專利名稱：在考慮要保護的體積的情況下對目標體積的照射的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于計劃利用接近目標點的射線的照射的方法、一種相應的用于照射的方法、一種用于相應的照射的裝置和一種用于控制這種裝置的控制系統(tǒng)。
背景技術：
利用一條接近不同點的射線照射目標(束掃描)是已知的。因此例如在照射腫瘤時例如使用特別是具有質子、α粒子或碳核的粒子射線、尤其是離子射線。順序依次地利用射線接近目標區(qū)域的各部分、目標點。目標點是例如可通過三個笛卡爾坐標(X，y, ζ)的數據定義的地點，該地點通常位于要照射的對象之內和特別位于目標體積之內、但必要時也位于其周圍環(huán)境中。通常在利用粒子射線掃描時，使該粒子射線通過偏轉磁鐵在兩個彼此垂直的方向上(X-和y-方向)偏轉。通過粒子能量的主動的變化，將布拉格峰(Bragg-Peaks)的位置調節(jié)到在目標中的不同的深度上(ζ-方向)，在該布拉格峰中累積劑量的最大部分。通常以層的方式照射空間的目標區(qū)域，其中，對于每層的確定進入深度的能量選擇成恒定的(等能層)。也已知的是所謂的深度掃描，在該深度掃描中被相繼接近的目標點不是必需地與各單個的(等能)層相配。本發(fā)明原則上也涉及這樣的實施方式，在這些實施方式中射線通過電磁波形成。掃描方法能夠通過利用射線掃描來實現匹配于目標形狀的照射；不同的掃描方法有所區(qū)別。特別是柵格掃描得到了證明。在該柵格掃描中，將三維的柵格設置到要照射的體積上方。在此，粒子射線在預定的持續(xù)時間期間停留在很多要接近的柵格點中的每一個上，或者在每個所述柵格點上累積預定數量的粒子，但在柵格點之間并不或者并不一直斷開；然而本發(fā)明原則上不限于柵格掃描，而是也可以與點掃描、連續(xù)的或不連續(xù)的掃描方法或與其它掃描方法相聯系地應用。如果使用柵格掃描，則須注意柵格點可能與目標點不同。例如目標點通常僅落到一部分柵格點上，因為通常不是接近全部的柵格點。此外，可以在不同的坐標系中說明柵格點和目標點，例如在一個空間固定的坐標系中和一個關于要照射的目標體積的坐標系中。 因此，特別是柵格點和目標點不必彼此相符。當然也可能的是，在一個共同的坐標系中說明柵格點和目標點。目標體積在此理解為這樣的空間區(qū)域，在該空間區(qū)域之內應該累積由操作人員、 例如由醫(yī)務人員規(guī)定的或開具的劑量。粒子射線是一種具有限定的橫截面的、由具有限定的通常是窄的粒子能量譜的粒子組成的射線。粒子能量是單個的粒子在進入到要照射的對象中時的能量。如果在此涉及對準目標點的粒子射線，則這表明粒子射線(例如通過偏轉磁鐵) 在X-和y_方向上這樣偏轉，使得目標點例如位于重心中或者在最大注量或劑量的一條線上(或其延長部上)；并且目標點在粒子射線的布拉格峰中；也涉及目標點的接近。在計劃照射時，為每目標點或每柵格點特別是確定下面的參量側向位置(X-和
4y-方向)、能量——確定進入深度、焦點和粒子數量。通常應該例如在照射腫瘤時，在目標體積上得到劑量的確定的分布、亦即目標劑量分布、特別是生物學上有效的目標劑量分布。目標劑量分布例如作為每單位體積的累積的能量來定量。以焦耳每千克(Gray)表示劑量是流行的?？勺鳛榈攸c的函數施用的劑量由使用者例如在詳細檢查之后規(guī)定或開具。例如劑量應該在目標體積、特別是腫瘤之內具有預定的值分布。劑量應該在腫瘤之外盡可能陡地下降并且特別是在要保護的器官中或危及器官(英文=Organ At Risk = OAR)中不超過預定的最大值(例如定量作為最大劑量)、DVH-條件、EUD、也稱為容許劑量。對于危及器官的例子是在照射前列腺時的直腸和在照射肺部腫瘤時在肺內部的確定的結構。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于，提出一種有利的用于在考慮要保護的體積的情況下計劃照射的方法、一種相應的有利的用于照射的方法、一種相應的有利的用于照射的裝置和一種有利的用于控制這種裝置的控制系統(tǒng)。該目的通過一種用于計劃照射目標體積的方法來實現，其中，為目標點確定強度， 應該利用一條射線依次接近這些目標點，該方法具有以下步驟檢測要保護的體積，在該要保護的體積中，通過照射目標體積產生的劑量不應該超過預定的最大值；為目標點這樣確定強度，使得在要保護的體積之內，所產生的劑量在按照計劃的照射時不超過預定的最大值，其中，為了確定強度而使用劑量份額數據記錄(Dosisbeitragsdatensatz)，該劑量份額數據記錄對于目標點包括通過使射線在按照計劃的照射時以預定的強度對準目標點之一而在其它地點上產生的劑量。本發(fā)明的優(yōu)選的設計方案在從屬權利要求中給出并且在下面詳細說明。一種用于“計劃照射”的方法自身不需要包括照射，而是也可以不取決于照射地進行；特別是可以在照射之前進行計劃。出于語言上簡單的原因，這在說明書中并不始終加以區(qū)分。在先的和后續(xù)的對各個方法特征的描述不僅涉及計劃方法而且涉及照射方法，而并不在各種情況下都詳細地提到這一點。