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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Planung einer Bestrahlung eines Patienten, eine Bestrahlungsplanungseinheit und ein Computerprogrammprodukt.
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Bei einer Strahlentherapie wird ein Zielgewebe, beispielsweise ein Tumor, eines Patienten mit ionisierender Strahlung bestrahlt. Hierbei ist eine externe Strahlentherapie, welche eine Bestrahlung eines Körpers des Patienten von außerhalb des Körpers umfasst, bekannt. Ebenfalls ist eine interne Strahlentherapie, auch Brachytherapie genannt, bekannt. Bei einer Brachytherapie werden Strahlenquellen, welche radioaktive Substanzen umfassen, in einen Körper des Patienten eingebracht, um lokal im Körper des Patienten das Zielgewebe zu schädigen oder zu vernichten.
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Es ist bekannt eine Bestrahlung eines Patienten mittels einer Bildgebung zu planen und/oder zu überwachen. Hierzu wird üblicherweise ein Bestrahlungsplan mit Hilfe von medizinischen Messdaten des Patienten erstellt, die mit einem dreidimensionalen bildgebenden Verfahren erstellt wurden. Üblicherweise werden hierfür Computertomographie-Messdaten (CT-Messdaten) eingesetzt. Anhand der CT-Messdaten kann einerseits das Zielvolumen der Bestrahlung festgelegt werden, und andererseits ein umliegendes, zu schonendes Gewebe - beispielsweise Nervengewebe - lokalisiert werden. Darüber hinaus bilden die Intensitätswerte der Bildvoxel der Messdaten (gemessen in sogenannten „Hounsfield Units“) in guter Näherung eine Elektronendichte am korrespondierenden Ort im Körper des Patienten ab, da die Intensitätswerte der Bildvoxel auf einer Absorption der Röntgenstrahlung an den zugehörigen Orten beruhen. Derart können die CT-Messdaten besonders einfach für die Bestrahlungsplanung in eine Elektronendichtekarte umgerechnet werden. Da bei einer Bestrahlung die Intensität der Wechselwirkung der Strahlung mit der Elektronendichte im Körper korreliert, kann aus den CT-Messdaten vergleichsweise einfach die Schwächung der Strahlung beim Durchtritt durch den Körper errechnet werden. Aufgrund dieser Eigenschaft wurden CT-Messdaten bisher bei der Erstellung einer Bestrahlungsplanung bevorzugt eingesetzt.
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Es besteht allerdings die Forderung, andere bildgebende Verfahren in der Bestrahlungsplanung einzusetzen, die einen besseren Weichteilkontrast aufweisen, um eine verbesserte Identifikation von Zielorganen und/oder Risikoorganen zu ermöglichen. Ein solches Bildgebungsverfahren, das der Forderung nach einem besseren Weichteilkontrast gerecht wird, ist die Magnetresonanz-Bildgebung (MR-Bildgebung) mittels eines Magnetresonanzgeräts. Bei einer derartigen Bildgebung hängt der Kontrast von der Verteilung der Spindichte, der Wechselwirkung der Spins untereinander und/oder mit ihrer Umgebung ab. Hierdurch kann ein Weichteilkontrast erreicht werden, der deutlich über dem mit einem Computer-Tomographen erreichbaren Kontrast liegt. Weiterhin können mittels der Magnetresonanz-Bildgebung auch für die Bestrahlungsplanung besonders vorteilhafte funktionelle Kontraste, beispielsweise ein Diffusionskontrast, aufgenommen werden.
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Aus der Druckschrift
US 2007 / 0 238 951 A1 ist ein nichttransitorisches, computerzugängliches Medium mit ausführbaren Anweisungen für einen Prozessor bekannt. Dieser wird angewiesen, eine räumlich-zeitliche Maximum-Intensitätsprojektion sowie eine nach Phasen getrennte vierdimensionale Serie von Bildern verschiedener Modalitäten zu generieren. Zudem soll er einen Strukturplan für die Strahlentherapie und einen Strahlentherapieplan erstellen. Alle generierten Daten werden im Speicher gespeichert. Darüber hinaus ermöglicht die Erfindung die Auswahl einer benutzerdefinierten Bildserie, die Anzeige eines vierdimensionalen Phasenfilms dieser Serie sowie die Identifizierung einer gewünschten Bildserie für Diagnose und Behandlungsplanung. Der Strukturplan kann entsprechend der identifizierten Serie überarbeitet werden, und sowohl der aktualisierte Strukturplan als auch der Strahlentherapieplan können im Speicher gespeichert werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine verbesserte Planung einer Bestrahlung eines Patienten zu ermöglichen. Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Planung einer Bestrahlung eines Patienten umfasst folgende Verfahrensschritte:
- - Erfassen einer ersten Zeitserie aus Computertomographie-Messdaten des Patienten,
- - Erfassen einer zweiten Zeitserie aus Magnetresonanz-Messdaten des Patienten,
- - Erfassen eines ersten Parameters, welcher die erste Zeitserie charakterisiert,
- - Erfassen eines zweiten Parameters, welcher die zweite Zeitserie charakterisiert,
- - Zusammenführen der ersten Zeitserie und der zweiten Zeitserie unter Verwendung des ersten Parameters und des zweiten Parameters und
- - Berechnen eines Bestrahlungsplans unter Verwendung der zusammengeführten ersten Zeitserie und zweiten Zeitserie.
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Das Erfassen der ersten Zeitserie der Computertomographie-Messdaten kann eine Aufnahme der ersten Zeitserie mittels eines Computertomographiegeräts oder ein Laden von einer bereits aufgenommenen Zeitserie aus einer Datenbank umfassen. Das Erfassen der zweiten Zeitserie der Magnetresonanz-Messdaten kann eine Aufnahme der zweiten Zeitserie mittels eines Magnetresonanzgeräts oder ein Laden von einer bereits aufgenommenen Zeitserie aus einer Datenbank umfassen. Der berechnete Bestrahlungsplan kann für eine Bestrahlung des Patienten bereitgestellt werden. Dafür kann der berechnete Bestrahlungsplan an eine Bestrahlungseinheit, beispielsweise einen Linearbeschleuniger oder eine Brachytherapieeinheit, zur Ausführung der Bestrahlung übertragen werden. Weiterhin kann der berechnete Bestrahlungsplan auch in einer Datenbank für einen späteren Abruf abgespeichert werden.
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Die Computertomographie-Messdaten und die Magnetresonanz-Messdaten werden insbesondere aus einem Planungsvolumen, welches im Patienten lokalisiert ist, akquiriert. Das Planungsvolumen umfasst insbesondere das Zielvolumen der Bestrahlung und zumindest ein Risikovolumen für die Bestrahlung. Das Planungsvolumen wird demzufolge typischerweise ausreichend groß gewählt, so dass das Zielvolumen und das zumindest eine Risikovolumen auf jeden Fall im Planungsvolumen enthalten ist. Das Zielvolumen umfasst insbesondere diejenigen Zielstrukturen im Körper des Patienten, welche mittels der Strahlentherapie bestrahlt werden sollen. Im Zielvolumen ist typischerweise das sogenannte Zielgewebe lokalisiert. Das Zielvolumen wird typischerweise abgegrenzt von dem zumindest einen Risikovolumen. Das zumindest eine Risikovolumen umfasst insbesondere Risikogewebe für die Bestrahlung.
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Bei der Berechnung des Bestrahlungsplans kann in den vom Planungsvolumen erfassten Computertomographie-Messdaten und/oder Magnetresonanz-Messdaten semiautomatisch oder manuell eine Markierung des Zielvolumens und/oder des zumindest einen Risikovolumens erfolgen, beispielsweise mittels Einzeichnen eines Punktes oder einer 2D bzw. 3D Region-of-Interest (ROI). Bei der Bestrahlungsplanung kann dann dem Zielvolumen eine Strahlendosis zugewiesen werden. Dem zumindest einen Risikovolumen kann bei der Bestrahlungsplanung eine Maximaldosis oder eine maximale Volumendosis zugewiesen werden, welche bei der Strahlentherapie nicht überschritten werden darf.
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Die erste Zeitserie der Computertomographie-Messdaten umfasst insbesondere mehrere dreidimensionale Computertomographie-Bilddatensätze, welche zu verschiedenen Zeitpunkten akquiriert werden. Derart kann die erste Zeitserie der Computertomographie-Messdaten einen vierdimensionalen Bilddatensatz darstellen. Die vier Dimensionen setzen sich dabei aus den drei Raumdimensionen und einer Zeitdimension zusammen. Die erste Zeitserie der Computertomographie-Messdaten kann derart auch als 4D Computertomographie-Bilddatensatz bezeichnet werden. Die erste Zeitserie der Computertomographie-Messdaten kann dabei über mehrere Atemzyklen des Patienten hinweg akquiriert werden. Anschließend können die über die mehreren Atemzyklen akquirierten dreidimensionalen Bilddatensätze zu den jeweiligen Atemphasen gruppiert werden, so dass eine Rekonstruktion von Bilddatensätzen möglich ist, welche jeweils einer Atemphase entsprechen.
