專利名稱:用于在目標(biāo)體積內(nèi)沉積劑量的輻照裝置和輻照方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種輻照裝置和一種輻照方法，通過(guò)所述輻照裝置和輻照方法可以借助粒子束將劑量分布沉積到目標(biāo)體積內(nèi)。這樣的輻照裝置或這樣的輻照方法通常在粒子治療的范圍內(nèi)使用，以便輻照例如病理改變的組織。
背景技術(shù)：
對(duì)于通常的粒子治療裝置，可以給待輻照的目標(biāo)體積施加期望的劑量分布，方法是，粒子束被擴(kuò)展并且然后通過(guò)例如借助準(zhǔn)直儀所進(jìn)行的淡入以及必要時(shí)穿過(guò)被粒子束透射的團(tuán)塊(Bolus)與目標(biāo)體積的各個(gè)形狀相匹配。這個(gè)應(yīng)用也被稱作被動(dòng)的射束應(yīng)用。
除了這樣的、也就是被稱為被動(dòng)的射束應(yīng)用之外，相對(duì)細(xì)的粒子束可以主動(dòng)地在 目標(biāo)體積上進(jìn)行掃描。在此，將粒子束有針對(duì)性地相繼對(duì)準(zhǔn)在目標(biāo)體積內(nèi)應(yīng)當(dāng)沉積劑量的柵格點(diǎn)，直到在目標(biāo)體積內(nèi)達(dá)到了期望的劑量分布為止。所述掃描也被稱為主動(dòng)的射束應(yīng)用。在此，有針對(duì)性地駛向(angefahren)通常彎曲邊界的目標(biāo)體積。這意味著,粒子束在目標(biāo)體積上沿之掃描的“寫軌跡”(例如通過(guò)逐行掃描)與目標(biāo)體積的具體形狀相匹配。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是，給出一種輻照裝置和一種輻照方法，借助其可以在同時(shí)有利的設(shè)備控制的情況下在目標(biāo)體積中沉積期望的劑量分布。
本發(fā)明的技術(shù)問(wèn)題通過(guò)獨(dú)立權(quán)利要求
的特征來(lái)解決。本發(fā)明的有利擴(kuò)展位于從屬權(quán)利要求
的特征中。
按照本發(fā)明的用于在待輻照的目標(biāo)體積中沉積劑量分布的輻照裝置具有
-加速器裝置，用于提供用于輻照目標(biāo)體積的粒子束，
-掃描裝置，用于改變粒子束的射束特征，從而在輻照裝置的運(yùn)行中使粒子束相繼地偏轉(zhuǎn)到在預(yù)定的掃描體積中的不同位置上并且以這種方式在掃描體積上掃描，
其中，掃描裝置被構(gòu)造為，
-沿著固定的與目標(biāo)體積無(wú)關(guān)地設(shè)置的掃描路徑對(duì)掃描體積進(jìn)行掃描，并且
-如下地實(shí)現(xiàn)待沉積的劑量分布與目標(biāo)體積的匹配在粒子束沿著掃描路徑掃描期間對(duì)粒子束的強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)制。
借助輻照裝置可以以快速的方式用粒子束掃描目標(biāo)體積。
在此，本發(fā)明基于如下認(rèn)識(shí)S卩，利用與目標(biāo)體積相匹配的掃描路徑所進(jìn)行的掃描(就像在常規(guī)的設(shè)備中所實(shí)施的那樣)具有缺點(diǎn)。也就是說(shuō)，與目標(biāo)體積相匹配的掃描路徑意味著，掃描裝置這樣調(diào)節(jié)粒子束的偏轉(zhuǎn)和深度，使得粒子束原則上只對(duì)準(zhǔn)到目標(biāo)體積的柵格點(diǎn)。一旦柵格點(diǎn)被足夠地輻照，掃描裝置就設(shè)置目標(biāo)體積的下一個(gè)柵格點(diǎn)，以便然后輻照該柵格點(diǎn)。以這種方式可以給常規(guī)設(shè)備的目標(biāo)體積施加期望的劑量。