本發(fā)明基于這樣的規(guī)定，S卩，部分地愛護要保護的體積、特別是OAR比用計劃的劑量覆蓋目標體積更加重要。這例如可以是這樣的情況，即，為目標體積開具非常高的劑量并且較少的劑量對于目標體積、特別是對于腫瘤控制可能也是足夠的。相應地在這樣的情況下基于強制必需的對一個或多個要保護的體積、特別是危及器官的愛護，可以容忍目標體積的略微的不足配量。此外，本發(fā)明基于這樣的經驗，S卩，照射典型地在多個通行/批次(Durchgang)中進行，特別是在分級照射的情況下在各部分中，其中在每次通行中累積全部的施用的劑量的僅僅一小部分。在多次通行中的照射原則上是有利的，特別是因為通過統(tǒng)計學上的效果而可以查明錯誤并且提高正常組織劑量耐量。例如在各部分之間的時間間隔通常是一天或幾天。分級的照射通常在幾周期間上持續(xù)。在這個時間段之內，不僅目標體積而且要保護的體積、例如危及器官可能改變其位置、大小和/或形狀。為了盡管在目標體積之內發(fā)生變化而并不低于預定的最小劑量并且在要保護的體積之內不超過預定的最大劑量，目標體積通常包括安全邊框；圍繞安全邊框擴展的體積被以期望的劑量占據。要保護的體積也可以圍繞安全邊框補充。然而為了考慮在長的時間段(所有的通行可以在該時間段上持續(xù))之內的可能的變化，經常需要非常寬的安全邊框。由此可能產生使照射計劃顯著變難的情況；特別是圍繞目標體積的安全邊框可能在人體內部結構變化之后與要保護的體積重疊，但或者目標體積的位置變化也導致在要愛護的體積中的劑量升高。此外，也可以基于人體結構的變化改變照射的有效范圍，這可能導致在要愛護的體積中的附加累積。根據要照射的結構，相應的相對運動也可以在較短的時間標度上是重要的。如果例如照射一個人，則人具有在幾分之一秒(心跳)、秒(呼吸)和分鐘、小時或天(人體結構的變化，例如腸子運動)的標度上的運動。在各通行之間的間隔也可以設計為非常不同的，因此例如也可以每天實施一次通行或者也可以每天實施多次通行。例如在特殊的多重照射時，這些通行甚至分配到僅幾秒或幾分鐘上。本發(fā)明也可以有利地應用在這種較短的時間刻度上。此外，本發(fā)明基于這樣的構思，在照射之前或者說在照射的一個通行之前、特別是在對一個部分施用之前，檢測要保護的體積，在該要保護的體積中，通過照射目標體積產生的劑量不應該超過預定的最大值。要保護的體積特別是包括一個或多個要保護的器官或者說危及器官以及圍繞所述器官的可選的安全邊框。為不同的目標點、優(yōu)選為每個目標點，在目標體積之內這樣確定照射的強度、特別是粒子數量，使得在要保護的體積之內，產生的劑量不超過預定的最大值。為此使用劑量份額數據記錄，該劑量份額數據記錄對于不同的目標點、優(yōu)選每個目標點包括通過使射線以預定的粒子數量對準一個目標點或目標點之一而在對象或身體中的其它地點產生的劑量。最大值也稱為閾值。它在最簡單的情況下實際上可以等于標度的劑量值，但也可以等于特別是空間上的分布。但閾值也可以通過觀察生物學上的效用、例如在考慮“等價一致的劑量”的情況下選擇為生物學上有效的劑量。但也可以應用其它的相應于劑量或劑量分布的尺度。要保護的體積和/或目標體積特別是可以借助倫琴射線斷層攝影術、超聲波診斷技術或回波描記術、光學的內聚X線斷層攝影術、核磁共振X線斷層攝影術或者說核磁共振成像術、計算機X線斷層攝影術、正電子發(fā)射X線斷層攝影術、單光子發(fā)射計算機X線斷層攝影術(SPECT)、電磁阻抗X線斷層攝影術(EMIT)、中子X線斷層攝影術或其它適合于對要照射的身體或身體部分進行三維或也2D或4D成像的方法來檢測。在檢測時，特別是當然也可以彼此無關地檢測至少要保護的體積或者目標體積相對于基于原始照射計劃的情形或相對于在先通行中的情形的位置、大小和/或形狀的變化。劑量份額數據記錄可以在第一通行之前或在第一部分之前制訂并且可選地在檢測要保護的體積之后基于成像方法來修正。替代地，在檢測要保護的體積之后重新制訂劑量份額數據記錄。當確定強度、特別是粒子數量時，除了劑量份額數據記錄之外可以考慮在一個或多個在先的通行中在對象或身體中產生的預劑量。優(yōu)選地，接近目標點在柵格掃描的范疇內進行。每個單個的目標體積可以與一個自身的柵格相配，但是也可以將全部的目標體積嵌入一個柵格中。通常，多個柵格點位于一個目標體積之內，該目標體積分派有一個目標劑量分布。 就此而言，人們也可以提及每柵格點一個目標劑量、一個柵格點目標劑量。以這種提及方式，根據本發(fā)明這樣確定柵格點目標劑量，使得在要保護的體積之內預定的最大值未被超過。目標體積或相應的柵格點可以跟蹤/制導要照射的結構；在此也提及一種匹配， 其中概念匹配在此特別是涉及要照射的點的位置。這樣的跟蹤例如在下面詳細地并且具體地在 DE 10 2006 044 139 Al 中描述。在這樣一種跟蹤時，在此例如在使用柵格掃描的情況下照射腫瘤時，例如為當前的人體結構確定必需的能量以及柵格點的χ和y位置。