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Entsprechend kann auch die zweite Zeitserie der Magnetresonanz-Messdaten mittels des Magnetresonanzgeräts akquiriert werden. Magnetresonanzgeräte sind nämlich wie Computertomographiegeräte zu 4D Aufnahmen geeigneten. Die zweite Zeitserie der Magnetresonanz-Messdaten kann insbesondere wiederum über mehrere Atemzyklen des Patienten akquiriert werden.
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Dass die Computertomographie-Messdaten und Magnetresonanz-Messdaten für die Bestrahlungsplanung zeitaufgelöst akquiriert werden, kann den Vorteil bieten, dass bei der Bestrahlungsplanung eine Bewegung des Patienten, insbesondere eine Atembewegung, berücksichtigt werden kann. So kann bei der Bestrahlungsplanung eine Bewegung des Zielvolumens und/oder des zumindest einen Risikovolumens berücksichtigt werden. Dies kann besonders dann wichtig sein, wenn eine Bestrahlung in der Nähe eines sich besonders stark mit der Atmung verschiebenden Organs, wie beispielsweise der Leber oder Lunge, durchgeführt werden soll.
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Der erste Parameter kann aus den Computertomographie-Messdaten der ersten Zeitserie abgeleitet werden. Dann kann der erste Parameter insbesondere mittels eines Rechenalgorithmus, welcher die Computertomographie-Messdaten der ersten Zeitserie als Eingangsparameter aufweist, gewonnen werden. Alternativ oder zusätzlich kann der erste Parameter auch zusätzlich zu den Computertomographie-Messdaten während des Erfassens der ersten Zeitserie, beispielsweise mittels eines externen Geräts bzw. Zubehörgeräts des Computertomographiegeräts, aufgenommen werden.
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Gleichermaßen kann auch der zweite Parameter aus den Magnetresonanz-Messdaten der zweiten Zeitserie errechnet werden und/oder zusätzlich zu den Magnetresonanz-Messdaten während des Erfassens der zweiten Zeitserie aufgenommen werden. Selbstverständlich ist auch ein Erfassen von mehr als einem ersten Parameter und/oder mehr als einem zweiten Parameter denkbar. Der zweite Parameter kann insbesondere unterschiedlich zu dem ersten Parameter ausgebildet sein.
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Der erste Parameter kann einen zeitlichen Verlauf der Bewegung des Patienten während des Erfassens der ersten Zeitserie beschreiben. Insbesondere kann der erste Parameter einen zeitlichen Verlauf einer Atembewegung des Patienten während des Erfassens der ersten Zeitserie charakterisieren. So kann der erste Parameter eine Bewegungsphase und/oder eine Bewegungsamplitude bzw. einen zeitlichen Verlauf der Bewegungsphase und/oder der Bewegungsamplitude des Patienten während des Erfassens der ersten Zeitserie beschreiben. So kann der erste Parameter beispielsweise die Atemphase und/oder die Atemamplitude während des Erfassens der ersten Zeitserie charakterisieren. Weiterhin kann der erste Parameter auch eine durch eine während des Erfassens der ersten Zeitserie erfolgende Bewegung des Patienten auftretende Deformation von Geweberegionen des Patienten beschreiben. Es ist in bestimmten Fällen auch denkbar, dass anstelle oder zusätzlich zu der Atembewegung mittels des ersten Parameters auch eine andere Bewegung des Patienten, beispielsweise eine Herzbewegung oder eine willkürliche Bewegung, charakterisiert wird.
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Gleichermaßen kann auch der zweite Parameter einen zeitlichen Verlauf der Bewegung des Patienten während des Erfassens der zweiten Zeitserie beschreiben. Die Erläuterungen des vorhergehenden Absatzes zum ersten Parameter können analog auf den zweiten Parameter übertragen werden.
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Das Zusammenführen der ersten Zeitserie und der zweiten Zeitserie kann mittels eines Zusammenführungsalgorithmus erfolgen, welcher als Eingangsparameter die erste Zeitserie, die zweite Zeitserie, den ersten Parameter und den zweiten Parameter aufweist. Der Zusammenführungsalgorithmus kann dann als Ausgangsparameter die zusammengeführte erste Zeitserie und zweite Zeitserie aufweisen. Das Zusammenführen der ersten Zeitserie und der zweiten Zeitserie kann dabei ein Anpassen der zweiten Zeitserie an die erste Zeitserie oder ein Anpassen der ersten Zeitserie an die zweite Zeitserie umfassen. Selbstverständlich können bei dem Zusammenführen auch beide Zeitserien angepasst werden.
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Der erste Parameter und zweite Parameter können dabei eine Grundlage für das Zusammenführen der ersten Zeitserie und der zweiten Zeitserie darstellen. Das Zusammenführen der ersten Zeitserie und der zweiten Zeitserie erfolgt somit insbesondere nicht ausschließlich unter Verwendung der direkten Bildinhalte der Computertomographie-Messdaten und Magnetresonanz-Messdaten, sondern zusätzlich unter Berücksichtigung des ersten Parameters und des zweiten Parameters. Dabei können allerdings, wie bereits erwähnt, der erste Parameter und der zweite Parameter direkt aus den Bildinhalten der Computertomographie-Messdaten und Magnetresonanz-Messdaten abgeleitet worden sein. Der erste Parameter und der zweite Parameter können insbesondere wertvolle Zusatzinformationen bereitstellen, welche das Zusammenführen der ersten Zeitserie und zweiten Zeitserie ermöglichen bzw. verbessern können.
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In einem möglichen Anwendungsfall kann für das Zusammenführen der ersten Zeitserie und der zweiten Zeitserie zunächst ein Zusammenhang zwischen dem ersten Parameter und dem zweiten Parameter ermittelt werden. Die erste Zeitserie und die zweite Zeitserie können dann anhand des zwischen dem ersten Parameter und dem zweiten Parameter ermittelten Zusammenhangs zusammengeführt werden. Beispielsweise kann das Zusammenführen der ersten Zeitserie und der zweiten Zeitserie eine Zuordnung der während des Erfassens der ersten Zeitserie vorliegenden Atemphase, welche anhand des ersten Parameters ermittelt werden kann, zu der während des Erfassens der zweiten Zeitserie vorliegenden Atemphase, welche anhand des zweiten Parameters ermittelt werden kann umfassen.
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Wie in einem der folgenden Abschnitte noch genauer beschrieben, kann das Zusammenführen der ersten Zeitserie und der zweiten Zeitserie eine neue Anordnung von Einzelbildern der ersten Zeitserie und der zweiten Zeitserie anhand des ersten Parameters und des zweiten Parameters umfassen. Beispielsweise können anhand des ersten Parameters und des zweiten Parameters die Computertomographie-Messdaten und/oder die Magnetresonanz-Messdaten in einzelne Datensätze, welche jeweils eine identische Bewegungsphase und/oder Bewegungslage des Patienten abbilden, sortiert werden. Diese einzelnen Datensätze können dann zu Bilddaten rekonstruiert werden, welche für die Berechnung des Bestrahlungsplans verwendet werden können.
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Dem vorgeschlagenen Vorgehen liegt die Überlegung zugrunde, dass der kombinierte Einsatz von 4D Computertomographie-Messdaten und 4D Magnetresonanz-Messdaten bei der Bestrahlungsplanung Vorteile bieten kann. Für den kombinierten Einsatz der in Zeitserien akquirierten Messdaten der beiden Modalitäten ist es jedoch erforderlich, dass beide Zeitserien zueinander korrespondieren. Die Korrespondenz der ersten Zeitserie der Computertomographie-Messdaten und der zweiten Zeitserie der Magnetresonanz-Messdaten liegt allerdings typischerweise nicht von vorne herein vor. Beispielsweise können Bewegungsphasen des Patienten, beispielsweise Atemphasen, bei dem Erfassen der ersten Zeitserie und der zweiten Zeitserie unterschiedlich ausgebildet oder angeordnet sein. Auch können unterschiedliche Akquisitionszeiten für das Erfassen der ersten Zeitserie und der zweiten Zeitserie vorliegen. Ein weiterer Faktor kann ein gewisser zeitlicher Abstand, beispielsweise von Stunden oder Tagen, zwischen dem Erfassen der ersten Zeitserie und der zweiten Zeitserie sein. Weiterhin stehen bei der Computertomographie-Bildgebung typischerweise andere Geräte zur Erfassung der Atemphase des Patienten als bei der Magnetresonanz-Bildgebung zur Verfügung. Diskrepanzen zwischen der ersten Zeitserie und der zweiten Zeitserie können bei der Bestrahlungsplanung, beispielsweise bei der Konturierung, zu Problemen führen.
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Mittels des beschriebenen Vorgehens kann vorteilhafterweise die erste Zeitserie der Computertomographie-Messdaten in einen zeitlichen und/oder räumlichen Zusammenhang zu der zweiten Zeitserie der Magnetresonanz-Messdaten gesetzt werden. Derart kann besonders vorteilhaft eine Bestrahlungsplanung basierend auf der Kombination der Computertomographie-Messdaten und der Magnetresonanz-Messdaten ermöglicht werden.
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Eine Ausführungsform sieht vor, dass das Zusammenführen der ersten Zeitserie und der zweiten Zeitserie eine Synchronisierung der ersten Zeitserie und der zweiten Zeitserie über einen Bewegungszyklus des Patienten umfasst.