但由于待輻照的目標(biāo)體積通常在其位置、大小以及形狀上是變化的并且各自不同的，所以掃描裝置必須將掃描路徑總是各自地與目標(biāo)體積相匹配。該靈活性必須反映在設(shè)備控制中，所述設(shè)備控制由此是相對(duì)昂貴的以便提供將掃描路徑總是與各自的待輻照目標(biāo)體積相匹配的可能性。
與之相對(duì)，在按照本發(fā)明的輻照裝置中，不依賴于待輻照目標(biāo)體積地設(shè)置掃描路徑。掃描路徑例如可以在掃描裝置或其控制控制裝置中預(yù)定地存儲(chǔ)。這意味著，已經(jīng)事先地并且在不精確知曉目標(biāo)體積的準(zhǔn)確幾何尺寸(也就是大小、形狀以及位置)的情況下規(guī)定了掃描目標(biāo)體積的方式。
同樣地，例如可以通過(guò)在控制裝置中的存儲(chǔ)來(lái)預(yù)定掃描體積。掃描體積同樣可以不依賴于目標(biāo)體積地預(yù)定，也就是說(shuō)，在此也無(wú)需精確知曉其準(zhǔn)確的幾何尺寸。
這具有這樣的優(yōu)勢(shì)，使得可以借助固定的優(yōu)化的設(shè)備來(lái)實(shí)施射束偏轉(zhuǎn)和深度調(diào)制。
這也包含可以規(guī)定多個(gè)不同的目標(biāo)體積(例如具有不同的形狀、大小以及位置)， 并且然后選擇掃描體積中的一個(gè)。同樣的情況也適用于掃描路徑。在此也可以設(shè)置多個(gè)掃描路徑，然后為輻照選擇掃描路徑。然而不依賴于目標(biāo)體積的精確幾何尺寸地、例如已經(jīng)事先地規(guī)定了該多個(gè)掃描體積以及多個(gè)掃描路徑。
在一種實(shí)施方式中，可以這樣構(gòu)造掃描裝置，使得以不依賴于目標(biāo)體積地預(yù)定的掃描速度來(lái)對(duì)掃描路徑進(jìn)行掃描。這意味著，不依賴于目標(biāo)體積地設(shè)置時(shí)間順序。
然后沉積的局部的劑量與針對(duì)目標(biāo)體積的期望的額定劑量分布之間的匹配現(xiàn)在不再通過(guò)掃描過(guò)程的幾何尺寸來(lái)確定，而是通過(guò)輻照強(qiáng)度的調(diào)制來(lái)確定，借助所述輻照強(qiáng)度在掃描過(guò)程期間輻照目標(biāo)體積。
在此可能發(fā)生，對(duì)于確定的時(shí)間點(diǎn)在輻照過(guò)程期間在對(duì)掃描路徑進(jìn)行掃描時(shí)這樣調(diào)節(jié)掃描裝置，使得粒子束位于目標(biāo)體積之外。這是如果目標(biāo)體積比掃描體積小的情況。對(duì)于這些時(shí)間點(diǎn)就將強(qiáng)度設(shè)置到零，使得然后不進(jìn)行輻照。如果掃描裝置再次這樣調(diào)節(jié)，使得在對(duì)掃描路徑進(jìn)行掃描時(shí)粒子束再次輻照目標(biāo)體積的內(nèi)部，就將強(qiáng)度再次設(shè)置到與零不同的數(shù)值。由此，在掃描中為了對(duì)掃描路徑進(jìn)行掃描而調(diào)節(jié)掃描裝置并且不依賴于粒子束在此瞄準(zhǔn)目標(biāo)體積的內(nèi)部還是外部。僅僅通過(guò)強(qiáng)度調(diào)制來(lái)實(shí)現(xiàn)正確的劑量施加。
總而言之，不依賴于目標(biāo)體積地設(shè)計(jì)掃描過(guò)程，也就是掃描體積，掃描路徑和/或掃描速度。這允許明顯簡(jiǎn)化地構(gòu)造輻照裝置的控制。此外，針對(duì)掃描路徑可以優(yōu)化輻照裝置，使得特別有效率地掃描該掃描路徑。