在此，根據上述的德語文獻首先記錄彼此之間的體積并且在人體結構中在柵格點位置上應用確定的變換參數，其中，所需的能量根據當前的人體結構必要時可以重新確定。必要時，在也常規(guī)的柵格上也需要內插法， 以及必要時需要匹配每柵格點的粒子數量。然而在此便必須注意，準備好的劑量份額并不一同變換，而是重新安設或從準備好的份額中確定。變換可以對于人體結構作為整體或者但也對于各單個的目標體積來進行。如果目標體積包括安全邊框，整體上也稱為計劃目標體積，則這樣地確定強度，使得在計劃目標體積之內的、優(yōu)選在由安全邊框圍繞的內部區(qū)域中的累積的劑量超過預定的最小值，并且同時優(yōu)選這樣地，使得在要保護的體積之內的累積的劑量不超過預定的最大值。如果要保護的體積包括要保護的器官和圍繞該要保護的器官的安全邊框，則還可以這樣確定強度，使得在要保護的器官之內的累積的劑量不超過預定的最大值。在簡單的情況下可以這樣確定強度，使得射線不對準在目標體積和要保護的體積或器官的重疊區(qū)域之內的目標點；特別是不對準目標體積的安全邊框和圍繞要保護的體積的安全邊框的重疊區(qū)域。如果在要照射的對象中沒有發(fā)生變化，則可以對于所有通行相同地選擇數據記錄。在各通行之間發(fā)生的變化引起在各次通行的數據記錄之間的區(qū)別。所述的強度確定可以稱為使強度適配于在要照射的對象中的變化。在重復所述方法的過程中在選出的或者所有的通行之前，可以識別出系統(tǒng)變化，所述系統(tǒng)變化表明，代替重復地適配照射計劃或數據記錄，完全重新制訂或重新優(yōu)化照射計劃可能是有利的。優(yōu)選地，在每次通行之后計算在該通行中施用的劑量。因此可以良好地共同跟蹤照射的過程。特別是也優(yōu)選的是，在照射的每次通行之后確定、特別是計算所有迄今為止施用的劑量的總和。通過這樣一種隨后的確定，在重新進行照射優(yōu)化時可以按這種方式考慮并且必要時補償預劑量，即，例如在考慮可能的分級效果的情況下施用與所開具的劑量的差。在有偏差時可以在考慮已經施用的劑量的情況下重新對照射計劃進行優(yōu)化。特別是因此必要時也能識別出存在的系統(tǒng)偏差，所述系統(tǒng)偏差表明，應該制訂和優(yōu)化全新的照射計劃，而不是從一次通行到另一次通行地適配或修正現有的照射計劃。如果要保護的體積和/或目標體積中的至少一個的位置和/或形狀發(fā)生變化，特別是當至少一個目標體積的位置相對于要保護的體積發(fā)生變化時，則對于在要保護的體積之內的劑量來說預定的最大值可能被超過。如果已經存在一個照射計劃，則優(yōu)選的是，基于位置和/或形狀變化改變該計劃， 而不是制訂一個新的照射計劃。特別是在此用改變的劑量占據那些否則會導致提高劑量的目標點；必要時，這僅僅是所有目標點中的一小部分。這主要涉及安全邊框的目標點。在最簡單的情況下，不再或者但甚至重新接近目標點。這特別是可以這樣實施，即，立刻考慮要保護的體積和/或目標體積中的至少一個的不同的空間位置和/或形狀。因此特別是可以對于處于安全邊框之一中的目標點，與要保護的體積或目標體積中的至少一個的不同的空間位置和/或形狀有關地預先計算出不同的劑量份額。這是有利的是，因為正是在這些目標點中由于要保護的體積和/或目標體積中的至少一個的位置變化或形狀變化而通常出現錯誤的劑量。如果實際上出現位置變化或形狀變化，則預先計算出的劑量份額可以用于改變已經存在的照射計劃。以這種方式可以對位置或形狀變化快速地做出反應并且快速匹配照射計劃。根據本發(fā)明確定的強度、特別是粒子數量有利地形成這樣的數據記錄，該數據記錄優(yōu)選適合用來控制用于在連續(xù)的或不連續(xù)的過程中利用射線照射目標體積的照射設備。用于在不同深度中的各個目標點的劑量份額數據記錄可以普遍地存在，從而不必每次都進行計算并且此外可以利用普遍的配方描述所有目標點的劑量份額。所產生的數據記錄優(yōu)選地可以用作控制數據記錄，該控制數據記錄可用于特別是在對通行施用期間控制用于照射的裝置。數據記錄此外可以定義目標點的坐標或者說X和 y位置以及粒子能量或相應的ζ位置。這些坐標也可以基于成像方法、特別是當前的X線斷層攝影技術的數據而相應地匹配。再一次要強調的是，劑量份額數據記錄特別是也可以包括在目標體積之外的劑量份額。除了對人員或動物進行照射之外，總的來說對有機材料、特別是對細胞的照射、或者也對無機材料、例如對塑料的照射都是重要的；例如在材料研究的范疇中。所述目的同樣也通過一種用于照射目標體積的方法來實現，其中，為目標點確定強度，應該利用一條射線依次接近這些目標點，該方法具有以下步驟檢測要保護的體積， 在該要保護的體積中，通過照射目標體積產生的劑量不應該超過預定的最大值；為目標點這樣確定強度，使得在要保護的體積之內，所產生的劑量不超過預定的最大值，其中為了確定強度而使用劑量份額數據記錄，該劑量份額數據記錄對于目標點包括通過使射線以預定的強度對準目標點之一而在其它地點產生的劑量。優(yōu)選地，該用于照射的方法包括上述的用于計劃照射的方法；特別是也存在于計劃方法的優(yōu)選設計方案之一中。特別地，照射方法可以包括產生用于控制裝置的數據記錄。 數據記錄例如可以寫在數據載體上，以便隨后為了控制裝置從該數據載體讀取。在一個特別的實施方式中，產生和控制的步驟對于每次通行、特別是對于分級照射的每個部分進行重復。此外，所述目的通過一種用于照射目標體積的裝置來實現，該裝置包括射線源和用于控制該裝置的控制系統(tǒng)，其中，所述裝置設計成用于借助控制系統(tǒng)為目標點確定強度， 應該利用一條射線依次接近這些目標點；并且所述裝置設計成用于檢測要保護的體積，在