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Dafür kann der erste Parameter erste Synchronisierungsinformationen für die Computertomographie-Messdaten und der zweite Parameter zweite Synchronisierungsinformationen für die Magnetresonanz-Messdaten bereitstellen. Die ersten Synchronisierungsinformationen und die zweiten Synchronisierungsinformationen können dann zur Synchronisierung der ersten Zeitserie und der zweiten Zeitserie über den Bewegungszyklus des Patienten eingesetzt werden.
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Die Synchronisierung der ersten Zeitserie und der zweiten Zeitserie kann dabei insbesondere umfassen, dass die erste Zeitserie in einen zeitlichen Zusammenhang zu der zweiten Zeitserie gesetzt wird. Die synchronisierte erste Zeitserie und zweite Zeitserie können so den gleichen Ablauf einer zyklischen Bewegung des Patienten, beispielsweise der Atembewegung, darstellen. Für die Synchronisierung der ersten Zeitserie und der zweiten Zeitserie kann eine während der ersten Zeitserie und/oder der zweiten Zeitserie vorliegende Atemkurve gestaucht oder gedehnt werden.
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Die synchronisierte erste Zeitserie und zweite Zeitserie können besonders vorteilhaft bei der Bestrahlungsplanung verwendet werden. Beispielsweise können Konturen, welche bei der Bestrahlungsplanung auf einer Zeitserie gesetzt werden, nach der Synchronisierung der beiden Zeitserien besonders einfach auf die andere Zeitserie übertragen werden und über den Bewegungszyklus des Patienten geführt werden. Auch ist eine zeitaufgelöste Berechnung einer Dosisverteilung anhand der synchronisierten ersten Zeitserie und zweiten Zeitserie bei der Bestrahlungsplanung denkbar. Der Fachmann kann selbstverständlich weitere sinnvolle Anwendungsmöglichkeiten der synchronisierten ersten Zeitserie und zweiten Zeitserie einsetzen.
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Eine Ausführungsform sieht vor, dass die Synchronisierung der ersten Zeitserie und der zweiten Zeitserie eine Anpassung einer zeitlichen Anordnung von Einzelbildern der ersten Zeitserie und/oder der zweiten Zeitserie umfasst, wobei die Berechnung des Bestrahlungsplans eine Verwendung der angepassten zeitlichen Anordnung der Einzelbilder der ersten Zeitserie und/oder der zweiten Zeitserie umfasst.
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Ein Einzelbild der ersten Zeitserie ist dabei insbesondere ein dreidimensionaler Computertomographie-Datensatz, welcher zu einem Zeitpunkt innerhalb der ersten Zeitserie akquiriert werden ist. Ein Einzelbild der zweiten Zeitserie ist gleichermaßen insbesondere ein dreidimensionaler Magnetresonanz-Datensatz, welcher zu einem Zeitpunkt innerhalb der zweiten Zeitserie akquiriert werden ist. Die erste Zeitserie und die zweite Zeitserie setzen sich somit insbesondere jeweils aus mehreren zeitlich aufeinanderfolgenden Einzelbildern zusammen.
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Vor der Synchronisierung weisen die erste Zeitserie insbesondere eine erste zeitliche Anordnung von ersten Einzelbildern auf und die zweite Zeitserie eine zweite zeitliche Anordnung von zweiten Einzelbildern auf. Eine zeitliche Anordnung von Einzelbildern ist dabei insbesondere eine Abfolge der Einzelbilder, wobei jedem Einzelbild der Abfolge der Einzelbilder ein Zeitstempel zugeordnet ist. Der Zeitstempel kann dabei durch den Zeitpunkt der Akquisition des Einzelbilds innerhalb der zeitlichen Anordnung der Einzelbilder festgelegt sein.
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Die Synchronisierung der ersten Zeitserie und der zweiten Zeitserie umfasst dann insbesondere eine Anpassung der ersten zeitlichen Anordnung der ersten Einzelbilder an die zweite zeitliche Anordnung der zweiten Einzelbilder oder umgekehrt. Die Anpassung der zeitlichen Anordnung wird dabei insbesondere anhand des ersten Parameters und des zweiten Parameters durchgeführt. Es können auch beide zeitlichen Anordnungen der Einzelbilder angepasst werden. Die Anpassung der zeitlichen Anordnung der Einzelbilder kann eine Umsortierung und/oder eine Veränderung der Abfolge der Einzelbilder umfassen. Die Anpassung der zeitlichen Anordnung der Einzelbilder kann dabei eine Veränderung eines Zeitstempels zumindest eines Einzelbilds der zeitlichen Anordnung der Einzelbilder umfassen.
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Die Anpassung der zeitlichen Anordnung der Einzelbilder der ersten Zeitserie und/oder der zweiten Zeitserie stellt eine besonders vorteilhafte Möglichkeit zur Synchronisierung der ersten Zeitserie und der zweiten Zeitserie dar.
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Eine Ausführungsform sieht vor, dass das Erfassen des ersten Parameters einen Einsatz mindestens eines der folgenden Elemente während des Erfassens der Zeitserie der Computertomographie-Messdaten umfasst: eines dem Patienten angelegten Atemgurts, einer optischen Kamera, eines Spirometers, eines Hochfrequenz-basierten Bewegungsdetektionsgeräts, eines bei dem Patienten angeordneten Markierungselements.
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Selbstverständlich kann auch eine für den Fachmann sinnvoll erscheinende Kombination von Elementen bzw. Techniken für das Erfassen des ersten Parameters eingesetzt werden. Mittels der vorgeschlagenen Elemente kann besonders vorteilhaft eine Bewegung des Patienten, insbesondere eine Atembewegung, während des Erfassens der ersten Zeitserie der Computertomographie-Messdaten aufgezeichnet werden. Die mittels der vorgeschlagenen Elemente während des Erfassens der ersten Zeitserie aufgezeichneten Signale können vorteilhafterweise als erster Parameter abgespeichert und anschließend bei dem Zusammenführen der ersten Zeitserie und zweiten Zeitserie verwendet werden
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Die mittels des Atemgurts und/oder des Spirometers während des Erfassens der ersten Zeitserie aufgezeichneten Signale können zu einem Verfolgen einer Atembewegung des Patienten während des Erfassens der ersten Zeitserie eingesetzt werden. Das Spirometer, auch automatisches Atemkontrollgerät („automatic breathing control“, ABC) genannt, kann dabei ein Volumen einer eingeatmeten bzw. ausgeatmeten Luft bestimmen, um die Phase eines Atemzyklus des Patienten zu ermitteln. Die optische Kamera kann während des Erfassens der ersten Zeitserie eine äußere Kontur des Patienten nachverfolgen und derart insbesondere eine Atembewegung, aber möglicherweise auch willkürliche Bewegungen, des Patienten während des Erfassens der ersten Zeitserie aufzeichnen. Dafür kann die optische Kamera außerhalb einer Bore-Öffnung des Computertomographiegeräts installiert sein und optische Messdaten des Patienten während der Computertomographie-Messung aufzeichnen. Die Hochfrequenz-basierte Bewegungsdetektion kann den Einsatz eines Hochfrequenz-Sensors bzw. eines Hochfrequenz-Sende-Empfangsmoduls umfassen. Das Markierungselement kann auf dem Patienten, beispielsweise auf einem Sternum des Patienten, platziert werden. Die Bewegung des Markierungselements aufgrund der Bewegung des Patienten während des Erfassens der ersten Zeitserie kann dann mittels einer optischen Kamera und/oder in den Computertomographie-Messdaten identifiziert werden. Das Markierungselement, welches auch als Fiducial bezeichnet werden kann, kann alternativ auch in den Patienten implantiert sein.
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Eine Ausführungsform sieht vor, dass das Erfassen des zweiten Parameters einen Einsatz mindestens eines der folgenden Elemente während des Erfassens der Zeitserie der Magnetresonanz-Messdaten umfasst: einer Magnetresonanz-Navigatormessung, welche zeitgleich zu dem Erfassen der Magnetresonanz-Messdaten erfolgt, eines dem Patienten angelegten Atemgurts, eines Spirometers, eines bei dem Patienten angeordneten Markierungselements.
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Selbstverständlich kann auch eine für den Fachmann sinnvoll erscheinende Kombination von Elementen bzw. Techniken für das Erfassen des zweiten Parameters eingesetzt werden. Mittels der vorgeschlagenen Elemente kann besonders vorteilhaft eine Bewegung des Patienten, insbesondere eine Atembewegung, während des Erfassens der zweiten Zeitserie der Magnetresonanz-Messdaten aufgezeichnet werden. Die mittels der vorgeschlagenen Elemente während des Erfassens der zweiten Zeitserie aufgezeichneten Signale können vorteilhafterweise als zweiter Parameter abgespeichert und anschließend bei dem Zusammenführen der ersten Zeitserie und zweiten Zeitserie verwendet werden.
