to the irradiation device BV. Also, a certain period of time, for example, between carrying out the irradiation planning and the irradiation, e.g. of several days, lie.
  • the sequence of the irradiation planning is the following: first, a volume image of the object to be irradiated is recorded by means of a computer tomograph CT1. This volume image is referred to below as planning CT PL-CT.
  • the plan--voltage CT PL-CT can here span the risk to be irradiated Whether ⁇ ject, or even just a portion of the object in which the target volume is located.
  • the use of a magnetic resonance tomograph or other diagnostic imaging devices is also possible. It is considered as an example and without limiting the invention ⁇ of, that it is in the target volume is a tumor of a patient.
  • the position and extent of the tumor to be irradiated can be determined from the planning CT PL-CT.
  • the irradiation planning device BPV receives data from the computed tomography CT1. In this case it is possible for the irradiation planning device BPV to be provided with the acquired raw data, the data in already partially processed form, or also the already reconstructed images PL-CT of the patient.
  • the irradiation planning device BPV is further configured by its user interface I for a user to specify the dose distribution to be applied to it.
  • the application can thus specify a biolo ⁇ cally effective dose for the target points of the target volume, called Zieldosisver ⁇ division.
  • the irradiation planning device BPV determined on the basis of the planning CT-CT PL and the predetermined target dose distribution ⁇ the control parameters for the irradiation. In particular, it has to be determined how many particles of a certain one
  • the irradiation planning device BPV prefferably provides further information which goes into the determination of the control parameters for the irradiation; this is not relevant to the understanding of the invention.
  • the planning CT PL CT of calibrated HU (Hounsfield units) indicative of the linear Absorptionskoeffi ⁇ coefficient of the material for X-rays relative to that of water.
  • the planning CT PL-CT thus consists of pixels, each pixel being assigned a pixel value in the form of an HU value.
  • the HU value is kor ⁇ reliert with the energy delivery of the particles in the Bestrah ⁇ lung.
  • Such movement may include a displacement, rotation or shape change, as well as a combination thereof.
  • inter-party movements come about, for example, by a change in the level of the stomach or a movement of the intestine.
  • the imaging device CT2 is used; the design of this imaging device CT2 and / or the nature of the reconstructed images may differ from the planning CT PL-CT.
  • CT images or Cone-Beam CT images are possible, fluoroscopic images, X-rays, ultrasound images, or NMR images, in each case for example from several directions and / or in combination with each other. It may come to a set ⁇ both volumetric and 2D data sets.
  • the image obtained from the imaging device CT2 is hereinafter - regardless of whether it is a two- or three-dimensional image and the way in which Da ⁇ costs are recognized for this purpose - referred to as a control image K-CT.
  • An advantage of the procedure explained below is that the control image K-CT of the imaging device CT2, in contrast to the planning CT PL-CT, does not have to be present in the form of calibrated HU. This makes it possible to use imaging devices CT2 which are based on physical processes other than computed tomography and thus do not yield HU values, such as NMR. Furthermore, this also makes it possible to use control images K-CT which, due to artifacts or physical properties, do not contain any HU values that can be used for radiation planning.
  • CT images with movement artifacts which come about through respiratory and / or cardiac movement. This would be of reduced or possibly even not of sufficient quality to use them as planning CT PL-CT, however, for the inspection and review of the treatment plan extends the quality, since only the United ⁇ displacement of the target volume is detected and the planning -CT must be applied, but the HUs used originate from the planning CT PL-CT itself.
  • the section of the patient imaged by the control image K-CT may be smaller than that of the planning CT PL-CT. The latter is the ⁇ particular the case when a saudi ⁇ dimensional imaging is used as a control figure K-CT; because the planning CT PL-CT is a volume acquisition.
  • control image K-CT Before the control image K-CT is taken, it is checked that the patient position is the same as that of the acquisition CT-CT.
  • Check image K-CT consists for example of a CT sectional image of the patient, it must be known exactly in what amount within the three dimensional ⁇ planning CTs PL-CT Anlagenord this sectional image is ⁇ nen. This correct external patient position can be ensured with known measures such as the use of markers on the patient surface, the Re ⁇ tration throughout the patient's anatomy in relation to the transition body-air or the bony anatomy.
  • the control image K-CT is now used to control the treatment plan calculated by the radiation planning device BPV.
  • This control can lead to a verification, ie to an unchanged assumption of the irradiation plan for the irradiation, or also to a modification, ie to a change of the irradiation plan before the irradiation.
  • the two data sets, ie the planning CT PL-CT and the control image K-CT are compared with each other.
  • ⁇ to be used various mathematical algorithms.
  • a similarity measure is defined and under an optimization ⁇ method according to one Maxi ⁇ mum for the similarity between the inspection image K-CT and the planning CT PL-CT, which changed the already been moved and / or rotated and / or as regards its shape Tumor contains, searched.
  • the best results are of course achieved when the control image K-CT as well as the planning CT PL-CT is a three-dimensional image.
  • the procedure is not limited to this; Even with a two-dimensional control image K-CT or in particular the combination of different acquisition modalities for the control image K-CT, an alignment with the position, orientation and possibly also the shape of the tumor within the planning CT PL-CT can take place.
  • control image K-CT and planning CT PL-CT to the tumor, ie its position, orientation and shape. Because the tissue surrounding the tumor and the rest of the patient's anatomy changed ⁇ countries is usually very little. For example, considering ei ⁇ nen lung tumor, the latter shall indicate that the structure of surrounding the tumor healthy soft tissue in the chest area, as well as the shape of the ribs usually not or only ei ⁇ nen longer period of time to change. These components can be compared with the control image K-CT and planning CT PL-CT so be disregarded. The advantage of this is that for the parts of the patient not affected by the position of the tumor, the precise HU values of the planning CT PL-CT can be maintained unchanged.
  • the tumor is virtually moved within the planning CT PL-CT.
  • Respect ⁇ Lich this movement of the tumor within the planning CT and PL-CT it is possible to allow different types of movements: on the one hand there is the possibility of rigid BEWE ⁇ supply.
  • the shape of the tumor is retained and rotation and / or translation is performed.
  • an affine movement is possible.
  • a shearing and scaling of the tumor is possible.
  • a third alternative is the elastic movement. In this case, in addition to the above-mentioned changes of the tumor, any types of deformations are allowed.
  • the planning CT PL-CT is adapted accordingly.
  • the Pla ⁇ tion CT-PL-PL is changed so that it corresponds to the current anatomy, as represented by the control image K-CT. This is done by changing pixel values, ie HU values, of the planning CT PL-CT: those pixels of the planning CT PL-CT, which are located according to the comparison with the control image K-CT tumor tissue, are compared with the HU Value of the tumor tissue.
  • This HU value is known from the original planning CT PL-CT; may optionally ge ⁇ forms and these are used for several image points of the tumor volume, a mean value. Be ⁇ this suggests overwriting the HU values of healthy tissue by those of tumor tissue for some pixels. For other pixels however, no change in HU levels may occur; Here is those pixels in which so ⁇ well in accordance with the original planning CT PL-CT and under current anatomy (no) is tumor tissue.
  • the change in the planning CT PL-CT means that less dense lung tissue is due to the water-like density of tumor tissue (this corresponds to approximately 40 HU) and vice versa dense tumor tissue by less dense healthy lung tissue (this corresponds to approx. 800 HU) is written over ⁇ .
  • the "empty" sites from which the tumor has been moved away are filled up with the average density of healthy lung tissue.
  • the current value of the healthy lung tissue is not very critical, since its small density only gives small effects on the particle range.
  • the HU values are changed within the planning CT PL-CT, so that the tumor is "artificially” shifted to the position corresponding to the current anatomy, as well as a rotation and a change in the shape of the tumor.
  • control image K-CT is therefore not used directly for the calculation of the treatment plan. Rather, it is used to modify the planning CT PL-CT in order to be able to use it again for calculating a new treatment plan or adapting the original treatment plan.
  • This indirect use of the control image K-CT makes it possible to use the various types of control images K-CT or imaging devices CT2 enumerated above by way of example.
  • the range of the particles at a based on the revised planning CT PL-CT determine the treatment plan influenced the ⁇ . If you want to make sure, for example, that the distal end of the tumor is completely summarizes ER of the irradiation, it is advantageous for the lying in particle beam ⁇ direction in front of the tumor tissue an upper limit, that is to use large HU value. In this way it is ensured that the penetration depth of the particles reaches to the distal end of the tumor. Should other hand critiquege ⁇ provides are that particular tissue does not receive any radiation dose, can for that happened before this sensitive tissue of the particle beam tissue a lower limit, ie
  • the intrafractional movement ie the movement of the tumor during the irradiation
  • This movement is mainly due to the respiration of the patient.
  • methods are usually used to compensate for this Be ⁇ movement.
  • the desired dose distribution in the object to be irradiated can not be achieved as a rule.
  • Known methods for taking into account the movement are the beam application of the gating synchronized with the movement, in which the beam is switched on only when there is a certain state of motion and thus a certain position of the tumor, and tracking, in which the beam is the movement of the tumor is tracked, as well as the rescanning.
  • the presented approach can be applied to the into account ⁇ account the intrafractional movement.
  • the Includes planning CT PL-CT if you want to take into account the intra-factional Be ⁇ movement during irradiation, a temporal sequence of images so that thetierstraj known ecto ⁇ rie of the tumor. In this case, it is a four-dimensional CT image.
  • the control image K-CT can also contain a chronological sequence of control images, so that the motion trajectory of the planning CT PL-CT can be compared completely with that of the control images K-CT. By comparing the two datasets, the motion trajectory within the planning CT PL-CT can be adapted to the current conditions in the manner described above for the static case.
  • control image K-CT images the position of the tumor at a defined point in time within the movement cycle. This defined time can then be used for a comparison with the planning CT PL-CT.
  • the location, orientation and, if necessary, the shape of the tumor are adjusted in the planning CT PL-CT of the current anatomy, and from this adapted arrangement of the tumor proceeds the movement trajectory known from the original planning CT PL-CT.

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Abstract

The invention relates to an image processing method for image processing, using a first CT image (PL-CT) of an object containing a target object, comprising pixels and pixel values associated therewith, and a second image (K-CT) of the object recorded at another time. The first CT image (PL-CT) and the second image (K-CT) are compared to each other in terms of the target object. Taking into account the comparison, a movement of the target object is carried out inside the first CT image (PL-CT), by reallocating pixel values to pixels. Said method is especially suitable for using in an irradiation planning system.