8該要保護的體積中，通過照射目標體積產生的劑量不應該超過預定的最大值；所述裝置設計成用于為目標點這樣確定強度，使得在要保護的體積之內，所產生的劑量不超過預定的最大值；其中為了確定強度而使用劑量份額數據記錄，該劑量份額數據記錄對于目標點包括通過使射線以預定的強度對準目標點之一而在其它地點產生的劑量。這樣一種照射裝置包括一射線源，特別是用于產生粒子射線、特別是離子射線。作為射線源例如可以考慮加速器、特別是同步加速器或回旋加速器。如果利用離子射線進行照射，則照射裝置也包括掃描裝置，簡稱為掃描儀，該掃描裝置包括用于使離子射線偏轉的掃描磁鐵。優(yōu)選地，該用于照射的裝置設計成用于實施上述的方法之一；特別也于在方法的優(yōu)選設計方案之一中。所述目的同樣通過一種用來控制用于照射目標體積的裝置的控制系統(tǒng)來實現，其中，裝置借助控制系統(tǒng)設計成用于為目標點確定強度，應該利用一條射線依次接近這些目標點；用于檢測要保護的體積，在該要保護的體積中，通過照射目標體積產生的劑量不應該超過預定的最大值；用于為目標點這樣確定強度，使得在要保護的體積之內，所產生的劑量不超過預定的最大值；其中為了確定強度而使用劑量份額數據記錄，該劑量份額數據記錄對于目標點包括通過使射線以預定的強度對準目標點之一而在其它地點產生的劑量。與照射裝置不同，控制系統(tǒng)本身不包括射線源。如果將控制系統(tǒng)用來控制用于對人員或動物進行照射的照射裝置，則也提及治療控制系統(tǒng)(TCS)。優(yōu)選地，控制系統(tǒng)具有至少一個用于確定照射裝置的參數、例如掃描儀位置和射線特性的裝置和/或具有用于檢測要照射的結構的裝置。因此，控制系統(tǒng)可以具有用于接收成像設備、例如X線斷層攝影儀的圖像的輸入端?？刂葡到y(tǒng)例如可以借助計算機或計算機系統(tǒng)來實施。因此，可以在這樣一個計算機中例如存儲涉及下列內容的信息通行和等能量層的能量分配、目標點、柵格點、每柵格點的目標劑量、治療計劃和用于結束照射的標準。用于結束照射的標準例如可以是達到在治療計劃中確定的每目標點的目標劑量。在表格中存儲每目標點的目標劑量是適合的。優(yōu)選地，控制系統(tǒng)設計成用于控制上述的用于照射的裝置之一；特別是也在于照射裝置的優(yōu)選設計方案之一中?？刂葡到y(tǒng)特別是設計成用于在根據本發(fā)明的裝置上控制根據本發(fā)明的方法。原則上本發(fā)明也涉及一種相應的有利的、特別是基于計劃方法的用于產生數據記錄的方法、一種特別是基于照射方法的、用于控制照射裝置的方法和一種相應的有利的基于本發(fā)明的計算機程序產品。原則上本發(fā)明還涉及一種用來確定用于在掃描方法中照射預定的目標體積的照射設備的控制參數的方法和裝置。對各個特征的前述的和后續(xù)的描述不僅涉及所有的根據方法類別的內容、而且涉及根據裝置類別的內容，而這不在每種情況下詳細地清楚地提及；在此所公開的細節(jié)特征也可以在不同于所示組合的組合中對于本發(fā)明都是重要的。對各個特征的前述的和后續(xù)的描述也還涉及計算機程序產品，其具有用于實施或控制根據本發(fā)明的方法的程序編碼和/或用于在計算機/處理器上執(zhí)行的程序編碼。此外，本發(fā)明可以作為計算機程序產品執(zhí)行用于實施所述方法之一，該計算機程序產品具有在可機讀的載體上、例如在ROM、EPROM、EEPROM或Flash存儲器、CD-ROM或DVD 上或者在軟盤或硬盤上或者以計算機硬件的形式存儲的程序編碼，當該計算機程序產品在計算機、計量器或處理器上運行時。此外，本發(fā)明可以作為數字存儲介質、例如ROM、EPROM、EEPROM或Flash存儲器、 CD-ROM或DVD或者軟盤或硬盤來執(zhí)行，包括可電子讀取的控制信號，這些控制信號可以與可編程的計算機系統(tǒng)或處理器系統(tǒng)共同作用，從而實施所述方法之一。


下面參照附圖詳細闡述實施例。圖中圖1示出照射設備的示意圖；圖2示出裝置的示意圖，這些裝置可用于照射計劃、用于產生數據記錄或用于控制照射；圖3示出目標點、目標體積和要保護的體積的示意圖；圖4示出目標點、目標體積和要保護的體積的示意圖；圖5示出目標點、目標體積和要保護的體積的示意圖；圖6示出目標點、目標體積和要保護的體積的示意圖；圖7示出用于產生數據記錄和用于控制設備的方法的示意性的流程圖。圖8示出可能設計的方法步驟的列舉。