例如掃描裝置可以具有一個(gè)或者多個(gè)偏轉(zhuǎn)電磁體，借助所述偏轉(zhuǎn)電磁體可以將粒子束變化地偏轉(zhuǎn)到其側(cè)面位置。此時(shí)偏轉(zhuǎn)電磁體可以在輻照裝置的運(yùn)行中以固定的偏轉(zhuǎn)頻率運(yùn)行。
然后，可以針對(duì)該固定的偏轉(zhuǎn)頻率來(lái)優(yōu)化偏轉(zhuǎn)電磁體，例如可以在電的諧振中運(yùn)行偏轉(zhuǎn)電磁體。由此可以低耗費(fèi)地實(shí)現(xiàn)非?？烨覐?qiáng)的偏轉(zhuǎn)。
在一種實(shí)施方式中，掃描裝置可以根據(jù)事先定義的模型實(shí)施粒子束的能量變化以便調(diào)制入射深度。由此可以在允許借助HF場(chǎng)對(duì)帶電粒子進(jìn)行加速的加速器裝置中通過(guò)調(diào)制HF功率和/或HF相位來(lái)控制粒子束的能量的調(diào)制以及由此的入射深度。該調(diào)制可以通過(guò)掃描裝置來(lái)控制。
用于控制能量以及由此的入射深度的固定程序是特別有利的，原因是，為了實(shí)現(xiàn)不同的能量級(jí)而對(duì)加速器單元進(jìn)行的靈活控制在技術(shù)上通常僅能困難地并且相對(duì)不靈活地實(shí)現(xiàn)。
借助掃描的固定程序可以考慮優(yōu)化掃描裝置的部件以便更快地掃描。必要時(shí)可以在加速器的唯一一個(gè)脈沖串(Pulszug)中掃描整個(gè)掃描體積，所述脈沖串可以僅僅持續(xù)幾微秒，例如少于50 u s或者少于20 u s或者10 ii S。由此有效地避免了導(dǎo)致劑量錯(cuò)誤分布的運(yùn)動(dòng)偽影，所述劑量錯(cuò)誤分布在常規(guī)的相對(duì)緩慢的目標(biāo)匹配的掃描中是可能的。
掃描裝置尤其可以被構(gòu)造為，粒子束在掃描體積上(例如沿著掃描路徑)多重掃描。在此，掃描體積被多重地覆蓋(ilberschrieben)。由此，在不足夠細(xì)致的射束強(qiáng)度調(diào)制的情況下可以獲得更好的劑量分布。如果在對(duì)掃描 路徑進(jìn)行一次掃描時(shí)僅能沉積太小的劑量，卻也能積累足夠大的劑量，從而達(dá)到額定劑量分布。
按照本發(fā)明的用于在待輻照的目標(biāo)體積中沉積劑量分布的輻照方法具有以下步驟
提供粒子束并且將粒子束對(duì)準(zhǔn)到待輻照的目標(biāo)體積上，
其中，在輻照期間改變粒子束的至少一個(gè)射束特征，使得粒子束相繼偏轉(zhuǎn)到在預(yù)定的掃描體積中的不同位置上并且由此在掃描體積上掃描，
其中，粒子束沿著固定的不依賴于目標(biāo)體積地預(yù)定的掃描路徑在掃描體積上掃描，并且
其中，如下地在目標(biāo)體積內(nèi)達(dá)到期望的待沉積的劑量分布在沿著掃描路徑掃描粒子束期間調(diào)制粒子束的強(qiáng)度。
能夠以預(yù)定的不依賴于目標(biāo)體積的掃描速度來(lái)對(duì)掃描路徑進(jìn)行掃描。
粒子束可以借助偏轉(zhuǎn)電磁體變化地偏轉(zhuǎn),其中以固定的偏轉(zhuǎn)頻率運(yùn)行偏轉(zhuǎn)電磁體。偏轉(zhuǎn)電磁體可以在電諧振中運(yùn)行。
粒子束的用于調(diào)制入射深度的能量變化可以按照預(yù)定的程序?qū)嵤？梢酝ㄟ^(guò)粒子束加速裝置的HF能量和/或HF相位的調(diào)制來(lái)實(shí)現(xiàn)能量變化。
粒子束可以多重地沿著掃描路徑進(jìn)行掃描。
前面以及后面的對(duì)各個(gè)特征的描述，其優(yōu)點(diǎn)以及其效用既涉及裝置范疇也涉及方法范疇，而沒有特別地在每種情況下具體說(shuō)明；在此公開的單個(gè)特征在與所示出的組合不同的組合中也可以是對(duì)本發(fā)明有意義的。


