DE112019006289T5

DE112019006289T5 - Vorrichtung und verfahren zur steuerung der abgabe von strahlung basierend auf der kapazitiven überwachung der atembewegung

Info

Publication number: DE112019006289T5
Application number: DE112019006289.1T
Authority: DE
Inventors: Parisa Sadeghi; James Robar
Original assignee: Dalhousie University
Current assignee: Dalhousie University
Priority date: 2018-12-21
Filing date: 2019-12-06
Publication date: 2021-11-04
Also published as: WO2020124204A1; US20220008751A1; EP3897828A1; EP3897828A4

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zur Steuerung der Abgabe von Strahlung durch ein Bestrahlungssystem an einen Patienten beschrieben. Die Vorrichtung umfasst wenigstens eine Elektrode, die neben einem Patienten positionierbar ist, diesen aber nicht berührt; wenigstens einen Kapazitiven Sensor, der elektrisch mit der wenigstens einen Elektrode verbunden ist und so konfiguriert ist, dass er eine Kapazität der wenigstens einen Elektrode überwacht und ein Ausgangssignal erzeugt, das indikativ für die Kapazität ist; und wenigstens einen Prozessor, der so konfiguriert ist, dass er das Ausgangssignal empfängt und verarbeitet; ein berechnetes Maß für die Amplitude und/oder Phase der Atmung des Patienten bestimmt; und ein Gatesignal erzeugt, um die Abgabe von Strahlung durch das Bestrahlungssystem auf der Grundlage des bestimmten Maßes für die Amplitude und/oder Phase der Atmung des Patienten zu ermöglichen oder zu verhindern.

Description

Querverweis auf zugehörige Anmeldung
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität gemäß 35 U.S.C. §119 der am 21. Dezember 2018 eingereichten US-Anmeldung Nr. 62/784298 mit dem Titel CAPACITIVE MONITORING SYSTEM AND METHOD FOR REAL-TIME RESPIRATORY MOTION MONITORING, die hiermit für alle Zwecke durch Bezugnahme aufgenommen wird.
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf das Gebiet der Strahlentherapie. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf Vorrichtungen und Verfahren zur Steuerung der Abgabe von Strahlung (auch Torsteuerung, Abgabesteuerung, Gating, Gating-Steuerung, Gating-Abgabe genannt) an einen Patienten zur medizinischen Strahlenbehandlung des Patienten. Die Erfindung bezieht sich ferner auf Vorrichtungen und Verfahren zur Messung der Atmung, insbesondere zur Messung von Brustkorbbewegungen aus der Atmung.
Technischer Hintergrund
Bei der externen Strahlentherapie wird ionisierende Strahlung an vordefinierte Zielorte im Körper eines Patienten abgegeben, um Zielzellen (z. B. Krebszellen) abzutöten, während das umliegende Gewebe geschont wird. Erschwerend kommt hinzu, dass sich die Zielorte aufgrund von Bewegungen des Körpers des Patienten verschieben können. Zum Beispiel kann die Atmung Verschiebungen der Zielorte verursachen. Die Atmung kann auch zu Verschiebungen von empfindlichem oder kritischem Nicht-Zielgewebe, wie z. B. dem Herzen, führen. Bei der externen Strahlentherapie wird in der Regel versucht, die Strahlung auf empfindliche oder kritische Nicht-Zielgewebe zu minimieren.
Bewegungen des Brustkorbs, die durch die Atmung verursacht werden, können insbesondere die Strahlenbehandlung von Zielgeweben beeinflussen, die sich im Brust-, Lungen- oder Bauchbereich eines Patienten befinden. Um eine präzise Abgabe der Strahlung an die Zielorte zu ermöglichen, werden bei der Abgabe von Strahlenbehandlungen häufig die tiefe Inspirations-Atemanhaltung (DIBH), die tiefe Exspirations-Atemanhaltung (DEBH) oder Gating verwendet.
Bei der DIBH wird die Strahlung abgegeben, während der Patient nach einer tiefen Einatmung den Atem anhält (z. B. hält der Patient den Atem an, während sich die Lunge und der Brustkorb ausgedehnt haben). Da der Patient angewiesen wird, die Luft anzuhalten, kann die DIBH die Bewegung des Brustkorbs während der Bestrahlung drastisch reduzieren. Außerdem wird das Herz des Patienten beim Einatmen in eine hintere Richtung gedrückt. Die DIBH kann daher unter bestimmten Umständen verwendet werden, um das Herz weiter von den Zielorten entfernt zu positionieren. DIBH kann z. B. bei der Bestrahlung eines oder mehrerer Zielorte im Brust- oder Lungengewebe verwendet werden.
DEBH ist ähnlich wie DIBH, mit dem Unterschied, dass die Strahlung abgegeben wird, während der Patient eine tiefe Ausatmung hält (z. B. unterlässt der Patient das Einatmen, während die Lunge und der Brustkorb zusammengezogen sind).
Respiratorische Gating-Methoden überwachen die Atmung eines Patienten und verhindern die Abgabe von Strahlung außer in ausgewählten Fenstern des Atemzyklus des Patienten (auch als „Gating-Fenster“ bezeichnet). Bei respiratorischen Gating-Verfahren wird ein Strahlenbündel automatisch ein- und ausgeschaltet, wenn der Patient während der Behandlung weiter atmet.
Bekannte Techniken zur Überwachung der Atmung eines Patienten umfassen:

• Verwendung eines Atemgurtes; und
• Optische Überwachung der Bewegung des Brustkorbs eines Patienten oder der am Brustkorb des Patienten angebrachten Marker.

Ein Beispiel für einen Atemgürtel ist der Gürtel, der mit dem AZ-733VI Gatesystem (auch Gatingsystem genannt) geliefert wird, das von Anzai Medical Co., Ltd. aus Japan erhältlich ist. Bei der Verwendung eines Atemgurtes wird der Atemgurt eng um den Körper des Patienten gelegt. Wenn der Patient atmet, dehnt sich der Atemgürtel aus und zieht sich zusammen. Der Gürtel enthält Sensoren, die Signale erzeugen, die sich mit der Atmung des Patienten verändern. Respiratorische Gürtel liefern Ausgangssignale, die der Bewegung des gesamten Brustkorbs des Patienten entsprechen. Solche Atemgürtel können nicht unabhängig voneinander die Bewegung verschiedener Bereiche des Brustkorbs des Patienten messen. Außerdem können die Atemgurte den Patienten berühren. Medizinische Geräte (auch Vorrichtungen genannt), die mit dem Patienten in Kontakt kommen, müssen unter Umständen nach jedem Gebrauch sterilisiert werden.
Optische Monitore erfassen die Bewegung des Brustkorbs des Patienten, indem sie einen Lichtstrahl auf den Brustkorb des Patienten oder eine an der Brust des Patienten angebrachte Markierung abbilden oder abprallen lassen. Solche Systeme erfordern eine ungehinderte Sicht auf die Brust des Patienten. Die optische Überwachung funktioniert nicht, wenn die Brust des Patienten durch Kleidung, Behandlungsgeräte oder andere Hindernisse verdeckt ist.
In der Fach- und Patentliteratur werden verschiedene Ansätze zur Messung der Atmung eines Patienten und/oder zur Steuerung der Strahlenabgabe während einer Strahlenbehandlung diskutiert.
Es besteht jedoch ein allgemeiner Wunsch nach alternativen und/oder verbesserten Methoden und Vorrichtungen zur Messung der Atmung eines Patienten. Es besteht auch ein allgemeiner Wunsch nach alternativen und/oder verbesserten Methoden und Vorrichtungen zur Steuerung der Abgabe einer Strahlenbehandlung auf der Grundlage der Atmung eines Patienten und/oder zur Steuerung der Strahlenabgabe an einen Patienten, z. B. unter Verwendung eines Strahlenabgabesystems.
Zusammenfassung
In diesem Abschnitt werden die allgemeinen Merkmale der vorliegenden Erfindung bzw. Offenbarung unter Bezugnahme auf mögliche Ausführungsformen der Erfindung beispielhaft beschrieben. Konkret werden im Folgenden verschiedene Aspekte der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Es ist jedoch zu beachten, dass jedes Merkmal, Element und/oder jeder Schritt, der im Folgenden in Bezug auf einen Aspekt der vorliegenden Offenbarung beschrieben wird, in gleicher Weise für jeden anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung gilt.
Wie oben erwähnt, kann es wünschenswert sein, eine verbesserte Vorrichtung und ein verbessertes Verfahren zur Steuerung der Strahlungsabgabe an einen Patienten durch ein Bestrahlungssystem (auch Bestrahlungsvorrichtung, Strahlenbehandlungsvorrichtung oder Strahlenbehandlungssystem genannt) bereitzustellen.
Dies wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche erreicht, wobei weitere Ausführungsformen in den abhängigen Ansprüchen und der folgenden Beschreibung enthalten sind.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird eine Vorrichtung zur Steuerung der Abgabe von Strahlung, insbesondere ionisierender Strahlung, an einen Patienten durch, mittels und/oder unter Verwendung eines Bestrahlungssystems bereitgestellt. Die Vorrichtung umfasst wenigstens eine Elektrode, die benachbart zu einem Patienten positionierbar ist, diesen aber nicht berührt. Die wenigstens eine Elektrode kann so konfiguriert, ausgebildet und/oder konstruiert sein, dass sie in der Nähe von, nahe bei und/oder in der Nähe von wenigstens einem Teil eines Körpers des Patienten positionierbar ist, so dass die wenigstens eine Elektrode von dem wenigstens einen Teil des Körpers des Patienten beabstandet ist. Die Vorrichtung umfasst ferner wenigstens einen Kapazitätssensor und/oder einen kapazitiven Sensor, der elektrisch mit der wenigstens einen Elektrode verbunden ist und so konfiguriert ist, dass er eine Kapazität der wenigstens einen Elektrode bestimmt, erfasst und/oder überwacht und ein Ausgangssignal erzeugt, das indikativ für die Kapazität ist. Die Vorrichtung umfasst ferner wenigstens einen Prozessor, der so konfiguriert ist, dass er das Ausgangssignal empfängt und verarbeitet, ein berechnetes Maß für die Amplitude und/oder Phase der Atmung des Patienten bestimmt und ein Gate-Signal zum Aktivieren oder Inhibieren der Abgabe von Strahlung durch das Bestrahlungssystem auf der Grundlage des bestimmten Maßes für die Amplitude und/oder Phase der Atmung des Patienten erzeugt.
Im Allgemeinen kann durch die Überwachung, Bestimmung und/oder Erfassung der Kapazität unter Verwendung der wenigstens einen Elektrode und/oder des Kapazitätssensors das Maß der Amplitude und/oder Phase der Atmung mit hoher Präzision und/oder Genauigkeit bestimmt werden, insbesondere auf schnelle, effiziente und berührungslose Weise (d. h. ohne Kontakt mit dem Patienten). Im Vergleich zu z. B. herkömmlichen Systemen, die einen Atemgürtel oder ein optisches System verwenden, das einen oder mehrere auf der Haut des Patienten angebrachte Marker verfolgt, kann der Komfort durch die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung aufgrund der berührungslosen Bestimmung des Maßes der Amplitude und/oder Phase der Atmung deutlich erhöht werden. Auch die Hygiene kann deutlich verbessert werden.
Der wenigstens eine Prozessor kann so konfiguriert sein, dass er auf der Grundlage der ermittelten Kapazität das Maß der Amplitude und/oder Phase der Atmung des Patienten berechnet und/oder berechnet. Dementsprechend kann das Maß der Amplitude und/oder Phase der Atmung indikativ, repräsentativ und/oder beschreibend für die Amplitude und/oder Phase der Atmung sein. Alternativ oder zusätzlich kann das Maß der Amplitude und/oder Phase indikativ, repräsentativ und/oder beschreibend für eine Atemaktivität, einen Atemzustand und/oder eine Inspirationstiefe des Patienten sein.
Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung kann sich die Atmungsamplitude auf eine Atmungsamplitude und/oder eine Inspirationstiefe des Patienten beziehen, z. B. zu einem bestimmten Zeitpunkt und/oder Zeitmoment. Ferner kann sich die Phase der Atmung auf einen Punkt auf einer Atemkurve des Patienten zu einem bestimmten Zeitpunkt und/oder Zeitmoment beziehen, wobei die Atemkurve z. B. als die Atemamplitude über die Zeit angegeben werden kann.
Im Allgemeinen kann die Vorrichtung gemäß dem ersten Aspekt eine oder mehrere Elektroden umfassen und/oder einschließen, die zumindest einem Teil eines Körpers des Patienten, der sich entsprechend einer Atembewegung, einer Atembewegung und/oder der Atmung des Patienten bewegen und/oder verlagert werden kann, gegenüberliegen und/oder angeordnet sein können. Zum Beispiel kann eine Anordnung von Elektroden (und/oder elektrisch leitenden Pads) gegenüber dem wenigstens einen Teil des Körpers des Patienten angeordnet sein.
Weiterhin kann sich die Kapazität der wenigstens einen Elektrode auf eine Kapazität und/oder einen Kapazitätswert in einer Umgebung der wenigstens einen Elektrode beziehen. Dabei kann sich die Kapazität und/oder der Kapazitätswert beispielsweise auf eine Kapazität zwischen der wenigstens einen Elektrode und dem der wenigstens einen Elektrode gegenüber angeordneten wenigstens einen Körperteil des Patienten beziehen. Alternativ oder zusätzlich kann sich die Kapazität und/oder der Kapazitätswert auf eine Kapazität zwischen wenigstens zwei Elektroden der Vorrichtung beziehen, z. B. zwischen wenigstens zwei direkt benachbarten Elektroden und/oder zwischen wenigstens zwei direkt benachbarten Elektroden.
Im Allgemeinen kann die Kapazität gemäß einer breiten Palette von Kapazitätserfassungsmethoden gemessen werden. Beispielmethoden zur Kapazitätserfassung umfassen, sind aber nicht beschränkt auf: Anlegen einer bekannten Ladung an die wenigstens eine Elektrode und Messen des Potenzials; Anlegen eines bekannten Potenzials an die wenigstens eine Elektrode und Messen der Ladung; Aufbau eines Schwingkreises, wobei die Frequenz dieses Kreises von der Kapazität abhängt, und Messen der Frequenz. In einer anderen Beispielimplementierung kann eine Kapazitätsbrücke zur Messung der Kapazität verwendet werden.
Das Gate-Signal kann anzeigen, ob Strahlung an den Patienten und/oder einen Teil davon abgegeben werden soll oder nicht. Dabei kann sich das Gate-Signal beispielsweise auf ein binäres Signal beziehen und/oder ein solches sein, wobei ein erster Wert des Gate-Signals anzeigen kann, dass Strahlung an den Patienten abgegeben werden soll, und ein zweiter Wert des Gate-Signals anzeigen kann, dass keine Strahlung an den Patienten abgegeben werden soll. Alternativ oder zusätzlich kann das Gating-Signal die Emission von Strahlung durch das Bestrahlungssystem auslösen, z. B. durch Einschalten einer Strahlungsquelle zur Emission eines Strahls. Es ist jedoch zu beachten, dass das Vorhandensein des Gating-Signals die Emission von Strahlung auslösen kann und das Fehlen des Gating-Signals die Emission von Strahlung verhindern kann (oder umgekehrt). Dementsprechend kann sich der erste Wert des Torsignals auf das Vorhandensein des Torsignals und der zweite Wert des Torsignals auf das Fehlen des Torsignals beziehen.
Des Weiteren kann das Gate-Signal anzeigen, dass sich die Strahlungsquelle des Bestrahlungssystems in einem eingeschalteten Zustand oder einem ausgeschalteten Zustand befindet. Wenn sich die Strahlungsquelle im Ein-Zustand befindet, kann ein Strahlungsbündel und/oder Strahlung von der Strahlungsquelle emittiert werden, wohingegen, wenn sich die Strahlungsquelle im Aus-Zustand befindet, kein Strahlungsbündel und/oder keine Strahlung emittiert werden kann. Mit anderen Worten, das Gate-Signal kann anzeigen, ob der Strahlungsstrahl von der Strahlungsquelle emittiert wird oder nicht.
Gemäß einer Ausführungsform ist der wenigstens eine Prozessor so konfiguriert, dass er das Maß der Amplitude der Atmung des Patienten mit einem Schwellenwert und/oder einem Schwellenwert für das Maß und/oder die Amplitude vergleicht und das Gating-Signal zumindest teilweise auf der Grundlage erzeugt, ob die Amplitude gleich oder größer als der Schwellenwert ist (und/oder den Schwellenwert überschreitet). Mit anderen Worten, das Gating-Signal kann basierend auf einem Vergleich des Maßes der Amplitude der Atmung mit dem Schwellenwert und/oder dem Schwellenwert erzeugt werden. Dementsprechend kann, wenn das Maß der Amplitude der Atmung den Schwellenwert und/oder Schwellenwert erreicht oder überschreitet, die Strahlungsquelle und/oder das Bestrahlungssystem eingeschaltet und/oder aktiviert werden, so dass Strahlung an den Patienten abgegeben wird, und wenn das Maß der Amplitude der Atmung unter dem Schwellenwert und/oder Schwellenwert liegt, kann die Strahlungsquelle und/oder das Bestrahlungssystem ausgeschaltet und/oder deaktiviert werden, so dass keine Strahlung an den Patienten abgegeben wird, oder umgekehrt.
Gemäß einer Ausführungsform ist der wenigstens eine Prozessor so konfiguriert, dass er das Maß der Amplitude der Atmung des Patienten mit einem Amplitudenbereich vergleicht und das Gating-Signal zumindest teilweise auf der Grundlage erzeugt, ob die Amplitude innerhalb des Amplitudenbereichs liegt. Mit anderen Worten, das Gating-Signal kann basierend auf einem Vergleich des Maß der Amplitude der Atmung mit dem Amplitudenbereich erzeugt werden.
Gemäß einer Ausführungsform ist der wenigstens eine Prozessor so konfiguriert, dass er das Ausgangssignal des wenigstens einen Kapazitiven Sensors verarbeitet, um das Maß der Phase der Atmung des Patienten zu bestimmen, das bestimmte Maß der Phase mit einem Phasenfenster zu vergleichen und das Gating-Signal zumindest teilweise auf der Grundlage zu erzeugen, ob das Maß der Phase innerhalb des Phasenfensters liegt. Mit anderen Worten, das Gating-Signal kann basierend auf einem Vergleich des Maßes der Phase der Atmung mit dem Phasenfenster erzeugt werden. Dabei kann sich das Phasenfenster auf einen Phasenbereich, einen Teil einer Atemkurve und/oder einen Teil eines Atemzyklus des Patienten beziehen. Weiterhin kann das Phasenfenster definieren, wann in einem Atemzyklus und/oder Atmungszyklus des Patienten die Abgabe von Strahlung freigegeben oder gesperrt werden soll. Im Allgemeinen kann das Phasenfenster auf einen Amplitudenbereich und/oder einen Bereich von Atemamplituden hinweisen und/oder mit diesem korrelieren.
Gemäß einer Ausführungsform ist die wenigstens eine Elektrode im Wesentlichen und/oder im Wesentlichen transparent für die von dem Bestrahlungssystem abgebbare Strahlung. Indem die wenigstens eine Elektrode so gestaltet und/oder konfiguriert wird, dass sie im Wesentlichen und/oder im Wesentlichen transparent für die von dem Strahlungssystem abgebbare Strahlung ist, kann die Absorption der Strahlung durch die wenigstens eine Elektrode auf einem Minimum gehalten werden, so dass die wenigstens eine Elektrode die eigentliche Strahlenbehandlung des Patienten im Wesentlichen nicht stören und/oder beeinflussen kann. Außerdem kann die Beeinträchtigung der wenigstens einen Elektrode und/oder eines Teils davon durch die Strahlung auf einem Minimum gehalten werden, wodurch die Gesamtlebensdauer der wenigstens einen Elektrode und/oder der Vorrichtung erhöht wird.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Offenbarung kann „im Wesentlichen transparent“ bedeuten, dass wenigstens 97 %, vorzugsweise wenigstens 99 %, des Strahlungsbündels durch den im Wesentlichen transparenten Bereich und/oder das im Wesentlichen transparente Element der Vorrichtung hindurchtreten kann. „Im Wesentlichen transparent“ kann bedeuten, dass wenigstens 90 % der Strahlung durch den im Wesentlichen transparenten Bereich und/oder das im Wesentlichen transparente Element der Vorrichtung hindurchtreten kann.
Gemäß einer Ausführungsform wird die wenigstens eine Elektrode auf einem Substrat getragen und/oder angeordnet. Die Anordnung der wenigstens einen Elektrode auf einem Substrat kann im Allgemeinen eine präzise Positionierung der wenigstens einen Elektrode ermöglichen, z. B. in einer gewünschten Position und/oder Lage in Bezug auf den wenigstens einen Teil des Körpers des Patienten.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Substrat im Wesentlichen und/oder im Wesentlichen transparent für die von dem Bestrahlungssystem abgebbare Strahlung. Indem das Substrat so gestaltet und/oder konfiguriert wird, dass es im Wesentlichen und/oder im Wesentlichen transparent für die von dem Bestrahlungssystem abgebbare Strahlung ist, kann die Absorption der Strahlung auf einem Minimum gehalten werden, so dass das Substrat die eigentliche Strahlenbehandlung des Patienten im Wesentlichen nicht stören und/oder beeinträchtigen kann. Außerdem kann die Beschädigung des Substrats und/oder eines Teils davon durch die Strahlung auf einem Minimum gehalten werden, wodurch die Gesamtlebensdauer der Vorrichtung erhöht wird.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Substrat aus einem Kohlenstofffaserverbundwerkstoff, einem Kunststoff, einem Kunststoffmaterial oder einer Kombination davon hergestellt und/oder umfasst ein solches. Solche Materialien können insbesondere geeignete Substratmaterialien sein, da sie im Wesentlichen und/oder im Wesentlichen transparent für die von dem Strahlungssystem abgebbare Strahlung sein können.
Gemäß einer Ausführungsform wird die wenigstens eine Elektrode von einer Stützstruktur getragen, die an einer Liege (auch als „Behandlungsliege“ bezeichnet) des Bestrahlungssystems befestigt werden kann. Die Liege kann sich auf eine Patientenauflage beziehen und/oder so konfiguriert sein, dass sie zumindest einen Teil des Patienten während der eigentlichen Strahlenbehandlung oder Strahlenabgabe stützt.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Stützstruktur ein oder mehrere Indexmerkmale, die so konfiguriert sind, dass sie in ein oder mehrere Indexelemente auf der Liege eingreifen. Wenigstens ein Teil des einen oder der mehreren Indexierungsmerkmale kann in Übereinstimmung mit dem einen oder den mehreren Indexierungselementen auf der Liege geformt sein, so dass das eine oder die mehreren Indexierungsmerkmale und/oder wenigstens ein Teil oder eine Teilmenge davon mit dem einen oder den mehreren Indexierungselementen und/oder wenigstens einem Teil oder einer Teilmenge davon in Eingriff kommen können. Beispielsweise können das eine oder die mehreren Indexierungsmerkmale der Stützstruktur ein oder mehrere Stifte, Vorsprünge und/oder Erhebungen sein und/oder umfassen, die in Übereinstimmung mit dem einen oder den mehreren Indexelementen auf der Liege geformt, gestaltet und/oder dimensioniert sind. Das eine oder die mehreren Indexelemente können z. B. ein oder mehrere Indexierungslöcher, Aussparungen, Aufnahmen und/oder Kerben sein und/oder diese umfassen. Zum Beispiel kann jedes Ende der Stützstruktur ein oder mehrere Indexierungsmerkmale aufweisen, die so konfiguriert sind, dass sie mit einem oder mehreren Indexierungselementen auf der Liege in Eingriff kommen. Beispielsweise kann die Stützstruktur so konfiguriert sein, dass sie den Patienten überbrückt und in ein oder mehrere Indexelemente auf beiden Seiten der Behandlungsliege eingreift. Dies kann es ermöglichen, die Stützstruktur und/oder die wenigstens eine Elektrode in eine gewünschte Position oder Lage entlang der Liege zu bewegen und die Stützstruktur in der gewünschten Position oder Lage abnehmbar an der Liege zu befestigen.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Stützstruktur einen Ausleger oder eine Brücke, der/die so konfiguriert, ausgebildet und/oder geformt ist, dass er/sie sich quer über die Liege erstreckt, wobei die wenigstens eine Elektrode von dem Ausleger oder der Brücke gestützt ist. Eine solche Ausgestaltung der Stützstruktur kann die Positionierung der wenigstens einen Elektrode an einer gewünschten Position oder Stelle über dem Patienten ermöglichen.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die wenigstens eine Elektrode eine Vielzahl von elektrisch leitenden Pads (und/oder leitenden Elementen) und ein Schaltnetzwerk, das so konfiguriert ist, dass es ausgewählte der leitenden Pads (und/oder leitenden Elemente) elektrisch parallel verbindet, um die wenigstens eine Elektrode bereitzustellen. Dementsprechend kann eine Teilmenge der elektrisch leitenden Pads (und/oder leitenden Elemente) parallel geschaltet werden, um die wenigstens eine Elektrode zu bilden. Auch kann eine Vielzahl von Elektroden durch elektrisches Verbinden von leitfähigen Pads (und/oder leitfähigen Elementen) einer Vielzahl von Teilmengen der Pads (und/oder leitfähigen Elemente) gebildet werden. Dabei kann sich das Schaltnetzwerk auf einen Schaltkreis beziehen und/oder einen Schaltkreis umfassen, der so konfiguriert ist, dass er selektiv eine Mehrzahl von leitenden Pads (und/oder leitenden Elementen) miteinander verbindet. Die tatsächliche Auswahl, wie viele und welche leitenden Pads (und/oder leitenden Elemente) verbunden werden, kann beispielsweise auf einer Benutzereingabe basieren.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Bestrahlungssystem einen Linearbeschleuniger. Die Verwendung eines Linearbeschleunigers kann eine effiziente Steuerung der Strahlungsabgabe basierend auf dem Gating-Signal ermöglichen. Außerdem kann ein Linearbeschleuniger vorteilhaft erlauben, eine Strahlenergie, ein Energiespektrum des Strahls und/oder eine Richtung des Strahls für die Strahlenbehandlung einzustellen und/oder anzupassen.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Verfahren zur Steuerung der Abgabe von Strahlung an einen Patienten durch ein Bestrahlungssystem bereitgestellt. Das Verfahren umfasst wenigstens die folgenden Schritte:

- Positionieren und/oder Anordnen wenigstens einer Elektrode angrenzend an einen Teil eines Körpers des Patienten, der sich in Reaktion auf und/oder in Übereinstimmung mit der Atmung des Patienten bewegt, wobei die wenigstens eine Elektrode von dem Teil des Körpers beabstandet ist, um einen elektrischen Kondensator zu bilden;
- Bestimmen und/oder Überwachen der Atmung des Patienten durch Erfassen, Bestimmen und/oder Überwachen von Änderungen in einer Kapazität des Kondensators; und
- Erzeugen eines Gate-Signals auf der Grundlage der überwachten Atmung, wobei das Gate-Signal anzeigt, dass die Abgabe von Strahlung durch das Bestrahlungssystem freigegeben oder gesperrt werden soll.

Gemäß dem Verfahren des zweiten Aspekts der vorliegenden Offenbarung können Änderungen in der Kapazität der wenigstens einen Elektrode detektiert, bestimmt und/oder überwacht werden, und darauf basierend kann die Atmung des Patienten bestimmt und/oder überwacht werden.
Ferner kann der elektrische Kondensator zwischen der wenigstens einen Elektrode und dem Körperteil des Patienten ausgebildet sein, und die Kapazität kann sich auf eine Kapazität zwischen der wenigstens einen Elektrode und dem Körperteil des Patienten beziehen. Alternativ kann eine Vielzahl von Elektroden verwendet werden, der Kondensator kann zwischen wenigstens zwei direkt benachbarten Elektroden der Vielzahl von Elektroden ausgebildet sein, und die Kapazität kann sich auf eine Kapazität zwischen den wenigstens zwei direkt benachbarten Elektroden beziehen.
Es sollte beachtet werden, dass im Zusammenhang mit der vorliegenden Offenbarung die Überwachung eines Maßes oder einer Größe sich auf die Bestimmung des Maßes oder der Größe über die Zeit und/oder über einen (bestimmten, vorgegebenen, vordefinierten und/oder definierbaren) Zeitraum beziehen kann.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner das Bestimmen und/oder Überwachen von Änderungen in der Kapazität durch Erfassen und/oder Detektieren der Kapazität mit einer Abtastfrequenz (auch Samplingfrequenz genannt). Die Abtastfrequenz kann z. B. vordefiniert, vorgegeben und/oder definierbar sein, z. B. durch einen Benutzer.
Gemäß einer Ausführungsform liegt die Abtastfrequenz in einem Bereich zwischen 2 Hz und 200 Hz. Ein solcher Bereich kann geeignet sein, um die Atmung des Patienten, das Maß der Amplitude der Atmung und/oder das Maß der Phase der Atmung genau und präzise zu bestimmen und/oder zu überwachen.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Überwachen und/oder Bestimmen der Änderungen der Kapazität das Verarbeiten eines Ausgangssignals von einem kapazitiven Sensor und das Konditionieren des Ausgangssignals, um Signalkomponenten zu isolieren und/oder zu bestimmen, die der Atmung des Patienten entsprechen. Dabei kann die Konditionierung als Filterung des Ausgangssignals angesehen werden, diese umfassen und/oder sich auf diese beziehen. Im Allgemeinen kann die Aufbereitung und/oder Filterung des Ausgangssignals eine Erhöhung der Genauigkeit und Präzision bei der Bestimmung der Atmung des Patienten ermöglichen.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner das Erzeugen einer Rückmeldung für den Patienten, um den Patienten bei der Kontrolle seiner Atmung zu unterstützen, indem dem Patienten ein oder mehrere Indikatoren basierend auf einem Ausgangssignal eines kapazitiven Sensors bereitgestellt werden. Die Bereitstellung einer Rückmeldung für den Patienten zur Kontrolle seiner Atmung kann insbesondere eine Steigerung der Effektivität der Strahlenbehandlung ermöglichen. Außerdem kann die an den Patienten abgegebene Gesamtdosis reduziert und/oder die Bestrahlung von gesundem Gewebe, das während der Bestrahlung geschont werden sollte, vermieden und/oder minimiert werden.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Rückmeldung wenigstens eines von Folgendem: dem Patienten zeigen, um wie viel seine Atmung von einer gewünschten Atmung abweicht; den Patienten daran erinnern, den Atem an einem gewünschten Punkt anzuhalten; dem Patienten zeigen, ob er erfolgreich den Atem anhält; und den Patienten wissen lassen, wie viel länger er den Atem voraussichtlich anhalten wird. Dabei kann sich der „gewünschte Punkt“ auf eine gewünschte Atmungsamplitude, Atmungsphase, Atmungsamplitude, Einatmungstiefe, Einatmungstiefe und/oder Ausatmungstiefe beziehen.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner die Anzeige des Feedbacks unter Verwendung von wenigstens einer der folgenden Anzeigen: eine Countdown-Timer-Anzeige, eine Balkenanzeige, eine Farbwechselanzeige, eine oder mehrere Anzeigen, die in eine vom Patienten getragene Brille eingebettet sind, ein Virtual-Reality-Kopfset, eine tragbare elektronische Vorrichtung und eine Anzeige, die in einem Sichtfeld des Patienten angebracht ist. Solche Mittel zur Anzeige der Rückmeldung können besonders geeignet sein, um den Patienten während der Strahlenbehandlung zu führen und so die Wirksamkeit der Behandlung zu gewährleisten und das Risiko einer übermäßigen Dosisabgabe zu verringern.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner das Erzeugen des Gate-Signals auf der Grundlage einer Amplitude oder einer Phase der überwachten Atmung oder beider.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner die Bestimmung der Phase der überwachten Atmung durch Verfolgung eines oder mehrerer Trends in einem Ausgangssignal des kapazitiven Sensors. Im Allgemeinen können sich der eine oder die mehreren Trends des Ausgangssignals auf eine oder mehrere Signalkomponenten des Ausgangssignals beziehen, die die Atmung und/oder Atembewegung des Patienten anzeigen. Weiterhin kann sich die Verfolgung des einen oder der mehreren Trends auf die Bestimmung des einen oder der mehreren Trends über die Zeit beziehen. Durch die Verfolgung des einen oder der mehreren Trends kann die aktuelle oder tatsächliche Amplitude und/oder Phase der Atmung mit hoher Präzision und Genauigkeit bestimmt werden. Außerdem kann die Verfolgung eines oder mehrerer Trends eine Vorhersage der Atembewegung und/oder der Atmung des Patienten ermöglichen, z. B. zumindest über einen bestimmten Zeitraum.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner das Einstellen eines Gating-Fensters (auch Gating-Window genannt) basierend auf zuvor erfassten Atmungsdaten des Patienten. Dabei können die zuvor erfassten Atmungsdaten auf der Grundlage der Überwachung der Kapazität der wenigstens einen Elektrode und/oder auf der Grundlage beliebiger anderer Mittel zur Bestimmung der Atmung des Patienten erfasst werden. Das „Gating-Fenster“ kann sich z. B. auf ein Phasenfenster und/oder einen Amplitudenbereich für die Atemamplitude beziehen.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Erzeugen des Gating-Signals das Bestimmen, ob eine Phase und/oder eine Amplitude der überwachten Atmung innerhalb eines Gating-Fensters liegt, und das dynamische Anpassen und/oder Modifizieren des Gating-Fensters basierend auf der überwachten Atmung. Dabei kann das Anpassen des Gating-Fensters das Vergrößern oder Verkleinern einer Größe des Gating-Fensters umfassen, wobei die Größe des Gating-Fensters einem Teil und/oder einer Zeitspanne eines Atmungszyklus des Patienten entsprechen kann. Alternativ oder zusätzlich kann die Anpassung des Gating-Fensters eine Verschiebung des Gating-Fensters innerhalb eines Atemzyklus des Patienten umfassen. Durch die Anpassung des Gating-Fensters kann die Wirksamkeit der Strahlenbehandlung erhöht und das Risiko einer übermäßigen Dosisabgabe minimiert werden.
Gemäß einer Ausführungsform ist die wenigstens eine Elektrode in einem Mindestabstand von etwa 1 cm bis etwa 10 cm von dem Körperteil des Patienten entfernt positioniert. Mit anderen Worten, die wenigstens eine Elektrode kann in einem Bereich von etwa 1 cm bis etwa 10 cm entfernt von einem nächstgelegenen Körperteil des Patienten positioniert werden, z. B. einem Körperteil des Patienten, der am nächsten zu der wenigstens einen Elektrode angeordnet ist. In einem solchen Abstandsbereich können die Kapazität und/oder Änderungen der Kapazität, die durch Atembewegungen des Patienten verursacht werden, zuverlässig erfasst und/oder bestimmt werden.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner das Variieren und/oder Erhöhen einer Signalstärke der überwachten Atmung durch Einstellen eines Abstands der wenigstens einen Elektrode vom Körper des Patienten und/oder eines Winkels der wenigstens einen Elektrode relativ zum Körper des Patienten. Dabei kann sich der Winkel der wenigstens einen Elektrode relativ zum Körper auf einen Winkel beziehen, der von einem Oberflächennormalenvektor der wenigstens einen Elektrode und einer Achse des Patientenkörpers eingeschlossen wird, wie z.B. einer anteriorposterioren Achse oder einer kranial-caudalen Achse.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner das Indexieren einer Trägerstruktur, die die wenigstens eine Elektrode trägt, an einer Liege des Bestrahlungssystems. Die Indizierung der Trägerstruktur an der Liege kann eine präzise Positionierung der wenigstens einen Elektrode z. B. an einer gewünschten Position oder Stelle in Bezug auf den Körper des Patienten ermöglichen.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Trägerstruktur ein Substrat, das sich quer zum Körper des Patienten erstreckt, wobei die wenigstens eine Elektrode von dem Substrat gestützt ist. Dabei kann quer zum Körper des Patienten quer zu einer anteriorposterioren Achse und/oder quer zu einer kranial-caudalen Achse des Patienten bedeuten.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner das Platzieren der wenigstens einen Elektrode an einem Ort innerhalb eines Bereichs, der einem Pfad eines Strahlungsstrahls entspricht, wobei die wenigstens eine Elektrode und das Substrat für die Strahlung des Strahlungsstrahls im Wesentlichen transparent sind.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Überwachen von Änderungen der Kapazität des Kondensators das Anlegen eines Gleichstromsignals (DC) an die wenigstens eine Elektrode.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die wenigstens eine Elektrode eine Vielzahl von Elektroden, wobei jede der Vielzahl von Elektroden in der Nähe eines anderen Teils des Körpers angeordnet ist. Die Verwendung einer Vielzahl von Elektroden, von denen sich jede in der Nähe eines anderen Körperteils befindet, kann die Bestimmung und/oder Überwachung der Atmung mit hoher Präzision ermöglichen. Dies kann auch die Unterscheidung zwischen Bewegungen des Körpers des Patienten, die durch die Atmung verursacht werden, und anderen Bewegungen des Patienten ermöglichen.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner das elektrische Parallelschalten einer Vielzahl der Elektroden, leitenden Pads und/oder leitenden Elemente. Das Verbinden einer Vielzahl von Elektroden kann das Erfassen von Bewegungen eines größeren Teils des Patienten im Vergleich zur Verwendung nur einer einzigen Elektrode ermöglichen. Dies kann wiederum zu einer erhöhten Signalstärke und/oder einer erhöhten Genauigkeit bei der Bestimmung der Atmung des Patienten, der Amplitude der Atmung und/oder der Phase der Atmung führen.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner das Anbringen eines leitfähigen Materials auf einer Oberfläche des Körpers gegenüber der wenigstens einen Elektrode. Dies kann zu einer erhöhten Signalstärke der wenigstens einen Elektrode und zu einer erhöhten Genauigkeit bei der Bestimmung der Atmung, der Amplitude der Atmung und/oder der Phase der Atmung führen.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird eine Vorrichtung zur Steuerung der Abgabe von Strahlung an ein Zielgewebe innerhalb eines Körpers eines Patienten bereitgestellt. Die Vorrichtung umfasst ein immobilisierbares Substrat; einen Kondensator, der durch den Körper des Patienten und eine von dem Substrat getragene Elektrode gebildet wird, wobei die Elektrode angrenzend an einen Bereich und/oder einen Teil des Körpers positionierbar ist, der durch die Atmung des Patienten beweglich ist, und wobei die Elektrode von dem Körper beabstandet ist; einen kapazitiven Sensor, der so konfiguriert ist, dass er ein Signal von der Elektrode empfängt, das einer Menge an elektrischer Ladung auf einer Oberfläche der Elektrode entspricht, und dass er ein Ausgangssignal erzeugt, das für einen Abstand repräsentativ ist, um den der Körper des Patienten von der Elektrode getrennt ist; und einen Prozessor, der dazu eingerichtet ist:

- ein Ausgangssignal des kapazitiven Sensors zu empfangen;
- das Ausgangssignal zu verarbeiten, um die Atmung des Patienten zu messen und/oder zu bestimmen; und
- ein Gating-Signal zu erzeugen, um die Abgabe von Strahlung an das Zielgewebe zu ermöglichen oder zu verhindern, indem die gemessene Atmung mit einem Gating-Fenster verglichen wird, wobei das Gating-Fenster definiert, wann in einem Atmungszyklus und/oder Atemzyklus des Patienten die Abgabe von Strahlung ermöglicht oder verhindert werden soll.

Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auch auf die Verwendung eines der ersten bis dritten Aspekte zur medizinischen Behandlung eines Patienten. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Offenbarung auch auf die Verwendung der Vorrichtung gemäß dem ersten Aspekt und/oder dem dritten Aspekt für die medizinische Behandlung eines Patienten.
Ein vierter Aspekt der vorliegenden Offenbarung bezieht sich auf die Verwendung eines kapazitiven Sensors zur Überwachung der Atmung, einer Atmungsamplitude und/oder einer Atmungsphase zur Steuerung der Abgabe von Strahlung an einen Patienten durch ein Bestrahlungssystem.
Es wird betont, dass Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Schritte, die oben und im Folgenden unter Bezugnahme auf einen Aspekt der Erfindung oder Offenbarung beschrieben sind, gleichermaßen für jeden anderen Aspekt der Erfindung oder Offenbarung gelten, der oben und im Folgenden beschrieben ist. Insbesondere gelten Merkmale und/oder Elemente, wie sie oben und im Folgenden unter Bezugnahme auf die Vorrichtung gemäß dem ersten Aspekt beschrieben sind, gleichermaßen für das Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt und/oder die Vorrichtung gemäß dem dritten Aspekt und umgekehrt.
Kurz zusammengefasst, umfasst die vorliegende Offenbarung, ohne Einschränkung:

• Verfahren und Vorrichtung zur Messung der Atmung eines Patienten;
• Verfahren und Vorrichtung zur Messung der Bewegung des Brustkorbs eines Patienten;
• Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung der Abgabe einer Strahlungsbehandlung auf der Grundlage der Atmung eines Patienten;
• Strahlenbehandlungssysteme (bzw. Bestrahlungssysteme);
• kontaktlose kapazitive Elektrodensysteme.

Es wird betont, dass die Erfindung oder die Offenbarung, wie sie unter Bezugnahme auf einen der ersten bis vierten Aspekte beschrieben wird, keinen invasiven Schritt beinhalten muss oder insbesondere keinen invasiven Schritt umfasst, der einen erheblichen physischen Eingriff in den Körper darstellen würde, dessen Durchführung professionelles medizinisches Fachwissen erfordert und ein erhebliches Gesundheitsrisiko mit sich bringt, selbst wenn er mit der erforderlichen professionellen Sorgfalt und dem erforderlichen Fachwissen durchgeführt wird. Beispielsweise umfassen diese Aspekte der Erfindung keinen Schritt des Positionierens eines medizinischen Implantats, um es an einer anatomischen Struktur zu befestigen, oder einen Schritt des Befestigens des medizinischen Implantats an der anatomischen Struktur oder einen Schritt des Vorbereitens der anatomischen Struktur für die Befestigung des medizinischen Implantats an ihr. Insbesondere beinhalten oder umfassen diese Aspekte der Erfindung keine chirurgische oder therapeutische Tätigkeit. Diese Aspekte der Erfindung sind vielmehr auf jede nicht-invasive medizinische Anwendung anwendbar. Schon aus diesem Grund ist keine chirurgische oder therapeutische Tätigkeit und insbesondere kein chirurgischer oder therapeutischer Schritt durch die Ausführung der Erfindung erforderlich oder impliziert.
Die hier beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen können optional in Verbindung mit chirurgischen und/oder therapeutischen Aktivitäten verwendet werden.
Weitere Aspekte und Ausführungsbeispiele sind in den begleitenden Figuren dargestellt und/oder in der folgenden Beschreibung beschrieben.
Figurenliste
Beispielhafte Ausführungsformen sind in den referenzierten Illustrationen der Figuren dargestellt. Es ist beabsichtigt, dass die hier offengelegten Ausführungsformen und Figuren eher als illustrativ denn als einschränkend zu betrachten sind.

1A und 1B sind schematische Darstellungen von Beispielquerschnitten des Brustkorbs eines Patienten.
2 ist eine schematische Darstellung einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, das einen Kondensator enthält, der durch Positionierung einer Elektrode in der Nähe der Brust eines Patienten gebildet wird.
3 ist eine schematische Darstellung einer beispielhaften Bewegung des Brustkorbs eines Patienten während der Atmung des Patienten.
4 ist eine schematische Darstellung einer beispielhaften kapazitiven Messschaltung.
5 ist eine partielle Draufsicht auf einen beispielhaften Brustbereich eines Patienten.
6A ist ein Beispiel für ein kontinuierliches Zeitsignal der gemessenen Kapazität.
6B ist ein Beispiel für ein diskretes Zeitsignal der gemessenen Kapazität.
6C ist ein Beispiel für ein Steuersignal.
7 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren gemäß einer beispielhaften Ausführungsform zeigt.
8 zeigt schematisch ein Strahlenbehandlungssystem gemäß einem Ausführungsbeispiel.
8A ist eine Draufsicht auf eine Behandlungsliege gemäß einem Ausführungsbeispiel.
Die 9A bis 9G zeigen Elektroden gemäß Ausführungsbeispielen.
Die 10A und 10B zeigen Elektroden gemäß Ausführungsbeispielen.
Die 11 A bis 11J zeigen Trägersubstrate zum Tragen von Elektroden gemäß Ausführungsbeispielen.
12 zeigt schematisch eine grafische Benutzeroberfläche gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
13A und 13B zeigen schematisch eine Rückmeldeschnittstelle gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.

Detaillierte Beschreibung
In der folgenden Beschreibung werden spezifische Details aufgeführt, um ein besseres Verständnis der Erfindung zu ermöglichen. Die Erfindung kann jedoch auch ohne diese Angaben ausgeübt werden. In anderen Fällen sind bekannte Elemente nicht im Detail gezeigt oder beschrieben worden, um die Erfindung nicht unnötig zu vernebeln. Dementsprechend sind die Beschreibung und die Figuren in einem illustrativen und nicht in einem einschränkenden Sinne zu verstehen.
Aspekte der vorliegenden Technologie überwachen den Zustand der Atmung eines Patienten, indem sie Messungen der Kapazität zwischen einer in der Nähe des Patienten platzierten Elektrode und dem Körper des Patienten anwenden. Bewegungen des Patientenkörpers (z. B. Bewegungen infolge der Atmung) verändern den Abstand zwischen der Körperoberfläche des Patienten und der Elektrode. Dies wiederum verändert die Kapazität. Durch die Überwachung der Kapazität kann man:

• Feststellen, ob sich der Körper des Patienten bewegt oder nicht (z. B. feststellen, ob der Patient aufgehört hat, den Atem anzuhalten);
• Bestimmen, wann sich der Körper des Patienten in einem Referenzzustand (z. B. einem Gating-Fenster) befindet; und/oder
• Überwachen Sie die Atmung des Patienten über die Zeit.

In einigen Ausführungsformen sind die Elektrode und jeder Träger für die Elektrode im Wesentlichen transparent für die Behandlungsstrahlung.
Die 1A und 1B zeigen eine nicht-begrenzende Darstellung eines Falles, in dem die vorliegende Offenbarung und/oder die darin beschriebene Technologie angewendet werden kann. 1A ist ein beispielhafter schematischer Querschnitt eines Brustkorbs 20 eines Patienten P. Der Brustkorb 20 umfasst Rippen 23 und Rückenwirbel 24. Der Brustkorb 20 umfasst auch eine linke Lunge 21L und eine rechte Lunge 21R. Die linke Lunge 21L umfasst Zielgewebe 26 (z. B. einen zu behandelnden Tumor). Das Zielgewebe 26 kann z. B. durch eine Strahlenbehandlung behandelt werden.
Wie in 1A gezeigt, befindet sich das Zielgewebe 26 in der Nähe des Herzens 22, wenn die Lunge 21L entlüftet ist (d.h. wenn die Luft teilweise oder vollständig aus der Lunge 21L ausgeatmet wurde). Wenn Luft in die Lunge 21L eingeatmet wird, vergrößert sich der Abstand zwischen Zielgewebe 26 und Herz 22 (siehe 1B). Die Strahlenexposition empfindlicher und/oder kritischer Nicht-Zielgewebe (z. B. Herz 22) kann reduziert oder minimiert werden, indem die Strahlung auf das Zielgewebe 26 während eines Zustands der Atmung des Patienten abgegeben wird, in dem das Zielgewebe 26 am weitesten von den empfindlichen und/oder kritischen Nicht-Zielgeweben entfernt ist. Es ist daher wünschenswert, die Abgabe der Strahlung so zu steuern, dass die Strahlung in der Phase der Atmung entsprechend 1B abgegeben wird und die Abgabe der Strahlung in anderen Phasen der Atmung (einschließlich der Phase entsprechend 1A) verhindert wird. In Fällen, in denen die Atmungsphase gemäß 1B einer Einatmungs- oder Ausatmungsphase entspricht, kann die Strahlung während DIBH oder DEBH abgegeben werden.
Die vorliegende Offenbarung und/oder die darin beschriebene Technologie kann für die Gate-Abgabe von Strahlung basierend auf dem Atemzustand eines Patienten angewendet werden. Eine elektrisch leitende Elektrode wird in der Nähe des Körpers eines Patienten (z. B. in der Nähe der Brust und/oder des Bauches des Patienten) angebracht, ohne den Körper des Patienten zu berühren. Der Körper des Patienten ist von Natur aus elektrisch leitfähig. Die Platzierung der Elektrode neben dem Körper des Patienten bildet einen Kondensator. Alternativ oder zusätzlich kann ein Kondensator zwischen wenigstens benachbarten und/oder direkt benachbarten Elektroden gebildet werden. Die Kapazität des Kondensators variiert mit dem Abstand zwischen der Elektrode und dem Körper des Patienten. Die Elektrode kann in der Nähe eines relevanten Körperteils des Patienten (z. B. in der Nähe des Brustkorbs oder des Bauches des Patienten) platziert werden.
Wenn der Patient atmet, dehnen sich die Lungen des Patienten aus und ziehen sich zusammen, und die äußere Oberfläche des Körpers des Patienten bewegt sich relativ zur Elektrode. Diese Bewegungen verändern die Kapazität des Kondensators. Änderungen der Kapazität können überwacht werden, um einen Zustand der Atmung des Patienten zu bestimmen. Die Abgabe von Strahlung an den Patienten P kann auf der Grundlage des ermittelten Atmungszustands gesteuert werden.
2 zeigt einen Kondensator 32, der durch Anbringen einer Elektrode 30 neben dem Brustkorb 20 des Patienten P gebildet wird. d trennt die Elektrode 30 vom Brustkorb 20. Die Kapazität C des Kondensators 32 ist umgekehrt proportional zum Abstand d. Die Kapazität C kann z. B. wie folgt angenähert werden: $C = \frac{ε A}{d}$
wobei A die Oberfläche des Kondensators 32 darstellt und ε eine Dielektrizitätskonstante des Materials zwischen Elektrode 30 und Brustkorb 20 darstellt. Typischerweise ist die Oberfläche der Elektrode 30 wesentlich kleiner als die Oberfläche des Patientenkörpers, so dass die Fläche A des Kondensators 32 als gleich der Oberfläche der Elektrode 30 angenommen werden kann.
Die Kapazität C des Kondensators 32 variiert mit Änderungen des Abstands d der die Elektrode 30 von der Brust 20 trennt (und/oder die wenigstens zwei den Kondensator bildenden Elektroden trennt). Wenn die Elektrode 30 fixiert ist, ändert sich der Abstand d ändert sich mit der Atmung des Patienten P. Daher ändert sich auch die Kapazität C mit der Atmung des Patienten P. Die Kapazität C kann durch eine Kapazitätsmessschaltung 40 überwacht werden, wie im Folgenden näher beschrieben.
Ein Ausgangssignal 41 der Kapazitätsmessschaltung 40 wird den Verarbeitungsschaltungen 50 zugeführt, die das Ausgangssignal 41 auf verschiedene Weise anwenden können. In 2 sind drei Anwendungsbeispiele dargestellt. Für eine Anwendung wird das Ausgangssignal 41 von einer Torschaltung 52 verarbeitet, um ein Torsignal 53 zu erzeugen. Das Gating-Signal 53 kann bereitgestellt werden, um die Abgabe von Strahlung aus einer Strahlungsquelle zu verhindern oder zu ermöglichen. Beispielsweise kann die Torschaltung 52 das Torsignal so einstellen, dass es die Abgabe von Strahlung aus der Strahlungsquelle zulässt, wenn das Ausgangssignal 41 ein vorgegebenes Kriterium erfüllt (z. B. wenn das Ausgangssignal 41 innerhalb eines ausgewählten Bereichs liegt), und andernfalls die Abgabe von Strahlung aus der Strahlungsquelle verhindert. Das Torsignal 53 kann ein logisches und/oder binäres Signal sein, das einen Wert hat, der „Strahlungsabgabe sperren“ entspricht, und einen anderen Wert, der „Strahlungsabgabe zulassen“ bedeutet.
Diese Anwendung kann verwendet werden, um die Strahlungsabgabe so zu steuern, dass sie mit einer gewünschten Phase des Atemzyklus des Patienten (z. B. vollständig eingeatmet oder vollständig ausgeatmet) oder innerhalb eines vorgegebenen Bereichs einer Referenzphase usw. zusammenfällt.
Für eine andere Anwendung ist ein Prozessor 54 mit einem oder beidem verbunden: Speichern in einem Datenspeicher 55 und Anzeigen einer Zeitreihe von Werten des Ausgangssignals 41 (oder eines Ergebnisses, das durch die Verarbeitung des Ausgangssignals 41 erhalten wurde) als Spur 57 auf einer Anzeige 56.
Diese Anwendung kann verwendet werden, um den Atemzyklus des Patienten zu beobachten, geeignete Kriterien für das Gating zu bestimmen, als visuelle Hilfe für das Training von Patienten, auf eine bestimmte Art und Weise zu atmen (z. B. DIBH oder DEBH) und/oder um die aktuellen und früheren Atemmuster eines Patienten zu vergleichen.
Bei einer anderen Anwendung steuert eine Anzeigeschaltung 58 einen oder mehrere Anzeiger 59 in Reaktion auf das Ausgangssignal 41. In einem Beispielfall steuert die Anzeigeschaltung 58 die Anzeigen 59, um eines oder mehrere der folgenden anzuzeigen:

• um wie viel und in welche Richtung weicht der Wert des Ausgangssignals 41 von einem Sollwert/Kriterium 43 ab (siehe z. B. 13A);
• wie lange sich der Wert des Ausgangssignals 41 in einem gewünschten Bereich befindet.