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Die Magnetresonanz-Navigatormessung kann insbesondere als Teil der Magnetresonanz-Sequenz, welche zum Erfassen der zweiten Zeitserie aus Magnetresonanz-Messdaten eingesetzt wird, angesehen werden. Magnetresonanz-Navigatormessungen sind dabei dem Fachmann bekannt, so dass auf deren Funktionsweise nicht genauer eingegangen werden soll. In der Magnetresonanz-Navigatormessung kann insbesondere eine Bewegung einer anatomischen Struktur aufgrund der Bewegung des Patienten, insbesondere der Atembewegung, nachverfolgt werden. Die anatomische Struktur kann beispielsweise ein Zwerchfell oder eine vordere Brustwand des Patienten sein. Ein eindimensionaler Pencil-Beam Navigator kann besonders vorteilhaft bei der Magnetresonanz-Navigatormessung eingesetzt werden. Es ist auch denkbar, dass in einer Testmessung vor dem Erfassen der zweiten Zeitserie zwei Navigatoren durch unterschiedliche anatomische Strukturen des Patienten, beispielsweise durch das Zwerchfell und durch die vordere Brustwand, erfasst werden. Anschließend kann eine Korrelation von beiden Navigatoren bestimmt werden, so dass während des Erfassens der zweiten Zeitserie eine Akquisition lediglich eines Navigators ausreichend ist, um die Navigatorsignale bezüglich der beiden anatomischen Strukturen rechnerisch zu bestimmen.
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Der Einsatz des Atemgurts und/oder des Spirometers können auch bei der Akquisition der zweiten Zeitserie der Magnetresonanz-Messdaten wertvolle Informationen über eine Atembewegung des Patienten liefern.
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Genauso wie bei der Computertomographie-Bildgebung kann auch bei der Magnetresonanz-Bildgebung der Einsatz des bei dem Patienten angeordneten Markierungselements zur Detektion eines Bewegungsverlaufs des Patienten sinnvoll sein. Das Markierungselement kann dann besonders vorteilhaft in den in der zweiten Zeitserie akquirierten Magnetresonanz-Messdaten detektiert werden. Dafür kann ein dediziertes Markierungselement für die Magnetresonanz-Bilddaten, welches in konventionellen Magnetresonanz-Sequenzen sichtbar ist, verwendet werden. Es ist auch denkbar, dass sowohl bei der Computertomographie-Bildgebung als auch bei der Magnetresonanz-Bildgebung das gleiche Markierungselement bei dem Patienten angeordnet wird. Dann kann es sinnvoll sein, eine dedizierte Magnetresonanz-Sequenz, welche typischerweise einen nicht klinischen Kontrast liefert, zur Detektion des Markierungselements in den Magnetresonanz-Messdaten einzusetzen. Eine solche dedizierte Magnetresonanz-Sequenz kann beispielsweise ultrakurze Echozeiten einsetzen.
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Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass das Erfassen des ersten Parameters ein Ermitteln einer ersten Vektorfeldkarte aus der ersten Zeitserie und das Erfassen des zweiten Parameters ein Ermitteln einer zweiten Vektorfeldkarte aus der zweite Zeitserie umfasst, wobei das Zusammenführen der ersten Zeitserie und der zweiten Zeitserie unter Verwendung der ersten Vektorfeldkarte und der zweiten Vektorfeldkarte erfolgt.
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Die erste Vektorfeldkarte, auch erste Vektormap genannt, wird insbesondere aus den während der ersten Zeitserie akquirierten Computertomographie-Messdaten ermittelt. Die erste Vektorfeldkarte kann mittels eines Ermittlungsalgorithmus ermittelt werden, welcher als Eingangsparameter die während der ersten Zeitserie akquirierten Computertomographie-Messdaten und als Ausgangsparameter die erste Vektorfeldkarte aufweist. Die erste Vektorfeldkarte kann dann als erster Parameter für das Zusammenführen der ersten Zeitserie und zweiten Zeitserie verwendet werden. Gleichermaßen wird die zweite Vektorfeldkarte, auch zweite Vektormap genannt, insbesondere aus den während der zweiten Zeitserie akquirierten Magnetresonanz-Messdaten ermittelt und kann dann als zweiter Parameter für das Zusammenführen der ersten Zeitserie und zweiten Zeitserie verwendet werden.
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Die erste Vektorfeldkarte kann insbesondere als Funktion der Zeit bzw. zeitaufgelöst ausgebildet sein. Dementsprechend weist die erste Vektorfeldkarte zu einem bestimmten Zeitpunkt insbesondere mehrere Raumpunkte auf, wobei zu jedem Raumpunkt ein Vektor hinterlegt ist. Der zu jedem Raumpunkt der ersten Vektorfeldkarte hinterlegte Vektor kann insbesondere eine Bewegung eines Bildinhalts der Computertomographie-Messdaten während des bestimmten Zeitpunkts der ersten Zeitserie für den jeweiligen Raumpunkt charakterisieren. Die erste Vektorfeldkarte kann so für verschiedene Zeitpunkte hinterlegt sein, so dass die Bewegung des Bildinhalts der Computertomographie-Messdaten zu verschiedenen Zeitpunkten während des Erfassens der ersten Zeitserie mittels der ersten Vektorfeldkarte charakterisiert werden kann. Die zweite Vektorfeldkarte kann analog zu der ersten Vektorfeldkarte als Funktion der Zeit ausgebildet sein und die Bewegung der Bildinhalte der Magnetresonanz-Messdaten während des Erfassens der zweiten Zeitserie charakterisieren.
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Die erste Vektorfeldkarte kann derart besonders vorteilhaft eine durch die Bewegung des Patienten, insbesondere durch den Atemzyklus des Patienten, bedingte Bewegung bzw. Deformation von Geweberegionen des Patienten während der Akquisition der ersten Zeitserie beschreiben. Gleichermaßen kann die zweite Vektorfeldkarte besonders vorteilhaft eine durch die Bewegung des Patienten, insbesondere durch den Atemzyklus des Patienten, bedingte Bewegung bzw. Deformation von Geweberegionen des Patienten während der Akquisition der zweiten Zeitserie beschreiben.
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Das Zusammenführen der ersten Zeitserie und zweiten Zeitserie kann mittels Zusammenführungsinformationen, die aus einem Zusammenführen der ersten Vektorfeldkarte und der zweiten Vektorfeldkarte gewonnen werden, erfolgen. Derart können in einem ersten Schritt die erste Vektorfeldkarte und die zweite Vektorfeldkarte, beispielsweise mittels einer Registrierung bzw. einer Fusion, zusammengeführt werden, wobei Zusammenführungsinformationen, beispielsweise Registrierungsparameter bzw. Fusionsparameter, gewonnen werden. Die Zusammenführungsinformationen können dann als Eingangsparameter für den Zusammenführungsalgorithmus, welcher die erste Zeitserie und die zweite Zeitserie zusammenführt, verwendet werden. So können anhand der aus dem Zusammenführen der ersten Vektorfeldkarte und zweiten Vektorfeldkarte gewonnenen Zusammenführungsinformationen die Datensätze der ersten Zeitserie und zweiten Zeitserie synchronisiert werden.
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Die Berechnung der Vektorfeldkarten aus den Zeitserien bietet für das Zusammenführen der Zeitserien den besonderen Vorteil, dass die Vektorfeldkarten die jeweiligen Bewegungen in den Bildinhalten der Zeitserien besonders gut charakterisieren können. In der ersten Vektorfeldkarte werden nämlich insbesondere diejenigen Körperbereiche des Patienten hervorgehoben, für welche eine besonders starke Bewegung des Patienten, beispielsweise in einem Atemzyklus, während des Erfassens der ersten Zeitserie vorliegt. Gleichermaßen werden in der zweiten Vektorfeldkarte insbesondere diejenigen Körperbereiche des Patienten hervorgehoben, für welche eine besonders starke Bewegung des Patienten, beispielsweise in einem Atemzyklus, während des Erfassens der zweiten Zeitserie vorliegt. Die bewegungskritischen Körperbereiche, welche in den jeweiligen Vektorfeldkarten hervorgehoben werden, können dann besonders einfach für das Zusammenführen der ersten Zeitserie und der zweiten Zeitserie fusioniert werden. Derart ist es mittels der Verwendung der ersten Vektorfeldkarte als erster Parameter und mittels der Verwendung der zweiten Vektorfeldkarte als zweiter Parameter besonders einfach möglich, übereinstimmende Bewegungskurven, insbesondere Atemkurven, für die erste Zeitserie und die zweite Zeitserie zu erhalten.
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Eine Ausführungsform sieht vor, dass das Zusammenführen der ersten Zeitserie und der zweiten Zeitserie mittels einer Fusionierung der ersten Vektorfeldkarte und der zweiten Vektorfeldkarte über die Zeit erfolgt.