根據(jù)下面的附圖來(lái)進(jìn)一步闡述本發(fā)明的實(shí)施方式，但是并不限制于此。附圖中
圖I示出了用于輻照目標(biāo)體積的輻照裝置的示意圖，
圖2示出了按照本發(fā)明的方法的實(shí)施方式的示意性流程圖。
具體實(shí)施方式
圖I示出了輻照裝置11的組件的示意圖，借助所述輻照裝置利用粒子束15來(lái)輻照目標(biāo)體積13。
應(yīng)當(dāng)施加額定劑量的目標(biāo)體積13位于目標(biāo)17中。目標(biāo)體積13例如可以是不規(guī)則成形的位于患者體內(nèi)的腫瘤；但是也可以輻照用于研究目的的模體或者用于試驗(yàn)或校準(zhǔn)目的的模體。[0044]為了輻照目標(biāo)體積13，將粒子束13偏轉(zhuǎn)到掃描體積19上，所述掃描體積比不規(guī)則成形的目標(biāo)體積13大。粒子束在此沿著掃描路徑21偏轉(zhuǎn)。
在此，輻照裝置11的掃描裝置具有兩個(gè)偏轉(zhuǎn)磁體對(duì)23，粒子束15借助這兩個(gè)偏轉(zhuǎn)磁體對(duì)可以在兩個(gè)彼此正交的方向上與其走向方向(Verlaufsrichtung)垂直地偏轉(zhuǎn)。除了別的之外，控制裝置25對(duì)偏轉(zhuǎn)磁體對(duì)23進(jìn)行控制。按照預(yù)定的程序進(jìn)行偏轉(zhuǎn)。
此外，可以借助控制裝置25這樣控制輻照裝置11的加速器裝置27，使得粒子束15按照預(yù)定的程序改變其能量。
通過(guò)偏轉(zhuǎn)磁體23和由加速器裝置27所引起的能量變化之間的組合，粒子束15在掃描體積上沿著掃描路徑21偏轉(zhuǎn)。掃描本身，也就是粒子束15的空間上的偏轉(zhuǎn)，不依賴于待輻照的目標(biāo)體積13地進(jìn)行。
然而為了在目標(biāo)體積13中沉積期望的劑量分布，在射束沿著射束路徑21掃描期 間對(duì)粒子束15的強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)制。在粒子束15擊中掃描體積19內(nèi)的位于目標(biāo)體積13外部的區(qū)域的位置處，粒子束15的強(qiáng)度被調(diào)整為零。
一旦粒子束通過(guò)掃描裝置偏轉(zhuǎn)到位于目標(biāo)體積13內(nèi)的點(diǎn)上，就將粒子束15的強(qiáng)度設(shè)置到與零不同的數(shù)值上，以便實(shí)際上在所述點(diǎn)上沉積劑量。
所沉積的劑量分布與目標(biāo)體積13的各自實(shí)際情況之間的匹配由此僅僅通過(guò)有針對(duì)地控制粒子束13的強(qiáng)度來(lái)進(jìn)行。不依賴于目標(biāo)體積13地選擇掃描路徑21的空間上的特征。
圖2示出了在按照本發(fā)明的方法的實(shí)施方式中所實(shí)施的方法步驟的示意圖。
在第一步驟中，與待輻照目標(biāo)體積的形狀、大小和/或位置無(wú)關(guān)地規(guī)定掃描體積(步驟41)。
同樣地，確定掃描路徑，在所述掃描路徑上調(diào)節(jié)輻照裝置的掃描裝置，使得粒子束沿著掃描路徑偏轉(zhuǎn)。這也與目標(biāo)體積的形狀、大小和/或位置無(wú)關(guān)地進(jìn)行(步驟43)。
同樣地，與目標(biāo)體積無(wú)關(guān)地規(guī)定掃描速度(步驟45)。
隨后，通過(guò)加速裝置產(chǎn)生粒子束并且對(duì)準(zhǔn)到掃描體積上。沿著掃描路徑對(duì)掃描體積進(jìn)行掃描。每當(dāng)粒子束在掃描體積內(nèi)在目標(biāo)體積上掃描時(shí)，強(qiáng)度被設(shè)置成與零不同的數(shù)值，使得事實(shí)上在目標(biāo)體積內(nèi)沉積劑量(步驟47)。