58

41

43

13B)

59

Diese Anwendung kann verwendet werden, um einen Patienten daran zu erinnern, den Atem an einem gewünschten Punkt anzuhalten, um dem Patienten zu zeigen, ob er den Atem an der gewünschten Phase erfolgreich anhält und/oder um den Patienten wissen zu lassen, wie lange er den Atem voraussichtlich noch anhalten wird.
Wenn die Verarbeitungsschaltungen 50 so aufgebaut sind, dass sie zwei oder mehr der oben genannten Anwendungen ausführen, können die Schaltungen zur Ausführung der verschiedenen Anwendungen optional kombiniert werden. Zum Beispiel kann ein Prozessor 54 mittels geeigneter Software so konfiguriert werden, dass er zwei oder mehr der oben genannten Anwendungen ausführt.
3 zeigt schematisch ein Beispiel für die Bewegung des Brustkorbs 20 relativ zur stationären Elektrode 30, wenn Patient P atmet. Die durchgezogene Linie 34 veranschaulicht eine Außenfläche des Brustkorbs 20, die einem kontrahierten Zustand des Brustkorbs 20 entspricht (d.h. Luft wurde aus den Lungen des Patienten P ausgeatmet). Die durchgezogene Linie 34 ist von der Elektrode 30 um einen Abstand x_out. Die gestrichelte Linie 36 stellt eine Außenfläche des Brustkorbs 20 dar, die einem expandierten Zustand des Brustkorbs 20 entspricht (d. h. Luft wurde in die Lungen des Patienten 10 eingeatmet). Die gestrichelte Linie 36 ist von der Elektrode 30 durch einen Abstand x_in. Eine Änderung des Abstands d kann dargestellt werden durch: $Δ d = x_{o u t} - x_{i n}$
Wenn eine zeitlich veränderliche Position des Brustkorbs 20 relativ zur Elektrode 30 dargestellt wird als x(t), kann eine entsprechende zeitlich veränderliche Kapazität C (t) zum Beispiel als dargestellt werden kann: $C (t) = \frac{F}{x (t)}$
wobei Fein Proportionalitätsfaktor ist, der zumindest in einer ersten Näherung konstant ist.
Die Oberfläche der Elektrode 30 kann so gewählt werden, dass sie groß genug ist, damit die Kapazität C messbar ist. Der Oberflächenbereich der Elektrode 30 kann auch so gewählt werden, dass er klein genug ist, damit Änderungen der Kapazität hauptsächlich aus Bewegungen eines gewünschten Körperteils des Patienten resultieren (z. B. ein Teil des Brustkorbs oder ein Teil des Bauches). Außerdem kann die Fläche der Elektrode 30 groß genug sein, um die Auswirkungen lokaler Abstandsunterschiede d auszugleichen, die dadurch entstehen, dass der Körper des Patienten P nicht vollkommen glatt oder parallel zur Elektrode 30 ist.
In einigen Ausführungsformen hat die Elektrode 30 eine Oberfläche im Bereich von etwa 4 cm² bis etwa 900 cm².
In einigen Ausführungsformen kann die Kapazität C erhöht werden, indem ein dielektrisches Material zwischen die Elektrode 30 und den Körper des Patienten P und/oder zwischen wenigstens zwei Elektroden, die den Kondensator bilden, eingefügt wird (d. h. ein Material mit einem höheren Dielektrizitätskonstantenwert ε als Luft). In einigen Ausführungsformen passt sich das dielektrische Material an den Körper des Patienten P an. Das dielektrische Material kann z. B. die Form einer Decke haben. In einigen Ausführungsformen besteht das dielektrische Material aus einem Kunststoff, Schaumstoff oder dergleichen. In einigen Ausführungsformen ist das dielektrische Material leicht sterilisierbar. Das dielektrische Material ist vorteilhafterweise im Wesentlichen transparent für Strahlung der Art, die an den Patienten P abgegeben werden soll.
Die Vorrichtung 10 umfasst Mittel zum Halten der Elektrode 30 in der Nähe einer interessierenden Region des Körpers von Patient P. Wenn zum Beispiel die Bewegung des Brustkorbs 20 von Interesse ist, kann die Elektrode 30 in der Nähe des Brustkorbs 20 gehalten werden (z. B. zur Behandlung von Lungentumoren). 5 zeigt einen Beispielbereich 28 im Brustkorb 20. Als weiteres Beispiel, wenn die Bewegung eines Bauchbereichs des Patienten P von Interesse ist, kann die Elektrode 30 angrenzend an den Bauch gehalten werden (z. B. zur Behandlung von Lebertumoren). Idealerweise ist das Haltemittel so flexibel, dass die Elektrode 30 an ausgewählten Stellen in der Nähe von Patienten mit unterschiedlichen Körperformen und -größen positionierbar ist. In einigen Fällen kann es wünschenswert sein, die Elektrode 30 entfernt von Vorrichtungen zu platzieren, die die Kapazitätsmessungen beeinflussen können, wie z. B. ein Herzschrittmacher.
In einem weiteren Beispiel können verschiedene Patienten unterschiedlich atmen. Einige Patienten können durch Zwerchfellatmung atmen (auch Bauchatmung oder Bauchatmung genannt). Bei solchen Patienten kann es wünschenswert sein, wenigstens eine Elektrode 30 in der Nähe des Bauches des Patienten zu positionieren, um die Atmung optimal zu überwachen. Andere Patienten atmen möglicherweise hauptsächlich durch Brustatmung. Bei solchen Patienten kann die Positionierung einer Elektrode 30 in der Nähe der Brust des Patienten die Überwachung der Atmung des Patienten erleichtern.
Vorteilhafterweise berührt die Elektrode 30 nicht den Körper des Patienten P. Die Elektrode 30 kann in einem beliebigen Abstand an den Körper des Patienten P gehalten werden d gehalten werden, der eine Kapazität C erzeugt, die durch die Kapazitätsmessschaltung 40 messbar ist. In einigen Ausführungsformen wird die Elektrode 30 in einem minimalen Abstand d In einigen Ausführungsformen wird die Elektrode 30 in einem minimalen Abstand vom Brustkorb 20 gehalten, um die Kapazität C zu maximieren. In einigen Ausführungsformen wird die Elektrode 30 im Bereich von 1 cm bis 10 cm (z. B. etwa 5 cm) vom nächstgelegenen Teil des Körpers des Patienten P entfernt gehalten.
Wenn die hier beschriebene Vorrichtung in Verbindung mit einer Strahlenbehandlung verwendet wird, ist es wünschenswert, dass die Elektrode 30 und/oder eine Struktur, die die Elektrode 30 trägt, die Strahlenbehandlung nicht stört, indem sie einen Strahl blockiert oder wesentlich verändert. Dieses Ziel kann dadurch erreicht werden, dass die Elektrode 30 entweder so positioniert wird, dass weder die Elektrode 30 noch irgendeine Struktur, die die Elektrode 30 trägt, dem Strahlenbündel im Weg ist, und/oder dass die Elektrode 30 und relevante Teile einer tragenden Struktur so gestaltet werden, dass sie für die Strahlung des auf den Patienten anzuwendenden Strahlenbündels im Wesentlichen transparent sind, zumindest in einem Bereich, durch den das Strahlenbündel die Elektrode 30 und/oder ihre tragende Struktur durchdringen wird. „Im Wesentlichen transparent“ bedeutet, dass wenigstens 97 %, vorzugsweise wenigstens 99 % des Strahlenbündels durch den im Wesentlichen transparenten Bereich hindurchgeht. In einigen Ausführungsformen sind die Elektroden und/oder Strukturen im Wesentlichen transparent für die Strahlung. „Im Wesentlichen transparent“ bedeutet, dass wenigstens 90 % der Strahlung hindurchgeht.
In einigen Ausführungsformen umfasst der Strahlungsstrahl einen Photonenstrahl. In solchen Ausführungsformen kann die Abschwächung des Photonenstrahls beim Durchgang durch ein Abschwächungselement (z. B. Elektrode 30 und/oder eine Struktur, die die Elektrode 30 trägt) beispielsweise wie folgt angenähert werden: $N = N_{0} e^{- μ x}$
wobei N₀ eine Anzahl von Photonen darstellt, die auf das Dämpfungsglied einfallen, N eine Anzahl von Photonen darstellt, die das Dämpfungsglied verlassen, x eine Dicke des Dämpfungsglieds ist und µ ein linearer Dämpfungskoeffizient des Dämpfungsglieds ist. In Beispielsfällen, in denen wenigstens 99 % des Strahlenbündels das Dämpfungsglied durchdringen soll, µx sollte höchstens 0,01005 betragen.
In einigen Ausführungsformen wird die Elektrode 30 im Wesentlichen transparent für die einem Patienten zuzuführende Strahlung (z. B. ein Photonenstrahl, ein Protonenstrahl usw.) gemacht, indem die Elektrode 30 sehr dünn gemacht wird. Beispielsweise kann die Elektrode 30 einen dünnen Film aus einem Metall oder einem anderen elektrischen Leiter umfassen. In einigen Ausführungsformen wird die Elektrode 30 aus einem dünnen Film aus Kupfer oder Aluminium hergestellt. In einigen Ausführungsformen kann ein gewünschter Wert (oder ein Bereich von Werten) für µx wie oben in Verbindung mit Gleichung 4 beschrieben, verwendet, um eine maximale Dicke (oder einen Bereich von Dicken) der Elektrode 30 einzustellen, um eine gewünschte Strahlungstransparenz zu erreichen.
Zusätzlich oder alternativ kann die Verringerung einer oder mehrerer Atomzahlen, der Dichte, der Elektronendichte oder dergleichen eines Materials, das zur Herstellung der Elektrode 30 verwendet wird, die Transparenz der Elektrode 30 für Strahlung erhöhen.
Die gesamte oder Teile einer Struktur, die die Elektrode 30 trägt, können so beschaffen sein, dass sie für einen Strahlungsstrahl im Wesentlichen transparent sind. Dies kann durch eine geeignete Auswahl von Materialien und/oder dadurch erreicht werden, dass die Materialien in einer Richtung, durch die die Strahlung hindurchgeht, dünn sind. Beispielsweise kann die Struktur aus einem oder mehreren Materialien wie einem Kohlefaserverbundwerkstoff oder einem Kunststoff (z. B. Lucite) oder einer Kohlefaserschale mit einem Kern geringer Dichte hergestellt werden, der einen niedrigen Absorptionskoeffizienten für die Strahlung des Strahlenbündels aufweist und der dazu neigt, das Strahlenbündel nicht zu streuen. In einigen Ausführungsformen ist die Struktur starr. In einigen Ausführungsformen ist die Struktur aus einem Material mit niedriger Dichte hergestellt. In einigen Ausführungsformen umfasst die Struktur Kohlefaserplatten, eine oder mehrere Schalen, die von einer starren Schicht mit einem Schaumstoffkern umschlossen sind, hexagonal gefüllte Platten mit niedriger Dichte, ein 3D-gedrucktes Gitter oder Ähnliches. Die Struktur kann so beschaffen sein, dass sie in einer Ausbreitungsrichtung des Strahls dünn ist.
In einigen Ausführungsformen ist die Elektrode 30 elektrisch isoliert und/oder abgeschirmt, um zu verhindern, dass elektrische Ladung aus der Elektrode 30 entweicht. Die Struktur ist vorzugsweise elektrisch von der Elektrode 30 isoliert. Beispielsweise kann zwischen der Elektrode 30 und der Struktur, die die Elektrode 30 trägt, eine Schicht aus einem elektrischen Isolator vorgesehen sein.
Optional wird die Elektrode 30 auf einem Trägersubstrat 70 getragen oder darin eingekapselt. Beispielsweise kann die Elektrode 30 auf einer Kunststoffplatte oder einem Kohlefaserverbundstoff getragen werden. In einigen Ausführungsformen ist die Elektrode 30 zwischen zwei Schichten einer laminierten Struktur eingebettet. In Ausführungsformen, bei denen die Elektrode 30 auf einer Seite einer Platte oder einer anderen Trägerplatte gestützt ist, kann die freiliegende Oberfläche der Elektrode 30 (gegenüber der Platte) mit einer Schutzschicht beschichtet sein. Zum Beispiel können freiliegende Teile der Oberfläche der Elektrode 30 mit einem elektrisch isolierenden Material bedeckt sein. In einigen Ausführungsformen wird die Elektrode 30 auf einer Seite des Blechs oder einer anderen Trägerplatte getragen, die dem Patienten am nächsten ist.
Es gibt eine Vielzahl von möglichen Strukturen zur Unterstützung einer Elektrode 30. Solche Strukturen können fest sein oder eine Einstellung für die Position und/oder den Winkel der Elektrode 30 bieten. In den meisten Kontexten der Strahlenbehandlung wird der Patient bestrahlt, während er auf einer Bestrahlungsliege gelagert wird. In vielen Fällen wird der Patient in einer Rückenlage behandelt. In einigen Fällen kann der Patient auch in Bauchlage oder einer anderen Position auf der Bestrahlungsliege behandelt werden.
In einigen Ausführungsformen ist eine Stützstruktur relativ zu einer Behandlungsumgebung fixiert. Beispielsweise kann die Stützstruktur an der Behandlungsliege 118 (siehe z. B. 8A), einer Wand eines Behandlungsraums, einem Boden eines Behandlungsraums oder ähnlichem fixiert sein. In einigen Ausführungsformen kann die Stützstruktur selektiv an verschiedenen Stellen relativ zur Behandlungsumgebung fixiert werden. Beispielsweise kann jede sich in Längsrichtung erstreckende Kante einer Behandlungsliege 118 eine Vielzahl von Bohrungen 119 oder andere Indexierungsmerkmale zur Aufnahme eines oder mehrerer Befestigungselemente 78 aufweisen (siehe z. B. 8A). Eine Position der Stützstruktur kann auf der Grundlage eines Bereichs von Interesse für die Überwachung der Atmung des Patienten sowie einer Körperhaltung des Patienten auf der Strahlenbehandlungsliege ausgewählt werden.
In einigen Ausführungsformen ist die Trägerstruktur für die Elektrode 30 so konfiguriert, dass sie sicher und wiederholbar mit der Strahlenbehandlungsliege in Eingriff gebracht werden kann. Beispielsweise kann die Trägerstruktur Indexierungsmerkmale wie Stifte oder andere Vorsprünge aufweisen, die so geformt und dimensioniert sind, dass sie in Indexierungslöcher oder Kerben eingreifen, die an einer Strahlenbehandlungsliege oder einer an einer Strahlenbehandlungsliege befestigten Schiene vorgesehen sind. In einigen Ausführungsformen kann jedes Ende der Stützstruktur gleichzeitig in eine Vielzahl von Indexierungslöchern, Kerben oder dergleichen der Behandlungsliege eingreifen. Zum Beispiel kann die Stützstruktur so konfiguriert sein, dass sie den Patienten überbrückt und in Indexierungselemente auf beiden Seiten der Behandlungsliege eingreift.
11A und 11B zeigen Ausführungsbeispiele, bei denen eine Stützstruktur 70 Füße 76 aufweist, die Bohrungen 77 definieren. Befestigungselemente 78 führen durch die Bohrungen 77 und entsprechende Bohrungen 119 der Behandlungsliege 118 (siehe z. B. 8A). In einigen Ausführungsformen umfasst ein Fuß 76 eine Vielzahl von Bohrungen 77.
In einigen Ausführungsformen wird die Elektrode 30 von einem Element wie einem Bogen oder Auslegerarm getragen, der sich über den Körper des Patienten P erstreckt. Der Bogen oder Arm kann so konfiguriert sein, dass er an einer Behandlungsliege oder an einem immobilisierenden Zubehörteil einer Behandlungsliege (z. B. einem Brustbrett oder dergleichen) befestigt werden kann. Da, wie oben erwähnt, die Elektrode 30 zur Erfassung der Atmung in verschiedenen Abständen zum Körper des Patienten verwendet werden kann, ist das Element nicht unbedingt verstellbar. Verschiedene Größen des Elektrodenträgers (z. B. klein, mittel, groß) können für Patienten mit unterschiedlichen Größen vorgesehen werden. Jeder Elektrodenträger kann einen Bereich von Patientengrößen aufnehmen.
11A zeigt eine Seitenansicht einer beispielhaften Stützstruktur 70. Die Stützstruktur 70 umfasst Seitenstützen 71 und einen Träger 72. In dem in 11A gezeigten Ausführungsbeispiel trägt der Träger 72 die Elektrode 30. In einigen Ausführungsbeispielen umfasst die Stützstruktur 70 eine einzelne Seitenstütze 71 (d. h. ein Ende des Trägers 72 ist nicht gestützt; siehe z. B. 11C).
Im Allgemeinen ist es wünschenswert, dass sich die Stützstruktur in angemessener Nähe zum Körper des Patienten befindet, so dass sie die Positionierung einer Strahlungsquelle an einer gewünschten Stelle oder die Bewegung der Strahlungsquelle auf einer gewünschten Trajektorie nicht physisch behindert. Der räumliche Fußabdruck der Stützstruktur 70 kann minimiert werden. Zum Beispiel kann die Stützstruktur 70 abgerundete Ecken aufweisen (siehe z. B. 11 J).
In einigen Ausführungsformen wird eine Elektrode 30 von einer seitlichen Stütze 71 getragen (siehe z. B. 11D). Eine solche Elektrode 30 kann die seitliche Ausdehnung und Kontraktion des Brustkorbs eines Patienten beim Ein- und Ausatmen erfassen.
In einigen Ausführungsformen, wie durch gestrichelte Linien in 11E gezeigt, kann eine Position des Trägers 72 relativ zu den Seitenstützen 71 einstellbar sein (d.h. eine Höhe des Trägers 72 relativ zu einer Unterseite der Stützstruktur 70 kann an einen bestimmten Patienten angepasst werden). In solchen Ausführungsformen ist die Nähe der Elektrode 30 relativ zum Brustkorb 20 einstellbar. In einigen Ausführungsformen kann die Position des Balkens 72 variiert werden, um verschiedenen Formen und/oder Größen des Patienten P Rechnung zu tragen. Zusätzlich oder alternativ kann die Höhe des Balkens 72 verringert werden, um die gemessene Kapazität für eine genauere Bestimmung der Atmung zu erhöhen.
Einige Bereiche des Brustkorbs 20 können sich beim Atmen eines Patienten stärker ausdehnen und/oder zusammenziehen als andere Bereiche des Brustkorbs 20. Zum Beispiel kann sich eine vordere Fläche des Brustkorbs 20 stärker ausdehnen und/oder zusammenziehen als eine Seitenfläche des Brustkorbs 20. In solchen Fällen können die Änderungen der Kapazität C aufgrund der Atmung unterschiedlich sein, je nachdem, wo die Elektrode 30 relativ zum Brustkorb 20 positioniert ist. In einigen Ausführungsformen wird die Elektrode 30 so positioniert, dass die Unterschiede in der Kapazität C entsprechend der Expansion und Kontraktion des Brustkorbs 20 maximiert werden. Zum Beispiel kann die Elektrode 30 in der Nähe eines Bereichs des Brustkorbs 20 positioniert werden, in dem Δd größer ist als in anderen Bereichen.
In einigen Ausführungsformen umfasst der Träger 72 ein bewegliches Element 75, wie in den 11 H und 11I gezeigt. Das bewegliche Element 75 trägt die Elektrode 30. Das bewegliche Element 75 kann verwendet werden, um die Elektrode 30 in einer kranial-kaudalen Richtung (siehe z.B. 11H) oder einer sinister-dexter Richtung (siehe z.B. 11I) relativ zu einem Patienten zu positionieren. Es können Indikatoren vorgesehen werden, die es ermöglichen, die Elektrode 30 wiederholt in eine gewünschte Position zu bringen. Solche Markierungen können nützlich sein, wenn ein Patient in mehreren Sitzungen bestrahlt wird, die voneinander beabstandet sind, und es gewünscht ist, die Atmung des Patienten unter Verwendung derselben Elektrodenposition in jeder Sitzung zu überwachen.
Unter Umständen, in denen der Patient P in Bauchlage auf der Behandlungsliege 118 liegt (z. B. zur Behandlung von Rektumkarzinom), kann die Behandlungsliege 118 ein Bauchbrett umfassen. Das Bauchbrett kann eine Bohrung zur Aufnahme wenigstens eines Teils des Brustkorbs 20 des Patienten P aufweisen. Die Elektrode 30 und/oder das Trägersubstrat können auf einer Unterseite des Bauchbretts (oder der Behandlungsliege 118) positioniert werden, um atmungsbezogene Bewegungen des Patienten P zu messen.
Die hier beschriebene Vorrichtung ist nicht auf eine einzige Elektrode 30 beschränkt. Die Vorrichtung kann zwei, drei oder mehr Elektroden umfassen. Ausführungsformen, die mehrere Elektroden enthalten, können beispielsweise die mehreren Elektroden auf eine oder mehrere der folgenden Arten nutzen:

• Die Kapazität zwischen dem Körper des Patienten kann unabhängig für jede von zwei oder mehr Elektroden überwacht werden, um redundante Informationen über die Atmung des Patienten zu liefern. Die redundante Überwachung kann mit der gleichen Kapazitätsüberwachungsschaltung oder mit mehreren redundanten Kapazitätsüberwachungsschaltungen durchgeführt werden. Die redundanten Informationen können verwendet werden, um ein genaueres Gate-Signal zu erzeugen (z. B. kann das Gate-Signal so eingestellt werden, dass die Abgabe von Strahlung nur dann möglich ist, wenn die überwachte Kapazität von zwei oder mehr Elektroden oder, in einigen Ausführungsformen, von allen drei oder mehr Elektroden übereinstimmt, dass die Atmung des Patienten in einem gewünschten Fenster für die Abgabe von Strahlung liegt);
• zwei oder mehr Elektroden können parallel geschaltet werden, um eine größere Elektrode zu bilden. In einigen Ausführungsformen kann die Form und/oder Größe der größeren Elektrode auf die Form und/oder Größe eines Körperteils, das überwacht werden soll, zugeschnitten werden;
• Eine oder mehrere aus einer Vielzahl von Elektroden können so ausgewählt werden, dass sie sich an einer gewünschten Stelle relativ zum Patienten befinden. Beispielsweise können eine oder mehrere Elektroden ausgewählt werden, die sich in der Nähe eines Körperteils des Patienten befinden, der von besonderem Interesse ist, oder eines Körperteils des Patienten, der sich beim Atmen des Patienten um einen gewünschten Betrag bewegt;
• Es können zwei oder mehr Elektroden ausgewählt werden, um gleichzeitig laterale und anterior-posteriore Bewegungen des Patientenkörpers zu messen, wenn der Patient atmet. Beispielsweise kann eine Elektrode (oder eine Vielzahl von Elektroden) neben einem seitlichen Bereich des Patientenkörpers positioniert werden, um die seitliche Bewegung des Patientenkörpers zu messen (z. B. kann eine solche Elektrode (oder können solche Elektroden) von einer Seitenstütze 71 getragen werden). Eine zweite Elektrode (oder eine zweite Mehrzahl von Elektroden) kann angrenzend an einen anterioren oder posterioren Bereich des Patientenkörpers positioniert werden, um die anterior-posteriore Bewegung des Patientenkörpers zu messen (z. B. kann eine solche Elektrode (oder mehrere) von einem Träger 72 getragen werden); und
• Die Kapazität zwischen wenigstens zwei Elektroden kann bestimmt und/oder überwacht werden, um die Atmung des Patienten, das Maß der Amplitude der Atmung und/oder das Maß der Phase der Atmung zu bestimmen und/oder zu überwachen.

In Ausführungsformen, die mehrere Elektroden vorsehen, kann ein Schaltnetzwerk und/oder ein Schaltkreis vorgesehen sein, um den Anschluss einer oder mehrerer ausgewählter Elektroden an eine oder mehrere Kapazitätsüberwachungsschaltungen einzeln und/oder in Parallelkombinationen zu ermöglichen. In einigen Ausführungsformen umfasst das Schaltnetzwerk einen Multiplexer.
Mehrere Elektroden können voneinander beabstandet sein. Zum Beispiel sind in einigen Ausführungsformen mehrere Elektroden durch Abstände im Bereich von ½ cm bis 5 cm (vorzugsweise etwa 2 ½ cm) voneinander beabstandet.
In Ausführungsformen, die mehrere Elektroden vorsehen, können die relativen Positionen der mehreren Elektroden fest sein (z. B. können die mehreren Elektroden an verschiedenen Stellen auf demselben Substrat getragen werden). In einigen Ausführungsformen kann die Trägerstruktur so konstruiert sein, dass die relativen Positionen einiger mehrerer Elektroden eingestellt werden können.
11 F zeigt beispielsweise eine beispielhafte Ausführungsform, bei der ein Träger 72 eine Mehrzahl von Segmenten 74-1, ... 74-k (zusammenfassend Segmente 74) umfasst. Jedes aus der Vielzahl der Segmente 74 trägt eine Elektrode 31. Jedes der mehreren Segmente 74 ist in der Höhe unabhängig von den übrigen Segmenten 74 in der Vielzahl einstellbar. In solchen Ausführungsformen kann jedes Segment 74 in einer anderen Höhe positioniert werden, um einen gleichmäßigen Abstand d zwischen jedem der Segmente 74 und dem Brustkorb 20 einzuhalten. Zum Beispiel kann ein Segment 74-3, das neben dem Brustgewebe positioniert ist, höher positioniert sein als ein Segment 74-5, das neben dem Bauch des Patienten positioniert ist (siehe z.B. 11G). In einigen Ausführungsformen werden Elektroden 31, die von zwei oder mehr Segmenten 74 getragen werden, elektrisch verbunden, um effektiv eine einzelne Elektrode 30 zu bilden, die mit einer Kapazitätsüberwachungsschaltung (z. B. der an anderer Stelle hierin beschriebenen Schaltung 40) verbunden werden kann.
In einigen Ausführungsformen ist eine Winkelausrichtung jedes der mehreren Segmente 74 relativ zum Patienten P unabhängig einstellbar. Das Variieren der Winkelausrichtung kann zum Beispiel die Erfassung der Bewegung des Körpers von Patient P in einer oder mehreren ausgewählten Richtungen erleichtern, wenn Patient P atmet.
Während einer Strahlenbehandlung durch das Strahlenbehandlungssystem 100 (siehe z. B. 8) muss der Strahl 116 möglicherweise durch eine oder beide der Elektroden 30 und des Trägersubstrats 70 hindurchgehen. Eine Abschwächung des Strahlenbündels 116 würde die an den Patienten P abgegebene Strahlendosis verändern. In einigen Ausführungsformen sind eine oder beide der Elektrode 30 und des Trägersubstrats 70 zumindest teilweise transparent für das Strahlenbündel 116. In einigen Ausführungsformen dämpfen eine oder beide von Elektrode 30 und Trägersubstrat 70 den Strahl 116 minimal. In einigen Ausführungsformen ist die Kombination aus Elektrode 30 und Trägersubstrat 70 im Wesentlichen transparent für den Strahl 116.
4 zeigt schematisch eine beispielhafte kapazitive Sensorschaltung 40. In der Beispielschaltung 40 ist die Elektrode 30 elektrisch mit einem Eingang des kapazitiven Sensors 42 gekoppelt. Die Elektrode 30 kann beispielsweise über ein elektrisch leitendes Kabel oder einen Draht mit dem Eingang des kapazitiven Sensors 42 gekoppelt sein. In einigen Ausführungsformen ist das leitende Kabel oder der leitende Draht ein abgeschirmtes Kabel. In einigen Ausführungsformen ist das abgeschirmte Kabel ein Koaxialkabel.
Der kapazitive Sensor 42 misst Änderungen der Kapazität eines Kondensators, der zwischen der Elektrode 30 und einem elektrisch leitenden Objekt in der Nähe der Elektrode 30 gebildet wird (z. B. der an anderer Stelle hierin beschriebene Kondensator 32).
Das elektrisch leitende Kabel oder der Draht kann mit jeder geeigneten Methode zur Herstellung einer elektrischen Verbindung an die Elektrode 30 gekoppelt werden. In bevorzugten Ausführungsformen ist das elektrisch leitende Kabel oder der Draht direkt mit der Elektrode 30 verlötet. In Ausführungsformen, in denen das elektrisch leitende Kabel oder der Draht ein abgeschirmtes Kabel umfasst, wird das abgeschirmte Kabel vorzugsweise auf eine Weise elektrisch mit der Elektrode 30 gekoppelt, die die durch das Kabel bereitgestellte Abschirmung nicht beeinträchtigt (z. B. kann das abgeschirmte Kabel an die Elektrode 30 gelötet werden).
In einigen Ausführungsformen tastet der kapazitive Sensor 42 die Elektrode 30 kontinuierlich ab. 6A zeigt ein beispielhaftes kontinuierliches Zeitsignal 60, das die gemessene Kapazität C(t).
In einigen Ausführungsformen tastet der kapazitive Sensor 42 die Elektrode 30 mit einer Abtastfrequenz ab. Es ist wünschenswert, dass die Abtastfrequenz deutlich höher ist als eine erwartete Atmungsrate. Die normale Atmungsrate eines erwachsenen Menschen beträgt 12-18 Atemzüge pro Minute. Folglich sollte die Abtastfrequenz wenigstens 2-3 Hz betragen. Als nicht einschränkendes Beispiel kann der kapazitive Sensor 42 mit einer Abtastfrequenz von 10 Hz, 50 Hz, 100 Hz, 200 Hz oder dergleichen abtasten. In einigen Ausführungsformen tastet der kapazitive Sensor 42 mit einer Frequenz von wenigstens 10 Hz ab. In einigen Ausführungsformen ist die Abtastfrequenz voreingestellt. In einigen Ausführungsformen wird die Abtastfrequenz dynamisch eingestellt. In einigen Ausführungsformen stellt der Prozessor 44 die Abtastfrequenz dynamisch ein. 6B zeigt ein Beispiel für ein diskretes Zeitsignal 62, das die gemessene Kapazität C[n] die von der Abtastelektrode 30 mit der Abtastfrequenz erfasst wird.
In einigen Ausführungsformen tastet der kapazitive Sensor 42 die Elektrode 30 mit einer ersten Frequenz ab, während ein Patient P abwesend ist (z. B. ein „Schlaf“- und/oder „passiver“ Modus). Sobald ein Patient P anwesend ist, kann der kapazitive Sensor 42 so konfiguriert sein, dass er auf eine zweite Frequenz umschaltet (z. B. ein „Abtast-“ und/oder „Aktiv“-Modus). Das Umschalten von der ersten Abtastfrequenz auf die zweite Abtastfrequenz kann z. B. darauf basieren, dass der kapazitive Sensor 42 eine andere Grundlinienkapazität misst (z. B. kann die Anwesenheit des Patienten P die vom kapazitiven Sensor 42 gemessene Grundlinienkapazität verändern).
Der kapazitive Sensor 42 kann selbstkalibrierend sein. In einigen Ausführungsformen ist der kapazitive Sensor 42 ein handelsüblicher kapazitiver Sensor (ein Beispiel hierfür ist der MPR121 Proximity Capacitive Touch Sensor Controller, hergestellt von NXP Semiconductors Inc. aus Eindhoven, Niederlande (früher Freescale Semiconductor Inc.)).
In einigen Ausführungsformen umfasst der kapazitive Sensor 42 ein oder mehrere Vorverarbeitungs- und/oder Nachverarbeitungsmodule. Solche Module können ein Signal von der Elektrode 30 und/oder ein vom kapazitiven Sensor 42 erzeugtes Signal entsprechend einer gemessenen Kapazität durch Filtern, Mittelwertbildung, Down-Sampling und/oder Ähnliches verarbeiten. In einigen Ausführungsformen konditionieren solche Module ein Signal von der Elektrode 30 und/oder ein vom kapazitiven Sensor 42 erzeugtes Signal, um Komponenten des Signals, die der Atmung eines Patienten entsprechen, zu isolieren und/oder deren Qualität zu verbessern.
Die Sensorschaltung 40 kann jede geeignete Methode zur Überwachung der Kapazität des Systems, das aus einer Elektrode und dem Körper eines Patienten besteht, anwenden, um Atembewegungen zu erkennen. Beispielsweise können Änderungen der Kapazität gemessen werden, indem Änderungen des Verhaltens (z. B. der Frequenz) einer Schaltung, wie z. B. eines Oszillators, der die Kapazität enthält, erfasst werden. Als weiteres Beispiel kann die Kapazität durch die Überwachung von Änderungen des elektrischen Potenzials gemessen werden, die sich aus der Übertragung von Ladung zur oder von der Elektrode 30 ergeben. Die Kapazität kann mit jeder anderen derzeit bekannten oder zukünftig entwickelten Technologie zur Überwachung der Kapazität überwacht werden. In einigen Ausführungsformen wird die Kapazität auf eine Weise gemessen, die die Abgabe von Hochfrequenzsignalen an die Elektrode 30 vermeidet. Beispielsweise kann die Messschaltung 40 ein Gleichstromsignal (DC) verwenden, das an die Elektrode 30 für Kapazitätsmessungen angelegt wird.
In einigen Ausführungsformen wird der kapazitive Sensor 42 kalibriert, um das Austreten von elektrischer Ladung aus der Elektrode 30 zu berücksichtigen (d. h. ein Basiswert für die elektrische Ladung wird angepasst, um das Austreten von elektrischer Ladung zu berücksichtigen). In einigen Ausführungsformen weist der Prozessor 44 den kapazitiven Sensor 42 an, sich zu kalibrieren. In einigen Ausführungsformen kalibriert sich der kapazitive Sensor 42 automatisch (d. h. der kapazitive Sensor 42 ist ein selbstkalibrierender Sensor). Der kapazitive Sensor 42 kann z. B. periodisch kalibriert werden, wenn ein elektrischer Basisladungswert einen Schwellenwert überschreitet, wenn ein Anwender die Kalibrierung auslöst (z. B. über die an anderer Stelle hierin beschriebene GUI 200) und/oder dergleichen.
Der Prozessor 44 empfängt einen oder mehrere Kapazitätsmesswerte vom kapazitiven Sensor 42. Der Prozessor 44 kann ein Steuersignal 66 erzeugen (siehe z. B. 6C), um die Abgabe von Strahlung an den Patienten P zu sperren oder freizugeben. In einigen Ausführungsformen erzeugt der Prozessor 44 ein Steuersignal 66, das eine Strahlungsabgabevorrichtung und/oder ein Strahlungssystem (z. B. die an anderer Stelle hierin beschriebene Strahlungsabgabevorrichtung 110) selektiv freigibt oder sperrt, um Strahlung an den Patienten P abzugeben, wenn die gemessene Kapazität ein Kriterium erfüllt. Das Kriterium kann z. B. sein, dass der Wert der gemessenen Kapazität innerhalb eines Schwellenfensters liegt. In einigen Ausführungsformen erzeugt der Prozessor 44 ein Steuersignal 66, das es der Bestrahlungsvorrichtung ermöglicht, Strahlung abzugeben, wenn der Brustkorb 20 erweitert ist (d.h. Schwellenfenster 64). In einigen Ausführungsformen erzeugt der Prozessor 44 ein Steuersignal 66, das es der Bestrahlungsvorrichtung ermöglicht, Strahlung abzugeben, wenn der Brustkorb 50 kontrahiert ist (d.h. Schwellenfenster 65). 6C zeigt ein Beispiel für ein Steuersignal 66, das die Abgabe von Strahlung ermöglicht, wenn die gemessene Kapazität innerhalb des Schwellenfensters 64 liegt.
Da der Kapazitätswert, der einer bestimmten Atmungsamplitude entspricht, von der Position der Elektrode 30 relativ zum Patienten, der Atemtiefe des Patienten und anderen Faktoren abhängt, variieren die bestimmten Kapazitätswerte, die einem Gating-Fenster entsprechen, von Patient zu Patient oder sogar von einer Sitzung zur anderen mit demselben Patienten. Die Schwellenwerte können auf verschiedene Weise eingestellt werden. Dazu gehören ohne Einschränkung:

• ein Prozessor, wie z. B. der Prozessor 44, kann eine Spitzenerkennung durchführen, um Kapazitätswerte zu erkennen, die einer vollständigen Einatmung und einer vollständigen Ausatmung entsprechen. Der Prozessor kann auf der Grundlage der erkannten Kapazitätswerte automatisch Gate-Schwellenwerte festlegen;
• ein Techniker oder ein anderer Benutzer kann eine Kurve der Atmung des Patienten auf einem Display beobachten und basierend auf der Beobachtung der Kurve Gating-Schwellenwerte einstellen und/oder automatisch eingestellte Schwellenwerte basierend auf der Beobachtung der Kurve anpassen.