Description

Beschreibung description
Optimierung von Steuerparametern für eine Partikelbestrahlungsanlage unter Berücksichtigung von interfraktionellen Be- wegungen eines Zielvolumens Optimization of control parameters for a particle irradiation system taking into account intergroup movements of a target volume
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bildbearbeitung, welches insbesondere in einem Verfahren zur Bestimmung von Steuerparametern für eine Partikelbestrahlungsanlage einsetz- bar ist. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Bestimmung von Steuerparametern für eine Partikelbestrahlungsanlage. Eine derartige Vorrichtung bzw. ein derartiges Verfahren kann insbesondere im Rahmen der Partikeltherapie Einsatz finden, beispielsweise im Rahmen der Therapieplanung, bei der im Vorfeld einer Bestrahlung Steuerparameter ermittelt werden, die es erlauben, anschließend während der Be¬ strahlung ein Zielobjekt gemäß bestimmten Vorgaben zu bestrahlen . Die Partikeltherapie ist ein etabliertes Verfahren zur Be¬ handlung von Gewebe, insbesondere von Tumorerkrankungen. Bestrahlungsverfahren, wie sie in der Partikeltherapie für Patienten eingesetzt werden, finden auch in nichttherapeutischen Gebieten Anwendung. Hierzu gehören beispiels- weise Forschungsarbeiten, etwa zur Produktentwicklung, imThe invention relates to a method for image processing, which can be used in particular in a method for determining control parameters for a particle irradiation system. Furthermore, the invention relates to a device for determining control parameters for a particle irradiation system. Such an apparatus and such a method may in particular be found in the particle therapy use, then to irradiate a target object in accordance with certain constraints, for example in the framework of treatment planning, in which are determined in advance of an exposure control parameters, which allow, while the Be ¬ radiation , Particle therapy is an established method for loading ¬ treatment of tissue, in particular tumor diseases. Irradiation methods, such as those used in particle therapy for patients, are also used in non-therapeutic areas. These include, for example, research work, for example on product development, in the
Rahmen der Partikeltherapie an nicht-lebenden Phantomen oder Körpern, Bestrahlungen von Materialien, etc. Bei der Partikeltherapie werden geladene Partikel wie z.B. Protonen oder Kohlenstoff- oder andere Ionen auf hohe Energien beschleu- nigt, zu einem Partikelstrahl geformt und über ein Hochener- giestrahltransportsystem zu einem oder mehreren Bestrahlungsräumen geführt. In einem Bestrahlungsraum wird das zu bestrahlende Objekt in einem Zielvolumen mit dem Partikelstrahl bestrahlt. Unter einem Zielvolumen wird ein Raumbereich des zu bestrahlenden Objektes verstanden, innerhalb dessen eine bestimmte Dosis deponiert werden soll. Abhängig von der Energie des Partikelstrahls dringt dieser in das Objekt ein und wechselwirkt mit diesem. In einem relativ eng umschriebenen Bereich (Bragg Peak Region) weist das Tie- fendosisprofil ein Maximum auf, da es hier besonders viele Wechselwirkungsprozesse gibt. Partikelstrahlen sind aus die¬ sem Grund für die Bestrahlung eines Zielvolumens besonders vorteilhaft, da sie am Ende ihrer Reichweite ein Maximum der Energiedeposition aufweisen, den so genannten Bragg-Peak. So können auch eingebettete Strukturen effektiv bestrahlt wer- den, ohne die einbettende Umgebung allzu stark zu schädigen. Dies hat also den Vorteil, dass das das Zielvolumen umgebende Gebiet verglichen mit anderen Bestrahlungsarten effektiv geschont werden kann. Insbesondere mit einem gescannten Partikelstrahl, d.h. einem fein kollimierten Partikelstrahl mit einer Halbwertsbreite von 3-10 mm, der durch laterale magnetische Ablenkung und Veränderung der Strahlenergie sukzessive auf unterschiedliche Bereiche des Zielvolumens gerichtet wird und somit das Ziel- objekt scannt, kann eine genaue Dosisapplikation erreicht werden . Particle therapy is based on non-living phantoms or bodies, irradiation of materials, etc. In particle therapy, charged particles such as protons or carbon or other ions are accelerated to high energies, formed into a particle beam and transmitted via a high-energy beam transport system one or more treatment rooms. In an irradiation room, the object to be irradiated is irradiated with the particle beam in a target volume. A target volume is understood to mean a spatial region of the object to be irradiated, within which a specific dose is to be deposited. Depending on the energy of the particle beam, it penetrates into the object and interacts with it. In a relatively narrow area (Bragg Peak Region), the depth dose profile has a maximum, since there are particularly many interaction processes. Particle beams are particularly advantageous from the ¬ sem reason for the irradiation of a target volume, since they have a maximum of the energy deposition at the end of their range, the so-called Bragg peak. This means that even embedded structures can be effectively irradiated without damaging the surrounding environment too much. This has the advantage that the area surrounding the target volume can be effectively spared compared to other types of irradiation. In particular, with a scanned particle beam, ie a finely collimated particle beam with a half-width of 3-10 mm, which is successively directed to different areas of the target volume by lateral magnetic deflection and beam energy and thus scans the target object, accurate dose application can be achieved become .
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung aufzuzeigen, welche im Rahmen der Bestimmung von Steuerparametern für eine Partikelbestrahlungsanlage einsetzbar sind. Ferner sollen ein Verfahren zur Bestrahlung eines Zielobjektes mit Partikeln vorgestellt wer¬ den, sowie ein Computerprogramm und ein Computerprogrammpro¬ dukt . The invention has for its object to provide a method and a corresponding device which can be used in the context of the determination of control parameters for a particle irradiation system. Further, a method for irradiating a target object are presented with particles ¬ to, as well as a computer program and a Computerprogrammpro ¬ domestic product.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, sowie durch eine Vorrichtung, durch ein Compu¬ terprogramm und ein Computerprogrammprodukt mit Merkmalen von nebengeordneten Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltun- gen und Weiterbildungen sind Gegenstand von Unteransprüchen. This object is achieved by a method having the features of claim 1 and by a device, by a Compu ¬ terprogramm and a computer program product with the features of the independent claims. Advantageous embodiments and further developments are the subject of dependent claims.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient der Bildbearbeitung. Hierbei liegt ein erstes von einem medizinischen Bildaufnah- megerät erfasstes Bild eines Objektes, welches ein Zielobjekt enthält, vor. Dieses erste Bild umfasst Bildpunkte und ihnen zugeordnete Bildpunktwerte. Ferner liegt ein zu einem anderen Zeitpunkt erfasstes zweites Bild des Objektes vor. Das erste Bild und das zweite Bild werden hinsichtlich des Zielobjektes miteinander verglichen. Unter Berücksichtigung des Vergleichs wird eine Bewegung des Zielobjektes innerhalb des ersten Bil¬ des durchgeführt, indem eine Neuzuordnung von Bildpunktwerten zu Bildpunkten vorgenommen wird. The method according to the invention serves for image processing. Here lies a first of a medical image megerät captured image of an object containing a target object before. This first image comprises pixels and their associated pixel values. Furthermore, there is a second image of the object acquired at another time. The first image and the second image are compared with each other with respect to the target object. Taking into account the comparison, a motion of the target object within the first Bil ¬ the is performed by a remapping of pixel values is performed to pixels.
Die Bearbeitung betrifft also ein Bild, welches von einem me¬ dizinischen Bildaufnahmegerät erfasst wurde. Als Bildaufnah¬ megerät kommt insbesondere in Computertomographie-Gerät in Betracht. In diesem Fall handelt es sich bei dem ersten Bild um ein CT-Bild. Alternativ ist auch der Einsatz andersartiger Bildaufnahmegeräte möglich, insbesondere der Einsatz anderer Tomographie-Geräte wie z.B. eines NMR-Gerätes. Das zweite Bild kann mit einem gegenüber dem ersten Bild gleich- oder andersartigen medizinischen Bildaufnahmegerät erfasst werden. Thus, the processing relates to an image that has been captured by an image pickup apparatus me ¬ dizinischen. As an image recording ¬ device is particularly in computed tomography device into consideration. In this case, the first image is a CT image. Alternatively, the use of other types of image recording devices is possible, in particular the use of other tomography devices such as an NMR device. The second image may be acquired with a medical imaging device similar or different than the first image.
Bei dem ersten Bild kann es sich um ein zweidimensionales Bild oder ein dreidimensionales Volumenbild handeln. Ein sol¬ ches Bild ist gegliedert in einzelne Bildpunkte, bei einem zweidimensionalen Bild in so genannte Pixel bzw. bei einem dreidimensionalen Bild in so genannte Voxel. Zu jedem Bild¬ punkt gehört ein Bildpunktwert; diese werden in CT-Bildern üblicherweise in HU (Hounsfield Units) angegeben. Im Falle eines zweidimensionalen Bildes kann ein Schnittbild vorlie¬ gen, oder eine Projektion, wie sie z.B. durch planares Rönt- gen oder Röntgenfluorosokopie entsteht. The first image may be a two-dimensional image or a three-dimensional volume image. A sol ¬ ches image is divided into individual image points, in a two-dimensional image in so-called pixels or in a three-dimensional image in so-called voxels. For each picture ¬ point has a pixel value; these are usually indicated in HUs (Hounsfield Units) in CT images. In case of a two-dimensional image, a sectional image vorlie ¬ gen or projection as gen eg planar X-ray or Röntgenfluorosokopie arises.
Das erste Bild zeigt ein Objekt oder einen Ausschnitt aus diesem Objekt. Insbesondere zeigt das erste Bild ein Zielob¬ jekt, welches Bestandteil des Objektes ist. Bei diesem Ziel- Objekt kann es sich z.B. um einen Tumor eines Patienten handeln. Es ist jedoch auch möglich, dass das Objekt nicht le¬ bendig ist. Der Bearbeitung des ersten Bildes geht ein Vergleich des ersten Bildes mit dem zweiten Bild voraus. Dieser Vergleich betrifft insbesondere das Zielobjekt, welches Bestandteil des von den Bildern abgebildeten Objektes ist. Da die beiden Da- tensätze, d.h. das erste Bild und das zweite Bild, zu ver¬ schiedenen Zeitpunkten erfasst wurden, ist es möglich, dass das Zielobjekt zwischen diesen beiden Aufnahmen eine Veränderung erfahren hat. Informationen über diese Veränderung können durch den Vergleich ermittelt werden. The first picture shows an object or part of this object. Specifically, the first image shows a Zielob ¬ ject, which is a component of the object. This target object may be, for example, a tumor of a patient. However, it is also possible that the object is not le ¬ vib rant. The processing of the first image is preceded by a comparison of the first image with the second image. This comparison relates in particular to the target object which is part of the object imaged by the images. Since the two data sets DA, that is, the first image and the second image acquired to ver ¬ different time points, it is possible that the target object between the two images has undergone a change. Information about this change can be determined by comparison.
Nach dem Vergleich wird das Zielobjekt innerhalb des ersten Bildes bewegt. Diese Bewegung kann aus einer Verschiebung und/oder Drehung und/oder Formveränderung bestehen. Nach der erfolgten Bewegung existiert somit eine überarbeitete Version des ersten Bildes. Dieses überarbeitete erste Bild sieht so aus, als hätte das Zielobjekt nicht mehr die Lage und/oder Orientierung und/oder Form gemäß dem ursprünglichen ersten Bild, sondern eine hiervon abweichende Lage und/oder Orientierung und/oder Form. After comparison, the target object is moved within the first image. This movement may consist of a displacement and / or rotation and / or shape change. After the movement has taken place, a revised version of the first image exists. This revised first image looks as if the target object no longer had the position and / or orientation and / or shape according to the original first image, but a different position and / or orientation and / or shape.
In Weiterbildung der Erfindung wird durch die Bewegung des Zielobjektes innerhalb des ersten Bildes dieses an das zweite Bild angenähert. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn das zweite Bild einen aktuelleren Zustand des Zielobjektes abbil- det. Auf diese Weise kann das erste Bild also aktualisiert werden. Die Annäherung des Zielobjektes an das zweite Bild kann vollständig erfolgen oder auch nur teilweise. In a development of the invention, the motion of the target object within the first image approximates this to the second image. This is particularly advantageous when the second image depicts a more current state of the target object. In this way the first picture can be updated. The approach of the target object to the second image can be complete or even partial.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das zweite Bild zu einem späteren Zeitpunkt erfasst wurde als das erste Bild und das Zielobjekt zwischenzeitlich eine Bewegung innerhalb des Ob¬ jektes erfahren hat. Diese tatsächliche Bewegung des Zielob¬ jektes kann durch die erfindungsgemäße Bewegung des Zielob¬ jektes innerhalb des ersten Bildes teilweise oder vollständig nachgeführt werden. It is particularly advantageous when the second image was captured at a later time than the first image and the target object has meanwhile undergo movement within the Whether ¬ jektes is. This actual movement of the Zielob ¬ jektes can be tracked by the inventive movement of Zielob ¬ jektes within the first image partially or completely.