在粒子束掃描時(shí),可以使用例如偏轉(zhuǎn)電磁體,所述偏轉(zhuǎn)電磁體以固定的偏轉(zhuǎn)頻率在電諧振中運(yùn)行，以便將粒子束側(cè)向偏轉(zhuǎn)(步驟49)。
同樣地，可以通過(guò)用于對(duì)粒子束進(jìn)行能量控制的固定程序來(lái)控制粒子束的入射深度，方法是對(duì)粒子加速器的相位或者HF功率進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)制(步驟51)。
劑量分布與目標(biāo)體積的匹配通過(guò)粒子束的強(qiáng)度來(lái)進(jìn)行，所述強(qiáng)度在掃描期間被調(diào)制(步驟53)。
可以多重地對(duì)掃描體積一直進(jìn)行掃描直到在目標(biāo)體積內(nèi)達(dá)到了期望的劑量分布(步驟55)。
附圖標(biāo)記列表
11輻照裝置
13目標(biāo)體積
15粒子束[0064]17對(duì)象
19掃描體積
21掃描路徑
23偏轉(zhuǎn)磁體
25控制裝置
27加速器單元
41步驟 41
43步驟 4345步驟 45
47步驟 47
49步驟 49
51步驟 51
53步驟 53
55步驟 55
權(quán)利要求
1.一種用于在待輻照的目標(biāo)體積(13)內(nèi)沉積劑量分布的輻照裝置(11)，其具有 -加速器裝置(27)，用于提供用于輻照所述目標(biāo)體積(13)的粒子束(15)， -掃描裝置(25，23)，用于調(diào)制所述粒子束(15)的射束特征，從而在所述輻照裝置(11)運(yùn)行時(shí)將該粒子束(15)相繼偏轉(zhuǎn)到在預(yù)定的掃描體積(19)中的不同位置上并且以這種方式在所述掃描體積(19)上掃描， 其中，所述掃描裝置(25，23)被構(gòu)造為， -沿著固定的與所述目標(biāo)體積(13)無(wú)關(guān)地設(shè)置的掃描路徑(21)對(duì)所述掃描體積(19)進(jìn)行掃描，并且 -如下地實(shí)現(xiàn)待沉積的劑量分布與所述目標(biāo)體積(13)之間的匹配在所述粒子束(15) 沿著所述掃描路徑(21)掃描期間調(diào)制該粒子束(15)的強(qiáng)度。
2.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的輻照裝置(11)，其中，所述掃描裝置(23，25)被構(gòu)造為，以與所述目標(biāo)體積(13)無(wú)關(guān)地預(yù)定的掃描速度來(lái)對(duì)所述掃描路徑(21)進(jìn)行掃描。
3.根據(jù)權(quán)利要求
I至3中任一項(xiàng)所述的輻照裝置(11)，其中，所述掃描裝置具有至少一個(gè)偏轉(zhuǎn)電磁體(23)，借助所述偏轉(zhuǎn)電磁體能夠可變地偏轉(zhuǎn)所述粒子束(15)，其中，該偏轉(zhuǎn)電磁體(23 )在所述輻照裝置(11)運(yùn)行時(shí)以固定的偏轉(zhuǎn)頻率運(yùn)行。
4.根據(jù)權(quán)利要求
3所述的輻照裝置(11)，其中，這樣選擇偏轉(zhuǎn)頻率，使得所述偏轉(zhuǎn)電磁體(23)在電諧振中運(yùn)打。
5.根據(jù)權(quán)利要求
I至4中任一項(xiàng)所述的輻照裝置(11)，其中，所述掃描裝置(25，23)能夠根據(jù)預(yù)定義的模型實(shí)施所述粒子束(15)的能量變化以便調(diào)制入射深度。
6.根據(jù)權(quán)利要求
5所述的輻照裝置(11)，其中，通過(guò)所述掃描裝置(25，23)能夠引起對(duì)所述加速器裝置(27)的HF功率和/或HF相位的調(diào)制。
7.根據(jù)權(quán)利要求