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Für die Fusionierung der ersten Vektorfeldkarte und der zweiten Vektorfeldkarte über die Zeit kann eine in der ersten Vektorfeldkarte vorliegende Zeitveränderung der Vektoren mit einer in der zweiten Vektorfeldkarte vorliegenden Zeitveränderung der Vektoren in Übereinstimmung gebracht werden oder umgekehrt. Derart kann die erste Zeitserie und die zweite Zeitserie insbesondere zeitlich anhand der fusionierten ersten Vektorfeldkarte und zweiten Vektorfeldkarte zusammengeführt werden. Derart kann besonders vorteilhaft die bereits beschriebene zeitliche Synchronisierung der ersten Vektorfeldkarte und zweiten Vektorfeldkarte erfolgen. Die erste Vektorfeldkarte und die zweite Vektorfeldkarte können also eine Fusion der ersten Zeitserie und zweiten Zeitserie nach dem Kriterium einer Bewegung des Patienten, insbesondere im Atemzyklus, ermöglichen. Besonders vorteilhaft ist es denkbar, dass die Fusion der Vektorfeldkarten zusätzlich zu der Verwendung eines weiteren Parameters erfolgt. Beispielsweise kann eine Synchronisierung von mittels des Atemgurts gemessenen Atemsignalen zwischen der ersten Zeitserie und zweiten Zeitserie anhand der Fusionierung der ersten Vektorfeldkarte und zweiten Vektorfeldkarte erfolgen.
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Eine Ausführungsform sieht vor, dass das Zusammenführen der ersten Zeitserie und der zweiten Zeitserie mittels einer Registrierung der ersten Vektorfeldkarte und der zweiten Vektorfeldkarte über den Raum erfolgt.
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Beispielsweise ist eine nicht-rigide oder eine rigide Registrierung der ersten Vektorfeldkarte und der zweiten Vektorfeldkarte denkbar. Anhand des aus der Registrierung gewonnen Deformationsfelds können dann die ersten Zeitserie und die zweite Zeitserie räumlich zusammengeführt werden. Besonders vorteilhaft ist es denkbar, dass sowohl eine Registrierung der ersten Vektorfeldkarte und der zweiten Vektorfeldkarte über Raum als auch eine Fusionierung der ersten Vektorfeldkarte und der zweiten Vektorfeldkarte über die Zeit erfolgt.
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Eine Ausführungsform sieht vor, dass das Zusammenführen der ersten Zeitserie und der zweiten Zeitserie zusätzlich unter Verwendung einer Regel, welche eine Phasenverschiebung zwischen dem ersten Parameter und dem zweiten Parameter beschreibt, erfolgt.
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Die Regel kann für das Zusammenführen der ersten Zeitserie und der zweiten Zeitserie aus einer Datenbank geladen werden, in welcher die Regel abgespeichert ist. Die Regel kann zuvor auch unter Verwendung des erfassten ersten Parameters und des zweiten Parameters erstellt werden. So kann beispielsweise die Regel unter Verwendung der ersten Vektorfeldkarte und der zweiten Vektorfeldkarte erstellt werden, wobei die Phasenverschiebung zwischen der ersten Vektorfeldkarte und der zweiten Vektorfeldkarte ermittelt wird.
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Die Phasenverschiebung zwischen dem ersten Parameter und dem zweiten Parameter kann insbesondere als Phasenverschiebung in einer Atemkurve des Patienten ausgebildet sein. Die Phasenverschiebung kann beispielsweise darin begründet sein, dass im ersten Parameter und im zweiten Parameter eine Atembewegung von unterschiedlichen Organstrukturen des Patienten erfasst wird. Derart kann die Phasenverschiebung zwischen dem ersten Parameter und dem zweiten Parameter in einer Verwendung von unterschiedlichen Techniken zum Erfassen des ersten Parameters und zweiten Parameters begründet sein.
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Die Phasenverschiebung zwischen dem ersten Parameter und dem zweiten Parameter kann jedoch bekannt und als Regel in der Datenbank hinterlegt sein. Die Regel kann derart beschreiben, eine Phasenverschiebung von einer Atemkurve, welche von dem ersten Parameter und/oder zweiten Parameter charakterisiert wird, um eine bestimmte Anzahl von Grad durchzuführen. Die Verwendung der Regel kann somit eine verbesserte Zusammenführung der ersten Zeitserie und der zweiten Zeitserie ermöglichen.
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Eine Ausführungsform sieht vor, dass die zusammengeführte erste Zeitserie und zweite Zeitserie bei einer Berechnung einer Dosisverteilung für die Berechnung des Bestrahlungsplans eingesetzt werden.
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Für die Berechnung der Dosisverteilung kann ein Dosisverteilungsberechnungsalgorithmus verwendet werden, welcher die zusammengeführte erste Zeitserie und zweite Zeitserie und Bestrahlungsparameter als Eingangsparameter und die berechnete Dosisverteilung als Ausgangsparameter aufweist. Das Berechnen der Dosisverteilung kann auch eine Simulation einer bei der Bestrahlung dem Zielvolumen und/oder zumindest einem Risikovolumen applizierten Strahlendosis umfassen. Dafür kann eine in einem Datensatz der ersten Zeitserie und/oder zweiten Zeitserie eingezeichnete Kontur des Zielvolumens und/oder des zumindest einen Risikovolumens auf eine andere Atemphase der ersten Zeitserie und/oder zweiten Zeitserie propagiert werden. Durch die gleichzeitige Berücksichtigung von zeitaufgelösten Computertomographie-Messdaten und Magnetresonanz-Messdaten kann eine besonders genaue Dosisverteilung für die Berechnung des Bestrahlungsplans eingesetzt werden.
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Eine Ausführungsform sieht vor, dass für die Berechnung des Bestrahlungsplans auf einer Anzeigeeinheit eine Darstellung eines Zeitverlaufs der zusammengeführten ersten Zeitserie und zweiten Zeitserie angezeigt wird.
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Die Darstellung des Zeitverlaufs der zusammengeführten ersten Zeitserie und zweiten Zeitserie kann eine Darstellung der einzelnen zu verschiedenen Zeitpunkten akquirierten Einzelbilder der ersten Zeitserie und zweiten Zeitserie über die Zeit umfassen. Für die Darstellung des Zeitverlaufs der ersten Zeitserie und der zweiten Zeitserie kann insbesondere eine Synchronisierung der ersten Zeitserie und zweiten Zeitserie von besonderem Vorteil sein.
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Der Zeitverlauf der ersten Zeitserie kann dabei neben dem Zeitverlauf der zweiten Zeitserie dargestellt werden oder überlagert zu dem Zeitverlauf der zweiten Zeitserie dargestellt werden. Die Visualisierung des Zeitverlaufs der ersten Zeitserie und zweiten Zeitserie kann beispielsweise in einer Schleifendarstellung, auch movie-loop genannt, erfolgen. Es kann in bestimmten Anwendungsfällen auch nur der Zeitverlauf von räumlichen Bereichen der ersten Zeitserie und zweiten Zeitserie, welche große wechselseitige Unterschiede vor dem Zusammenführen aufweisen, dargestellt werden. Der Zeitverlauf der ersten Zeitserie und der zweiten Zeitserie kann einem Benutzer auf einer Anzeigeeinheit angezeigt werden. Die Anzeige des Zeitverlaufs der zusammengeführten ersten Zeitserie und der zweiten Zeitserie kann vorteilhafterweise zu Qualitätssicherungszwecken eingesetzt werden, da beispielsweise ein Fusionierungserfolg der ersten Zeitserie und zweiten Zeitserie sichergestellt werden kann. Zusätzlich zu der Darstellung des Zeitverlaufs können auch quantitative Vergleichsmaße bereitgestellt werden, die einen Erfolg des Zusammenführens der ersten Zeitserie und zweiten Zeitserie quantitativ dokumentieren.
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Eine Ausführungsform sieht vor, dass für die Berechnung des Bestrahlungsplans auf einer Anzeigeeinheit eine zeitgemittelte Darstellung der zusammengeführten ersten Zeitserie und zweiten Zeitserie angezeigt wird.
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Dafür kann zunächst die erste Zeitserie und die zweite Zeitserie zeitlich überlagert werden und anschließend zeitgemittelt werden. Damit ergibt sich aus der zusammengeführten ersten Zeitserie und zweiten Zeitserie insbesondere ein dreidimensionaler Datensatz, bei welchem eine Atemkurve des Patienten keine Rolle spielt, sondern nur noch eine mittlere Atemlage des Patienten. Die zeitgemittelte Darstellung der ersten Zeitserie und der zweiten Zeitserie kann dabei beispielsweise durch Bildung einer maximalen oder mittleren Signalintensität der Voxel der ersten Zeitserie und zweiten Zeitserie über die Zeit (auch t-MIP oder t-Average genannt) erstellt werden.
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Eine Ausführungsform sieht vor, dass bei dem Durchführen der geplanten Bestrahlung des Patienten ein dritter Parameter, welcher einen Ablauf der Bestrahlung charakterisiert, erfasst wird, wobei ein Herstellen eines Zusammenhangs zwischen dem dritten Parameter mit dem ersten Parameter und/oder mit dem zweiten Parameter erfolgt, wobei anhand des hergestellten Zusammenhangs die Durchführung der geplanten Bestrahlung des Patienten angepasst wird.
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Derart können besonders vorteilhaft der für die Bestrahlungsplanung verwendete erste Parameter und zweite Parameter auch für die Steuerung der tatsächlichen Bestrahlung des Patienten mittels des Bestrahlungsgeräts verwendet werden. Das Herstellen des Zusammenhangs zwischen dem dritten Parameter und dem ersten Parameter bzw. dem zweiten Parameter kann dabei mittels den bereits beschriebenen Techniken zum Zusammenführen des ersten Parameters und zweiten Parameters erfolgen. Der dritte Parameter, welche die Bewegung des Patienten während der Bestrahlung charakterisieren kann, kann mittels eines Zubehörs des Bestrahlungsgeräts, beispielsweise einer Kamera, detektiert werden.
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Das Anpassen der Durchführung der geplanten Bestrahlung kann im Sinne einer Gating-Technik oder Trigger-Technik eine Beschränkung der Bestrahlung auf eine bestimmte Atemphase des Patienten, beispielsweise einer vollen Einatmung, umfassen. Alternativ oder zusätzlich kann das Anpassen der Durchführung der geplanten Bestrahlung ein Nachführen von Einstellungen eines Kollimators des Bestrahlungsgeräts an die Bewegung des Patienten im Sinne einer Tracking-Technik umfassen. Das Anpassen der Durchführung der geplanten Bestrahlung kann eine verbesserte Berücksichtigung der Atmung des Patienten während der Bestrahlung ermöglichen. Dabei kann besonders vorteilhaft auf den bereits hergestellten Zusammenhang zwischen dem ersten Parameter und zweiten Parameter zurückgegriffen werden.
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Die erfindungsgemäße Bestrahlungsplanungseinheit umfasst eine erste Zeitserienerfassungseinheit, eine zweite Zeitserienerfassungseinheit, eine erste Parametererfassungseinheit, eine zweite Parametererfassungseinheit, eine Zusammenführungseinheit und eine Berechnungseinheit, wobei die Bestrahlungsplanungseinheit zum Ausführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist.
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Derart ist die Bestrahlungsplanungseinheit zum Ausführen eines Verfahrens zur Planung einer Bestrahlung eines Patienten ausgebildet. Die erste Zeitserienerfassungseinheit ist zum Erfassen einer ersten Zeitserie aus Computertomographie-Messdaten des Patienten ausgebildet. Die zweite Zeitserienerfassungseinheit ist zum Erfassen einer zweiten Zeitserie aus Magnetresonanz-Messdaten des Patienten ausgebildet. Die erste Parametererfassungseinheit ist zum Erfassen eines ersten Parameters, welcher die erste Zeitserie charakterisiert, ausgebildet. Die zweite Parametererfassungseinheit ist zum Erfassen eines zweiten Parameters, welcher die zweite Zeitserie charakterisiert, ausgebildet. Die Zusammenführungseinheit ist zum Zusammenführen der ersten Zeitserie und der zweiten Zeitserie unter Verwendung des ersten Parameters und des zweiten Parameters ausgebildet. Die Berechnungseinheit ist zum Berechnen eines Bestrahlungsplans unter Verwendung der zusammengeführten ersten Zeitserie und zweiten Zeitserie ausgebildet.
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Die Komponenten der Bestrahlungsplanungseinheit, nämlich die erste Zeitserienerfassungseinheit, zweite Zeitserienerfassungseinheit, erste Parametererfassungseinheit, zweite Parametererfassungseinheit, Zusammenführungseinheit und Berechnungseinheit, können zum überwiegenden Teil in Form von Softwarekomponenten ausgebildet sein. Grundsätzlich können diese Komponenten aber auch zum Teil, insbesondere wenn es um besonders schnelle Berechnungen geht, in Form von softwareunterstützten Hardwarekomponenten, beispielsweise FPGAs oder dergleichen, realisiert sein. Ebenso können die benötigten Schnittstellen, beispielsweise wenn es nur um eine Übernahme von Daten aus anderen Softwarekomponenten geht, als Softwareschnittstellen ausgebildet sein. Sie können aber auch als hardwaremäßig aufgebaute Schnittstellen ausgebildet sein, die durch geeignete Software angesteuert werden. Selbstverständlich ist es auch denkbar, dass mehrere der genannten Komponenten in Form einer einzelnen Softwarekomponente bzw. softwareunterstützter Hardwarekomponente zusammengefasst realisiert sind.
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Das erfindungsgemäße System aus einem Computertomographiegerät und einem Magnetresonanzgerät umfasst eine erfindungsgemäße Bestrahlungsplanungseinheit.
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Das Computertomographiegerät und das Magnetresonanzgerät sind dabei insbesondere separat voneinander installiert und können Messdaten liefern, welche von der Bestrahlungsplanungseinheit besonders vorteilhaft zur Berechnung des Bestrahlungsplans eingesetzt werden können. Die Bestrahlungsplanungseinheit kann dazu ausgebildet sein, Steuerungssignale an das System zu senden und/oder Steuerungssignale zu empfangen und/oder zu verarbeiten, um ein erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen. Die Bestrahlungsplanungseinheit kann in das System integriert sein. Die Bestrahlungsplanungseinheit kann auch separat von dem System installiert sein. Die Bestrahlungsplanungseinheit kann mit dem System verbunden sein.
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Das Erfassen der ersten Zeitserie aus Computertomographie-Messdaten des Patienten kann mittels des Computertomographiegeräts erfolgen. Die erste Zeitserie kann dann an die Bestrahlungsplanungseinheit zur Weiterverarbeitung übergeben werden. Die Bestrahlungsplanungseinheit kann die erste Zeitserie dann mittels der ersten Erfassungseinheit erfassen. Gleichermaßen kann das Erfassen der zweiten Zeitserie aus Magnetresonanz-Messdaten des Patienten mittels des Magnetresonanzgeräts erfolgen. Die zweite Zeitserie kann dann an die Bestrahlungsplanungseinheit zur Weiterverarbeitung übergeben werden. Die Bestrahlungsplanungseinheit kann die zweite Zeitserie dann mittels der ersten Erfassungseinheit erfassen.
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Das erfindungsgemäße Computerprogrammprodukt ist direkt in einen Speicher einer programmierbaren Recheneinheit der Bestrahlungsplanungseinheit ladbar und weist Programmcode-Mittel auf, um ein erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen, wenn das Computerprogrammprodukt in der Recheneinheit der Bestrahlungsplanungseinheit ausgeführt wird. Das Computerprogrammprodukt umfasst insbesondere ein Computerprogramm. Dadurch kann das erfindungsgemäße Verfahren schnell, identisch wiederholbar und robust ausgeführt werden. Das Computerprogrammprodukt ist so konfiguriert, dass es mittels der Recheneinheit die erfindungsgemäßen Verfahrensschritte ausführen kann. Die Recheneinheit muss dabei jeweils die Voraussetzungen wie beispielsweise einen entsprechenden Arbeitsspeicher, eine entsprechende Grafikkarte oder eine entsprechende Logikeinheit aufweisen, so dass die jeweiligen Verfahrensschritte effizient ausgeführt werden können. Das Computerprogrammprodukt ist beispielsweise auf einem computerlesbaren Medium gespeichert oder auf einem Netzwerk oder Server hinterlegt, von wo es in den Prozessor einer lokalen Recheneinheit geladen werden kann, der mit der Bestrahlungsplanungseinheit direkt verbunden oder als Teil der Bestrahlungsplanungseinheit ausgebildet sein kann. Weiterhin können Steuerinformationen des Computerprogrammprodukts auf einem elektronisch lesbaren Datenträger gespeichert sein. Die Steuerinformationen des elektronisch lesbaren Datenträgers können derart ausgestaltet sein, dass sie bei Verwendung des Datenträgers in einer Recheneinheit der Bestrahlungsplanungseinheit ein erfindungsgemäßes Verfahren ausführen. Beispiele für elektronische lesbare Datenträger sind eine DVD, ein Magnetband oder ein USB-Stick, auf welchem elektronisch lesbare Steuerinformationen, insbesondere Software (vgl. oben), gespeichert ist. Wenn diese Steuerinformationen (Software) von dem Datenträger gelesen und in eine Steuerung und/oder Recheneinheit des der Bestrahlungsplanungseinheit gespeichert werden, können alle erfindungsgemäßen Ausführungsformen der vorab beschriebenen Verfahren durchgeführt werden. So kann die Erfindung auch von dem besagten computerlesbaren Medium und/oder dem besagten elektronisch lesbaren Datenträger ausgehen.
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Die Vorteile der erfindungsgemäßen Bestrahlungsplanungseinheit, des erfindungsgemäßen Systems und des erfindungsgemäßen Computerprogrammprodukts entsprechen im Wesentlichen den Vorteilen des erfindungsgemäßen Verfahrens, welche vorab im Detail ausgeführt sind. Hierbei erwähnte Merkmale, Vorteile oder alternative Ausführungsformen sind ebenso auch auf die anderen beanspruchten Gegenstände zu übertragen und umgekehrt. Mit anderen Worten können die gegenständlichen Ansprüche auch mit den Merkmalen, die in Zusammenhang mit einem Verfahren beschrieben oder beansprucht sind, weitergebildet sein. Die entsprechenden funktionalen Merkmale des Verfahrens werden dabei durch entsprechende gegenständliche Module, insbesondere durch Hardware-Module, ausgebildet.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert.
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Es zeigen:
- 1 ein erfindungsgemäßes System umfassend eine erfindungsgemäße Bestrahlungsplanungseinheit,
- 2 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
- 3 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens und
- 4 eine schematische Illustration eines Teils des erfindungsgemäßen Vorgehens.
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1 stellt ein erfindungsgemäßes System aus einem Computertomographiegeräts 2 und einem Magnetresonanzgerät 11, wobei das System eine erfindungsgemäße Bestrahlungsplanungseinheit 21 umfasst, dar.
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Das Computertomographiegerät 2 umfasst eine Ganter 4, welche einen Akquisitionsbereich umgibt. Drehbar um den Akquisitionsbereich sind mindestens eine Röntgenquelle 5 und mindestens ein Detektor 6 gelagert. Im Computertomographiegerät 2 kann der Patient 1 auf einer ersten Patientenlagerungsvorrichtung 3 positioniert werden. Zu einer Steuerung des Computertomographiegeräts 2 weist das Computertomographiegerät 2 eine erste zentrale Recheneinheit 7 auf. Das dargestellte Computertomographiegerät 2 kann selbstverständlich weitere Komponenten umfassen, die Computertomographiegeräte 2 gewöhnlich aufweisen. Eine allgemeine Funktionsweise eines Computertomographiegeräts 2 ist zudem dem Fachmann bekannt, so dass auf eine detaillierte Beschreibung der weiteren Komponenten verzichtet wird.
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Das Magnetresonanzgerät 11 umfasst eine Magneteinheit 13 zu einem Erzeugen eines starken und insbesondere konstanten Hauptmagnetfelds. Das Magnetresonanzgerät 11 weist weiterhin eine Spuleneinheit 14 zu einer Erzeugung von Magnetfeldgradienten und Hochfrequenz-Pulsen auf. Die Spuleneinheit 14 ist weiterhin zum Empfang von Magnetresonanz-Signalen, insbesondere aus dem Patienten 1, ausgebildet. Im Magnetresonanzgerät 11 der Patient 1 kann auf einer zweiten Patientenlagerungsvorrichtung 12 positioniert werden. Zu einer Steuerung des Magnetresonanzgeräts 11 weist das Magnetresonanzgerät 11 eine zweite zentrale Recheneinheit 15 auf. Das dargestellte Magnetresonanzgerät 11 kann selbstverständlich weitere Komponenten umfassen, die Magnetresonanzgeräte 11 gewöhnlich aufweisen. Eine allgemeine Funktionsweise eines Magnetresonanzgeräts 11 ist zudem dem Fachmann bekannt, so dass auf eine detaillierte Beschreibung der weiteren Komponenten verzichtet wird.
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Das dargestellte System umfasst eine Bestrahlungsplanungseinheit 21, welche eine erste Zeitserienerfassungseinheit 33, eine zweite Zeitserienerfassungseinheit 34, eine erste Parametererfassungseinheit 35, eine zweite Parametererfassungseinheit 36, eine Zusammenführungseinheit 37 und eine Berechnungseinheit 38 umfasst. Derart ist die Bestrahlungsplanungseinheit 21 zum Ausführen eines Verfahrens gemäß 2-3 ausgebildet.
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Zum alleinigen Ausführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Bestrahlungsplanungseinheit 21 vorteilhafterweise die erste Zeitserie und zweite Zeitserie mittels der ersten Zeitserienerfassungseinheit 33, eine zweiten Zeitserienerfassungseinheit 34 aus einer Datenbank laden.
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Wenn das erfindungsgemäße Verfahren kombiniert von dem System und der Bestrahlungsplanungseinheit 21 ausgeführt wird, wird die erste Zeitserienerfassungseinheit 33 der Bestrahlungsplanungseinheit 21 die erste Zeitserie, welche mittels des Computertomographiegeräts 2 aufgenommen worden ist, erfassen. Weiterhin wird die zweite Zeitserienerfassungseinheit 34 der Bestrahlungsplanungseinheit 21 die zweite Zeitserie, welche mittels des Magnetresonanzgeräts 11 aufgenommen worden ist, erfassen. Dafür ist die Bestrahlungsplanungseinheit 21 vorteilhafterweise mit der ersten zentralen Recheneinheit 7 des Computertomographiegeräts 2 und der zweiten zentralen Recheneinheit 15 des Magnetresonanzgeräts 11 hinsichtlich eines Datenaustauschs verbunden.
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2 zeigt ein Ablaufdiagramm einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Planung einer Bestrahlung eines Patienten 1.
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In einem ersten Verfahrensschritt 40 erfolgt ein Erfassen einer ersten Zeitserie aus Computertomographie-Messdaten des Patienten mittels der ersten Zeitserienerfassungseinheit 33.
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In einem weiteren Verfahrensschritt 41 erfolgt ein Erfassen einer zweiten Zeitserie aus Magnetresonanz-Messdaten des Patienten mittels der zweiten Zeitserienerfassungseinheit 34.
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In einem weiteren Verfahrensschritt 42 erfolgt ein Erfassen eines ersten Parameters, welcher die erste Zeitserie charakterisiert mittels der ersten Parametererfassungseinheit 35.
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In einem weiteren Verfahrensschritt 43 erfolgt ein Erfassen eines zweiten Parameters, welcher die zweite Zeitserie charakterisiert mittels der zweiten Parametererfassungseinheit 36.
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In einem weiteren Verfahrensschritt 44 erfolgt ein Zusammenführen der ersten Zeitserie und der zweiten Zeitserie unter Verwendung des ersten Parameters und des zweiten Parameters mittels der Zusammenführungseinheit 37.
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In einem weiteren Verfahrensschritt 45 erfolgt eine Berechnung eines Bestrahlungsplans unter Verwendung der zusammengeführten ersten Zeitserie und zweiten Zeitserie mittels der Berechnungseinheit 38.
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3 zeigt ein Ablaufdiagramm einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Planung einer Bestrahlung eines Patienten 1.
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Die nachfolgende Beschreibung beschränkt sich im Wesentlichen auf die Unterschiede zu dem Ausführungsbeispiel in 2, wobei bezüglich gleich bleibender Verfahrensschritte auf die Beschreibung des Ausführungsbeispiels in 2 verwiesen wird. Im Wesentlichen gleich bleibende Verfahrensschritte sind grundsätzlich mit den gleichen Bezugszeichen beziffert.
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Die in 3 gezeigte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst im Wesentlichen die Verfahrensschritte 40, 41, 42, 43, 44, 45 der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß 2. Zusätzlich umfasst die in 3 gezeigte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zusätzliche Verfahrensschritte und Unterschritte. Denkbar ist auch ein zu 3 alternativer Verfahrensablauf, welcher nur einen Teil der in 3 dargestellten zusätzlichen Verfahrensschritte und/oder Unterschritte aufweist. Selbstverständlich kann auch ein zu 3 alternativer Verfahrensablauf zusätzliche Verfahrensschritte und/oder Unterschritte aufweisen.
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Im in 3 gezeigten Fall umfasst das Erfassen des ersten Parameters im weiteren Verfahrensschritt 42 ein Ermitteln einer ersten Vektorfeldkarte aus der ersten Zeitserie in einem ersten Teilschritt 42-1 des weiteren Verfahrensschritts 42. Alternativ oder zusätzlich kann in einem zweiten Teilschritt 42-2 des weiteren Verfahrensschritts 42 das Erfassen des ersten Parameters einen Einsatz mindestens eines der folgenden Elemente während des Erfassens der Zeitserie der Computertomographie-Messdaten umfassen:
- - eines dem Patienten 15 angelegten Atemgurts,
- - einer optischen Kamera,
- - eines Spirometer,
- - eines Hochfrequenz-basierten Bewegungsdetektionsgeräts,
- - eines bei dem Patienten 15 angeordneten Markierungselements.
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Im weiteren Verfahrensschritt 43 umfasst das Erfassen des zweiten Parameters gemäß 3 ein Ermitteln einer zweiten Vektorfeldkarte aus der zweite Zeitserie in einem ersten Teilschritt 43-1 des weiteren Verfahrensschritts 43. Alternativ oder zusätzlich kann in einem zweiten Teilschritt 43-2 des weiteren Verfahrensschritts 43 das Erfassen des zweiten Parameters einen Einsatz mindestens eines der folgenden Elemente während des Erfassens der Zeitserie der Magnetresonanz-Messdaten umfassen:
- - einer Magnetresonanz-Navigatormessung, welche zeitgleich zu dem Erfassen der Magnetresonanz-Messdaten erfolgt,
- - eines dem Patienten 15 angelegten Atemgurts,
- - eines Spirometers,
- - eines bei dem Patienten 15 angeordneten Markierungselements.
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Das Zusammenführen der ersten Zeitserie und der zweiten Zeitserie im weiteren Verfahrensschritt 44 kann so unter Verwendung der ersten Vektorfeldkarte und der zweiten Vektorfeldkarte erfolgen. Dafür können in einem ersten Teilschritt 44-1 des weiteren Verfahrensschritts 44 der erste Parameter, insbesondere die erste Vektorfeldkarte, und der zweite Parameter, insbesondere die zweite Vektorfeldkarte, in einen Zusammenhang gebracht werden. Das Zusammenführen der ersten Zeitserie und der zweiten Zeitserie kann dabei in einem ersten Unterschritt 44-1F mittels einer Fusionierung der ersten Vektorfeldkarte und der zweiten Vektorfeldkarte über die Zeit erfolgen. Alternativ oder zusätzlich kann in einem zweiten Unterschritt 44-1R das Zusammenführen der ersten Zeitserie und der zweiten Zeitserie mittels einer Registrierung der ersten Vektorfeldkarte und der zweiten Vektorfeldkarte über den Raum erfolgen.
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Nachdem der erste Parameter, insbesondere die erste Vektorfeldkarte, und der zweite Parameter, insbesondere die zweite Vektorfeldkarte, in Zusammenhang gebracht worden sind umfasst gemäß 3 das Zusammenführen der ersten Zeitserie und der zweiten Zeitserie in einem zweiten Teilschritt 44-2 des weiteren Verfahrensschritts 44 eine Synchronisierung der ersten Zeitserie und der zweiten Zeitserie über einen Bewegungszyklus des Patienten 15. In einem Unterschritt 44-2A des zweiten Teilschritts 44-2 kann dabei die Synchronisierung der ersten Zeitserie und der zweiten Zeitserie eine Anpassung einer zeitlichen Anordnung von Einzelbildern der ersten Zeitserie und/oder der zweiten Zeitserie umfassen, wobei die Berechnung des Bestrahlungsplans eine Verwendung der angepassten zeitlichen Anordnung der Einzelbilder der ersten Zeitserie und/oder der zweiten Zeitserie umfasst.
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In einem weiteren Verfahrensschritt 46 kann eine Regel, welche eine Phasenverschiebung zwischen dem ersten Parameter und dem zweiten Parameter beschreibt, aus einer Datenbank geladen werden, wobei das Zusammenführen der ersten Zeitserie und der zweiten Zeitserie dann zusätzlich unter Verwendung der Regel erfolgen kann.
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Die im weiteren Verfahrensschritt 44 zusammengeführte erste Zeitserie und zweite Zeitserie können anschließend im weiteren Verfahrensschritt 45 mittels verschiedener Möglichkeiten für die Bestrahlungsplanung eingesetzt werden. Einige exemplarische Möglichkeiten sind in 3 als Teilschritte 45-1, 45-2, 45-3 des weiteren Verfahrensschritts 45 dargestellt. So können in einem ersten Teilschritt 45-1 des weiteren Verfahrensschritts 45 die zusammengeführte erste Zeitserie und zweite Zeitserie bei einer Berechnung einer Dosisverteilung für die Berechnung des Bestrahlungsplans eingesetzt werden. Alternativ oder zusätzlich kann in einem zweiten Teilschritt 45-2 des weiteren Verfahrensschritts 45 für die Berechnung des Bestrahlungsplans auf einer Anzeigeeinheit eine Darstellung eines Zeitverlaufs der zusammengeführten ersten Zeitserie und zweiten Zeitserie angezeigt werden. Alternativ oder zusätzlich kann in einem dritten Teilschritt 45-3 des weiteren Verfahrensschritts 45 für die Berechnung des Bestrahlungsplans auf einer Anzeigeeinheit eine zeitgemittelte Darstellung der zusammengeführten ersten Zeitserie und zweiten Zeitserie angezeigt werden.
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Schließlich ist es auch denkbar, dass in einem weiteren Verfahrensschritt 47 bei dem Durchführen der geplanten Bestrahlung des Patienten 15 ein dritter Parameter, welcher einen Ablauf der Bestrahlung charakterisiert, erfasst wird, wobei ein Herstellen eines Zusammenhangs zwischen dem dritten Parameter mit dem ersten Parameter und/oder mit dem zweiten Parameter erfolgt, wobei anhand des hergestellten Zusammenhangs die Durchführung der geplanten Bestrahlung des Patienten angepasst wird.
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4 zeigt eine schematische Illustration eines Teils des erfindungsgemäßen Vorgehens. In 4 ist dabei in drei übereinanderliegenden Kurven 51, 52, 54, nämlich einer ersten Kurve 51, einer zweiten Kurve 52 und einer dritten Kurve 54, jeweils die Bewegung eines exemplarischen Punktes im Patienten 15 entlang von einer Raumkoordinate über die Zeit t aufgetragen. Dabei entspricht in jeder der drei Kurven 51, 52, 54 die senkrechte Achse der Raumkoordinate und die waagerechte Achse dem Zeitverlauf. Der Punkt, dessen zeitlichräumlicher Verlauf in den Kurven 51, 52, 54 visualisiert werden soll, ist dabei an einer bewegungssensitiven Stelle im Patienten 15, beispielsweise in der Leber des Patienten 15, lokalisiert.
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Die erste Kurve 51 gibt dabei den zeitlichen Verlauf der Raumkoordinate des Punktes während des Erfassens der ersten Zeitserie der Computertomographie-Messdaten wieder. Es ist dabei ersichtlich, dass die Raumkoordinate des Punktes einer zyklischen Bewegung des Patienten 15, beispielsweise der Atembewegung, folgt. So wechseln sich während des Erfassens der ersten Zeitserie Maxima und Minima der Raumkoordinate, welche von einem Atemzustand des Patienten 15 abhängen, über die Zeit ab.
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Die zweite Kurve 52 gibt den zeitlichen Verlauf der Raumkoordinate des Punktes während des Erfassens der zweiten Zeitserie der Magnetresonanz-Messdaten wieder. Wiederum folgt die Raumkoordinate der zyklischen Bewegung des Patienten. Der zeitliche Verlauf der Raumkoordinate in der zweiten Kurve 52 ist jedoch gegenüber dem zeitlichen Verlauf der Raumkoordinate der ersten Kurve 51 phasenverschoben. Weiterhin lag offensichtlich während des Erfassens der zweiten Zeitserie ein anderes Bewegungsschema des Patienten 15, beispielsweise ein anderes Atemschema, als beim Erfassen der ersten Zeitserie vor. Die zeitliche Abfolge der Maxima und Minima der Raumkoordinate ist somit in der zweiten Kurve 52 anders ausgeprägt als in der ersten Kurve 51.
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Das Erfassen der zweiten Zeitserie umfasst für das in 4 gezeigte Beispiel ein zeitlich aufeinanderfolgendes Erfassen von 15 Magnetresonanz-Einzelbildern. Die Zeitpunkte, zu denen die 15 Magnetresonanz-Einzelbilder erfasst werden, sind auf der horizontalen Zeitachse der zweiten Kurve 52 mit nummerierten Skalenstrichen eingezeichnet.
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Für die Bestrahlungsplanung soll nun die zweite Kurve 52 an die erste Kurve 51 so angepasst werden, so dass sich zwei zeitlich übereinstimmende Kurvenverläufe ergeben können. Diese Anpassung kann in einem Anpassungsschritt 53 erfolgen, welcher beispielsweise zu dem weiteren Verfahrensschritt 43 der 2 bzw. 3 korrespondieren kann. Die Anpassung der zweiten Kurve 52 an die erste Kurve 51 erfolgt dabei insbesondere unter Verwendung des ersten Parameters und des zweiten Parameters, beispielsweise der ersten Vektorfeldkarte und der zweiten Vektorfeldkarte.
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Die dritte Kurve 54 zeigt nun den an den Atemzyklus der ersten Zeitserie angepassten zeitlichen Verlauf der Raumkoordinate während des Erfassens der zweiten Zeitserie. Wie aus 4 ersichtlich ist, ist die dritte Kurve 54 zu der ersten Kurve 51 synchronisiert. Die Synchronisierung erfolgte dabei durch eine neue zeitliche Anordnung der 15 Magnetresonanz-Einzelbilder der zweiten Zeitserie. Die Zeitpunkte, zu welchen die Magnetresonanz-Einzelbilder in der dritten Kurve 54 angeordnet sind, sind wiederum mit Skalenstrichen auf der horizontalen Zeitachse der dritten Kurve 54 eingezeichnet.
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Die 15 Magnetresonanz-Einzelbilder wurden derart angeordnet, dass die dritte Kurve 54 eine zu der ersten Kurve 51 angepasste Amplitude und Phasenlage aufweist. Dafür wurde im Anpassungsschritt 53 teilweise ein Abstand von aufeinanderfolgenden Magnetresonanz-Einzelbildern teilweise erhöht und teilweise verringert. Auch sind in der neuen zeitlichen Anordnung der 15 Magnetresonanz-Einzelbilder die ersten zwei Magnetresonanz-Einzelbilder aus der zweiten Kurve 52 nicht in der dritten Kurve 54 enthalten.
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Selbstverständlich ist das Beispiel von 4 nur zur Veranschaulichung gedacht. Räumliche und zeitliche Einheiten seien hierbei willkürlich gewählt. Auch die Nulllinie der Raumkoordinate ist lediglich willkürlich gesetzt. Es ist selbstverständlich umgekehrt auch denkbar, dass der zeitliche Verlauf der ersten Zeitserie an den zeitlichen Verlauf der zweiten Zeitserie angepasst wird. In 4 ist weiterhin exemplarisch nur eine zeitliche Anpassung der Zeitserien dargestellt. Selbstverständlich ist alternativ oder zusätzlich auch eine räumliche Anpassung der Bildinhalte der Zeitserien denkbar. Die zeitliche Anpassung der Zeitserien kann selbstverständlich auch auf eine andere als in 4 dargestellte Weise erfolgen.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung dennoch nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.