44

Wie an anderer Stelle beschrieben, kann die Abgabe der Strahlung auch auf der Grundlage einer Phase (oder mehrerer Phasen) der Atmung des Patienten gesteuert werden. Zum Beispiel kann die Strahlungsabgabe nur aktiviert werden, während der Patient P einatmet. Andere nicht einschränkende Beispielphasen der Atmung umfassen eine Phase, in der der Patient P einen eingeatmeten Atemzug anhält (z. B. bei DIBH), eine Phase, in der der Patient P ausatmet, eine Phase, in der der Patient P einen ausgeatmeten Atemzug anhält (z. B. bei DEBH) und/oder Ähnliches. Zusätzlich oder alternativ können Phasen der Atmung ausgewählt werden, die spezifischeren Atemereignissen entsprechen. Zum Beispiel kann eine Phase dem Einatmen von Luft durch den Patienten entsprechen, aber erst nachdem die Lungen des Patienten bereits teilweise expandiert wurden (d. h. der Patient hat bereits teilweise eingeatmet).
Die Atmung eines Patienten ist periodisch (d. h. auf die Einatmung folgt die Ausatmung, auf die wiederum die Einatmung folgt usw.). In einigen Ausführungsformen wird die Periodizität der Atmung des Patienten vor dem Einstellen eines Gating-Fensters bestimmt. Zum Beispiel kann ein System Merkmale wie Spitzen erkennen, die bestimmten Phasen der Atmung zugeordnet werden können, und kann eine Periode der Atmung bestimmen, indem es Zeiten zwischen der Erkennung der Merkmale misst.
In einigen Ausführungsformen bestimmt der Prozessor 44 die Periodizität der Atmung des Patienten. Der Prozessor 44 kann optional einen geschätzten Phasenwinkel der Atmung des Patienten beibehalten, der auf der Periodizität der Atmung des Patienten und der Zeit seit der Erfassung eines Referenzzustands (z. B. vollständig eingeatmet oder vollständig ausgeatmet) basiert. Die geschätzte Phase kann in Grad oder einer anderen geeigneten Einheit angegeben werden. In einem Ausführungsbeispiel wird ein Gating-Fenster in Form von geschätzten Phasen definiert (z. B. bei vollständiger Einatmung ± eine festgelegte Anzahl von Grad (wobei 360 Grad ein vollständiger Atmungszyklus ist).
Ein Gating-Fenster, das auf einer Phase der Atmung des Patienten basiert, kann auf der Grundlage messbarer Trends in den Kapazitätswerten eingestellt werden. Wenn z. B. eine Bestrahlung erfolgen soll, während der Patient P einatmet, kann ein Gating-Fenster so eingestellt werden, dass eine Bestrahlung möglich ist, während die gemessenen Kapazitätswerte ansteigen (d. h. der Körper des Patienten P bewegt sich auf die Elektrode 30 zu). Ein weiteres Beispiel: Wenn die Strahlung abgegeben werden soll, während der Patient P einen Atemzug anhält, kann ein Gating-Fenster so eingestellt werden, dass die Strahlung abgegeben werden kann, während die gemessenen Kapazitätswerte nach einer Reihe von gemessenen Kapazitätswertsteigerungen im Wesentlichen konstant bleiben.
In einigen Ausführungsformen wird ein Gating-Fenster, das auf einer Phase der Atmung des Patienten basiert, zumindest teilweise unter Verwendung gemessener Kapazitätswerte aus früheren Atmungszyklen eingestellt. In solchen Ausführungsformen kann die Atmung des Patienten kontinuierlich oder häufig gemessen werden. Gemessene Kapazitätswerte können verwendet werden, um ein Signal zu erzeugen, das für einen durchschnittlichen Atemzyklus des Patienten repräsentativ ist. Der durchschnittliche Atemzyklus kann verwendet werden, um vorherzusagen, wann eine gewünschte Atemphase auftreten kann. In einigen Ausführungsformen wird eine bestimmte Anzahl vorheriger Atemzyklen gemittelt (z. B. 2 bis 10 vorhergehende Atemzyklen).
In einigen Ausführungsformen basiert ein Gating-Fenster sowohl auf einer Amplitude als auch auf einer Phase der Atmung des Patienten. Im Verlauf einer Behandlungssitzung kann die Atmung des Patienten P variieren. Zum Beispiel kann die Atmung des Patienten P gelegentlich flache Atemzüge umfassen. Ein Gating-Fenster kann z. B. so konfiguriert sein, dass eine Bestrahlung nur dann möglich ist, wenn sowohl eine gewünschte Atemphase als auch ein Kapazitätsschwellenwert gemessen wird (z. B. kann das Gating-Fenster so konfiguriert sein, dass eine Bestrahlung nur dann möglich ist, wenn der Patient innerhalb von ± 10 Grad (oder einem anderen eingestellten Bereich) voll eingeatmet hat und die Amplitude der Einatmung wenigstens einen Schwellenwert beträgt).
In einigen Ausführungsformen spezifiziert ein Torsteuerungsfenster (auch Gating-Fenster genannt) eine einzelne Schwellenwert-Torsteuerungsbedingung (auch Gating-Bedingung genannt), die erfüllt sein muss, damit die Abgabe von Strahlung aktiviert werden kann. In einigen Ausführungsformen spezifiziert ein Gating-Fenster eine Vielzahl von Schwellenwert-Gating-Bedingungen, die erfüllt sein müssen, damit die Strahlungsabgabe aktiviert werden kann.
Die I/O-Schnittstelle 46 ist mit dem Prozessor 44 gekoppelt. Die I/O-Schnittstelle 46 kann eine oder mehrere Ausgabevorrichtungen umfassen, die es ermöglichen, Daten (z. B. gemessene Kapazitätsdaten) an einen Benutzer auszugeben, wie z. B. eine oder mehrere Anzeigen, einen Drucker, einen Lautsprecher und/oder Ähnliches. In bevorzugten Ausführungsformen kann das erzeugte Ansteuersignal 66 direkt an handelsübliche Strahlenbehandlungssysteme und/oder Bestrahlungsvorrichtungen weitergeleitet werden (d. h. das Ansteuersignal muss nicht aufbereitet werden, bevor es von einem handelsüblichen Strahlenbehandlungssystem/Bestrahlungsvorrichtung empfangen wird).
In einigen Ausführungsformen wird eine gemessene Kapazität als Wellenform dargestellt, wie in 6A gezeigt. Zusätzlich oder alternativ kann die I/O-Schnittstelle 46 ein oder mehrere Eingabegeräte umfassen, die es einem Benutzer ermöglichen, Daten (z. B. eine Abtastfrequenz, ein Schwellenwertfenster, Anweisungen zum Initialisieren und/oder Beenden eines oder mehrerer Vorverarbeitungs- oder Nachverarbeitungsmodule des kapazitiven Sensors 42 usw.) an den Prozessor 44 zu übermitteln, wie z. B. eine Maus, eine Tastatur, einen Touchscreen und/oder dergleichen. In einigen Ausführungsformen umfasst die I/O-Schnittstelle 46 eine Netzwerkschnittstelle zur Kommunikation von Daten zum und/oder vom Prozessor 44 über ein geeignetes Netzwerk.
7 ist ein Flussdiagramm, das auf einer hohen Ebene ein Beispiel für ein Verfahren zur Steuerung der Strahlungsabgabe 80 zeigt.
In Block 82 wird ein dem Patienten P entsprechender Strahlenbehandlungsplan 81 erfasst. Der Strahlenbehandlungsplan 81 spezifiziert Parameter für die Abgabe von Strahlung an ein oder mehrere Zielgewebe innerhalb des Patienten P. Beispielsweise kann der Strahlenbehandlungsplan 81 ein oder mehrere Zielgewebe spezifizieren, die bestrahlt werden sollen, die Orte des einen oder der mehreren Zielgewebe innerhalb eines Körpers des Patienten P, die vorgeschriebene(n) Strahlendosis(n), die Orte empfindlicher Nicht-Zielgewebe, die nicht bestrahlt werden sollen, und/oder Ähnliches.
In Block 84 wird ein atmungsbasiertes Kriterium für die Abgabe der Strahlung eingestellt. Wie an anderer Stelle beschrieben, kann das Kriterium beispielsweise ein Schwellenfenster gemessener Kapazitätswerte für die Abgabe von Strahlung umfassen (z. B. ein Schwellenfenster, das der gemessenen Kapazität entspricht, wenn der Brustkorb 20 expandiert ist, ein Schwellenfenster, das der gemessenen Kapazität entspricht, wenn der Brustkorb 20 kontrahiert ist, usw.). In einigen Ausführungsformen wird das Kriterium zumindest teilweise unter Verwendung von in Echtzeit gemessenen Basislinien-Atmungskapazitätsdaten festgelegt. In einigen Ausführungsformen wird das Kriterium zumindest teilweise unter Verwendung vorher aufgezeichneter Basislinien-Atmungskapazitätsdaten festgelegt.
Wenn der Patient P einem Planungsprozess vor der Bestrahlung unterzogen wird, können die Basisdaten der Atemkapazität 83 während des Vorbehandlungsprozesses aufgezeichnet werden. Beispielsweise kann die Elektrode 30 in der Nähe des Brustkorbs 20 des Patienten P positioniert werden, während der Patient P einen CT-Scan vor der Behandlung erhält und/oder für die Bestrahlung geübt wird zu atmen. In einigen Ausführungsformen können die vorab aufgezeichneten Grundlinien-Atmungskapazitätsdaten mit einem erstellten Strahlenbehandlungsplan korreliert werden (z. B. kann ein Strahlenbehandlungsplan ein Kriterium angeben, das einem Atemzustand entspricht, wann die Strahlung abgegeben werden soll).
In einigen Ausführungsformen wird die Strahlung an ein oder mehrere Zielgewebe abgegeben, während Patient P den Atem anhält (d. h. eine „Atemanhalte“-Methode der Strahlentherapie). In solchen Ausführungsformen kann das Kriterium des Blocks 84 einer Mindestluftmenge entsprechen, die in der Lunge des Patienten P vorhanden sein muss, damit die Strahlung abgegeben werden kann. Die CT-Daten vor der Behandlung in Kombination mit den Kapazitätswerten, die gemessen wurden, während der Patient P vor der Behandlung darauf trainiert wurde, richtig zu atmen (oder die Luft anzuhalten), können verwendet werden, um Schwellenwerte für das Kriterium des Blocks 84 festzulegen.
In einigen Ausführungsformen steuert das Block 84-Kriterium die Abgabe der Strahlung, während der Patient P kontinuierlich atmet (d. h. eine „frei atmende“ Methode der Strahlentherapie). In einigen derartigen Ausführungsformen kann das Block 84-Kriterium dynamisch geändert werden, um Änderungen im Atemmuster des Patienten P zu entsprechen (z. B. schnellere vs. langsamere Atemzüge, flache vs. vollere Atemzüge usw.).
In Block 86 wird die Atmung des Patienten P mit der berührungslosen Elektrode 30 gemessen. Die Elektrode 30 kann neben dem Brustkorb 20 des Patienten P positioniert werden, wie an anderer Stelle hierin beschrieben.
In einigen Ausführungsformen wird ein Strahlenbehandlungsplan 81 auf der Grundlage variierender Positionen, Ausrichtungen usw. von Zielgeweben und/oder Nicht-Zielgeweben im Verlauf des Atemzyklus von Patient P erstellt, der während der Vorbehandlungsplanungssitzungen beobachtet wurde. Wenn an einem Behandlungstag die Atmung des Patienten P von dem vor der Behandlung beobachteten Atemzyklus abweicht, kann Block 86 optional eine Rückmeldung 87 zur Anpassung der Atmung des Patienten P liefern. In einigen Ausführungsformen erzeugt Block 86 eine akustische und/oder visuelle Rückmeldung, die von Patient P direkt beobachtet werden kann. Beispielsweise kann Block 86 akustische Zwitschertöne und/oder visuelle Hinweise mit verschiedenen Farben, Symbolen, Bildern, Sätzen oder Ähnlichem erzeugen, um die Atmung von Patient P anzupassen. In einigen Ausführungsformen gibt der Block 86 dem Arzt eine Rückmeldung. Der Therapeut kann dann den Patienten P anweisen, seine Atmung entsprechend anzupassen.
Block 88 bestimmt, ob die gemessene Atmung das in Block 84 festgelegte Kriterium erfüllt. Wenn das Kriterium erfüllt ist (z. B. wenn die gemessene Atmung innerhalb eines Schwellenfensters liegt), wird in Block 90 ein Steuersignal erzeugt, das eine Strahlungsabgabevorrichtung und/oder ein Bestrahlungssystem (z. B. die an anderer Stelle hierin beschriebene Strahlungsabgabevorrichtung 110) anweist, Strahlung an ein oder mehrere Zielgewebe abzugeben. Andernfalls kehrt das Verfahren 80 zu Block 86 zurück.
In einigen Ausführungsformen ist das Kriterium von Block 84 erfüllt, wenn die gemessene Kapazität über einem Schwellenwert liegt. In einigen Ausführungsformen ist das Kriterium des Blocks 84 erfüllt, wenn die gemessene Kapazität unterhalb eines Schwellenwerts liegt. In einigen Ausführungsformen ist das Kriterium des Blocks 84 erfüllt, wenn die gemessene Kapazität zwischen einem oberen und einem unteren Schwellenwert liegt.
In Block 92 wird die Atmung des Patienten P erneut gemessen. Wenn in Block 94 festgestellt wird, dass der neu gemessene Zustand der Atmung von Patient P weiterhin das Kriterium von Block 84 erfüllt, kehrt das Verfahren 80 zu Block 90 zurück und weist die Bestrahlungsvorrichtung weiterhin an, Strahlung an das eine oder mehrere Zielgewebe abzugeben. Andernfalls wird in Block 96 ein Steuersignal erzeugt, das die Bestrahlungsvorrichtung anweist, die Abgabe von Strahlung zu stoppen.
In Block 98 bestimmt das Verfahren 80, ob eine vorgeschriebene Strahlendosis an das eine oder mehrere Zielgewebe abgegeben wurde. Wenn eine abgegebene Strahlungsdosis geringer ist als die vorgeschriebene Strahlungsdosis, kehrt das Verfahren 80 zu Block 86 zurück. In Block 99 wird das Verfahren 80 beendet.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung stellt ein Strahlenbehandlungssystem bereit. Das Strahlenbehandlungssystem umfasst eine Strahlungsabgabevorrichtung. Das Strahlenbehandlungssystem umfasst auch ein berührungsloses kapazitives Sensorsystem zum Messen eines Zustands der Atmung eines Patienten. Die Abgabe von Strahlung durch die Strahlungsabgabevorrichtung kann auf der Grundlage des gemessenen Atemzustands des Patienten gesteuert werden.
8 zeigt ein beispielhaftes Strahlenbehandlungssystem 100. Das Strahlenbehandlungssystem 100 umfasst eine Strahlenabgabevorrichtung 110 und/oder ein Strahlenabgabesystem 110. Die Bestrahlungsvorrichtung 110 kann beispielsweise eine Gantry 112 umfassen, in der eine Strahlungsquelle 114 (z. B. ein Linearbeschleuniger) untergebracht ist, die so gesteuert werden kann, dass sie einen Strahl 116 in Richtung des Patienten P aussendet. Die Bestrahlungsvorrichtung 110 kann Motoren umfassen, um die Gantry 112 zu drehen und dadurch den Ausgangspunkt des Strahls 116 in einem Bogen um den Patienten P zu drehen. Bestrahlungsvorrichtungen, die der Vorrichtung 110 im Allgemeinen ähnlich sind, sind im Handel von Firmen wie Varian und Elekta erhältlich.
Das Strahlungsbehandlungssystem 100 umfasst auch die an anderer Stelle hierin beschriebene kapazitive Sensorschaltung 40. In einigen Ausführungsformen ist die kapazitive Sensorschaltung 40 in die Strahlungsabgabevorrichtung 110 integriert. In einigen Ausführungsformen ist die kapazitive Erfassungsschaltung 40 unabhängig von der Strahlungsabgabevorrichtung 110. Wie an anderer Stelle beschrieben, kann der Prozessor 44 ein Steuersignal 66 erzeugen, das die Strahlungsabgabevorrichtung 111 anweist, die Abgabe von Strahlung zu beginnen, fortzusetzen oder zu beenden (d. h. die Emission des Strahls 116). In einigen Ausführungsformen liefert der Prozessor 44 das Steuersignal 66 an die Steuerung 120 der Strahlungsabgabevorrichtung 110.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Strahlenbehandlungssystem 100 einen Datenspeicher 122. Der Datenspeicher 122 kann auf einer täglichen Behandlungsbasis gemessene Kapazitätssignale, gemessene Atemmuster, Strahlungsbehandlungsparameter und/oder Ähnliches aufzeichnen und verfolgen.
Die Elektrode 30 kann eine beliebige Form haben. Als nicht einschränkendes Beispiel, wie in 9A bis 9F gezeigt, kann die Elektrode 80 jeweils rechteckig, kreisförmig, ellipsoidisch, dreieckig, sechseckig, achteckig oder dergleichen sein. Die Elektrode 30 muss nicht polygonal sein. In einigen Ausführungsformen hat die Elektrode 30 eine Freiform (siehe z.B. 9G). In einigen Ausführungsformen hat die Elektrode 30 abgeschrägte Kanten. In einigen Ausführungsformen hat die Elektrode 30 abgerundete Ecken.
In einigen Ausführungsformen ist die Elektrode 30 aus einem dünnen Film aus elektrisch leitfähigem Material hergestellt. Die Elektrode 30 kann beispielsweise aus einem elektrisch leitfähigen Material wie Kupfer, Aluminium, Silber, Gold oder Ähnlichem oder einer Legierung aus zwei oder mehreren dieser Metalle bestehen.
In einigen Ausführungsformen umfasst die Elektrode 80 eine Vielzahl von Elektroden 31_1,1, ... , 31_i,j (zusammengenommen Elektroden 31). Ein elektrisch isolierendes Material kann jede Elektrode 31 von den anderen Elektroden 31 elektrisch trennen. Jede Elektrode 31 kann von den anderen Elektroden 31 durch einen ausreichend großen Abstand getrennt sein, damit eine Verteilung der elektrischen Ladung auf einer Elektrode 31 die Verteilung der elektrischen Ladung auf einer anderen Elektrode 31 nicht wesentlich beeinflusst. In einigen Ausführungsformen ist jede Elektrode 31 von den anderen Elektroden 31 durch Abstände von wenigstens einem Zoll getrennt. In einigen Ausführungsformen ist jede Elektrode 31 von den anderen Elektroden 31 durch Abstände von wenigstens ¼ Zoll getrennt.
Verschiedene Elektroden 31, die neben verschiedenen Körperregionen eines Patienten positioniert sind, können verwendet werden, um die Bewegung verschiedener Körperregionen zu messen und/oder zu vergleichen. Zum Beispiel kann eine erste Elektrode 31_1,1 neben einer Thoraxregion des Patienten und eine zweite Elektrode 31_1,2 neben einer Bauchregion des Patienten positioniert werden. Als weiteres Beispiel kann die erste Elektrode 31_1,1 neben einem linken Thoraxbereich (d.h. einem Bereich, der einer linken Lunge entspricht) und die zweite Elektrode 31_1,2 neben einem rechten Thoraxbereich (d.h. einem Bereich, der einer rechten Lunge entspricht) positioniert werden.
In einigen Ausführungsformen misst der kapazitive Sensor 42 gleichzeitig parallel (d.h. gleichzeitig) erste und zweite Kapazitäten, die jeweils den ersten und zweiten Elektroden 31_1,1, 31_1,2 entsprechen. In einigen Ausführungsformen misst der kapazitive Sensor 42 seriell (d. h. nacheinander) erste und zweite Kapazitäten, die jeweils der ersten und zweiten Elektrode 31_1,1, 31_1,2 entsprechen.
Zusätzlich oder alternativ können zwei oder mehr Elektroden 31 elektrisch miteinander gekoppelt werden, um eine einzige größere Elektrode 30 zu bilden. Durch die elektrische Kopplung von zwei oder mehr Elektroden 31 kann die Oberfläche der Elektrode 30 dynamisch in Echtzeit angepasst werden. Wenn zum Beispiel die Signalstärke einer gemessenen Kapazität gering ist, können eine oder mehrere zusätzliche Elektroden 31 gekoppelt werden, um die Oberfläche der Elektrode 30 zu vergrößern. Durch die dynamische Kopplung von zwei oder mehr Elektroden 31 kann auch ein gemessener Bereich der Brust 20 dynamisch verändert werden.
Die Mehrzahl der Elektroden 31 kann in einem beliebigen Muster angeordnet sein. Die Elektroden 31 können z. B. linear angeordnet sein (siehe z. B. 10A). Als weiteres Beispiel können die Elektroden 82 in einem Schachbrettmuster angeordnet sein (siehe z. B. 10B).
In einigen Ausführungsformen umfasst die Elektrode 30 wenigstens drei Elektroden 31. In einigen Ausführungsformen umfasst die Elektrode 30 wenigstens fünf Elektroden 31.
12 zeigt schematisch eine beispielhafte GUI 200. In einigen Ausführungsformen kann die GUI 200 in Kombination mit der an anderer Stelle hierin beschriebenen Vorrichtung 10 und/oder Vorrichtung 100 verwendet werden.
GUI 200 kann ein Modul 210 für gemessene Atmung umfassen. Das Modul 210 für gemessene Atmung zeigt Parameter an, die mit der gemessenen Atmung des Patienten P verbunden sind. In einigen Ausführungsformen zeigt das Modul 210 eine interpolierte Wellenform 212 der Atmung des Patienten P an. Zusätzlich oder alternativ kann das Modul 210 eine ideale (oder gemittelte vergangene) Wellenform 214 anzeigen. Zusätzlich oder alternativ kann das Modul 210 alphanumerische Informationen 218 anzeigen, die der gemessenen Atmung des Patienten P entsprechen (z. B. eine interpolierte Atemfrequenz pro Minute). Zusätzlich oder alternativ kann das Modul 210 einen Vergleich der gemessenen Atmung des Patienten 10 mit früheren Messungen der Atmung des Patienten 10 anzeigen (z. B. durch Überlagerung der interpolierten Wellenform 212 mit der früheren Atemwellenform 214). Falls erforderlich, können visuelle Hinweise (d.h. Feedback 216) von Modul 210 angezeigt werden, um den Patienten P bei der Einstellung seiner Atmung zu unterstützen. Zum Beispiel kann Modul 210 grün sein, wenn die Atmung von Patient P akzeptabel ist. Umgekehrt kann das Modul 210 rot sein, wenn die Atmung des Patienten P nicht akzeptabel ist. Als weiteres Beispiel kann das Modul 210 ein Häkchen anzeigen (siehe z. B. Rückmeldung 216), wenn die Atmung des Patienten P akzeptabel ist, und ein X (nicht dargestellt), wenn die Atmung des Patienten P nicht akzeptabel ist.
In einigen Ausführungsformen kann das Modul 210 für die gemessene Atmung dem Patienten P über ein tragbares Display angezeigt werden. Beispielsweise kann das Modul 210 auf einem Display angezeigt werden, das in eine vom Patienten P getragene Brille, ein Virtual-Reality-Headset, eine tragbare elektronische Vorrichtung oder ähnliches integriert ist. Die Anzeige des Moduls 210 während einer Strahlenbehandlung kann es dem Patienten P ermöglichen, seine Atmung so anzupassen, dass sie besser mit einem Atemmuster übereinstimmt, das zur Erstellung eines Strahlenbehandlungsplans verwendet wird.
Zusätzlich oder alternativ kann die GUI 200 ein Parametereinstellungsmodul 220 umfassen. Das Parametereinstellungsmodul 220 ermöglicht es einem Benutzer, einen oder mehrere Parameter einzustellen, die mit der Messung der Atmung des Patienten P und/oder der Abgabe von Strahlung verbunden sind. Beispielsweise kann das Modul 220 verwendet werden, um eine Abtastfrequenz des an anderer Stelle hierin beschriebenen kapazitiven Sensors 42 zu variieren (z. B. unter Verwendung des Konfigurationsmoduls 222 für Atemmessungsparameter). In einigen Ausführungsformen kann ein Benutzer das Modul 220 verwenden, um eine vorgeschriebene Strahlendosis und/oder einen Strahlenbehandlungsplan zu variieren (z. B. unter Verwendung des Konfigurationsmoduls 224 für die Strahlenabgabe).
Zusätzlich oder alternativ kann die GUI 200 ein Parameteranzeigemodul 230 umfassen. Das Parameteranzeigemodul 230 kann Statistiken anzeigen, die mit einem Verlauf der Strahlenbehandlung verbunden sind. Beispielsweise kann Modul 230 eine Behandlungsdauer, die im Verlauf der Behandlung abgegebene Gesamtdosis, die heute abgegebene Gesamtdosis, die durchschnittliche Atemfrequenz, eine Metrik, die die Gleichmäßigkeit der Atmung von Patient P darstellt, oder Ähnliches anzeigen.
In einigen Ausführungsformen umfasst die GUI 200 das Modul 235 für Angaben. Modul 235 kann zum Beispiel den Namen, das Alter, das Geschlecht, die persönliche Gesundheitsnummer und/oder Ähnliches des Patienten P anzeigen.
In einigen Ausführungsformen können die zuvor aufgezeichneten Atemzyklen des Patienten P (eine „Atmungssitzung“) mit dem Atmungssitzungsmodul 240 abgerufen werden. In einigen Ausführungsformen kann die abgerufene Atmungssitzung des Patienten P mit dem Modul 210 für gemessene Atmung angezeigt werden.
In einigen Ausführungsformen können eine oder mehrere leitfähige Elektroden am Körper des Patienten angebracht werden. In solchen Ausführungsformen kann die Kapazität zwischen der Elektrode 30 und der einen oder den mehreren leitfähigen Elektroden, die am Körper des Patienten angebracht sind, gemessen werden.
In einigen Ausführungsformen werden die hierin beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren verwendet, um die Bildgebung eines Patienten zu steuern. In solchen Ausführungsformen kann die Bildgebung des Patienten so gesteuert werden, dass Bilddaten erfasst werden, die gewünschten Ereignissen oder Phasen des Atmungszyklus des Patienten entsprechen. In einigen Ausführungsformen wird die Bildgebung so gesteuert, dass eine Serie von Bildern aufgenommen wird, die demselben Ereignis des Atemzyklus des Patienten entsprechen. Die Bildserien können kombiniert werden, um ein einziges Bild zu erzeugen. Beispielsweise kann die Kegelstrahl-CT-Bildgebung (die etwa eine Minute dauert, um einen brauchbaren Datensatz zu erfassen) so gesteuert werden, dass der Patient nur dann aufgenommen wird, wenn er vollständig eingeatmet hat (d. h. die Bildgebung wird so gesteuert, dass nur dann eine Minute an Daten erfasst wird, wenn der Patient vollständig eingeatmet hat).
Beispiel für ein Anwendungsszenario
Bevor der Patient P eine Strahlentherapie erhält, kann er einer Vorbehandlungsanalyse unterzogen werden. Die Vorbehandlungsanalyse kann die Entwicklung eines Strahlenbehandlungsplans für die Strahlentherapie beinhalten. Dies kann die Bestimmung der Positionen von Ziel- und/oder Nicht-Zielgeweben im Körper von Patient P beinhalten. Die Lage der Gewebe kann durch die Bildgebung der interessierenden Regionen des Patienten P (z. B. des Thorax von Patient P) ermittelt werden. Zum Beispiel kann sich Patient P einem oder mehreren CT-Scans, MRT-Scans oder Ähnlichem unterziehen.
Die Vorbehandlungsanalyse kann auch ein Training des Patienten P zur gewünschten Atmung beinhalten. Zum Beispiel kann ein Therapeut den Patienten P in die bevorzugten Atemtechniken für DIBH einweisen. Der Therapeut kann den Patienten P anweisen, wie viel er einatmen soll, wie lange er den Atem nach dem Einatmen anhalten soll, wie schnell er ausatmen soll usw. In einigen Fällen kann der Therapeut den Patienten P anweisen, ein gleichmäßiges Atemmuster beizubehalten (z. B. für das Gating mit freier Atmung). In einigen Fällen kann der Therapeut den Patienten P anweisen, seine Atemfrequenz zu erhöhen oder zu verringern (z. B. muss der Patient P seine Atemfrequenz verringern, wenn er nach Beginn der Behandlung zu hyperventilieren beginnt).
In einem Beispielfall wird die Atmung des Patienten P während der Vorbehandlungsanalyse gemessen (z. B. unter Verwendung der an anderer Stelle hierin beschriebenen Kapazitätsmessschaltung 40). Die Messung der Atmung des Patienten P kann dem Behandler und/oder dem Patienten P eine Rückmeldung geben. Beispielsweise können der Behandler und/oder der Patient P eine sensorische Rückmeldung darüber erhalten, wie die Atmung des Patienten P im Vergleich zu einem idealen Atemmuster ist. Die Messung der Atmung von Patient P kann dem Patienten P auch eine dynamische Anleitung geben, um ihn beim Erlernen einer korrekten Atemtechnik zu unterstützen. Zum Beispiel kann Patient P einen visuellen und/oder akustischen Indikator erhalten, der anzeigt, wann Patient P ausreichend eingeatmet hat. Der Patient P kann dann einen Countdown erhalten, der anzeigt, wie lange der Patient P seinen Atem anhalten soll. Als weiteres Beispiel kann dem Patienten P ein Atemtempo (visuell und/oder akustisch) mitgeteilt werden.
Die Messung der Atmung von Patient P kann auch die Beobachtung ermöglichen, wie sich die Positionen von Ziel- und/oder Nicht-Zielgeweben relativ zum Atemmuster von Patient P ändern. Zum Beispiel kann die Bildgebung von Patient P bei gleichzeitiger Messung der Atmung von Patient P einen Bilddatensatz erzeugen, der mit den Atmungsereignissen von Patient P korreliert ist (z. B. ein 4D-CT-Datensatz). Ein Strahlenbehandlungsplan kann auf der Grundlage von Gewebepositionen relativ zur Atmung von Patient P zugeschnitten werden. In einigen Fällen können Schwellenwertfenster (z. B. für die Steuerung eines Strahlungsgerätes, Bestrahlungsgeräts, Bestrahlungsvorrichtung, Bestrahlungssystem) auf der Grundlage der Atmung von Patient P, die während der Vorbehandlungsanalyse beobachtet wird, festgelegt werden.
Das Atemmuster des Patienten P vor der Analyse der Behandlung kann in einem Datenspeicher als Referenz während der Durchführung der Strahlenbehandlung aufgezeichnet werden (im Folgenden die „Basislinienatmung“ des Patienten P).
In einigen Fällen wird eine Vorrichtung, die zur Messung der Basisatmung von Patient P verwendet wird, nach Beginn der Strahlentherapie in den Behandlungsraum von Patient P verlegt. In einigen Fällen wird eine andere Vorrichtung verwendet, um das Grundlinien-Atmungsmuster des Patienten P zu messen als das Atemmuster des Behandlungstages.
Wenn Patient P für seine Strahlenbehandlung in einer Klinik (oder einem anderen Behandlungszentrum) eintrifft, kann ein Arzt die Basisatmung von Patient P abrufen. Wie an anderer Stelle beschrieben, kann dem Patienten P eine Rückmeldung darüber gegeben werden, wie seine aktuelle Atmung mit seiner Basisatmung übereinstimmt. Zusätzlich oder alternativ kann der Behandler (als nicht einschränkendes Beispiel):

• weisen Sie den Patienten P an, wie er seine aktuelle Atmung modifizieren sollte, damit sie seiner Grundatmung entspricht;
• ein Schwellenwert-Fenster für die Abgabe von Strahlung (oder Bildgebung) einstellen (z. B. mithilfe der an anderer Stelle hierin beschriebenen GUI 200);
• einen Verlauf der zu verabreichenden Strahlentherapie einstellen (z. B. mit der an anderer Stelle hierin beschriebenen GUI 200);
• empfehlen, die Behandlung auf einen anderen Tag zu verschieben.

Auslegung von Begriffen
Sofern der Kontext nicht eindeutig etwas anderes erfordert, gilt in der gesamten Beschreibung und den Ansprüchen:

• „Patient“ ist so zu verstehen, dass er sowohl menschliche Patienten als auch nicht-menschliche tierische Patienten einschließt;
• „umfassend“, „aufweisen“ und dergleichen sind in einem einschließenden Sinn zu verstehen, im Gegensatz zu einem ausschließenden oder erschöpfenden Sinn; d. h. im Sinne von „einschließlich, aber nicht beschränkt auf“;
• „verbunden“, „gekoppelt“ oder eine beliebige Variante davon bedeutet jede Verbindung oder Kopplung, entweder direkt oder indirekt, zwischen zwei oder mehreren Elementen; die Kopplung oder Verbindung zwischen den Elementen kann physisch, logisch oder eine Kombination davon sein;
• „hierin“, „oben“, „unten“ und Wörter mit ähnlicher Bedeutung, wenn sie zur Beschreibung dieser Spezifikation verwendet werden, beziehen sich auf diese Spezifikation als Ganzes und nicht auf bestimmte Teile dieser Spezifikation;
• „oder“ deckt in Bezug auf eine Liste mit zwei oder mehr Elementen alle der folgenden Interpretationen des Wortes ab: jedes der Elemente in der Liste, alle Elemente in der Liste und jede Kombination der Elemente in der Liste;
• die Singularformen „ein“, „ein“ und „die“ schließen auch die Bedeutung der entsprechenden Pluralformen ein.

Wörter, die Richtungen angeben, wie „vertikal“, „quer“, „horizontal“, „aufwärts“, „abwärts“, „vorwärts“, „rückwärts“, „einwärts“, „auswärts“, „links“, „rechts“, „vorne“, „hinten“, „oben“, „unten“, „unten“, „oben“, „unten“ und dergleichen, die in dieser Beschreibung und den begleitenden Ansprüchen (sofern vorhanden) verwendet werden, hängen von der spezifischen Ausrichtung der beschriebenen und abgebildeten Vorrichtung ab. Der hier beschriebene Gegenstand kann verschiedene alternative Ausrichtungen annehmen. Dementsprechend sind diese Richtungsbegriffe nicht streng definiert und sollten nicht eng ausgelegt werden.
Elektrische Schaltungen in verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung können unter Verwendung speziell entwickelter Hardware, konfigurierbarer Hardware, programmierbarer Datenprozessoren, die durch die Bereitstellung von Software (die optional „Firmware“ umfassen kann) konfiguriert sind, die auf den Datenprozessoren ausgeführt werden kann, Spezialcomputern oder Datenprozessoren, die speziell programmiert, konfiguriert oder konstruiert sind, um einen oder mehrere Schritte in einem Verfahren auszuführen, wie hierin im Detail erläutert, und/oder Kombinationen von zwei oder mehreren dieser Elemente implementiert werden. Beispiele für speziell konstruierte Hardware sind: Logikschaltungen, anwendungsspezifische integrierte Schaltungen („ASICs“), großformatige integrierte Schaltungen („LSIs“), sehr großformatige integrierte Schaltungen („VLSIs“) und dergleichen. Beispiele für konfigurierbare Hardware sind: ein oder mehrere programmierbare Logikbausteine wie programmierbare Array-Logik („PALs“), programmierbare Logik-Arrays („PLAs“) und feldprogrammierbare Gate-Arrays („FPGAs“)). Beispiele für programmierbare Datenprozessoren sind: Mikroprozessoren, digitale Signalprozessoren („DSPs“), eingebettete Prozessoren, Grafikprozessoren, mathematische Koprozessoren, Allzweckcomputer, Server-Computer, Cloud-Computer, Großrechner, Computer-Workstations und dergleichen. Beispielsweise können ein oder mehrere Datenprozessoren in einem Steuerschaltkreis für eine Vorrichtung zur Steuerung der Strahlungsabgabe und/oder zur Überwachung der Atmung eines Patienten die hier beschriebenen Verfahren implementieren, indem sie Softwareanweisungen in einem Programmspeicher ausführen, auf den die Prozessoren Zugriff haben.
In Fällen, in denen Prozesse oder Blöcke in einer bestimmten Reihenfolge dargestellt sind, können alternative Beispiele Routinen mit Schritten ausführen oder Systeme mit Blöcken in einer anderen Reihenfolge verwenden, und einige Prozesse oder Blöcke können gelöscht, verschoben, hinzugefügt, unterteilt, kombiniert und/oder modifiziert werden, um alternative oder Unterkombinationen bereitzustellen. Jeder dieser Prozesse oder Blöcke kann auf unterschiedliche Weise implementiert werden. Auch wenn Prozesse oder Blöcke manchmal so dargestellt sind, als würden sie in Reihe ausgeführt, können diese Prozesse oder Blöcke stattdessen parallel oder zu unterschiedlichen Zeiten ausgeführt werden.
Darüber hinaus können Elemente, die manchmal als nacheinander ausgeführt dargestellt sind, stattdessen gleichzeitig oder in unterschiedlicher Reihenfolge ausgeführt werden. Es ist daher beabsichtigt, dass die folgenden Ansprüche so interpretiert werden, dass sie alle solchen Variationen umfassen, die innerhalb ihres beabsichtigten Anwendungsbereichs liegen.
Einige Aspekte der Erfindung können auch in Form eines Programmprodukts bereitgestellt werden. Das Programmprodukt kann ein beliebiges nicht-transitorisches Medium umfassen, das einen Satz von computerlesbaren Anweisungen enthält, die bei Ausführung durch einen Datenprozessor den Datenprozessor veranlassen, ein Verfahren der Erfindung auszuführen. Programmprodukte gemäß Aspekten der Erfindung können in einer Vielzahl von Formen vorliegen. Das Programmprodukt kann beispielsweise nicht-transitorische Medien wie magnetische Datenspeichermedien einschließlich Disketten, Festplattenlaufwerke, optische Datenspeichermedien einschließlich CD-ROMs, DVDs, elektronische Datenspeichermedien einschließlich ROMs, Flash-RAM, EPROMs, fest verdrahtete oder vorprogrammierte Chips (z. B. EEPROM-Halbleiterchips), nanotechnologische Speicher oder Ähnliches umfassen. Die computerlesbaren Signale auf dem Programmprodukt können optional komprimiert oder verschlüsselt sein.
In einigen Ausführungsformen kann die Erfindung in Software implementiert sein. Zur besseren Übersichtlichkeit umfasst der Begriff „Software“ alle Anweisungen, die auf einem Prozessor ausgeführt werden, und kann Firmware, residente Software, Mikrocode und dergleichen umfassen (ist aber nicht darauf beschränkt). Sowohl die Verarbeitungshardware als auch die Software können zentralisiert oder verteilt sein (oder eine Kombination daraus), ganz oder teilweise, wie dem Fachmann bekannt. Beispielsweise können Software und andere Module über einen lokalen Speicher, über ein Netzwerk, über einen Browser oder eine andere Anwendung in einem verteilten Computerkontext oder über andere für die oben beschriebenen Zwecke geeignete Mittel zugänglich sein.
Wenn oben auf eine Komponente (z. B. einen Prozessor, eine Baugruppe, eine Vorrichtung, eine Schaltung usw.) Bezug genommen wird, sollte, sofern nicht anders angegeben, die Bezugnahme auf diese Komponente (einschließlich der Bezugnahme auf ein „Mittel“) so ausgelegt werden, dass sie als Äquivalente dieser Komponente jede Komponente einschließt, die die Funktion der beschriebenen Komponente ausführt (d. h. die funktional äquivalent ist), einschließlich Komponenten, die nicht strukturell äquivalent zu der offenbarten Struktur sind, die die Funktion in den dargestellten beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung ausführt.
Zur Veranschaulichung wurden hier spezifische Beispiele für Systeme, Verfahren und Vorrichtungen beschrieben. Dies sind nur Beispiele. Die hier bereitgestellte Technologie kann auf andere Systeme als die oben beschriebenen Beispielsysteme angewendet werden. Viele Änderungen, Modifikationen, Ergänzungen, Auslassungen und Permutationen sind in der Praxis der vorliegenden Erfindung möglich. Die vorliegende Erfindung umfasst Variationen der beschriebenen Ausführungsformen, die für den Fachmann offensichtlich sind, einschließlich Variationen, die erhalten werden durch: Ersetzen von Merkmalen, Elementen und/oder Handlungen durch äquivalente Merkmale, Elemente und/oder Handlungen; Mischen und Anpassen von Merkmalen, Elementen und/oder Handlungen aus verschiedenen Ausführungsformen; Kombinieren von Merkmalen, Elementen und/oder Handlungen aus hierin beschriebenen Ausführungsformen mit Merkmalen, Elementen und/oder Handlungen anderer Technologie; und/oder Weglassen von kombinierten Merkmalen, Elementen und/oder Handlungen aus beschriebenen Ausführungsformen.
Verschiedene Merkmale werden hier als in „einigen Ausführungsformen“ oder „in einer Ausführungsform“ vorhanden beschrieben. Solche Merkmale sind nicht zwingend und können nicht in allen Ausführungsformen vorhanden sein. Ausführungsformen der Erfindung können null, ein oder eine beliebige Kombination von zwei oder mehr solcher Merkmale enthalten. Dies ist nur insoweit eingeschränkt, als bestimmte dieser Merkmale mit anderen dieser Merkmale inkompatibel sind, und zwar in dem Sinne, dass es für einen Fachmann unmöglich wäre, eine praktische Ausführungsform zu konstruieren, die solche inkompatiblen Merkmale kombiniert. Folglich ist die Beschreibung, dass „einige Ausführungsformen“ das Merkmal A und „einige Ausführungsformen“ das Merkmal B aufweisen, als ausdrücklicher Hinweis darauf zu verstehen, dass die Erfinder auch Ausführungsformen in Betracht ziehen, die die Merkmale A und B kombinieren (es sei denn, die Beschreibung besagt etwas anderes oder die Merkmale A und B sind grundsätzlich unvereinbar).
Es ist daher beabsichtigt, dass die folgenden angehängten Ansprüche und die nachfolgend eingeführten Ansprüche so interpretiert werden, dass sie alle derartigen Modifikationen, Permutationen, Ergänzungen, Auslassungen und Unterkombinationen umfassen, wie sie vernünftigerweise abgeleitet werden können. Der Umfang der Ansprüche sollte nicht durch die in den Beispielen dargestellten bevorzugten Ausführungsformen eingeschränkt werden, sondern sollte die weitestmögliche Auslegung erhalten, die mit der Beschreibung als Ganzes vereinbar ist.
Während die Erfindung in den Figuren und der vorstehenden Beschreibung illustriert und detailliert beschrieben wurde, sind solche Illustrationen und Beschreibungen als illustrativ oder beispielhaft und nicht einschränkend zu betrachten; die Erfindung ist nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt. Andere Variationen zu den offengelegten Ausführungsformen können von den Fachleuten auf dem Gebiet und der Ausübung der beanspruchten Erfindung, aus einem Studium der Figuren, der Offenbarung, und die beigefügten Ansprüche verstanden und durchgeführt werden.
In den Ansprüchen schließt das Wort „umfassend“ andere Elemente oder Schritte nicht aus, und der unbestimmte Artikel „ein“ oder „an“ schließt eine Mehrzahl nicht aus. Die bloße Tatsache, dass bestimmte Maßnahmen in voneinander verschiedenen abhängigen Ansprüchen rezitiert werden, bedeutet nicht, dass eine Kombination dieser Maßnahmen nicht vorteilhaft eingesetzt werden kann. Etwaige Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung des Schutzbereichs zu verstehen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 62/784298 [0001]

Claims

Vorrichtung zur Steuerung der Abgabe von Strahlung durch ein Bestrahlungssystem an einen Patienten, die Vorrichtung umfassend: wenigstens eine Elektrode, die in der Nähe eines Patienten positionierbar ist, diesen aber nicht berührt; wenigstens einen Kapazitiven Sensor, der elektrisch mit der wenigstens einen Elektrode verbunden und so konfiguriert ist, dass er eine Kapazität der wenigstens einen Elektrode überwacht und ein Ausgangssignal erzeugt, das indikativ für die Kapazität ist; und wenigstens einen Prozessor, der dazu konfiguriert ist: das Ausgangssignal zu empfangen und verarbeiten; ein berechnetes Maß der Amplitude und/oder Phase der Atmung des Patienten zu bestimmen; und ein Gating-Signal zum Aktivieren oder Inhibieren einer Strahlungsabgabe durch das Bestrahlungssystem basierend auf dem ermittelten Maß der Amplitude und/oder Phase der Atmung des Patienten zu erzeugen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der wenigstens eine Prozessor dazu eingerichtet ist, das Maß der Amplitude der Atmung des Patienten mit einem Schwellenwert zu vergleichen und das Gating-Signal zumindest teilweise auf der Grundlage zu erzeugen, ob die Amplitude größer als der Schwellenwert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der wenigstens eine Prozessor dazu eingerichtet ist, das Maß der Amplitude der Atmung des Patienten mit einem Amplitudenbereich zu vergleichen und das Gating-Signal zumindest teilweise auf der Grundlage zu erzeugen, ob die Amplitude innerhalb des Amplitudenbereichs liegt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der wenigstens eine Prozessor dazu eingerichtet ist, das Ausgangssignal zu verarbeiten, um das Maß der Phase der Atmung des Patienten zu bestimmen, das bestimmte Maß der Phase mit einem Phasenfenster zu vergleichen und das Gating-Signal wenigstens teilweise auf der Grundlage zu erzeugen, ob das Maß der Phase innerhalb des Phasenfensters liegt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die wenigstens eine Elektrode für die von dem Bestrahlungssystem abgebbare Strahlung im Wesentlichen transparent ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die wenigstens eine Elektrode von einem Substrat gestützt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei das Substrat im Wesentlichen transparent für die von dem Bestrahlungssystem abgebbare Strahlung ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, wobei das Substrat aus einem Kohlefaserverbundwerkstoff oder einem Kunststoff hergestellt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die wenigstens eine Elektrode von einer Trägerstruktur gestützt ist, die an einer Liege des Bestrahlungssystems befestigbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Stützstruktur Indexmerkmale umfasst, die so konfiguriert sind, dass sie in Indexelemente auf der Liege eingreifen.
Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Stützstruktur einen Ausleger oder eine Brücke umfasst, der/die so konfiguriert ist, dass er/sie sich quer über die Liege erstreckt, und die wenigstens eine Elektrode von dem Ausleger oder der Brücke gestützt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die wenigstens eine Elektrode eine Vielzahl von elektrisch leitenden Pads und ein Schaltnetzwerk umfasst, das dazu eingerichtet ist, ausgewählte der leitenden Pads elektrisch parallel zu schalten, um die wenigstens eine Elektrode bereitzustellen.
Verfahren zur Steuerung der Abgabe von Strahlung an einen Patienten durch ein Bestrahlungssystem, wobei das Verfahren umfasst: Positionieren wenigstens einer Elektrode in der Nähe eines Körperteils des Patienten, der sich in Reaktion auf die Atmung des Patienten bewegt, wobei die wenigstens eine Elektrode von dem Körperteil beabstandet ist, um einen elektrischen Kondensator zu bilden; Überwachen der Atmung des Patienten durch Überwachen von Änderungen in einer Kapazität des Kondensators; und Erzeugen eines Gating-Signals auf der Grundlage der überwachten Atmung, wobei das Gating-Signal anzeigt, dass die Abgabe von Strahlung durch das Bestrahlungssystem freigegeben oder gesperrt werden soll.
Verfahren nach Anspruch 13, ferner umfassend das Überwachen von Änderungen in der Kapazität durch Erfassen der Kapazität mit einer Abtastfrequenz.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Abtastfrequenz in einem Bereich zwischen 2 Hz und 200 Hz liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei das Überwachen der Kapazitätsänderungen das Verarbeiten eines Ausgangssignals von einem kapazitiven Sensor und das Konditionieren des Ausgangssignals umfasst, um Signalkomponenten zu isolieren, die mit der Atmung des Patienten korrespondieren.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, ferner umfassend das Erzeugen einer Rückmeldung für den Patienten, um den Patienten bei der Kontrolle seiner Atmung zu unterstützen, indem dem Patienten ein oder mehrere Indikatoren basierend auf einem Ausgangssignal eines kapazitiven Sensors bereitgestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei die Rückmeldung wenigstens eines der folgenden Elemente umfasst: dem Patienten Anzeigen, um wie viel seine Atmung von einer gewünschten Atmung abweicht, Erinnern des Patienten daran, den Atem an einem gewünschten Punkt anzuhalten, dem Patienten Anzeigen, ob er erfolgreich die Luft anhält, und den Patienten Wissenlassen, wie lange er den Atem anhalten soll.
Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, ferner umfassend das Anzeigen der Rückmeldung unter Verwendung von wenigstens einer der folgenden Anzeigen: eine Countdown-Timer-Anzeige, eine Balkenanzeige, eine Farbwechselanzeige, eine oder mehrere Anzeigen, die in eine vom Patienten getragene Brille eingebettet sind, ein Virtual-Reality-Headset, eine tragbare elektronische Vorrichtung und eine Anzeige, die in einem Sichtfeld des Patienten angebracht ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 19, ferner umfassend das Erzeugen des Gating-Signals auf der Grundlage einer Amplitude und/oder einer Phase der überwachten Atmung.
Verfahren nach Anspruch 20, ferner umfassend das Bestimmen der Phase der überwachten Atmung durch Verfolgen eines oder mehrerer Trends in einem Ausgangssignal des kapazitiven Sensors.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 21, ferner umfassend das Einstellen eines Gating-Fensters auf der Grundlage von zuvor erfassten Atmungsdaten des Patienten.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 22, wobei das Erzeugen des Gating-Signals das Bestimmen, ob eine Phase und/oder eine Amplitude der überwachten Atmung innerhalb eines Gating-Fensters liegt, und das dynamische Anpassen des Gating-Fensters basierend auf der überwachten Atmung umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 23, wobei die wenigstens eine Elektrode in einem Mindestabstand von 1 cm bis 10 cm von dem Körperteil des Patienten positioniert ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 24, ferner umfassend das Variieren einer Signalstärke der überwachten Atmung durch Einstellen eines Abstands der wenigstens einen Elektrode vom Körper des Patienten und eines Winkels der wenigstens einen Elektrode relativ zum Körper des Patienten oder von beidem.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 25, ferner umfassend das Indizieren einer Trägerstruktur, die die wenigstens eine Elektrode trägt, an einer Liege des Bestrahlungssystems.
Verfahren nach Anspruch 26, wobei die Trägerstruktur ein Substrat umfasst, das sich quer zum Körper des Patienten erstreckt, wobei die wenigstens eine Elektrode von dem Substrat gestützt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 27, ferner umfassend das Platzieren der wenigstens einen Elektrode an einer Stelle innerhalb eines Bereichs, der einem Pfad eines Strahlenbündels entspricht, wobei die wenigstens eine Elektrode und das Substrat für die Strahlung des Strahlenbündels im Wesentlichen transparent sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 28, wobei das Überwachen von Änderungen der Kapazität des Kondensators das Anlegen eines Gleichstromsignals an die wenigstens eine Elektrode umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 29, wobei die wenigstens eine Elektrode eine Vielzahl von Elektroden umfasst, wobei jede der Vielzahl von Elektroden in der Nähe eines anderen Teils des Körpers angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 30, ferner umfassend das elektrische Parallelschalten einer Vielzahl der Elektroden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 31, ferner umfassend das Anbringen eines leitfähigen Materials auf einer Oberfläche des Körpers gegenüber der wenigstens einen Elektrode.