具體實施例方式圖1示出關于照射設備10的結構的示意性概覽圖，該照射設備作為利用粒子射線照射身體、特別是身體中的得腫瘤病的組織的任意設備的實例。作為粒子主要使用離子，例如質子、η介子、氦離子、碳離子、氖離子等。通常在粒子源11中產生這樣的粒子。當如在圖1中所示地存在兩個產生兩種不同的離子類型的粒子源11時，可以在這兩個離子類型之間在短的時間間隔之內進行轉換。 為此例如使用一個電磁開關12，該電磁開關設置在一方面離子源11和另一方面預加速器 13之間。由這些離子源11或其中一個離子源產生的并且必要時利用電磁開關12選出的離子在預加速器13中被加速到第一能量水平。預加速器13例如是線性加速器(LINAC，英語 "LINear Accelerator”)。隨后將離子送入到加速器15、例如同步加速器或回旋加速器中。 在加速器15中將這些離子加速到高的能量，如其對于照射是必需的那樣。在離子離開加速器15之后，高能射線輸送系統(tǒng)17將粒子射線引導至一個或多個照射室19。在一個照射室 19中使被加速的粒子對準要照射的身體。根據設計方案的不同，這從一個固定的方向(在所謂的“固定光束”室中)或者經由繞軸線22可動的能旋轉的機架21從不同的方向實現。圖2示出這樣的裝置的示意圖，所述裝置可以在照射計劃時用于產生數據記錄， 該數據記錄限定在身體中的目標體積中的粒子數量以及可選地還有目標點的坐標，并且所述裝置可以用在控制照射設備中，如其例如在上面根據圖1所示地那樣。借助計算機-X線斷層攝影儀或核磁共振成像-X線斷層攝影儀31或者借助其它的診斷裝置，可以測定要照射的腫瘤或其它目標體積的位置和延展尺寸。X線斷層攝影儀31的數據直接地或在準備之后通過另外的在圖2中未示出的裝置在用于制訂數據記錄的裝置41中被處理。裝置41例如是工位計算機、工作站或其它的計算機。可選地，裝置41 還通過其用戶接口、軟件或其它特征而適合于使醫(yī)務人員在那里限定或觀察或者說評估目標體積、要施用的劑量、該劑量到多個部分上的分配、照射方向以及粒子治療的其它細節(jié)， 如果預先定義了說明；必要時可以匹配它們。可以利用不同構成的監(jiān)控裝置在通過設備10照射之前、期間或之后對要照射的身體37進行監(jiān)控。例如，設有PET-照相機32 (PET=正電子發(fā)射斷層攝影)和/或在圖2 中未示出的、用于檢測要照射的支承在支承面38上的身體37的計算機斷層攝影儀。PET-照相機32和/或距離傳感器(未示出)和支承面38可以布置在上面根據圖1示出的照射室 19之一中。在這種情況下可以借助PET-照相機32和/或計算機斷層攝影儀檢測由粒子射線20產生的劑量以及在要照射的身體37中的目標體積和要保護的體積的位置、大小和形狀。替代地，PET-照相機32和支承面38布置在照射室之外。替代地或附加地，可以借助熒光鏡檢查裝置、倫琴射線裝置、超聲波傳感器和/或其它的產生三維圖像的裝置來完成對身體37的X線斷層攝影。成像可以直接在照射室中進行，然而也可以在病人進入到照射室中之前在照射室外部進行。照射設備10的根據圖1示出的基本構造對于很多粒子治療設備和其它照射設備來說是典型的，但不同的構造同樣也是可能的。后續(xù)描述的實施例不僅能聯系根據圖1示出的照射設備和上面根據圖2示出的裝置、而且能聯系其它的照射設備和裝置使用。圖3至6分別示出一個要照射的身體的截面的局部的示意圖。通過不同直徑的小的圓分別示出布置在柵格中的柵格點或者說目標點71和體素73。目標點71和體素73可以分別布置在立方體形的、直角的、六角形的或其它的柵格中。目標點的柵格在圖3至6所示的實例中僅在一個包括要照射的區(qū)域、然而不包括整個身體的空間范圍中延伸。體素73 的柵格通常在整個身體上或在至少一個完整的身體部分上延伸。然而在概況圖和可清晰識別性的意義上，體素的柵格僅僅在圖3和4中并且在那里僅僅在目標點71的柵格之外示出ο可以使粒子射線對準每個目標點71。通過在單位時間內流動的粒子的數量和粒子射線對準目標點71所持續(xù)的時間間隔的長度對于目標點71限定粒子數量。在圖3至6中的空圓表示粒子射線沒有對準的或者僅用很小的粒子數量占據的目標點71。填滿的圓表示利用大的粒子數量占據的目標點71。在圖3至6中分別示出目標體積的內部區(qū)域51的作為從左上方向右下方加陰影線的面部分。內部區(qū)域51由安全邊框52圍繞。目標體積的一個內部區(qū)域51和一個安全邊框52共同地形成各一個目標體積53，或者也稱為計劃目標體積。要保護的器官61分別作為從左下方向右上方加陰影線的面示出。每個要保護的器官61由一個安全邊框62圍繞。一個要保護的器官61和一個圍繞該器官的安全邊框62分別共同形成一個要保護的體積63。在圖3至6中示出等劑量線(Isodosen) 80，這些等劑量線在這里圍住具有等于最大劑量95%的劑量的區(qū)域。圖3和4分別示出一個在目標體積53和要保護的體積63的兩個不同的相對空間布置中垂直于粒子射線方向的截面。在圖3中，目標體積53和要保護的體積63彼此在空間上間隔開。在圖4中，在計劃目標體積53的內部區(qū)域51和要保護的器官61之間的間距
11這樣減小，使得目標體積53和要保護的體積63不再間隔開、而是部分地重疊。圖5和6分別示出一個平行于粒子射線的方向的截面，其中粒子射線在圖5和6 的視圖中水平地從左側射入。目標體積53和要保護的體積63在圖5和6所示的兩個情形中彼此在空間上間隔開。然而要保護的體積63在圖6所示的情形中與圖5所示的情形相比相對于目標體積63垂直于粒子射線的方向豎直向上移動。在圖5和6所示的截面中，粒子射線的密度和有效范圍是不均勻的。特別地，在計劃目標體積的內部區(qū)域51之內的有效范圍高于在其之外的有效范圍。通過圍繞內部區(qū)域 51的安全邊框52，應該考慮內部區(qū)域51的增大或移位的可能性。相應地在假定整個目標體積53具有內部區(qū)域51的密度的情況下，為在目標體積53之內的所有目標點71確定粒子能量。如果在安全邊框52之內的密度實際上不是等于內部區(qū)域51的密度，而是等于周圍環(huán)境的較小的密度，則在目標體積53后方遠處的范圍獲得高劑量。這可在等劑量線80 處看出。這可能在圖6所示的情形中導致在要保護的體積63中的不期望的劑量?？煽闯?，通過僅這樣增大安全邊框52、62使得立刻覆蓋從圖3或圖5所示的情形向圖4或圖6所示的情形的發(fā)展，不可能有解決方案或者不可能有令人滿意的解決方案。然而如下面參照圖7詳細說明地，基于對要保護的體積的當前檢測和在使用劑量份額數據記錄的情況下確定粒子數量適合于在上面根據圖3至6示出的和很多其它的情形中也同時確保對目標體積的足夠照射和對要保護的體積的足夠保護。在圖4和6所示的情形中，方法的結果是粒子射線不再或者僅以減少的粒子數量對準各單個的目標點71。圖7示出一種用于產生數據記錄和用于控制設備的方法的示意性的流程圖。盡管該方法也可在其它設備中并且利用其它裝置以及在與上面根據圖1至6所示情形不同的情形中應用，然而下面為了更簡單的理解而示例性地使用圖1至6中的附圖標記。在第一步驟101中，在多個通行、例如部分中制訂用于照射的照射計劃。在第二步驟102中制訂劑量份額數據記錄。劑量份額數據記錄對于每個目標點71和對于每個體素 73包括由使粒子射線20以預定數量的粒子對準選出的目標點71而在所有體素上產生的劑量份額。在nTP目標點和1^體素中，劑量份額數據記錄例如可作為帶有ηΤΡ行和1^列的矩陣顯不。在第三步驟103中，檢測要保護的體積53，例如以X線斷層攝影術方式。在此可以同時檢測目標體積。在第四步驟104中，使劑量份額數據記錄匹配于在第三步驟103中檢測的當前情況。替代地，重新制訂劑量份額數據記錄。在最簡單的情況下，特別是當沒有或僅有很小的變化時，可不改變地接收在第二步驟102中制訂的劑量份額數據記錄或另一個劑量份額數據記錄。在可選的第五步驟中，檢測在一個或多個已經被施用的部分中累積的預劑量。這例如通過基于在此分別實際存在的情況和測得的對照射設備的調節(jié)對已經過去的部分的數字模擬來實現?；蛘?，已經在照射期間例如通過正電子發(fā)射斷層攝影術由在照射時產生的發(fā)射正電子的核素來檢測在每個部分中施用的劑量。在第六步驟106中為每個目標點71確定一個粒子數量。粒子數量基于在第三步驟103中檢測的當前情況、特別是要保護的體積和目標體積的位置、大小和形狀來確定。代替粒子數量可以確定其它等價的參量，例如對準目標點的粒子的靜電總電荷。
可選地，在此也可以考慮未來的變化。未來的變化可以通過對已經觀測的變化進行外推來估計。目標體積53的、在后來的部分中可能接近于要保護的體積63的或出于其它原因不再能夠在沒有對要保護的體積的過量劑量負載的情況下照射的區(qū)域例如便可以已經利用下一個部分獲得提高的或明顯提高的劑量。粒子數量在使用在第二步驟102中制訂的并且可選地在第四步驟104中匹配的或重新制訂的劑量份額數據記錄的情況下確定。例如，對粒子數量在使用劑量份額數據記錄的情況下迭代地進行優(yōu)化，使得盡可能在整個目標體積之內達到開具的劑量并且盡可能在整個要保護的體積之內不超過劑量上限。優(yōu)化可以根據需要這樣進行，使得在計劃目標體積之內或者特別在計劃目標體積的內部區(qū)域之內，盡可能完全達到開具的劑量并且在一個或多個危及器官之內盡可能不超過相配的劑量上限。在確定粒子數量時，還可以可選地考慮在第五步驟105中檢測的預劑量。在未來的部分中要施用的劑量由開具的或者說總共要通過所有部分施用的劑量與在已經過去的部分中實際上(計算或測量地)施用的劑量的差得出。在粒子數量涉及的下一部分中，要施用的劑量在最簡單的情況下是在所有未來的部分中還要施用的劑量與所有未來的部分的數量的商。在利用分別預定的總劑量從不同方向照射時，可以單獨地對于每個方向進行這種計算。為了愛護要保護的體積，在根據圖4的情況中將落入重疊部中的柵格點71設定為不活躍的，以便使其強烈地用劑量占據地在區(qū)域中減小，參見等劑量線的降低。然而腫瘤體積一如既往地不再以劑量覆蓋目標體積的安全邊框。在根據圖5的情況下，柵格點的不活躍性也導致利用高劑量占據的區(qū)域的減小， 參見等劑量線；這也導致對危及結構的愛護。在第七步驟107中，將在第六步驟106中確定的粒子數量寫入數據記錄中、特別控制數據記錄中。在此可同時寫入各目標點71的坐標。在第八步驟108中讀取在第七步驟107中寫入數據記錄中的數據。將讀取的數據在第九步驟109中用于通過控制裝置46來控制照射設備10。優(yōu)選在每一個通行、特別是部分之前或期間重復第三步驟103、第四步驟104、第五步驟105、第六步驟106、第七步驟107、第八步驟108和第九步驟109。圖8示出設計的方法步驟的列舉如下一在多個通行中進行照射；一檢測要保護的體積和/或目標體積的變化；一柵格掃描；一跟蹤目標點；一考慮用于確定強度、特別是粒子數量的預劑量；一在第一通行之前制訂劑量份額數據記錄；一在檢測之后修正劑量份額數據記錄；一在考慮一個目標體積或目標體積之一和一個要保護的體積或多個要保護的體積的位置和/或形狀的變化的情況下改變照射計劃；特別是在相對的位置變化的情況下；一在檢測之后重新制訂劑量份額數據記錄；一為目標體積配設安全邊框；
—為要保護的體積配設安全邊框；一不接近目標體積的安全邊框與要保護的體積的安全邊框的重疊部。特別是可以概括地說，單個的柵格點的劑量份額在體積元上也在目標體積之外在照射計劃時已經被預先計算。因此可以根據當前的人體結構確定，當對當前的目標體積進行照射時，與照射計劃相比危及結構是否被加載附加的劑量。在此可以實施對當前有效范圍的重新計算，特別是在日?；A上。對于當前的照射，“修整處理”在沒有本發(fā)明的情況下用不可接受的劑量在危及結構中被占據的柵格點，也就是說，不照射或僅利用降低的強度、 特別是降低的粒子數量照射這些柵格點。特別是利用掃描的粒子射線的、所示出的適配的照射也可以實施這樣的照射計劃，在這些照射計劃中常規(guī)地、例如日常地，對危及結構的愛護具有高的優(yōu)先權。根據本發(fā)明可能的是，提高用于目標體積的計劃的劑量，即使當對危及結構的可能的過劑量可能值得期待時。為了避免在沒有本發(fā)明的情況下對危及結構的過劑量，照射必須以較小的劑量或較小的安全邊框來進行。所描述的實施例不僅適合于用在粒子治療的范疇中。此外，這些實施例通常可以應用在用于照射材料的設備中，而與是否涉及有生命的或死亡的、有機的或無機的物質、病人的或需要治療的動物的身體、模型、材料樣本或裝置無關。附圖標記列表
10照射設備
11粒子源
12電磁開關
13預加速器
15加速器
17高能射線輸送系統(tǒng)
19照射室
20粒子射線
21機架
22機架21的軸線
31X線斷層攝影儀
32PET照相機
37身體
38支承面
41用于制訂數據記錄的裝置
42用于確定運動參數的裝置
46用于設備10的控制裝置
47控制導線
51內部區(qū)域
52安全邊框
53目標體積/計劃目標體積
61要保護的器官/內部區(qū)域62安全邊框63目標體積/計劃目標體積71目標點73體素80等劑量線101第一步驟102第二步驟103第三步驟104第四步驟105第五步驟106第六步驟107第七步驟108第八步驟109第九步驟
權利要求
1.用于計劃照射目標體積(53)的方法，其中為目標點(70)確定強度，應該用一條射線 (20)依次地接近這些目標點，所述方法具有以下步驟檢測(103)要保護的體積(63)，在該要保護的體積中，通過照射目標體積(53)產生的劑量不應該超過預定的最大值；為目標點(70)這樣確定(106)強度，使得在要保護的體積(6 內部，產生的劑量在按照計劃的照射時不超過預定的最大值，其中為了確定強度而使用劑量份額數據記錄，該劑量份額數據記錄對于各目標點(70) 包括通過使射線00)在按照計劃的照射時以預定的強度對準目標點(70)之一而在其它地點(73)產生的劑量。
2.根據權利要求1所述的方法，其中，所述計劃規(guī)定在多次通行中、特別是在多個部分中的照射。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其中，在檢測(103)要保護的體積時，檢測至少或者要保護的體積(63)或者目標體積(53)相對于原始照射計劃或相對于在先通行的位置、 大小和形狀的變化。
4.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其中，計劃從利用柵格掃描接近目標點 (70)出發(fā)。
5.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其中，計劃規(guī)定對目標點(70)跟蹤要照射的結構(53)。
6.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其中，在第一通行之前制訂(10 劑量份額數據記錄。
7.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其中，在檢測(103)要保護的體積(63)之后和特別是在確定(106)強度之前基于成像方法修正劑量份額數據記錄。
8.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其中，在檢測(103)要保護的體積之后和特別是在確定(106)強度之前基于成像方法重新制訂劑量份額數據記錄。
9.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其中，為了改變計劃，考慮目標體積的或要保護的體積的變化、特別是包括目標體積相對于要保護的體積的位置變化在內的變化。
10.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其中，目標體積(5 包括內部區(qū)域(51) 和圍繞該內部區(qū)域(51)的安全邊框(52)，并且這樣確定(106)強度，使得在按照計劃的照射時在目標體積(53)的內部區(qū)域(51)之內累積的劑量具有預定的最小值。
11.根據前述權利要求所述的方法，其中，要保護的體積(63)包括內部區(qū)域(61)和圍繞該內部區(qū)域(61)的安全邊框(62)，并且此外這樣確定(106)強度，使得在按照計劃的照射時在要保護的體積的內部區(qū)域(61)之內累積的劑量不超過預定的最大值。
12.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其中，這樣產生強度，使得射線00)在按照計劃的照射時不對準在目標體積(53)和要保護的體積(63)的重疊部之內的目標點 (70)、特別是不對準目標體積(53)的安全邊框(52)和要保護的體積(63)的安全邊框(62) 的重疊部。
13.用于照射目標體積(53)的方法，其中，為目標點(70)確定強度，應該利用一條射線 (20)依次接近這些目標點，所述方法具有以下步驟檢測(103)要保護的體積(63)，在該要保護的體積中，通過照射目標體積(53)產生的劑量不應該超過預定的最大值；為目標點(70)這樣確定(106)強度，使得在要保護的體積(6 之內，所產生的劑量不超過預定的最大值，其中為確定強度而使用劑量份額數據記錄，所述劑量份額數據記錄對于目標點(70) 包括通過使射線00)以預定的強度對準目標點(70)之一而在其它地點(7 產生的劑量。
14.根據權利要求13所述的方法，包括根據權利要求1至12中任一項所述的用于計劃照射的方法。
15.用于照射目標體積(53)的裝置(10)，包括射線源(11)和用于控制所述裝置(10)的控制系統(tǒng)(41、42、46、47)， 其中，所述裝置(41、42、46、47)設計成用于借助控制系統(tǒng)為目標點(70)確定強度，利用一條射線00)依次接近這些目標點，并且所述裝置設計成用于檢測要保護的體積(63)，在該要保護的體積中，通過照射目標體積(5 產生的劑量不應超過預定的最大值；所述裝置設計成用于為目標點(70)這樣確定強度，使得在要保護的體積(63)之內，所產生的劑量不超過預定的最大值；其中，為了確定強度而應用劑量份額數據記錄，所述劑量份額數據記錄對于各目標點(70) 包括通過使射線00)以預定的強度對準目標點(70)之一而在其它地點(7 產生的劑量。
16.根據權利要求15所述的裝置(10)，設計成用于實施根據權利要求1至11中任一項所述的用于計劃照射的方法。
17.根據權利要求15或16所述的裝置(10)，設計成用于實施根據權利要求13或14 中任一項所述的用于照射的方法。
18.用來控制用于照射目標體積(53)的裝置(10)的控制系統(tǒng)(41、42、46、47)，其中， 所述裝置(10)設計成用于借助控制系統(tǒng)01、42、46、47)為目標點(70)確定強度，應該利用一條射線00)依次接近這些目標點； 檢測要保護的體積(63)，在該要保護的體積中，通過照射目標體積(53)產生的劑量不應該超過預定的最大值；為目標點(70)這樣確定強度，使得在要保護的體積(6 之內，所產生的劑量不超過預定的最大值；其中，為確定強度而使用劑量份額數據記錄，所述劑量份額數據記錄對于各目標點(70)包括通過使射線00)以預定的強度對準目標點(70)之一而在其它地點(7 產生的劑量。
19.根據權利要求18所述的控制系統(tǒng)01、42、46、47)，用于控制根據權利要求15至17 中任一項所述的裝置(10)。
全文摘要
本發(fā)明涉及照射目標體積(53)，其中為目標點(70)確定強度，應該利用一條射線依次接近這些目標點，包括以下步驟檢測要保護的體積(63)，在該要保護的體積中，通過照射目標體積(53)產生的劑量不應超過預定的最大值；為目標點(70)這樣確定強度，使得在要保護的體積(63)之內，所產生的劑量不超過預定的最大值，其中為了確定強度而使用劑量份額數據記錄，該劑量份額數據記錄對于目標點(70)包括通過使射線(20)以預定的強度對準目標點(70)之一而在其它地點(73)上產生的劑量。
文檔編號A61N5/10GK102202733SQ200980142886
公開日2011年9月28日 申請日期2009年10月17日 優(yōu)先權日2008年10月27日
發(fā)明者C·貝爾特, E·里茨爾 申請人:Gsi重離子研究亥姆霍茨中心有限公司, 西門子公司