In Ausgestaltung der Erfindung werden bei der Neuzuordnung dem Zielobjekt entsprechende Bildpunktwerte zu gemäß dem ur- sprünglichen ersten Bild nicht das Zielobjekt darstellenden Bildpunkten zugeordnet. Es existieren Bildpunktwerte, welche dem Zielobjekt entsprechen, und solche, welche nicht dem Zielobjekt entsprechen. Beispielsweise kann das Zielobjekt besonders große Bildpunktwerte aufweisen, d.h. Werte, welche deutlich größer als diejenigen der Umgebung des Zielobjektes sind. In der vorliegenden Ausgestaltung findet ein Belegen von Bildpunkten, welche ursprünglich außerhalb des Zielobjektes lagen, durch Bildpunktwerte des Zielobjektes statt. Es erfolgt also ein Überschreiben von nicht-Zielobjekt- Bildpunktwerten durch Zielobjekt-Bildpunktwerte. Zusätzlich oder alternativ ist auch der umgekehrte Fall möglich, d.h. bei der Neuzuordnung werden nicht dem Zielobjekt entsprechende Bildpunktwerte zu gemäß dem ursprünglichen ersten Bild das Zielobjekt darstellenden Bildpunkten zugeordnet. In an embodiment of the invention, in the reallocation corresponding to the target object pixel values to according to the original first image not associated with the target object representing pixels. There are pixel values which correspond to the target object and those which do not correspond to the target object. For example, the target object can have particularly large pixel values, ie values which are significantly larger than those of the surroundings of the target object. In the present embodiment, a picking of pixels that were originally outside the target object takes place by pixel values of the target object. Thus, there is an overwriting of non-target pixel values by target pixel values. Additionally or alternatively, the opposite case is also possible, ie in the reallocation, pixel values corresponding to the target object are not assigned to pixels corresponding to the original first image representing the target object.
Vorteilhaft ist es, wenn bei der Neuzuordnung ein oberer und/oder ein unterer Bildpunktwertgrenzwert für nicht das Zielobjekt darstellende Bildpunkte eingesetzt werden. Es wer- den also Bildpunkte, welche bei dem überarbeiteten erstenIt is advantageous if, in the new assignment, an upper and / or a lower pixel threshold value are used for pixels that do not represent the target object. So there are pixels, which in the revised first
Bild außerhalb des Zielobjektes liegen, mit bestimmten Bild¬ punktwerten belegt, welche einem oberen und/oder unteren Grenzwert darstellen. Einer Ausgestaltung der Erfindung gemäß wird bei dem Vergleich des ersten Bildes mit dem zweiten Bild ein Algorithmus zur Optimierung eines Ähnlichkeitsmaßes eingesetzt. Hierbei können virtuell verschiedene Bewegungen des Zielobjektes in¬ nerhalb des ersten Bildes durchgeführt werden und jeweils das Ähnlichkeitsmaß zwischen diesem durch die virtuelle Bewegung erhaltenen ersten Bild und dem zweiten Bild bestimmt werden. Picture outside of the target object, occupied with certain Bild ¬ point values, which represent an upper and / or lower limit. According to an embodiment of the invention, an algorithm for optimizing a similarity measure is used in the comparison of the first image with the second image. In this case, different movements of the target object can be carried out in ¬ nerhalb the first image virtually and in each case the degree of similarity between that obtained by the virtual movement of the first image and the second image are determined.
Es ist vorteilhaft, wenn der Vergleich des ersten Bildes mit dem zweiten Bild auf das Zielobjekt beschränkt ist. In diesem Fall können andere Bestandteile des Objektes außer Betracht bleiben. Dies ermöglicht es einerseits, den Vergleich zwi¬ schen den beiden Bildern rasch durchzuführen. Andererseits muss das zweite Bild nur hinsichtlich des Zielobjektes be- stimmte Qualitätsanforderungen erfüllen, und nicht hinsichtlich der restlichen von dem zweiten Bild abgebildeten Bestandteile des Objektes. Einer Weiterbildung der Erfindung gemäß handelt es sich bei dem ersten Bild um ein das Zielobjekt enthaltendes Volumen¬ bild und bei dem zweiten Bild um ein zweidimensionales Bild des Objektes, z.B. um ein einen Schnitt durch das Zielobjekt enthaltendes Bild des Objektes. Im Falle eines Schnitts kann der direkte Vergleich zwischen diesen beiden Bildern also nur auf diesen Schnitt durch das Zielobjekt beschränkt sein. It is advantageous if the comparison of the first image with the second image is restricted to the target object. In this case, other components of the object may be disregarded. This makes it possible on the one hand, make the comparison Zvi ¬ rule the two images quickly. On the other hand, the second image only has to be related to the target object. has met with quality requirements, and not with respect to the remaining components of the object depicted by the second image. One development of the invention is in the first image to a target object containing ¬ volume image and the second image to a two-dimensional image of the object, for example a a sectional view of the target object image containing the object. In the case of a cut, the direct comparison between these two images can therefore only be limited to this section through the target object.
Hieraus können jedoch Schlussfolgerungen für die Lage From this, however, can conclusions for the situation
und/oder Orientierung und/oder Form des Zielobjektes außerhalb des Schnitts gezogen werden. and / or orientation and / or shape of the target object are taken out of section.
Insbesondere kann es sich sowohl bei dem ersten als auch bei dem zweiten Bild jeweils um ein CT-Bild handeln, wobei das zweite Bild gegenüber dem ersten CT-Bild von schlechterer Qualität ist. Dies ermöglicht es, das Objekt bei Aufnahme des zweiten Bildes einer niedrigeren Röntgenstrahlungsdosis aus¬ zusetzen oder z.B. die Cone-Beam-Computertomographie (kV oder MV) einzusetzen, welche derzeit noch im Vergleich zum konventionellen CT von minderer Qualität ist. Bei dem zweiten Bild kann es sich um ein Fluoroskopie-Bild oder ein Röntgenbild oder ein Ultraschallbild oder ein NMR- Bild handeln. Es ist also möglich, dass das erste Bild hin¬ sichtlich der Aufnahmemodalität grundsätzlich unterschiedlich gegenüber dem zweiten Bild ist. Dies kann voraussetzen, dass vor dem Vergleich das erste und/oder das zweite Bild bearbei¬ tet werden oder für den Vergleich geeignete Größen hieraus berechnet werden müssen, z.B. ein DRR (Digitally Reconstruc- ted Radiograph) . In Weiterbildung der Erfindung liegt als erstes Bild eine zeitliche Abfolge von Bildern vor, welche eine Bewegungstra- jektorie des Zielobjektes aufzeigen, und als zweites Bild liegt eine zeitliche Abfolge von Bildern vor, welche auch ei- ne Bewegungstraj ektorie des Zielobjektes aufzeigen, und die Neuzuordnung wird für alle Bilder der zeitlichen Abfolge vorgenommen. Es wird also jedes der ersten Bilder der zeitlichen Abfolge verglichen mit einem entsprechenden zweiten Bild, woraufhin eine Bewegung des Zielobjektes innerhalb des jewei¬ ligen ersten Bildes erfolgt. Auf diese Weise kann die Bewe¬ gungstraj ektorie der ersten Bilder derjenigen der zeitlichen Abfolge von zweiten Bildern angeglichen werden. Das bislang für den Fall eines einzigen ersten Bildes und eines einzigen zweiten Bildes beschriebene Verfahren wird also auf jedes vorliegende Paare von erstem Bild und zweitem Bild angewandt, wobei jedes Paar jeweils einen bestimmten Zeitpunkt innerhalb der Bewegungstraj ektorie abbildet. Alternativ hierzu ist es möglich, dass als erstes Bild eine zeitliche Abfolge von Bildern vorliegt, welche eine Bewe¬ gungstraj ektorie des Zielobjektes aufzeigen, und das zweite Bild nur einen Zeitpunkt abbildet, und die Neuzuordnung für alle Bilder der zeitlichen Abfolge vorgenommen wird, wobei von einer bei Aufnahme des zweiten Bildes gegenüber der Aufnahme der ersten Bilder unveränderten Form der Bewegungstra- jektorie ausgegangen wird. Es findet ein Vergleich zwischen dem ersten Bild und dem zweiten Bild also nur für einen einzigen Zeitpunkt innerhalb der zeitlichen Abfolge statt. Die Resultate dieses Vergleichs werden jedoch auch für die Über¬ arbeitung der anderen ersten Bilder der zeitlichen Abfolge herangezogen. Hierbei wird ausgenutzt, dass sich das Zielob¬ jekt zwar zwischen der Erfassung der ersten Bilder und des zweiten Bildes bewegt haben mag, dass die Bewegungstraj ekto- rie hinsichtlich ihrer Form jedoch unverändert ist. In particular, both the first and the second image may each be a CT image, wherein the second image is of poorer quality than the first CT image. This allows the object to be exposed to a lower X-ray dose when taking the second image or, for example, to use cone-beam computed tomography (kV or MV), which is currently of inferior quality compared to conventional CT. The second image may be a fluoroscopic image or an X-ray image or an ultrasound image or an NMR image. It is thus possible for the first image to be fundamentally different from the second image with regard to the recording modality . This may require that the first and / or second images are machining ¬ tet before comparison or suitable for the comparison variables must be calculated therefrom, for example, a DRR (Digitally Reconstruc- ted Radiograph). In a development of the invention, the first image is a temporal sequence of images which show a movement trajectory of the target object, and the second image is a chronological sequence of images, which ne movement trajectory ectorie of the target object show, and the reassignment is made for all images of the temporal sequence. Thus, it is each of the first images of the time sequence compared to a corresponding second image, whereupon a movement of the target object within the jewei ¬ time the first image is performed. In this way the BEWE ¬ gungstraj ektorie of the first images that of the time sequence of second images can be adjusted. The method previously described for the case of a single first image and a single second image is thus applied to each present pair of first image and second image, each pair each time a certain time within the Bewegungsstraj ectorie maps. Alternatively, it is possible that as the first image a temporal sequence of images is present, which show a BEWE ¬ gungstraj ektorie of the target object, and the second image depicts only one time, and the remapping for all images of the time sequence is made, starting from a form of Bewegungsstra- jectorie is assumed when recording the second image compared to the recording of the first images. Thus, a comparison between the first image and the second image takes place only for a single time within the temporal sequence. However, the results of this comparison are also used for the over ¬ processing of the other first images of the time sequence. This exploits that the Zielob ¬ ject may have indeed moved between capturing the first images and the second image that Bewegungstraj rie in shape but ectodermal unchanged.
Bei der erfindungsgemäßen Verwendung des beschriebenen Verfahrens zur Bestimmung von Steuerparametern für eine Partikelbestrahlungsanlage erfolgt die Bestimmung der Steuerpara- meter auf Grundlage des durch die Neuzuordnung von Bildpunkt¬ werten veränderten ersten Bildes. Besonders vorteilhaft ist es hierbei, wenn zuerst eine Be¬ stimmung der Steuerparameter auf Grundlage des ersten Bildes erfolgt, und im Anschluss eine Neubestimmung oder eine Veri¬ fikation oder eine Veränderung der bestimmten Steuerparameter auf Grundlage des durch die Neuzuordnung von Bildpunktwerten veränderten ersten Bildes. In the inventive use of the described method for the determination of control parameters for a particle irradiation system, the determination of the control parameters on the basis of the changed by the reassignment of pixel ¬ values changed first image. It is particularly advantageous in this case if first a Be ¬ humor of the control parameters takes place on the basis of the first image, and subsequently, a new determination or a Veri ¬ fication or a change of the determined control parameter on the basis of the changed by remapping pixel values first image.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bestimmung von Steuerpa¬ rametern für eine Partikelbestrahlungsanlage umfasst einen Eingang zum Empfangen eines ersten Bildes eines Objektes, welches das Zielobjekt enthält, umfassend Bildpunkte und ih¬ nen zugeordnete Bildpunktwerte, sowie einen Eingang zum Emp¬ fangen eines zu einem anderen Zeitpunkt erfassten zweiten Bildes des Objektes, sowie einen Bildbearbeitungsbestandteil zum Vergleichen des ersten Bildes mit dem zweiten Bild hinsichtlich des Zielobjektes und zum Durchführen einer Bewegung des Zielobjektes innerhalb des ersten Bildes, indem unter Be¬ rücksichtigung des Vergleichs eine Neuzuordnung von Bildpunktwerten zu Bildpunkten vorgenommen wird, sowie schließ- lieh einen Ermittlungsbestandteil zum Bestimmen der Steuerpa¬ rameter für die Partikelbestrahlungsanlage auf Grundlage des durch die Neuzuordnung von Bildpunktwerten veränderten ersten Bildes . Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann wie obenstehend hin¬ sichtlich des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert weitergebildet und ausgestaltet werden. The inventive device for determination of Steuerpa ¬ rametern for particle irradiation system includes an input for receiving a first image of an object, which contains the target object comprising pixels and ih ¬ NEN associated pixel values, and an input for Emp ¬ catch one at a time other detected second image of the object, and an image processing component for comparing the first image with the second image for the target object and for performing a motion of the target object within the first image by a reassignment of image pixel values is made to pixels among be ¬ consideration of the comparison, as well as closing - lent a determination component for determining the Steuerpa ¬ parameters for the particle irradiation system based on the changed by remapping pixel values first image. The device according to the invention can be further developed and configured as explained above with respect to the method according to the invention.
Das erfindungsgemäße Computerprogramm verfügt über Programm- code-Mittel, die geeignet sind, ein Verfahren der oben be¬ schriebenen Art durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer ausgeführt wird. The inventive computer program has program code means suitable to carry out a method of the type described above be ¬ when the computer program is run on a computer.
Das erfindungsgemäße Computerprogrammprodukt umfasst auf ei- nem computerlesbaren Datenträger gespeicherte Programmcode- Mittel, die geeignet sind, ein Verfahren der oben beschriebe¬ nen Art durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer ausgeführt wird. Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbei¬ spiels näher erläutert. Dabei zeigen: Figur 1: einen schematischen Überblick über den Aufbau einer Partikeltherapieanlage, The computer program product according to the invention comprises, on a computer-stored program code means which are suitable for carrying out a method of the above-described type ¬ NEN, when the computer program is run on a computer. In the following the invention on the basis of an exemplary embodiment is explained in detail. 1 shows a schematic overview of the structure of a particle therapy system,
Figur 2 : in Blockdiagrammform eine Bestrahlungsanlage . Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung einen Aufbau einer Partikeltherapieanlage. Diese wird zur Bestrahlung eines auf einer Positioniervorrichtung 12 angeordneten Patienten 14 mit einem Strahl aus Partikeln 16 eingesetzt, der im Folgenden als Partikelstrahl 16 bezeichnet ist. Der Partikelstrahl 16 ist ein Strahl aus Partikeln mit einem definierten Querschnitt und einem definierten, in der Regel schmalen, Spektrum der Partikelenergie. Die Partikelenergie ist die Energie eines einzelnen Partikels vor bzw. beim Eintritt in das zu bestrahlende Objekt. FIG. 2 shows a block diagram of an irradiation facility. Figure 1 shows a schematic representation of a structure of a particle therapy system. This is used to irradiate a patient 14 arranged on a positioning device 12 with a jet of particles 16, which is referred to below as a particle beam 16. The particle beam 16 is a beam of particles with a defined cross section and a defined, usually narrow, spectrum of particle energy. The particle energy is the energy of a single particle before or at the entrance to the object to be irradiated.
Insbesondere kann ein tumorerkranktes Gewebe des Patienten 14 mit dem Partikelstrahl 16 bestrahlt werden. Es ist ebenfalls möglich, die Partikelbestrahlungsanlage zur Bestrahlung eines nicht-lebenden Objektes 18, insbesondere eines Wasserphan- toms, einzusetzen. Die Bestrahlung des Wasserphantoms 18 er¬ folgt beispielsweise zu Zwecken der Überprüfung und Verifizierung von Bestrahlungsparametern vor und/oder nach einer erfolgten Bestrahlung eines Patienten 14. Es kann ferner vorgesehen werden, andere zu bestrahlende Objekte, insbesondere Versuchsaufbauten wie beispielsweise Zellkulturen oder Bakterienkulturen zu Forschungszwecken mit dem Partikelstrahl 16 zu bestrahlen. In particular, a tumor-affected tissue of the patient 14 can be irradiated with the particle beam 16. It is likewise possible to use the particle irradiation system for irradiating a non-living object 18, in particular a water phantom. The irradiation of the water phantom 18, he ¬ follows, for example, for purposes of checking and verifying irradiation parameters before and / or 14, after completed irradiation of a patient, it may be further provided other to be irradiated objects, and in particular experimental set-ups such as cell cultures or bacterial cultures for research purposes with to irradiate the particle beam 16.
Als Partikel werden vornehmlich Teilchen wie beispielsweise Protonen, Pionen, Heliumionen, Kohlenstoffionen oder Ionen anderer Elemente eingesetzt. Üblicherweise werden derartige Partikel in einer Partikelquelle bzw. Ionenquelle 20 erzeugt. Der von der Ionenquelle 20 erzeugte Ionenstrahl oder Parti- kelstrahl wird in dem Vorbeschleuniger 22 auf ein erstes Energieniveau beschleunigt. Der Vorbeschleuniger 22 ist bei¬ spielsweise ein Linearbeschleuniger. Anschließend werden die Partikel in einen weiteren Beschleuniger 26, beispielsweise einen Kreisbeschleuniger, insbesondere ein Synchrotron oder Zyklotron, eingespeist. In dem Beschleuniger 26 wird der Partikelstrahl auf eine zur Bestrahlung benötigte Energie be¬ schleunigt. Nachdem der Partikelstrahl den Beschleuniger 26 verlassen hat, transportiert ein Hochenergiestrahl- Transportsystem 28 den Partikelstrahl in einen oder mehrere Bestrahlungsräumen 30, 30', 30'', wobei dort beispielsweise die Positioniervorrichtung 12 - etwa eine Patientenliege - mit dem Patienten 14 oder dem nicht-lebenden Objekt 18 angeordnet ist. The particles used are primarily particles such as, for example, protons, pions, helium ions, carbon ions or ions of other elements. Usually, such particles are generated in a particle source or ion source 20. The ion beam or particle generated by the ion source 20 A beam is accelerated in the pre-accelerator 22 to a first energy level. The pre-accelerator 22 is at ¬ example, a linear accelerator. Subsequently, the particles are fed into a further accelerator 26, for example a circular accelerator, in particular a synchrotron or cyclotron. In the accelerator 26, the particle beam will be accelerated ¬ to a required for irradiation energy. After the particle beam has left the accelerator 26, a high-energy beam transport system 28 transports the particle beam into one or more irradiation rooms 30, 30 ', 30'', where, for example, the positioning device 12 - such as a patient couch - with the patient 14 or the non-patient living object 18 is arranged.
In dem Bestrahlungsraum 30 oder 30' erfolgt die Bestrahlung des zu bestrahlenden Objektes 14 oder 18 von einer festen Richtung aus, wobei das zu bestrahlende Objekt 14 oder 18 raumfest angeordnet ist. Diese Bestrahlungsräume 30, 30' wer- den als "fixed beam"-Räume bezeichnet. Im Behandlungsraum 30'' ist eine um eine Achse 32 beweglich angeordnete, vor¬ zugsweise drehbar angeordnete Gantry 34 vorgesehen. Mittels der Gantry 34 kann das zu bestrahlende Objekt 14 oder 18 von verschiedenen Richtungen aus bestrahlt werden. Hierbei wird der Partikelstrahl 16 mittels der in der Gantry 34 angeordneten Gantrystrahlführung 36 um das zu bestrahlende Objekt 14 oder 18 gedreht. Es sind in Figur 1 stellvertretend für die unterschiedlichen Positionen der Gantrystrahlführung 36 der Gantry 34 eine erste Position 38 und eine zweite Position 38' gezeigt. Selbstverständlich sind auch Zwischenpositionen für die Gantrystrahlführung 36, die aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht gezeigt sind, auf zumindest einem Halbkreis oberhalb des zu bestrahlenden Objektes 14 oder 18 in einer gedachten Kugel möglich. Somit kann das zu bestrahlende Ziel- volumen von mehreren Richtungen aus senkrecht zur Achse 32 bestrahlt werden. Dies ist aus geometrischen Gründen vorteil¬ haft . Im Bestrahlungsraum 30, 30' tritt der Partikelstrahl aus einem als Strahlauslass 40, 40' bezeichneten Ende eines Vakuum¬ systems der Hochenergiestrahlführung 28 aus und wird auf das zu bestrahlende Zielvolumen im zu bestrahlenden Objekt 14 oder 18 gelenkt. Das Zielvolumen ist hierbei üblicherweise in einem Isozentrum 42, 42' des jeweiligen Bestrahlungsraums 30, 30 ' angeordnet . In the irradiation space 30 or 30 ', the irradiation of the object to be irradiated 14 or 18 takes place from a fixed direction, wherein the object 14 or 18 to be irradiated is spatially fixed. These irradiation spaces 30, 30 'are referred to as "fixed beam" spaces. In the treatment room 30 '' is a movably arranged about an axis 32, preferably before ¬ rotatably arranged gantry 34 is provided. By means of the gantry 34, the object 14 or 18 to be irradiated can be irradiated from different directions. In this case, the particle beam 16 is rotated about the object 14 or 18 to be irradiated by means of the gantry beam guide 36 arranged in the gantry 34. In FIG. 1, a first position 38 and a second position 38 'are shown as representative of the different positions of the gantry beam guide 36 of the gantry 34. Of course, intermediate positions for the Gantrystrahlführung 36, which are not shown for reasons of clarity, on at least one semicircle above the object to be irradiated 14 or 18 in an imaginary sphere possible. Thus, the target volume to be irradiated can be irradiated from several directions perpendicular to the axis 32. This is beneficial ¬ way for geometrical reasons. In the irradiation space 30, 30 ', the particle beam emerges from an end of a vacuum system of the high-energy beam guide 28 designated as a beam outlet 40, 40' and is directed onto the target volume to be irradiated in the object 14 or 18 to be irradiated. The target volume is usually arranged in an isocenter 42, 42 'of the respective irradiation space 30, 30'.
Der anhand der Figur 1 dargestellte Grundaufbau einer Parti- keltherapieanlage ist beispielhaft für Partikeltherapieanla¬ gen, kann aber auch hiervon abweichen. Die nachfolgend beschriebenen Ausführungen sind sowohl im Zusammenhang mit der anhand von Figur 1 dargestellten als auch mit anderen Partikeltherapieanlagen einsetzbar. The basic structure of a particle keltherapieanlage illustrated with reference to Figure 1 is an example of Partikeltherapieanla ¬ gen, but can also vary. The embodiments described below can be used both in connection with the illustrated with reference to Figure 1 and with other particle therapy systems.
Üblicherweise soll, z.B. bei der Bestrahlung eines Tumors, eine bestimmte Verteilung der Dosis, also eine Zieldosisver¬ teilung, insbesondere eine biologisch effektive Zieldosisverteilung für bestimmte Ionen, über das Zielvolumen erreicht werden. Die Zieldosisverteilung wird z.B. als deponierteTypically should example for the irradiation of a tumor, a certain distribution of the dose, thus a Zieldosisver ¬ distribution, in particular a biologically effective target dose distribution for certain ions, can be achieved over the target volume. The target dose distribution is eg deposited as
Energie pro Volumeneinheit quantifiziert. Verbreitet ist die Angabe der Dosis als Joule pro Kilogramm, dies entspricht der Einheit Gray. Die Steuerung der Bestrahlung, d.h. insbesondere die Lenkung von Partikeln bestimmter Energie in eine bestimmte Richtung, so dass eine bestimmte Dosis an einem bestimmen Zielpunkt in¬ nerhalb des Zielvolumens deponiert wird, erfolgt durch die Bestrahlungsvorrichtung BV, welche schematisch in Figur 2 dargestellt ist. Hierzu kann die Bestrahlungsvorrichtung BV z.B. Partikelstrahlablenkeinrichtungen, welche den Partikelstrahl horizontal und/oder vertikal abzulenken vermögen, steuern. Im in der Figur 1 dargestellten System befindet sich die Bestrahlungsvorrichtung BV vor den Strahlauslassen 40, 40'. Energy per unit volume quantified. The indication of the dose as joules per kilogram is widespread, this corresponds to the unit Gray. The control of the irradiation, ie in particular the steering of particles of certain energy in a certain direction, so that a certain dose is deposited at a certain target point within ¬ within the target volume, carried by the irradiation device BV, which is shown schematically in Figure 2. For this purpose, the irradiation device BV can, for example, control particle beam deflection devices which are able to deflect the particle beam horizontally and / or vertically. In the system shown in FIG. 1, the irradiation device BV is located in front of the jet outlets 40, 40 '.
Vor der Bestrahlung wird eine Bestrahlungsplanung durchgeführt, um dann die Bestrahlung, d.h. das Scannen bzw. Abtas- ten des Zielvolumens mit dem Partikelstrahl, entsprechend des erstellten Bestrahlungsplans mittels der Bestrahlungsvorrichtung BV durchzuführen und zu steuern. Die Bestrahlungsplanung stellt also die Bestimmung von Steuerparametern zur späteren Steuerung des Bestrahlungsvorgangs dar. Die Bestrahlungspla¬ nung wird mittels einer Bestrahlungsplanungsvorrichtung BPV durchgeführt. Die Bestrahlungsplanungsvorrichtung BPV ist z.B. ein Arbeitsplatz-Computer, eine Workstation oder ein anderer Rechner. Die Bestrahlungsplanungsvorrichtung BPV be- stimmt die Steuerparameter, die von der Bestrahlungsvorrichtung BV zur späteren Steuerung und Durchführung der Bestrahlung eingesetzt werden. Die Bestrahlungsvorrichtung BV steuert also den Bestrahlungsverlauf entsprechend der von der Be- strahlungsplanungsvorrichtung BPV ermittelten Steuerparame- ter. Irradiation planning is carried out before the irradiation in order then to irradiate, ie scan or scan. th of the target volume with the particle beam, according to the prepared treatment plan by means of the irradiation device BV perform and control. The irradiation planning thus represents the determination of control parameters for later control of the irradiation process. The irradiation planning is carried out by means of an irradiation planning device BPV. The irradiation planning device BPV is, for example, a workstation computer, a workstation or another computer. The irradiation planning device BPV determines the control parameters that are used by the irradiation device BV for the later control and execution of the irradiation. The irradiation device BV thus controls the irradiation course in accordance with the control parameters determined by the irradiation planning device BPV.
Die Steuerparameter werden zur Durchführung der Bestrahlung an die Bestrahlungsvorrichtung BV weitergeleitet. Selbstverständlich muss die Bestrahlungsplanungsvorrichtung BPV nicht physikalisch an die Bestrahlungsvorrichtung BV angebunden sein. Vielmehr ist es beispielsweise auch möglich, dass die Berechnungsergebnisse der Bestrahlungsplanungsvorrichtung BPV über einen Datenträger zur Bestrahlungsvorrichtung BV transferiert werden. Auch kann zwischen Durchführung der Bestrah- lungsplanung und der Bestrahlung ein gewisser Zeitraum, z.B. von mehreren Tagen, liegen. The control parameters are forwarded to the irradiation device BV for carrying out the irradiation. Of course, the irradiation planning device BPV does not have to be physically connected to the irradiation device BV. Rather, it is also possible, for example, for the calculation results of the irradiation planning device BPV to be transferred via a data carrier to the irradiation device BV. Also, a certain period of time, for example, between carrying out the irradiation planning and the irradiation, e.g. of several days, lie.
Der Ablauf der Bestrahlungsplanung ist der folgende: zunächst wird mittels eines Computertomographen CT1 ein Volumenbild des zu bestrahlenden Objektes erfasst. Dieses Volumenbild wird im Folgenden als Planungs-CT PL-CT bezeichnet. Das Pla- nungs-CT PL-CT kann hierbei das gesamte zu bestrahlende Ob¬ jekt abbilden, oder auch nur einen Bereich des Objektes, in welchem sich das Zielvolumen befindet. Zusätzlich zum Pla- nungs-CT PL-CT ist auch der Einsatz eines Kernspin- Tomographen oder anderer diagnostischer Bildgebungsvorrich- tungen möglich. Es wird beispielhaft und ohne Einschränkung der Erfindung da¬ von ausgegangen, dass es sich bei dem Zielvolumen um einen Tumor eines Patienten handelt. Aus dem Planungs-CT PL-CT kann die Lage und Ausdehnung des zu bestrahlenden Tumors ermittelt werden. Die Bestrahlungsplanungsvorrichtung BPV erhält Daten des Computertomographen CT1. Hierbei ist es möglich, dass der Bestrahlungsplanungsvorrichtung BPV die erfassten Rohdaten, die Daten in bereits teilweise verarbeiteter Form, oder auch die bereits rekonstruierten Bilder PL-CT des Patienten zur Verfügung gestellt werden. The sequence of the irradiation planning is the following: first, a volume image of the object to be irradiated is recorded by means of a computer tomograph CT1. This volume image is referred to below as planning CT PL-CT. The plan--voltage CT PL-CT can here span the risk to be irradiated Whether ¬ ject, or even just a portion of the object in which the target volume is located. In addition to the planning CT PL-CT, the use of a magnetic resonance tomograph or other diagnostic imaging devices is also possible. It is considered as an example and without limiting the invention ¬ of, that it is in the target volume is a tumor of a patient. The position and extent of the tumor to be irradiated can be determined from the planning CT PL-CT. The irradiation planning device BPV receives data from the computed tomography CT1. In this case it is possible for the irradiation planning device BPV to be provided with the acquired raw data, the data in already partially processed form, or also the already reconstructed images PL-CT of the patient.
Die Bestrahlungsplanungsvorrichtung BPV ist ferner durch ihre Benutzerschnittstelle I dazu ausgebildet, dass ein Anwender ihr die zu applizierende Dosisverteilung vorgibt. Der Anwen- der kann also für die Zielpunkte des Zielvolumens eine biolo¬ gisch wirksame Dosis angeben, die so genannte Zieldosisver¬ teilung. Die Bestrahlungsplanungsvorrichtung BPV ermittelt anhand des Planungs-CTs PL-CT und der vorgegebenen Zieldosis¬ verteilung die Steuerparameter für die Bestrahlung. Insbeson- dere ist zu ermitteln, wie viele Partikel einer bestimmtenThe irradiation planning device BPV is further configured by its user interface I for a user to specify the dose distribution to be applied to it. The application can thus specify a biolo ¬ cally effective dose for the target points of the target volume, called Zieldosisver ¬ division. The irradiation planning device BPV determined on the basis of the planning CT-CT PL and the predetermined target dose distribution ¬ the control parameters for the irradiation. In particular, it has to be determined how many particles of a certain one
Energie in eine bestimmte Richtung auszustrahlen sind. Es ist möglich, dass der Bestrahlungsplanungsvorrichtung BPV weitere Informationen zur Verfügung gestellt werden, welche in die Bestimmung der Steuerparameter für die Bestrahlung eingehen; dies ist für das Verständnis der Erfindung nicht relevant. Energy to emit in a particular direction. It is possible for the irradiation planning device BPV to be provided with further information which goes into the determination of the control parameters for the irradiation; this is not relevant to the understanding of the invention.
Um die Reichweite von Partikeln und somit den Ort innerhalb des Patienten, an welchem die jeweilige Dosis deponiert wird, genau zu bestimmen, muss die Zusammensetzung der Materie bzw. des Gewebes, welches die Partikel durchdringen, genau bekannt sein. Hierzu besteht das Planungs-CT PL-CT aus kalibrierten HU (Hounsfield Units) , welche den linearen Absorptionskoeffi¬ zienten des Materials für Röntgenstrahlung in Bezug auf denjenigen von Wasser angeben. Das Planungs-CT PL-CT besteht al- so aus Bildpunkten, wobei jedem Bildpunkt ein Bildpunktwert in Form eines HU-Wertes zugeordnet ist. Der HU-Wert ist kor¬ reliert mit der Energieabgabe der Partikel bei der Bestrah¬ lung . Nach der Erfassung des Planungs-CTs PL-CT und vor der Durchführung der Bestrahlung kann eine Bewegung des Tumors stattfinden. Eine solche Bewegung kann eine Verschiebung, Drehung oder Formveränderung, sowie eine Kombination hieraus umfassen. Die zwischen verschiedenen Behandlungen bzw. zwischen der Aufnahme des Planungs-CTs PL-CT und einer Behandlung auf¬ tretenden Bewegungen werden als interfraktionelle Bewegungen bezeichnet. Sie kommen z.B. zustande durch eine Veränderung des Füllstandes des Magens oder eine Bewegung des Darms. In order to accurately determine the range of particles and thus the location within the patient at which the respective dose is deposited, the composition of the matter or the tissue which penetrate the particles, must be known exactly. To this end, the planning CT PL CT of calibrated HU (Hounsfield units) indicative of the linear Absorptionskoeffi ¬ coefficient of the material for X-rays relative to that of water. The planning CT PL-CT thus consists of pixels, each pixel being assigned a pixel value in the form of an HU value. The HU value is kor ¬ reliert with the energy delivery of the particles in the Bestrah ¬ lung. After the acquisition of the planning CT PL-CT and before the irradiation, the tumor may move. Such movement may include a displacement, rotation or shape change, as well as a combination thereof. Between different treatments or between the placing of planning CTs PL-CT and a treatment ¬ kicking movements are referred to as inter-party movements. They come about, for example, by a change in the level of the stomach or a movement of the intestine.
Um derartige interfraktionelle Bewegungen bei der Bestrahlung zu berücksichtigen, ist es vorteilhaft, die Lage des Tumors vor der Bestrahlung erneut zu überprüfen. Denn würde diese Überprüfung unterbleiben und der auf einer nicht mehr aktuellen Tumorposition erstellte Bestrahlungsplan eingesetzt werden, könnte es zu einer falschen Bestrahlung des Patienten kommen, d.h. einer Bestrahlung, die nicht der vorgegebenen Zieldosisverteilung entspricht, wodurch insbesondere der Tu- mor nicht wie geplant sterilisiert wird und als ungewünschter Nebeneffekt unnötig viel gesundes Gewebe beschädigt werden kann . In order to take into account such intergroup movements during the irradiation, it is advantageous to recheck the position of the tumor before the irradiation. If this check were omitted and the treatment plan drawn up in a no longer up-to-date tumor position were used, the patient might be mistreated, i. Irradiation that does not correspond to the specified target dose distribution, which in particular the tumor is not sterilized as planned and can be damaged as unwanted side effect unnecessarily much healthy tissue.
Es wird daher direkt vor der Bestrahlung erneut ein Bild des Patienten aufgenommen. Hierzu wird die Bildgebungseinrichtung CT2 verwendet; die Ausgestaltung dieser Bildgebungseinrichtung CT2 und/oder die Art der rekonstruierten Bilder kann sich von dem Planungs-CT PL-CT unterscheiden. So sind z.B. zwei- oder dreidimensionale CT-Aufnahmen oder Cone-Beam CT- Aufnahmen möglich, Fluoroskopie-Aufnahmen, Röntgenaufnahmen, Ultraschallaufnahmen, oder NMR-Aufnahmen, jeweils z.B. aus mehreren Richtungen und/oder in Kombination miteinander. Es können sowohl volumetrische als auch 2D-Datensätze zum Ein¬ satz kommen. Das von der Bildgebungseinrichtung CT2 erhaltene Bild wird im Folgenden - unabhängig davon, ob es ein zwei- oder dreidimensionales Bild ist und auf welche Weise die Da¬ ten hierfür erfasst werden - als Kontrollbild K-CT bezeichnet . Von Vorteil bei der im Folgenden erläuterten Vorgehensweise ist, dass das Kontrollbild K-CT der Bildgebungseinrichtung CT2 im Gegensatz zum Planungs-CT PL-CT nicht in Form von ka- librierten HU vorliegen muss. Dies ermöglicht es, Bildge- bungseinrichtungen CT2 einzusetzen, welche auf anderen physikalischen Vorgängen als die Computertomographie beruhen und somit keine HU-Werte liefern, wie z.B. NMR. Ferner ermöglicht dies auch, Kontrollbilder K-CT zu verwenden, welche aufgrund von Artefakten oder physikalischen Eigenschaften keine für eine Bestrahlungsplanung verwendbaren HU-Werte enthalten. Ein Beispiel hierfür sind CT-Bilder mit Bewegungsartefakten, welche durch Atem- und/oder Herzbewegung zustande kommen. Diese wären von verminderter oder gegebenenfalls sogar nicht von ausreichender Qualität, um sie als Planungs-CT PL-CT einzusetzen, für die Kontrolle bzw. Überarbeitung des Bestrahlungsplans reicht die Qualität jedoch aus, da nur die Ver¬ schiebung des Zielvolumens detektiert und auf das Planungs-CT angewendet werden muss, die verwendeten HUs jedoch vom Pla- nungs-CT PL-CT selbst stammen. Ferner kann der durch das Kontrollbild K-CT abgebildete Ausschnitt des Patienten kleiner als derjenige des Planungs-CTs PL-CT sein. Letzteres ist ins¬ besondere der Fall, wenn als Kontrollbild K-CT eine zweidi¬ mensionale Abbildung verwendet wird; denn bei dem Planungs-CT PL-CT handelt es sich um eine Volumenaufnahme. Therefore, an image of the patient is taken again immediately before the irradiation. For this purpose, the imaging device CT2 is used; the design of this imaging device CT2 and / or the nature of the reconstructed images may differ from the planning CT PL-CT. For example, two- or three-dimensional CT images or Cone-Beam CT images are possible, fluoroscopic images, X-rays, ultrasound images, or NMR images, in each case for example from several directions and / or in combination with each other. It may come to a set ¬ both volumetric and 2D data sets. The image obtained from the imaging device CT2 is hereinafter - regardless of whether it is a two- or three-dimensional image and the way in which Da ¬ costs are recognized for this purpose - referred to as a control image K-CT. An advantage of the procedure explained below is that the control image K-CT of the imaging device CT2, in contrast to the planning CT PL-CT, does not have to be present in the form of calibrated HU. This makes it possible to use imaging devices CT2 which are based on physical processes other than computed tomography and thus do not yield HU values, such as NMR. Furthermore, this also makes it possible to use control images K-CT which, due to artifacts or physical properties, do not contain any HU values that can be used for radiation planning. An example of this are CT images with movement artifacts, which come about through respiratory and / or cardiac movement. This would be of reduced or possibly even not of sufficient quality to use them as planning CT PL-CT, however, for the inspection and review of the treatment plan extends the quality, since only the United ¬ displacement of the target volume is detected and the planning -CT must be applied, but the HUs used originate from the planning CT PL-CT itself. Further, the section of the patient imaged by the control image K-CT may be smaller than that of the planning CT PL-CT. The latter is the ¬ particular the case when a zweidi ¬ dimensional imaging is used as a control figure K-CT; because the planning CT PL-CT is a volume acquisition.
Bevor das Kontrollbild K-CT aufgenommen wird, wird überprüft, dass die Patientenposition derjenigen bei Aufnahme des Planungs-CTs PL-CT entspricht. Besteht das Kontrollbild K-CT beispielsweise aus einem CT-Schnittbild des Patienten, so muss genau bekannt sein, in welcher Höhe innerhalb des drei¬ dimensionalen Planungs-CTs PL-CT dieses Schnittbild anzuord¬ nen ist. Diese korrekte äußere Patientenposition kann mit an sich bekannten Maßnahmen sichergestellt werden, wie z.B. der Verwendung von Markern auf der Patientenoberfläche, der Re¬ gistrierung der gesamten Patientenanatomie in Bezug auf den Übergang Körper-Luft oder der knöchernen Anatomie. Das Kontrollbild K-CT wird nun verwendet, um den von der Be- strahlungsplanungsvorrichtung BPV berechneten Bestrahlungsplan zu kontrollieren. Diese Kontrolle kann zu einer Verifikation, d.h. zu einer unveränderten Übernahme des Bestrahlungsplans für die Bestrahlung, oder auch zu einer Modifikation, d.h. zu einer Änderung des Bestrahlungsplans vor der Bestrahlung, führen. Die beiden Datensätze, d.h. das Pla- nungs-CT PL-CT und das Kontrollbild K-CT werden miteinander verglichen. Hierbei wird ermittelt, wie der Tumor im Pla- nungs-CT PL-CT verschoben und/oder rotiert und/oder hinsichtlich seiner Form verändert werden müsste, um mit demjenigen des Kontrollbildes K-CT möglichst gut übereinzustimmen. Hier¬ zu können verschiedene mathematische Algorithmen zum Einsatz kommen. Vorteilhafterweise wird im Rahmen eines Optimierungs¬ verfahrens ein Ähnlichkeitsmaß definiert und nach einem Maxi¬ mum für die Ähnlichkeit zwischen dem Kontrollbild K-CT und dem Planungs-CT PL-CT, welches den bereits verschobenen und/oder rotierten und/oder hinsichtlich seiner Form veränderten Tumor enthält, gesucht. Die besten Ergebnisse werden selbstverständlich erreicht, wenn es sich bei dem Kontrollbild K-CT wie auch bei dem Planungs-CT PL-CT um eine dreidimensionale Aufnahme handelt. Das Vorgehen ist jedoch hierauf nicht beschränkt; auch bei einem zweidimensionalen Kontroll¬ bild K-CT oder insbesondere der Kombination von verschiedenen Aufnahmemodalitäten für das Kontrollbild K-CT kann ein Abgleich mit der Lage, Orientierung und gegebenenfalls auch der Form des Tumors innerhalb des Planungs-CTs PL-CT stattfinden. Before the control image K-CT is taken, it is checked that the patient position is the same as that of the acquisition CT-CT. Check image K-CT consists for example of a CT sectional image of the patient, it must be known exactly in what amount within the three dimensional ¬ planning CTs PL-CT anzuord this sectional image is ¬ nen. This correct external patient position can be ensured with known measures such as the use of markers on the patient surface, the Re ¬ tration throughout the patient's anatomy in relation to the transition body-air or the bony anatomy. The control image K-CT is now used to control the treatment plan calculated by the radiation planning device BPV. This control can lead to a verification, ie to an unchanged assumption of the irradiation plan for the irradiation, or also to a modification, ie to a change of the irradiation plan before the irradiation. The two data sets, ie the planning CT PL-CT and the control image K-CT are compared with each other. Here it is determined how the tumor in the planning CT PL-CT should be moved and / or rotated and / or changed in shape in order to match as closely as possible that of the control image K-CT. Here ¬ to be used various mathematical algorithms. Advantageously, a similarity measure is defined and under an optimization ¬ method according to one Maxi ¬ mum for the similarity between the inspection image K-CT and the planning CT PL-CT, which changed the already been moved and / or rotated and / or as regards its shape Tumor contains, searched. The best results are of course achieved when the control image K-CT as well as the planning CT PL-CT is a three-dimensional image. However, the procedure is not limited to this; Even with a two-dimensional control image K-CT or in particular the combination of different acquisition modalities for the control image K-CT, an alignment with the position, orientation and possibly also the shape of the tumor within the planning CT PL-CT can take place.
Es ist möglich, dass sich der Vergleich von Kontrollbild K-CT und Planungs-CT PL-CT auf den Tumor, d.h. dessen Position, Orientierung und Form, beschränkt. Denn das den Tumor umgebende Gewebe und die restliche Anatomie des Patienten verän¬ dern sich i.d.R. nur wenig. Betrachtet man beispielsweise ei¬ nen Lungentumor, so gilt, dass sich die Struktur des den Tumor umgebenden gesunden Weichteilgewebes im Brustbereich, sowie die Form der Rippen üblicherweise nicht oder nur über ei¬ nen längeren Zeitraum ändern. Diese Bestandteile können bei einem Abgleich von Kontrollbild K-CT und Planungs-CT PL-CT also außer Acht gelassen werden. Der Vorteil hiervon liegt darin, dass für die von der Lage des Tumors nicht betroffenen Teile des Patienten die genauen HU-Werte des Planungs-CTs PL- CT unverändert beibehalten werden können. It is possible that the comparison of control image K-CT and planning CT PL-CT to the tumor, ie its position, orientation and shape, is limited. Because the tissue surrounding the tumor and the rest of the patient's anatomy changed ¬ countries is usually very little. For example, considering ei ¬ nen lung tumor, the latter shall indicate that the structure of surrounding the tumor healthy soft tissue in the chest area, as well as the shape of the ribs usually not or only ei ¬ nen longer period of time to change. These components can be compared with the control image K-CT and planning CT PL-CT so be disregarded. The advantage of this is that for the parts of the patient not affected by the position of the tumor, the precise HU values of the planning CT PL-CT can be maintained unchanged.
Bei dem Vergleich zwischen den beiden Datensätzen des Planungs-CTs PL-CT und des Kontrollbildes K-CT wird der Tumor innerhalb des Planungs-CTs PL-CT virtuell bewegt. Hinsicht¬ lich dieser Bewegung des Tumors innerhalb des Planungs-CTs PL-CT ist es möglich, verschiedene Arten von Bewegungen zuzulassen: zum einen existiert die Möglichkeit der rigiden Bewe¬ gung. In diesem Fall wird die Form des Tumors festgehalten und es wird eine Rotation und/oder eine Translation durchgeführt. Alternativ ist auch eine affine Bewegung möglich. In diesem Fall ist neben der Rotation und Translation auch eine Scherung und Skalierung des Tumors möglich. Eine dritte Alternative ist die elastische Bewegung. In diesem Fall sind neben den oben genannten Veränderungen des Tumors beliebige Arten von Deformationen zugelassen. By comparing the two data sets of the planning CT PL-CT and the control image K-CT, the tumor is virtually moved within the planning CT PL-CT. Respect ¬ Lich this movement of the tumor within the planning CT and PL-CT it is possible to allow different types of movements: on the one hand there is the possibility of rigid BEWE ¬ supply. In this case, the shape of the tumor is retained and rotation and / or translation is performed. Alternatively, an affine movement is possible. In this case, in addition to the rotation and translation, a shearing and scaling of the tumor is possible. A third alternative is the elastic movement. In this case, in addition to the above-mentioned changes of the tumor, any types of deformations are allowed.
Nachdem durch die virtuelle Bewegung des Tumors innerhalb des Planungs-CTs PL-CT festgestellt wurde, welche Lage, Orientie¬ rung und gegebenenfalls auch welche Form der Tumor innerhalb des Planungs-CTs PL-CT haben müsste, um möglichst gut mit dem Kontrollbild K-CT übereinzustimmen, wird das Planungs-CT PL- CT dementsprechend angepasst. Auf diese Weise wird das Pla¬ nungs-CT CT-PL so geändert, dass es der aktuellen Anatomie entspricht, wie sie durch das Kontrollbild K-CT abgebildet wird. Dies erfolgt, indem Bildpunktwerte, d.h. HU-Werte, des Planungs-CTs PL-CT geändert werden: diejenigen Bildpunkte des Planungs-CTs PL-CT, an welchen sich gemäß dem Vergleich mit dem Kontrollbild K-CT Tumorgewebe befindet, werden mit dem HU-Wert des Tumorgewebes belegt. Dieser HU-Wert ist aus dem ursprünglichen Planungs-CT PL-CT bekannt; gegebenenfalls kann aus mehreren Bildpunkten des Tumorvolumens ein Mittelwert ge¬ bildet und dieser verwendet werden. Für manche Bildpunkte be¬ deutet dies ein Überschreiben der HU-Werte von gesundem Gewebe durch diejenigen von Tumorgewebe. Für andere Bildpunkte hingegen mag keine Veränderung der HU-Werte eintreten; hierbei handelt es sich um diejenigen Bildpunkte, bei welchen so¬ wohl gemäß dem ursprünglichen Planungs-CT PL-CT als auch gemäß der aktuellen Anatomie sich (kein) Tumorgewebe befindet. After it has been determined by the virtual movement of the tumor within the planning CT PL-CT, which position, Orientie ¬ tion and possibly also what form of tumor would have within the planning CT PL-CT in order as well as possible with the control image K-. CT, the planning CT PL-CT is adapted accordingly. In this way, the Pla ¬ tion CT-PL-PL is changed so that it corresponds to the current anatomy, as represented by the control image K-CT. This is done by changing pixel values, ie HU values, of the planning CT PL-CT: those pixels of the planning CT PL-CT, which are located according to the comparison with the control image K-CT tumor tissue, are compared with the HU Value of the tumor tissue. This HU value is known from the original planning CT PL-CT; may optionally ge ¬ forms and these are used for several image points of the tumor volume, a mean value. Be ¬ this suggests overwriting the HU values of healthy tissue by those of tumor tissue for some pixels. For other pixels however, no change in HU levels may occur; Here is those pixels in which so ¬ well in accordance with the original planning CT PL-CT and under current anatomy (no) is tumor tissue.
Im Falle eines Lungentumors bedeutet die Änderung des Pla- nungs-CTs PL-CT, dass weniger dichtes Lungengewebe durch die wasserähnliche Dichte von Tumorgewebe (dies entspricht ca. 40 HU) und umgekehrt dichtes Tumorgewebe durch weniger dichtes gesundes Lungengewebe (dies entspricht ca. -800 HU) über¬ schrieben wird. Die „leeren" Stellen, von denen der Tumor wegverschoben wurde, wird mit der mittleren Dichte von gesundem Lungengewebe aufgefüllt. Der aktuelle Wert des gesunden Lungengewebes ist wenig kritisch, da sich aufgrund seiner ge- ringen Dichte nur kleine Einflüsse auf die Partikelreichweite ergeben . In the case of a lung tumor, the change in the planning CT PL-CT means that less dense lung tissue is due to the water-like density of tumor tissue (this corresponds to approximately 40 HU) and vice versa dense tumor tissue by less dense healthy lung tissue (this corresponds to approx. 800 HU) is written over ¬ . The "empty" sites from which the tumor has been moved away are filled up with the average density of healthy lung tissue.The current value of the healthy lung tissue is not very critical, since its small density only gives small effects on the particle range.
Es werden also die HU-Werte innerhalb des Planungs-CTs PL-CT geändert, so dass der Tumor „künstlich" an die der aktuellen Anatomie entsprechende Position verschoben wird. Entsprechendes gilt auch für eine Rotation und Formveränderung des Tumors. Thus, the HU values are changed within the planning CT PL-CT, so that the tumor is "artificially" shifted to the position corresponding to the current anatomy, as well as a rotation and a change in the shape of the tumor.
Das Kontrollbild K-CT wird also nicht direkt zur Berechnung des Bestrahlungsplans verwendet. Vielmehr dient es dazu, das Planungs-CT PL-CT zu verändern, um im Anschluss dieses erneut für eine Berechnung eines neuen Bestrahlungsplans oder die Adaptierung des ursprünglichen Bestrahlungsplans einsetzen zu können. Diese indirekte Verwendung des Kontrollbildes K-CT erlaubt es, die oben beispielhaft aufgezählten verschiedenen Arten von Kontrollbildern K-CT bzw. Bildgebungseinrichtungen CT2 einzusetzen. The control image K-CT is therefore not used directly for the calculation of the treatment plan. Rather, it is used to modify the planning CT PL-CT in order to be able to use it again for calculating a new treatment plan or adapting the original treatment plan. This indirect use of the control image K-CT makes it possible to use the various types of control images K-CT or imaging devices CT2 enumerated above by way of example.
Nachdem das Planungs-CT PL-CT wie beschrieben überarbeitet wurde, wird erneut ein Bestrahlungsplan errechnet. Dieser ba¬ siert auf der aktuellen Anatomie, so dass er für die Bestrah¬ lung verwendet werden kann. Anstelle einer vollständigen Neuberechnung kann auch das Verifizieren, dass der bisherige Be- strahlungsplan verwendbar ist, treten, oder eine Adaption des berechneten Bestrahlungsplans. After the planning CT PL-CT has been revised as described, an irradiation plan is calculated again. This ba ¬ Siert on the current anatomy so that it can be used for Bestrah ¬ development. Instead of a complete recalculation, verifying that the previous radiation plan, or an adaptation of the calculated treatment plan.
Um robuster gegenüber Unwägbarkeiten zu werden, ist es sinn- voll, bei Überschreiben der HU-Werte obere und/oder untereTo become more robust to uncertainties, it makes sense to use upper and / or lower values when overwriting the HU values
Grenzwerte zu verwenden. Dadurch kann die Reichweite der Partikel bei einer auf dem überarbeiteten Planungs-CT PL-CT basierenden Bestimmung des Bestrahlungsplans beeinflusst wer¬ den. Wenn man beispielsweise sicherstellen möchte, dass das distale Ende des Tumors vollständig von der Bestrahlung er- fasst wird, ist es vorteilhaft, für das in Partikelstrahl¬ richtung vor dem Tumor liegende Gewebe einen oberen Grenzwert, d.h. große HU-Werte, zu verwenden. Auf diese Weise wird gewährleistet, dass die Eindringtiefe der Partikel bis zum distalen Ende des Tumors reicht. Soll andererseits sicherge¬ stellt werden, dass bestimmtes Gewebe keine Bestrahlungsdosis erhält, kann für das vor diesem sensiblen Gewebe von dem Partikelstrahl passierte Gewebe ein unterer Grenzwert, d.h. To use limits. As a result, the range of the particles at a based on the revised planning CT PL-CT determine the treatment plan influenced the ¬. If you want to make sure, for example, that the distal end of the tumor is completely summarizes ER of the irradiation, it is advantageous for the lying in particle beam ¬ direction in front of the tumor tissue an upper limit, that is to use large HU value. In this way it is ensured that the penetration depth of the particles reaches to the distal end of the tumor. Should other hand sicherge ¬ provides are that particular tissue does not receive any radiation dose, can for that happened before this sensitive tissue of the particle beam tissue a lower limit, ie
niedrige HU-Werte, verwendet werden. low HU values are used.
Außer der bisher beschriebenen interfraktionellen Bewegung eines Tumors stellt auch die intrafraktionelle Bewegung, d.h. die Bewegung des Tumors während der Bestrahlung, ein Problem dar. Diese Bewegung kommt hauptsächlich durch die Atmung des Patienten zustande. Bei der Bestrahlung von bewegten Zielvolumina werden üblicherweise Methoden eingesetzt, um diese Be¬ wegung zu kompensieren. Denn ohne eine Berücksichtigung der Bewegung kann die gewünschte Dosisverteilung im zu bestrahlenden Objekt in der Regel nicht erreicht werden. Bekannte Verfahren zur Berücksichtigung der Bewegung sind die zur Bewegung synchronisierte Strahlapplikation des Gating, bei welchem der Strahl nur eingeschaltet wird, wenn ein bestimmter Bewegungszustand und somit eine bestimmte Position des Tumors vorliegt, und des Tracking, bei welchem der Strahl der Bewe- gung des Tumors nachgeführt wird, sowie das Rescanning. In addition to the intergroup movement of a tumor described so far, the intrafractional movement, ie the movement of the tumor during the irradiation, also poses a problem. This movement is mainly due to the respiration of the patient. In the irradiation of moving target volumes methods are usually used to compensate for this Be ¬ movement. Because without consideration of the movement, the desired dose distribution in the object to be irradiated can not be achieved as a rule. Known methods for taking into account the movement are the beam application of the gating synchronized with the movement, in which the beam is switched on only when there is a certain state of motion and thus a certain position of the tumor, and tracking, in which the beam is the movement of the tumor is tracked, as well as the rescanning.
Die vorgestellte Vorgehensweise kann auch auf die Berücksich¬ tigung der intrafraktionellen Bewegung angewandt werden. Das Planungs-CT PL-CT enthält, wenn man die intrafraktionelle Be¬ wegung während der Bestrahlung berücksichtigen möchte, eine zeitliche Abfolge von Bildern, so dass die Bewegungstraj ekto¬ rie des Tumors bekannt ist. Es handelt sich in diesem Fall also um eine vierdimensionale CT-Aufnähme. Das Kontrollbild K-CT kann auch eine zeitliche Abfolge von Kontrollbildern enthalten, so dass die Bewegungstraj ektorie des Planungs-CTs PL-CT vollständig mit derjenigen der Kontrollbilder K-CT verglichen werden kann. Durch Vergleich der beiden Datensätze kann auf die oben für den statischen Fall beschriebene Weise die Bewegungstraj ektorie innerhalb des Planungs-CTs PL-CT den aktuellen Gegebenheiten angepasst werden. The presented approach can be applied to the into account ¬ account the intrafractional movement. The Includes planning CT PL-CT if you want to take into account the intra-factional Be ¬ movement during irradiation, a temporal sequence of images so that the Bewegungstraj known ecto ¬ rie of the tumor. In this case, it is a four-dimensional CT image. The control image K-CT can also contain a chronological sequence of control images, so that the motion trajectory of the planning CT PL-CT can be compared completely with that of the control images K-CT. By comparing the two datasets, the motion trajectory within the planning CT PL-CT can be adapted to the current conditions in the manner described above for the static case.
Oftmals ist es jedoch so, dass sich die Lage eines intrafrak- tionell bewegten Tumors zwar auch interfraktionell ändert, z.B. durch eine Änderung des Füllstandes des Magens, die Form der Bewegungstraj ektorie jedoch annähernd gleich bleibt. Dies wurde z.B. in der Veröffentlichung However, it is often the case that the position of an intra-thoracic tumor also changes inter-fractionally, e.g. by a change in the level of the stomach, the shape of the Bewegungsstraj ektorie remains approximately the same. This was e.g. in the publication
Jan-Jakob Sonke, Ph. D. Joos Lebesque, Ph. D. Marcel van Herk: „Variability of Four-Dimensional Computed Tomography Jan-Jakob Sonke, Ph.D. Joos Lebesque, Ph.D. Marcel van Herk: "Variability of Four-Dimensional Computed Tomography
Patient Models", Int. J. Radiation Oncology Biol. Phys . , Vol. 70, No. 2, pp.590-598, 2008 Patient Models, Int. J. Radiation Oncology Biol. Phys., Vol. 70, No. 2, pp.590-598, 2008
festgestellt. Es genügt daher, wenn das Kontrollbild K-CT die Position des Tumors zu einem definierten Zeitpunkt innerhalb des Bewegungszyklus abbildet. Dieser definierte Zeitpunkt kann dann für einen Abgleich mit dem Planungs-CT PL-CT verwendet werden. Die Lage, Orientierung und gegebenenfalls auch die Form des Tumors wird im Planungs-CT PL-CT der aktuellen Anatomie angepasst, und von dieser angepassten Anordnung des Tumors aus verläuft die aus dem ursprünglichen Planungs-CT PL-CT bekannte Bewegungstraj ektorie . detected. It is therefore sufficient if the control image K-CT images the position of the tumor at a defined point in time within the movement cycle. This defined time can then be used for a comparison with the planning CT PL-CT. The location, orientation and, if necessary, the shape of the tumor are adjusted in the planning CT PL-CT of the current anatomy, and from this adapted arrangement of the tumor proceeds the movement trajectory known from the original planning CT PL-CT.
Die Erfindung wurde voranstehend an einem Ausführungsbeispiel beschrieben. Es versteht sich, dass zahlreiche Änderungen und Modifikationen möglich sind, ohne dass der Rahmen der Erfindung verlassen wird. The invention has been described above by means of an embodiment. It is understood that numerous changes and modifications are possible without departing from the scope of the invention.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Bildbearbeitung, 1. Method for image processing,
wobei ein erstes von einem medizinischen Bildaufnahmege¬ rät (CT1) erfasstes Bild (PL-CT) eines Objektes, welches ein Zielobjekt enthält, vorliegt, umfassend Bildpunkte und ihnen zugeordnete Bildpunktwerte, wherein a first of a medical Bildaufnahmege ¬ advises (CT1) captured image (PL-CT) of an object which includes a target object is present, comprising pixels and their associated pixel values,
und ein zu einem anderen Zeitpunkt erfasstes zweites Bild (K-CT) des Objektes vorliegt,  and there is a second image (K-CT) of the object acquired at another time,
das erste Bild (PL-CT) und das zweite Bild (K-CT) hin¬ sichtlich des Zielobjektes miteinander verglichen werden, unter Berücksichtigung des Vergleichs eine Bewegung des Zielobjektes innerhalb des ersten Bildes (PL-CT) durchge¬ führt wird, indem eine Neuzuordnung von Bildpunktwerten zu Bildpunkten vorgenommen wird. the first image (PL-CT) and the second image (K-CT) of the target object are compared with each other towards ¬ clear, taking into account the comparison, a motion of the target object within the first image (PL-CT) Runaway ¬ leads, by making a Remapping of pixel values to pixels is made.
2. Verfahren nach Anspruch 1, 2. The method according to claim 1,
wobei es sich bei dem ersten Bild (PL-CT) um ein CT-Bild handelt .  where the first image (PL-CT) is a CT image.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, 3. The method according to claim 1 or 2,
wobei die Bewegung des Zielobjektes innerhalb des ersten Bildes (PL-CT) aus einer Verschiebung und/oder Drehung und/oder Formveränderung besteht.  wherein the movement of the target object within the first image (PL-CT) consists of a displacement and / or rotation and / or shape change.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, 4. The method according to any one of claims 1 to 3,
wobei durch die Bewegung des Zielobjektes innerhalb des ersten Bildes (PL-CT) dieses an das zweite Bild (K-CT) angenähert wird.  wherein the movement of the target object within the first image (PL-CT) approximates it to the second image (K-CT).
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, 5. The method according to any one of claims 1 to 4,
wobei das zweite Bild (K-CT) zu einem späteren Zeitpunkt erfasst wurde als das erste Bild (PL-CT) und das Zielob¬ jekt zwischenzeitlich eine Bewegung innerhalb des Objektes erfahren hat. wherein the second image (K-CT) was detected at a later time than the first image (PL-CT) and the Zielob ¬ jekt has intermittently experienced a movement within the object.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, 6. The method according to any one of claims 1 to 5,
wobei bei der Neuzuordnung dem Zielobjekt entsprechende Bildpunktwerte zu gemäß dem ursprünglichen ersten Bild (PL-CT) nicht das Zielobjekt darstellenden Bildpunkten zugeordnet werden. wherein in the reallocation corresponding to the target object Pixel values to be assigned according to the original first image (PL-CT) not representing the target object pixels.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, 7. The method according to any one of claims 1 to 6,
wobei bei der Neuzuordnung nicht dem Zielobjekt entspre¬ chende Bildpunktwerte zu gemäß dem ursprünglichen ersten Bild (PL-CT) das Zielobjekt darstellenden Bildpunkten zugeordnet werden. wherein the target object representing image points are allocated in the remapping not entspre the target object ¬ sponding pixel values according to the original first image (PL-CT).
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, 8. The method according to any one of claims 1 to 7,
wobei bei der Neuzuordnung ein oberer und/oder ein unterer Bildpunktwertgrenzwert für nicht das Zielobjekt dar¬ stellende Bildpunkte eingesetzt werden. wherein an upper and / or a lower threshold pixel value for the target object is not ¬ alternate end pixels are used in the reassignment.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, 9. The method according to any one of claims 1 to 8,
wobei bei dem Vergleich des ersten Bildes (PL-CT) mit dem zweiten Bild (K-CT) ein Algorithmus zur Optimierung eines Ähnlichkeitsmaßes eingesetzt wird.  wherein in the comparison of the first image (PL-CT) with the second image (K-CT) an algorithm for optimizing a similarity measure is used.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, 10. The method according to any one of claims 1 to 9,
wobei der Vergleich des ersten Bildes (PL-CT) mit dem zweiten Bild (K-CT) auf das Zielobjekt beschränkt ist.  wherein the comparison of the first image (PL-CT) with the second image (K-CT) is limited to the target object.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, 11. The method according to any one of claims 1 to 10,
wobei es sich bei dem ersten Bild (PL-CT) um ein das Zielobjekt enthaltendes Volumenbild und bei dem zweiten Bild (K-CT) um ein zweidimensionales Bild des Objektes handelt .  wherein the first image (PL-CT) is a volume image containing the target object and the second image (K-CT) is a two-dimensional image of the object.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, 12. The method according to any one of claims 1 to 11,
wobei es sich bei dem ersten Bild (PL-CT) und dem zweiten Bild (K-CT) jeweils um ein CT-Bild handelt, und das zwei¬ te gegenüber dem ersten von schlechterer Qualität ist. wherein each of the first image (PL-CT) and the second image (K-CT) is a CT image, and the second one is of lower quality than the first one.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, 13. The method according to any one of claims 1 to 12,
wobei es sich bei dem zweiten Bild (K-CT) um ein Fluo- roskopie-Bild oder ein Röntgenbild oder ein Ultraschall¬ bild oder ein NMR-Bild handelt. where the second image (K-CT) is a fluorescence Roscopy image or an X-ray image or an ultrasound ¬ image or an NMR image is.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, 14. The method according to any one of claims 1 to 13,
wobei als erstes Bild (PL-CT) eine zeitliche Abfolge von wherein as a first image (PL-CT) a time sequence of
Bildern vorliegt, welche eine Bewegungstraj ektorie des Zielobjektes aufzeigen, und There are pictures showing a trajectory of the target object, and
als zweites Bild (K-CT) eine zeitliche Abfolge von Bil¬ dern vorliegt, welche eine Bewegungstraj ektorie des Ziel- Objektes aufzeigen, und as a second image (K-CT) there is a temporal sequence of Bil ¬ countries which ektorie a Bewegungstraj show the target object, and
die Neuzuordnung für alle Bilder (PL-CT) der zeitlichen Abfolge vorgenommen wird.  the reassignment is performed for all pictures (PL-CT) of the time sequence.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, 15. The method according to any one of claims 1 to 13,
wobei als erstes Bild (PL-CT) eine zeitliche Abfolge von wherein as a first image (PL-CT) a time sequence of
Bildern vorliegt, welche eine Bewegungstraj ektorie des Zielobjektes aufzeigen, There are images showing a trajectory of the target object,
das zweite Bild (K-CT) nur einen Zeitpunkt abbildet, und die Neuzuordnung für alle Bilder (PL-CT) der zeitlichen Abfolge vorgenommen wird, wobei von einer bei Aufnahme des zweiten Bildes (K-CT) gegenüber der Aufnahme der Abfolge der ersten Bilder (PL-CT) unveränderten Form der Bewegungstraj ektorie ausgegangen wird.  the second image (K-CT) images only one point in time, and the reallocation is made for all images (PL-CT) of the temporal sequence, one of which when taking the second image (K-CT) compared to the recording of the sequence of the first Pictures (PL-CT) is unchanged.
16. Verwendung des Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15 16. Use of the method according to any one of claims 1 to 15
zur Bestimmung von Steuerparametern für eine Partikelbestrahlungsanlage,  for determining control parameters for a particle irradiation system,
wobei die Bestimmung der Steuerparameter auf Grundlage des durch die Neuzuordnung von Bildpunktwerten veränderten ersten Bildes (PL-CT) erfolgt.  wherein the determination of the control parameters is based on the first image (PL-CT) modified by the new assignment of pixel values.
17. Verwendung nach Anspruch 16, wobei 17. Use according to claim 16, wherein
zuerst eine Bestimmung der Steuerparameter auf Grundlage des ersten Bildes (PL-CT) erfolgt,  first a determination of the control parameters based on the first image (PL-CT) takes place,
und im Anschluss eine Neubestimmung oder eine Verifikati¬ on oder eine Veränderung der bestimmten Steuerparameter auf Grundlage des durch die Neuzuordnung von Bildpunkt¬ werten veränderten ersten Bildes (PL-CT) erfolgt. and then a new determination or a Verifikati ¬ on or a change in certain control parameters based on the changed by the reassignment of pixel ¬ values changed first image (PL-CT).
18. Vorrichtung (BPV) zur Bestimmung von Steuerparametern für eine Partikelbestrahlungsanlage (BV) , 18. Device (BPV) for determining control parameters for a particle irradiation system (BV),
wobei mit der Partikelbestrahlungsanlage (BV) verschiede¬ ne Dosiswerte an unterschiedlichen Zielpunkten in einem Zielobjekt deponierbar sind, wherein with the particle irradiation system (BV) Various ¬ ne dose values at different target points in a target object are landfilled,
umfassend :  full :
einen Eingang zum Empfangen eines ersten von einem medizinischen Bildaufnahmegerät (CT1) erfassten Bildes (PL- CT) eines Objektes, welches das Zielobjekt enthält, um¬ fassend Bildpunkte und ihnen zugeordnete Bildpunktwerte, einen Eingang zum Empfangen eines zu einem anderen Zeit- punkt erfassten zweiten Bildes (K-CT) des Objektes, einen Bildbearbeitungsbestandteil zum Vergleichen des ersten Bildes (PL-CT) mit dem zweiten Bild (K-CT) hinsichtlich des Zielobjektes und zum Durchführen einer Bewegung des Zielobjektes innerhalb des ersten Bildes (PL- CT) , indem unter Berücksichtigung des Vergleichs einean input for receiving a first from a medical image pickup apparatus (CT1) the captured image (PL CT) of an object which contains the target object to ¬ collectively pixels and their associated pixel values, an input for receiving a spot acquired at a different time second Image (K-CT) of the object, an image processing component for comparing the first image (PL-CT) with the second image (K-CT) with respect to the target object and for performing a movement of the target object within the first image (PL-CT), taking into account the comparison one
Neuzuordnung von Bildpunktwerten zu Bildpunkten vorgenommen wird, und Remapping pixel values to pixels, and
einen Ermittlungsbestandteil zum Bestimmen der Steuerpa¬ rameter für die Partikelbestrahlungsanlage auf Grundlage des durch die Neuzuordnung von Bildpunktwerten veränderten ersten Bildes (PL-CT) . a determination component for determining the Steuerpa ¬ parameters for the particle irradiation system based on the changed by remapping pixel values first image (PL-CT).
19. Partikelbestrahlungsanlage mit einer Vorrichtung (BPV) zur Bestimmung von Steuerparametern nach Anspruch 18. 19. Particle irradiation system with a device (BPV) for determining control parameters according to claim 18.
20. Verfahren zur Bestrahlung eines Zielobjektes mit Parti¬ keln unter Verwendung von Steuerparametern zur Steuerung einer Partikelbestrahlungsanlage, wobei die Steuerparame¬ ter mit einem Verfahren nach Anspruch 16 oder 17 ermit- telt sind. 20. A method for irradiating a target object with Parti ¬ angles using control parameters for controlling a particle irradiation system, the Steuerparame ¬ ter with a method according to claim 16 or 17 ermit- telt are.
21. Verfahren nach Anspruch 20, wobei das Zielobjekt Bestand¬ teil eines nicht-lebenden Objektes ist. Computerprogramm mit Programmcode-Mitteln, um das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17 durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer ausgeführt wird. 21. The method of claim 20, wherein the target object is Inventory ¬ part of a non-living object. Computer program with program code means for carrying out the method according to one of the claims 1 to 17, when the computer program is executed on a computer.
Computerprogrammprodukt, umfassend auf einem computerles¬ baren Datenträger gespeicherte Programmcode-Mittel eines Computerprogramms , Computer program product comprising stored on a data carrier computerles ¬ cash program code means of a computer program,
um das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17 durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer ausgeführt wird. to perform the method of any one of claims 1 to 17 when the computer program is run on a computer.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006018761A1 (en) * 2004-08-13 2006-02-23 Koninklijke Philips Electronics N.V. Radiotherapeutic treatment plan adaptation
US20060074292A1 (en) * 2004-09-30 2006-04-06 Accuray, Inc. Dynamic tracking of moving targets
US20070076846A1 (en) * 2005-07-22 2007-04-05 Ruchala Kenneth J System and method of delivering radiation therapy to a moving region of interest

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2793055B1 (en) * 1999-04-29 2001-07-13 Ge Medical Syst Sa METHOD AND SYSTEM FOR MERGING TWO DIGITAL RADIOGRAPHIC IMAGES
US7933380B2 (en) * 2007-09-28 2011-04-26 Varian Medical Systems International Ag Radiation systems and methods using deformable image registration
JP2011502010A (en) * 2007-10-25 2011-01-20 トモセラピー・インコーポレーテッド System and method for motion adaptive optimization of radiation therapy delivery

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006018761A1 (en) * 2004-08-13 2006-02-23 Koninklijke Philips Electronics N.V. Radiotherapeutic treatment plan adaptation
US20060074292A1 (en) * 2004-09-30 2006-04-06 Accuray, Inc. Dynamic tracking of moving targets
US20070076846A1 (en) * 2005-07-22 2007-04-05 Ruchala Kenneth J System and method of delivering radiation therapy to a moving region of interest

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JAN-JAKOB SONKE; PH. D. JOOS LEBESQUE; PH. D. MARCEL VAN HERK: "Variability of Four-Dimensional Computed Tomography Patient Models", INT. J. RADIATION ONCOLOGY BIOL. PHYS., vol. 70, no. 2, 2008, pages 590 - 598, XP022424599, DOI: doi:10.1016/j.ijrobp.2007.08.067
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