I至5中任一項(xiàng)所述的輻照裝置(11)，其中，所述掃描裝置(25，23)被構(gòu)造為，在所述掃描體積(19)上多重地掃描所述粒子束(15)。
8.一種用于在待輻照的目標(biāo)體積(13)中沉積劑量分布的輻照方法，其具有以下步驟 -提供粒子束(15)，以及 -將所述粒子束(15)對(duì)準(zhǔn)到待輻照的目標(biāo)體積(13)上， 其中，在輻照期間改變所述粒子束(15)的至少ー個(gè)射束特征，以便使該粒子束(15)相繼地偏轉(zhuǎn)到在預(yù)定的掃描體積(19)中的不同位置上并且由此在掃描體積(19)上掃描， 其中，所述粒子束(15)沿著固定的與所述目標(biāo)體積(13)無(wú)關(guān)地預(yù)定的掃描路徑(21)在所述掃描體積(19)上掃描，并且 其中，如下地在目標(biāo)體積(13)中實(shí)現(xiàn)期望的待沉積的劑量分布在粒子束(15)沿著所述掃描路徑(21)掃描期間調(diào)制所述粒子束(15)的強(qiáng)度。
9.根據(jù)權(quán)利要求
8所述的輻照方法，其中，以預(yù)定的與所述目標(biāo)體積(13)無(wú)關(guān)的掃描速度對(duì)所述掃描路徑(21)進(jìn)行掃描。
10.根據(jù)權(quán)利要求
8或9所述的輻照方法，其中，借助偏轉(zhuǎn)電磁體(23)來(lái)可變地偏轉(zhuǎn)所述粒子束(15)，其中所述偏轉(zhuǎn)電磁體(23)以固定的偏轉(zhuǎn)頻率運(yùn)行。
11.根據(jù)權(quán)利要求
10所述的輻照方法，其中，所述偏轉(zhuǎn)電磁體(23)在電諧振中運(yùn)行。
12.根據(jù)權(quán)利要求
8至11中任一項(xiàng)所述的方法，其中，根據(jù)預(yù)定義的模型實(shí)施所述粒子束(15)的能量變化以便調(diào)制入射深度。
13.根據(jù)權(quán)利要求
12所述的輻照方法，其中，所述能量變化通過(guò)對(duì)加速器裝置(27)的HF功率和/或HF相位的調(diào)制來(lái)實(shí)現(xiàn)。
14.根據(jù)權(quán)利要求
8至13中任一項(xiàng)所述的輻照方法，其中，多重地在所述掃描體積(19)上掃描所述粒子束(15)。
專利摘要
本發(fā)明涉及一種用于在待輻照的目標(biāo)體積(13)內(nèi)沉積劑量分布的輻照裝置(11)，其具有用于提供粒子束(15)以便輻照所述目標(biāo)體積(13)的加速器裝置(27)；以及用于調(diào)制所述粒子束(15)的射束特征的掃描裝置(25，23)，從而在所述輻照裝置(11)運(yùn)行時(shí)將該粒子束(15)相繼偏轉(zhuǎn)到在預(yù)定的掃描體積(19)中的不同位置上并且以這種方式在所述掃描體積(19)上掃描，其中，所述掃描裝置(25，23)被構(gòu)造為，沿著固定的與該目標(biāo)體積(13)無(wú)關(guān)地調(diào)節(jié)的掃描路徑(21)對(duì)該掃描體積(19)進(jìn)行掃描，并且如下地實(shí)現(xiàn)待沉積的劑量分布與該目標(biāo)體積(13)之間的匹配在該粒子束(15)沿著所述掃描路徑(21)掃描時(shí)調(diào)制該粒子束(15)的強(qiáng)度。此外，本發(fā)明還涉及與所述輻照裝置相對(duì)應(yīng)的輻照方法。
文檔編號(hào)G21K5/04GKCN102763170SQ201180010452
公開日2012年10月31日 申請(qǐng)日期2011年2月2日
發(fā)明者O.海德 申請(qǐng)人:西門子公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan