照射至少两个目标体积的制作方法

专利名称：照射至少两个目标体积的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于计划利用一条接近目标点的射线照射多个目标体积的方法、 一种用于照射这样的目标体积的方法、一种用于照射多个目标体积的设备和一种用于控制这种设备的控制系统。
背景技术：
利用一条接近不同点的射线照射目标(射束扫描)是已知的。因此例如在照射肿瘤时例如使用特别是具有质子、α粒子或碳核的粒子射线、尤其是离子射线。顺序依次地利用射线接近目标区域的各部分、目标点。粒子射线对于照射目标体积是特别有利的，因为它们朝向其末端在能量累积中经历最大值(布拉格峰“Bragg-Peak”)。因此，例如也能有效地照射嵌入的空间结构，而不过分强烈地损坏嵌入的周围环境。通常分层地照射空间的目标区域，其中决定进入深度的射线能量对于每层选择成恒定的。(等能量层)。也已知所谓的体积扫描(也称为“深度扫描”)，其中被依次接近的目标点不必配设于各个(等能量)层。本发明原则上也涉及射线由电磁波形成的实施形式。扫描方法能够通过利用射线的扫描来实现匹配于目标形状的照射；不同的扫描方法有所区别。栅格扫描特别是得到了证明。在此，粒子射线在预定的持续时间期间停留在很多要接近的栅格点中的每一个上，或者在每个所述栅格点上累积预定数量的粒子，但在栅格点之间并不断开或者并不总是断开；然而本发明原则上不限于栅格扫描，而是也可以与点扫描、连续的或不连续的扫描方法或与另一种扫描方法相联系地应用。目标体积在此理解为这样的空间区域，在该空间区域之内应该累积由操作人员、 例如由医务人员规定的或开具的剂量。目标点是例如可通过三个笛卡尔坐标(X，y, ζ)的数据定义的地点，该地点通常位于要照射的对象之内和特别位于目标体积之内。如果使用栅格扫描，则须注意栅格点可能与目标点不同。目标点通常仅落到一部分栅格点上，亦即不是接近全部的栅格点，因为栅格通常不仅覆盖一个或多个目标体积、而且覆盖不被接近的周围环境。此外，可以在空间固定的坐标系中说明栅格点，而目标点必要时在目标的坐标系中被观察；特别是栅格点和目标点不必彼此相符。当然也可能的是，在一个共同的坐标系中示出栅格点和目标点；这里适合的是，使目标点落到栅格点上。在最简单的情况下，给一个目标体积及其周围环境分派一个覆盖该体积的栅格， 其中在目标体积之内的栅格点与目标点相对应并且分派给该目标体积。粒子射线是一种具有限定的横截面的、由粒子组成的并且具有限定的通常是窄的粒子能量谱的射线。粒子能量是单个的粒子在进入到要照射的对象中时的能量。如果在此涉及对准目标点的粒子射线，则这表明粒子射线(例如通过偏转磁铁) 在X-和y-方向上这样偏转，使得目标点例如位于重心中或者在最大注量或剂量的一条线上(或其延长部上)；并且目标点在粒子射线的布拉格峰中；特别是提及目标点的接近。在计划照射时，通常为每目标点或每栅格点特别是确定下面的参量侧向位置、能量——决定进入深度、焦点和粒子数量。通常应该例如在照射肿瘤时，在目标体积上得到剂量的确定的分配、亦即目标剂量分配、特别是用于确定离子的生物学上有效的目标剂量分配。目标剂量分配例如作为每单位体积的累积的能量来定量。以焦耳每千克(Gray)表示剂量是流行的。原理上也已知，在一次接受治疗期间照射多个目标体积。在照射一个人时，这例如可以是肺部肿瘤和在纵隔中的淋巴结。在此，各个目标体积例如可以用相同的剂量但或者也可以用不同的剂量占据。

发明内容
本发明的目的在于，给出一种有利的用于计划利用一条接近目标点的射线照射多个目标体积的方法、一种相应的有利的用于照射这样的体积的方法、一种相应的有利的用于照射多个目标体积的设备和一种有利的用于控制这样的设备的控制系统。所述目的通过一种用于计划利用一条接近目标点的射线照射两个、但或者也多于两个目标体积的方法来实现，用以在所述两个目标体积中的第一目标体积中剂量累积、简称累积第一目标剂量分配和在所述两个目标体积中的第二目标体积中累积第二目标剂量分配。该方法的特征在于以下步骤使目标点与所述目标体积之一相配，确定由于接近与第一目标体积相配的目标点而引起的第一累积与由于接近与第二目标体积相配的目标点而引起的第二累积的叠加，以及匹配用于所述目标点中的至少一个目标点的计划，接近所述至少一个目标点有助于第一和第二累积的叠加。本发明的优选的设计方案在从属权利要求中给出并且在下面详细说明。一种用于“计划照射”的方法自身不需要包括照射，而是也可以不取决于照射地进行；特别是可以在照射之前进行计划。出于语言上简单的原因，这在说明书中并不总是加以区分。在先的和后续的对各个方法特征的描述不仅涉及计划方法而且涉及照射方法，而并不在各种情况下都详细地提到这一点。本发明基于这样的认知，即在照射多个目标体积时根据分别独立计划的目标剂量分配会出现累积的叠加；这样的叠加会导致实际的累积在局部比与相应的目标剂量分配相对应的那样明显更大。如果例如一个位于身体之内的第一目标体积根据第一目标剂量分配被照射，则一定的剂量也沿着射入通道累积在第一目标体积之外。如果一个第二目标体积以自己的独立确定的第二目标剂量分配位于第一目标体积的射入通道之内，则在第二目标体积之内的整个的累积的剂量变成大于根据第二目标剂量分配那样的剂量。这样的叠加也可例如由于目标体积的重叠或者也当它们彼此挨在一起时产生。这例如是在确定的例如解剖的结构重叠时的情况。也已知，给目标体积配设同样要照射的安全边框，这由于较大的延伸尺寸而有利于叠加。通过这样的安全边框例如考虑要照射的结构的运动或缺陷定位。带有安全边框的目标体积也称为“计划目标体积”。此外，在接近目标点时剂量不是点状地累积，而是遍及目标点的周围。因此也可能的是，其名义位置不位于叠加中的目标点仍有助于叠加。特别是通过运动的目标体积也有利于叠加。当例如在照射人时第一目标体积以 1.0cm在头颅中运动、而邻接的或者说附近的或重叠的第二目标体积仅以0. 5cm运动，则这会导致累积叠加或导致这样的累积改变，这通常不能通过要照射的人的位置和/或方向的简单匹配得到补偿。特别是在目标体积的目标剂量分配不同的情况下，通过跟踪各个栅格点等必要时也不能平衡内部的(相对)运动。在跟踪时，例如要照射的体积可能相对彼此移动。于是有利的是，为了“改变的”的重叠区域例如相应地选择较大的必需的剂量。这在跟踪时会导致“新的”区，这些区之前没有作为重叠区域出现。此外，本发明也基于这样的经验，即，照射典型地在多次通行/批次(Durchgang) 中、例如在分级照射的情况下在各部分中进行，其中在每次通行中仅累积全部的要累积的剂量的一小部分。在各部分之间的时间间隔通常是一天或几天。因此整个的照射通常持续几周。在这个时间段之内，目标体积可能改变其位置、大小和形状；这同样有利于所希望的叠加。本发明基于这样的构思，S卩，使目标点与确定的目标体积相配并且确定累积的叠加，所述叠加由于接近具有不同的相配的目标体积的目标点而引起，以便然后用该知识匹配用于目标点中的至少一个目标点的照射，接近所述至少一个目标点有助于叠加。根据本发明，使一部分目标点、理想地使所有目标点分别与目标体积之一相配。在一种特别简单的情况下，使第一部分目标点与第一目标体积相配，而使第二部分目标点与第二目标体积相配。根据本发明不排除将各单个的目标点分派给多个目标体积。概念“使...相配”特别是包括这样的表述，所述表述部分地具有较狭窄的意义， 例如“分类”、配设“标签”和“标明(Kermzeichnen) ”。 优选使在一个目标体积之内的目标点与该目标体积相配。如果涉及嵌入的目标体积，则可以有意义的是，使在目标体积之外的、但带有例如在射入通道中的累积的点与该体积相配；出于语言简单的原因也可将这些点称为目标点。如果有栅格，则多个目标点可以落到一个栅格点上。因此例如当第一目标体积与第二目标体积重叠时，在重叠部之内的栅格点便可以选择作为不仅根据第一目标剂量分配、而且根据第二目标剂量分配的目标点。在基于栅格点的视图中，人们就此而言提及“栅格点目标剂量”；这里认为是每栅格点的目标剂量，其通过为落到该栅格点上的目标点添加目标剂量而得到。在这种情况下， 根据本发明匹配栅格点目标剂量。此外，人们在该视图中特别是也提及一个栅格点可以与多个目标体积相配，例如就此而言以致落到该栅格点上的目标点分配与不同的目标体积相配。在极限情况下，按这种方式通过接近一个唯一的栅格点已经可以得到叠加，例如在两个落到该栅格点上的目标点的情况下，这两个目标点与不同的目标体积相配，通过根据相应的第一目标剂量分配和相应的第二目标剂量分配来接近栅格点。为了累积总的栅格点目标剂量，不需要为每个落到栅格点上的目标点分开地接近栅格点；这可以累加地实现。实际上累积在不同目标点上的剂量被确定(见下文)并且优选储存和例如存储在表格中。基于这样的数据可以匹配接下去的照射；在照射期间也可考虑预剂量。在此，对于较复杂的情况可能必需的是，为每个被照射的点也考虑在其它点(如提到的那样甚至在目标体积之外)上的剂量份额(Dosisbeitrag)，其中点原则上可以理解成体积元素、也称为体素(Voxel)。因此可以通过与目标剂量分配的比较在上面描述的意义上确定叠加。匹配特别是也可在照射期间、例如从一次通行到另一次通行地进行。在计划照射时，叠加也可在准备阶段借助模拟来确定。匹配理想地应当这样进行，即总之实际累积的剂量尽可能接近于目标剂量分配。 在此，“匹配”根据本发明至少与匹配照射强度相当，例如通过改变每单位累积的粒子数或者通过改变流量和累积时间。如果例如两个目标体积重叠，则例如在照射肿瘤时优先在重叠部内实际累积的剂量与较高的目标剂量相当。匹配例如这样实现，即不接近一部分位于重叠部内的目标点 ’人们也可提及“去活性”；或“从照射计划去除”。在这种情况下，简单地将用于较小目标剂量分配的目标点去活性并且用于较高目标剂量分配的目标点保持活性。相应的栅格点这里在重叠部内仅还根据较高的目标剂量分配被接近。在简单的情况下，匹配限于这样的活性或非活性地切换目标点或栅格点。通过活性/非活性切换的栅格点的适合组合便可以力求使各个目标体积分别被以必需的剂量占据。但匹配特别是也可通过减小用于相应目标/栅格点的累积的剂量来进行。如果确定没有叠加，则在本发明意义上匹配不是必需的；所有目标点或栅格点可以保留在照射计划中。除了照射人或动物外，尤其对有机材料、特别是对细胞的照射、或者也对无机材料、例如对塑料的照射都是重要的；例如在材料研究的范畴中。总体来看，本发明允许彼此无关地计划用于各个目标体积的目标剂量分配。可能的叠加、特别是通过要照射的结构运动才产生的叠加便可以根据本发明必要时也在照射时或甚至已经在照射之前被考虑。优选地，接近目标点在栅格扫描的范畴内进行。如果目标点和栅格点在一个共同的坐标系内描述，则目标点落到至少一部分栅格点上。每个单个的目标体积可以与一个自己的栅格相配，但所有目标体积也可以嵌入一个栅格中。在本发明的一种优选的实施形式中，照射在多次、优选在两次通行中进行。这里， 总共要施用的剂量这样地分配到各次通行上，使得总体上至少近似得到目标剂量分配。在多次通行中的照射原则上是有利的，特别是因为通过统计学上的效果可以查明错误。如提到的那样，要照射的结构可以相对彼此从一次通行到另一次通行改变其位置。可以检测(见下文)结构的位置变化并且相应地跟踪(见下文)目标体积。按这种方式由于结构运动决定地从一次通行到下次通行会产生叠加。特别有利的是，在每次通行之前确定可能已出现的叠加，以便按照本发明匹配照射。根据要照射的结构，相对运动也可以在不同的时间标度上进行。如果例如照射一个人，则人具有在几分之一秒(心跳)、秒(呼吸)和分至天(解剖结构、特别是内部器官的移动和形状改变)的标度上的运动。
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在各通行之间的间隔也可以设计为非常不同的，因此一次通行可以在分级的照射时与一次接受治疗相对应，其必要时可彼此分开多天。但也可以每天进行一次通行或者也可以每天进行多次通行。例如在特殊的多重照射时，这些通行甚至分配到仅几秒或几分钟上。目标体积特别是可以借助伦琴射线断层摄影术、超声波诊断技术或回波描记术、 光学的内聚X线断层摄影术、核磁共振X线断层摄影术或者说核磁共振成像术、计算机X线断层摄影术、正电子发射X线断层摄影术、单光子发射计算机X线断层摄影术(SPECT)、电磁阻抗X线断层摄影术(EMIT)、中子X线断层摄影术或其它适合于对要照射的身体或身体部分进行三维成像或也2D或4D成像的方法来检测。在此，特别是可以检测相对于基于原始照射计划的情形或相对于在先通行中的情形的位置、大小和/或形状的变化。优选地，在每次通行之后确定或计算在该通行中施用的剂量。因此可以良好地共同跟踪照射的过程。特别是也优选的是，在照射的每次通行之后计算所有到目前为止施用的剂量的总和。因此在有偏差时可以在考虑已经施用的剂量的情况下为了继续的通行重新对照射计划进行优化。必要时在这样的“补充计算”时也可以识别出系统变化，利用也是新的照射计划可以对所述系统变化做出反应。当在要照射的物体中没有发生变化时，数据记录可以对于所有通行选择成相同的。在通行之间发生的变化引起在各次通行的数据记录之间的区别。照射计划或照射的所描述的变化可以称为适配于在要照射的物体中的变化。在重复所述方法的过程中在选出的或者所有的通行之前，可以识别出系统变化，所述系统变化表明，代替重复地适配照射计划或数据记录，完全重新制订或重新优化照射计划可能是有利的。如果目标体积中的至少一个目标体积的位置和/或形状改变，则叠加也可改变， 特别是当各目标体积的位置相对彼此改变时。如果已经存在一个照射计划，则优选的是，基于目标体积中的至少一个目标体积的位置和/或形状变化改变该照射计划，而不是制订一个新的照射计划。特别是在此根据改变的计划用改变的剂量占据那些否则由于叠加而引起错误剂量的目标点；必要时，这仅仅是所有目标点中的一小部分。这主要涉及在安全边框中的目标点。在最简单的情况下，不再但或者甚至重新接近目标点。这特别是可以这样实施，S卩，立刻考虑目标体积中的至少一个目标体积的不同的空间位置和/或形状。因此特别是可以为处于安全边框内的目标点与目标体积中的至少一个目标体积的不同的空间位置和/或形状有关地计算不同的剂量份额。这是有利的，因为正是在这些目标点中由于目标体积中的至少一个目标体积的位置变化或形状变化而通常出现错误剂量。如果实际上出现位置变化或形状变化，则预先计算出的剂量份额可以用于改变已经存在的照射计划。以这种方式可以对位置或形状变化快速地做出反应并且快速匹配照射计划。如上面已经提到地，也可能必需的是，也在远离的体素上存储目标点/栅格点的剂量份额，即使在相应的目标体积之外。有利地，为每个目标体积和每个相应所属的目标点在计划中也已经考虑这样的剂量份额，从而在从一次通行到另一次通行适配时、例如每天地可以快速地动用剂量份额。由此便可以例如又通过特别是要接近的栅格点的适当组合为每个目标体积匹配所希望的剂量分配。如已经提到地，通常有意义的是，对目标体积或相应的栅格点可以跟踪要照射的结构；在此同样提及一种匹配，其中概念匹配这里特别是涉及点的位置。这样的跟踪例如在下面详细地并且具体地在DElO 2006 044 139 Al中描述。在这样一种跟踪时，在此例如在使用栅格扫描的情况下照射肿瘤时，例如为当前的解剖结构确定必需的能量以及栅格点的χ和y位置。在此，首先记录彼此之间的体积并且在解剖结构中在栅格点位置上应用确定的变换参数，其中，所需的能量根据当前的解剖结构必要时可以重新确定。必要时，在也常规的栅格上也需要内插法，以及必要时需要匹配每栅格点的粒子数。变换可以或者对于解剖结构作为整体或者但也对于各单个的目标体积来进行。优选地，目标体积中的至少一个目标体积、理想地所有目标体积分别配设一个同样要照射的安全边框。如提到的那样，照射因此变得相对于例如在目标体积定位中的误差更健壮。在这种情况下，叠加是特别可能的，因为目标体积相应地增大。叠加的确定和照射的相应的匹配就越重要。优选地，给要照射的物体的点配设信息，这些信息从目标点与体积的相配出发或也可以是与这种相配无关的。例如对于一定的点，这里虽然通过接近一个目标体积累积能量的信息、但点不位于该目标体积之内。这例如可以是对于射入通道中的点的情况。特别是可以为目标点配设其他信息，除了关于与一个目标体积相配之外。例如到目前为止累积的剂量。相应的数据可以例如存储在表格中以便进一步利用。按照本发明的目的同样通过一种用于利用一条接近目标点的射线照射两个目标体积的方法实现，用以在所述两个目标体积中的第一目标体积中累积第一目标剂量分配和在所述两个目标体积中的第二目标体积中累积第二目标剂量分配。该方法特征在于以下步骤使目标点与所述目标体积之一相配，确定由于接近与第一目标体积相配的目标点而引起的第一累积与由于接近与第二目标体积相配的目标点而引起的第二累积的叠加，以及匹配用于所述目标点中的至少一个目标点的照射，接近所述至少一个目标点有助于第一和第二累积的叠加。优选地，该用于照射的方法包括上述的用于计划照射的方法；特别是也在于计划方法的优选设计方案之一中。所述目的也通过一种用于利用一条接近目标点的射线照射两个、或者也多于两个目标体积的设备来实现，用以在所述两个目标体积中的第一目标体积中累积第一目标剂量分配和在所述两个目标体积中的第二目标体积中累积第二目标剂量分配，该设备包括射线源和用于控制所述设备的控制系统。该设备的特征在于，控制系统设计成用于使目标点与目标体积之一相配，用于确定由于接近与第一目标体积相配的目标点而引起的第一累积与由于接近与第二目标体积相配的目标点而引起的第二累积的叠加，以及用于匹配用于所述目标点中的至少一个目标点的照射，接近所述至少一个目标点有助于第一和第二累积的叠加。这样一种照射设备包括一射线源，特别是用于产生粒子射线、特别是离子射线。作为射线源例如可以考虑加速器、特别是同步加速器或回旋加速器。如果利用离子射线进行照射，则照射设备优选也包括扫描装置，简称为扫描仪，该扫描装置包括用于使离子射线偏转的扫描磁铁。此外，它优选可以包括用于能量调制的系统，例如用于“体积扫描”和“扫频”。优选地，该用于照射的设备设计成用于实施上述的方法之一；特别也在于方法的优选设计方案之一中。同样，所述目的通过一种用于控制一种设备的控制系统来实现，该设备用于利用一条接近目标点的射线照射两个目标体积，用以在所述两个目标体积中的第一目标体积中累积第一目标剂量分配和在所述两个目标体积中的第二目标体积中累积第二目标剂量分配。所述控制系统的特征在于，它设计成用于使目标点与目标体积之一相配，用于确定由于接近与第一目标体积相配的目标点而引起的第一累积与由于接近与第二目标体积相配的目标点而引起的第二累积的叠加，以及用于匹配用于所述目标点中的至少一个目标点的照射，接近所述至少一个目标点有助于第一和第二累积的叠加。与照射设备不同，控制系统本身不包括射线源。如果将控制系统用来控制用于对人或动物进行照射的照射设备，则也提及治疗控制系统(TCS)。优选地，控制系统具有至少一个用于确定照射设备的参数、例如扫描仪调节和射线特性的装置和/或具有用于检测要照射的结构的装置。控制系统例如可以借助计算机或计算机系统来实施。因此，可以在这样一个计算机中例如存储涉及下列内容的信息通行和等能量层的能量分布、目标点、栅格点、每栅格点的目标剂量、治疗计划和用于结束照射的标准。用于结束照射的标准例如可以是达到在治疗计划中确定的每目标点的目标剂量。在表格中存储每目标点的目标剂量是适合的。优选地，控制系统设计成用于控制上述的用于照射的设备之一；特别是也在于照射设备的优选设计方案之一中。原则上本发明也涉及一种相应的有利的、特别是基于计划方法的用于产生数据记录的方法、一种特别是基于照射方法的、用于控制照射设备的方法和一种相应的有利的基于本发明的计算机程序产品。优选地，确定的剂量份额例如被定量成粒子数地组合成一个数据记录，该数据记录特别是适合于在连续的或不连续的过程中控制照射设备。该数据记录可以用作控制数据记录，该控制数据记录可用于在施用例如一部分期间控制用于照射的设备。数据记录此外可以定义坐标或者说χ和y位置以及粒子能量或目标点的相应的ζ位置。这些坐标也可以基于当前数据而相应地匹配。用于各个目标点在不同深度中的剂量份额数据记录可以按类存在，从而不必每次进行计算并且所有目标点的剂量份额还可以与按类的配方一起描述。对各个特征的前述的和后续的描述不仅涉及所有的根据方法类别的内容、而且涉及根据装置类别的内容，而这不在每种情况下都详细地清楚地提及；在此所公开的细节特征也可以在不同于所示组合的组合中对于本发明都是重要的。对各个特征的前述的和后续的描述也还涉及计算机程序产品，其具有用于实施根据本发明的方法的程序编码和/或用于在计算机/处理器上执行的程序编码。此外，本发明可以作为计算机程序产品执行用于实施所述方法之一，当该计算机
10程序产品在计算机、电脑或处理器上运行时，该计算机程序产品具有在可机读的载体上、例如在ROM、EPROM、EEPROM或Flash存储器、CD-ROM或DVD上或者在软盘或硬盘上或者在计算机硬件的形式中存储的程序编码。此外，本发明可以作为数字存储介质、例如ROM、EPROM、EEPROM或Flash存储器、 CD-ROM或DVD或者软盘或硬盘来执行，包括可电子读取的控制信号，这些控制信号可以与可编程的计算机系统或处理器系统共同作用，从而实施所述方法之一。下面也应当根据实施例详细地说明本发明。


下面参照附图详细地说明实施例。图中图1示出照射设备的示意图；图2示出用于照射的装置的示意图；图3示出两个目标体积在垂直于射线方向的剖面内的三个示意图；图4示出两个目标体积在平行于射线方向的剖面内的两个示意图；图5示出方法的流程图；图6示出设计的方法步骤的示意列举。
具体实施例方式图1示出关于照射设备10的结构的示意性概览图，该照射设备作为利用粒子射线照射材料或身体、特别是身体中的得肿瘤病的组织的设备的实例。作为粒子主要使用离子， 例如质子、η介子、氦离子、碳离子、氖离子等。原则上，本发明也可以利用光子源实施。通常在粒子源11中产生这样的粒子。所示的设备10具有两个产生两种不同的离子类型的粒子源11 ；这里可以利用一个电磁开关12在这两种离子类型之间转换。离子在预加速器13中被加速到第一能量水平。预加速器13例如是线性加速器 (LINAC，英语“LINear Accelerator”)。随后将离子送入到加速器15、例如同步加速器或回旋加速器中。在加速器15中将这些离子加速到高的能量，如其对于照射是必需的那样。 在离子离开加速器15之后，高能射线输送系统17将粒子射线20引导至一个或多个照射室 19。在一个照射室19中使被加速的粒子对准要照射的身体。根据设计方案的不同，这从一个固定的方向(在所谓的“固定射束”室中)实现，参见所示的三个室19中的靠左侧的两个，但或者经由绕轴线22可动的能旋转的机架21从不同的方向实现。图2示出可以用于根据本发明的照射的装置的示意图。借助计算机-X线断层摄影仪或核磁共振成像-X线断层摄影仪31或者借助其它的诊断装置，可以测定要照射的肿瘤或其它目标体积的位置和延展尺寸。X线断层摄影仪 31的数据直接地或在准备之后通过另外的在图2中未示出的装置在用于制订数据记录的装置41中被处理。装置41例如是工位计算机、工作站或其它的计算机。可选地，装置41 还通过其用户接口、软件或其它特征而适合于使医务人员在那里限定目标体积、要施用的剂量、该剂量到多次通行上的划分、照射的方向以及照射的其它细节。照射设备利用装置41以及还有利用控制装置42、46以及必要时附加地也经由控制导线47控制。控制装置42和46包括用于确定照射设备10的状态、例如扫描仪调节和射线特性的装置以及用于调节照射设备10的装置、例如扫描仪控制器。装置41和控制装置42及46 —起相当于照射设备10的控制系统。可以利用不同构成的监控装置在通过设备10照射之前、期间或之后对要照射的身体37进行监控。例如，设有PET-照相机32 (PET =正电子发射X线断层摄影术)和/或在图2中未示出的、用于检测要照射的支承在支承面38上的身体37的计算机断层摄影仪。 PET-照相机32和支承面38可以布置在上面根据图1示出的照射室19之一中。在这种情况下可以借助PET-照相机32和/或计算机断层X线摄影仪检测由粒子射线20产生的剂量以及在要照射的身体37中的目标体积的位置、大小和形状。替代地，PET-照相机32和支承面38布置在照射室之外。替代地或附加地，可以借助荧光镜检查装置、伦琴射线装置、 超声波传感器和/或其它的产生三维图像的装置来制订对身体37的X线断层摄影。成像可以直接在照射室中进行，然而也可以在病人进入到照射室中之前在照射室之外进行。照射设备10的根据图1示出的基本构造对于很多粒子治疗设备和其它照射设备来说是典型的，但不同的构造同样也是可能的。后续描述的实施例不仅能联系根据图1示出的照射设备和上面根据图2示出的装置、而且能联系其它的照射设备和装置使用。图3示出在两个目标体积81和91的三种不同的空间相对布置情况下在等能量层之内的垂直于粒子射线方向的剖面图。在下部，各一个计划目标体积81以一个内部区域82被加阴影线地和以一个安全边框83用点划线包围地示出。在上部，各一个较小的计划目标体积91以一个内部区域92 被加阴影线地和以一个安全边框93用点划线包围地示出。在图左侧，目标体积81和91重叠；在图中间，重叠略微增大；而在图右侧没有重叠。在图3中，空的圆表示未被接近的栅格点71。栅格点71可以例如布置在立方形的、矩形的、六边形的或其他的栅格70中。在目标体积81和91之内的栅格点71则被接近。 在该实例中，目标点72的位置与栅格点71重合。位于目标体积81之内的目标点72与体积81相配。位于目标体积91之内的目标点72与体积91相配。因为目标体积81和91重叠，所以一部分目标点落到该重叠部中。这里得到这样的情形，即不仅与目标体积81相配的目标点、而且与目标体积91相配的目标点落到这些栅格点上。这些位置通过空的三角形示出。仅与目标体积81相配的目标点通过满的圆示出，而仅与目标体积91相配的目标点通过叉示出。用于这两个目标体积81和91的目标剂量分配被彼此无关地计划。由于重叠部， 在没有匹配的情况下这里在重叠部之内会得到过度剂量。但在准备阶段中或者也在照射期间、例如在通行之间确定重叠部；这可按照本发明进行匹配。如果例如较大的目标体积81被均勻地用目标剂量A占据，而较小的目标体积91 被均勻地用目标剂量B占据，则用叉标出的栅格点可以根据目标剂量B被接近，而用满的圆标出的栅格点根据目标剂量A被接近。这里剂量A可略微大于剂量B。希望的是，这样进行匹配，使得在重叠部之内也累积剂量A。为此，将落到重叠部内的与上部的目标体积91相配的目标点标明为非活性的，而将落到重叠部内的与下部的目标体积81相配的目标点标明为活性的。总之，然后根据相应匹配的计划相应地接近落在重叠部内的栅格点，以得到剂量
在图3中的中间的视图示出这样的情况，即目标体积81和91可进一步压向彼此。 重叠部相应地更大。例如人们看到，在左侧视图中仅位于上部的目标体积91中的栅格点现在落到重叠部中(在重叠部之内的最上方的各行)。一个现在非活性的与上部的目标体积 91相配的目标点和一个活性的与下部的目标体积81相配的目标点位于这里。总之，这里现在也施用剂量A。在图3中的右侧的视图示出这样的情况，即目标体积81和91进一步彼此压离。这里不再有重叠部。强度匹配不是必需的。所有的目标点标明为活性的。但进一步从一次通行到另一次通行地检验是否或许还得到叠加。图4示出平行于从左侧入射的粒子射线的方向的两个剖面图。在左侧的视图中， 在右边示出一个较大的目标体积101。该目标体积包括一个内部区域102和一个安全边框 103。在目标体积101之内存在位于带有栅格点71的栅格70上的目标点110，与栅格点71 重合的并且与右侧的目标体积101相配的满的圆。在从左侧通到右侧的目标体积101上的射入通道中同样累积一个剂量。相应的栅格点71用空的四边形标出。这些点同样可以与右侧的目标体积101相配；但这不是强制的。适宜的是，为这些点也储存信息，即它们位于目标体积101之外。但这些点也可以用指数表征，该指数同目标点与目标体积的相配不同并且表明这些点与右侧的目标体积101联合，但不位于该目标体积101之内或者说不是目标体积101的目标点。或者，为这些点也可储存信息，即这里累积了一个剂量并且该剂量在照射右侧的目标体积101时已产生。在射入通道中有一个较小的计划目标体积121，其包括一个内部区域122和一个安全边框123。接近位于较小的目标体积121中的并且与该目标体积相配的目标点130导致与由于接近目标点110引起的累积的叠加。如果用于目标体积101和121的目标剂量分配是彼此无关地计划的并且不进行匹配，则累积在左侧目标体积121中的剂量超过所希望的目标剂量。但这里在用菱形标明的栅格点上考虑由于照射右侧的目标体积101而引起的剂量。匹配在于，与左侧的目标体积121相配的目标点130被以和仅仅与目标体积121的目标剂量相应的射线相比强度相应较小的射线接近。如果从一次通行到下一次通行产生相对彼此移动的目标体积，则在匹配时应当为左侧的目标体积121考虑不同的剂量份额，见图4中的右侧视图，菱形。在图3和4中所示的情况、亦即目标体积的重叠以及与累积在一个目标体积之外的剂量的叠加为了简单起见分开示出。根据本发明，这些情况也可以组合地存在。在图5中示意示出一种可能的方法流程。在第一步骤201中，根据上面建议的方法之一检测目标体积。在第二步骤202中给这些目标体积分派目标剂量分配。现在例如已经可以将位置和目标剂量分配写入稍后适合于控制照射设备的控制数据记录中；例如每目标体积元素或每栅格点。在第三步骤203中使栅格点与目标体积相配，并且在第四步骤204中标明它们属于目标体积之一的所属性。标明也可以一同记录在控制数据记录中。在第五步骤205中检测来自先前通行的预剂量。这例如通过基于在此分别实际存
13在的情形和测得的对照射设备的调节来对已经过去的通行的数字模拟来实现。或者，已经在照射期间通过正电子发射X线断层摄影术由在照射时产生的发射正电子的核素来检测在每次通行中施用的剂量。或者，在照射期间在每次通行之后可以基于测得的照射参数进行模拟，该模拟的结果在后续的通行中被考虑。接着在第六步骤206中确定叠加。在第七步骤207中基于检测的预剂量和确定的叠加制订或匹配照射计划。在此， 基于检测的当前情形、特别是涉及目标体积的位置、大小和形状来确定特别是粒子数。代替粒子数可以确定其它等价的参量，例如对准目标点的粒子的静电总电荷。最迟现在在第八步骤中制订、在其他情况下匹配控制数据记录。在第九步骤中将该控制数据记录用于控制照射设备。可以例如在每次通行之前重复步骤201至209。原则上也不排除在一次通行期间
的重复。在没有叠加/重叠的情况下，所有栅格点可以保持被标明为活性的。分别属于一个目标体积的栅格点可以通过适合的对于不同的目标体积可以不同的变换来匹配。因此也可以考虑目标体积的不同的内在运动，这例如在如病人的纯粹的位置修正时通常是不可能的。图6示出设计的方法步骤的列举如下-将照射划分到多次通行中，使得在每次通行中施用目标剂量的一部分，但总共得到总剂量；-在每次通行之前计划照射；-跟踪目标体积或相应地匹配各个栅格点；-给目标体积分别配设一个安全边框；-基于目标体积的形状变化和/或位置变化来改变照射计划；-使信息与要照射的身体的目标点相配；超越仅与一个目标体积相配。在按照本发明的适配的、特别是利用粒子、利用扫描射线的照射的范畴内，也可以考虑照射计划，多个目标体积流入这些照射计划中；主要是也对于邻接的或重叠的目标体积。如果没有这种可能性，在目标体积不重叠的情况下可考虑安全边框，这些安全边框包含所有目标体积的活动性。这就是说，当一个目标体积沿着身体主轴线运动、而另一个目标体积垂直于该身体主轴线运动时，必须为两个目标体积在两个方向上考虑安全边框，如果照射不能单独地匹配于目标体积。通常对于彼此分开地分别利用各自的适配照射目标体积来说不想要的是，目标体积重叠。这即在个别应用场时导致在重叠区域内的过度剂量，因为从两个场分别施用为此开具的剂量。在这种情况下，本发明是可以执行符合的照射的前提条件。所描述的实施例不仅适合于应用在粒子治疗的范畴中。此外，这些实施例通常可以应用在用于照射材料的设备中，而与是否涉及有生命的或死亡的、有机或无机的物质、病人的或需要治疗的动物的身体、模型、材料样本或设备无关。附图标记列表10照射设备82内部区域11粒子源83安全边框
12电磁开关91目标体积
13预加速器92内部区域
15加速器93安全边框
17高能射线输送系统101目标体积
19照射室102内部区域
20粒子射线103安全边框
21机架110目标点
22机架21的轴线121目标体积
31X线断层摄影仪122内部区域
32PET照相机123安全边框
37身体201第一步骤
38支承面202第二步骤
41计算机203第三步骤
42控制装置204第四步骤
46控制装置205第五步骤
47控制导线206第六步骤
70栅格207第七步骤
71栅格点208第八步骤
72目标点209第九步骤
81目标体积
权利要求
1.用于计划利用一条接近目标点(72，110)的射线00)照射两个目标体积(81、92， 101,121)的方法，用以在所述两个目标体积(81、92，101、121)中的第一目标体积中累积第一目标剂量分配和在所述两个目标体积(81、92，101、121)中的第二目标体积中累积第二目标剂量分配，其特征在于以下步骤使目标点(72,1110)与所述目标体积(81、92，101、121)之一相配， 确定由于接近与第一目标体积(81、92，101、121)相配的目标点(72，110)而引起的第一累积与由于接近与第二目标体积(81、92，101、121)相配的目标点(72，110)而引起的第二累积的叠加，以及匹配用于所述目标点(81、92，101、121)中的至少一个目标点的计划，接近所述至少一个目标点有助于第一和第二累积的叠加。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，目标点(72，110)落到栅格(70)的栅格点(71)上。
3.根据上述权利要求之一所述的方法，其中，所述计划规定划分到多次通行中的照射。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，照射计划在每次通行之前进行。
5.根据上述权利要求之一所述的方法，其中，考虑目标体积(81、92，101、121)之一的变化，以改变计划。
6.根据上述权利要求之一所述的方法，其中，计划规定对目标体积(81、92，101、121) 跟踪要照射的结构。
7.根据上述权利要求之一所述的方法，其中，目标体积分别设有一个安全边框(83、 93，103,123)。
8.根据上述权利要求之一所述的方法，其中，给要照射的物体的点(72，110)配设关于与目标体积(81、92，101、121)相配的信息。
9.用于利用一条接近目标点(72，110)的射线00)照射两个目标体积(81、92，101、 121)的方法，用以在所述两个目标体积中的第一目标体积中累积第一目标剂量分配和在所述两个目标体积中的第二目标体积中累积第二目标剂量分配，其特征在于以下步骤使目标点(72，110)与所述目标体积(81、92，101、121)之一相配， 确定由于接近与第一目标体积(81、92，101、121)相配的目标点(72，110)而引起的第一累积与由于接近与第二目标体积(81、92，101、121)相配的目标点(72，110)而引起的第二累积的叠加，以及匹配用于所述目标点(72，110)中的至少一个目标点的照射，接近所述至少一个目标点有助于第一和第二累积的叠加。
10.根据权利要求9所述的方法，包括根据权利要求1至8之一所述的计划照射的方法。
11.用于利用一条接近目标点(72，110)的射线00)照射两个目标体积(81、92，101、 121)的设备(10)，用以在所述两个目标体积(81、92，101、121)中的第一目标体积中累积第一目标剂量分配和在所述两个目标体积(81、92，101、121)中的第二目标体积中累积第二目标剂量分配，该设备包括射线源(11)和用于控制所述设备(10)的控制系统01、42、46、 47)，其特征在于，所述控制系统(41、42、46、47)设计成用于使目标点(72、110)与目标体积(81、92，101、121)之一相配， 用于确定由于接近与第一目标体积(81、92，101、121)相配的目标点(72，110)而引起的第一累积与由于接近与第二目标体积(81、92，101、121)相配的目标点(72，110)而引起的第二累积的叠加，以及用于匹配用于所述目标点(72，110)中的至少一个目标点的照射，接近所述至少一个目标点有助于第一和第二累积的叠加。
12.根据权利要求11所述的设备(10)，设计成用于实施根据权利要求1至8之一项所述的用于计划照射的方法。
13.根据权利要求11或12所述的设备(10)，设计成用于实施根据权利要求9或10所述的用于照射的方法。
14.用于控制一种设备(10)的控制系统01、42、46、47)，该设备用于利用一条接近目标点(72，110)的射线00)照射两个目标体积(81、92，101、121)，用以在所述两个目标体积(81、92，101、121)中的第一目标体积中累积第一目标剂量分配和在所述两个目标体积 (81、92，101、121)中的第二目标体积中累积第二目标剂量分配，其特征在于，所述控制系统(41、42、46、47)设计成用于使目标点(72、110)与目标体积(81、92，101、121)之一相配， 用于确定由于接近与第一目标体积(81、92，101、121)相配的目标点(72，110)而引起的第一累积与由于接近与第二目标体积(81、92，101、121)相配的目标点(72，110)而引起的第二累积的叠加，以及用于匹配用于所述目标点(72，110)中的至少一个目标点的照射，接近所述至少一个目标点有助于第一和第二累积的叠加。
15.根据权利要求14所述的控制系统01、42、46、47)，用于控制根据权利要求11至13 之一项所述的设备(10)。
全文摘要
本发明涉及一种用于计划利用一条接近目标点(72)的射线照射两个目标体积(81、92)的教导，用以在所述两个目标体积(81、92)中的第一目标体积中累积第一目标剂量分配和在所述两个目标体积(81、92)中的第二目标体积中累积第二目标剂量分配。该教导的特征在于以下步骤使目标点(72)与所述目标体积(81、92)之一相配，确定由于接近与第一目标体积(81、92)相配的目标点(72)而引起的第一累积与由于接近与第二目标体积(81、92)相配的目标点(72)而引起的第二累积的叠加，以及匹配用于所述目标点(72)中的至少一个目标点的计划，接近所述至少一个目标点有助于第一和第二累积的叠加。
文档编号A61N5/10GK102227236SQ200980147863
公开日2011年10月26日 申请日期2009年10月17日 优先权日2008年10月27日
发明者C·贝尔特, E·里茨尔 申请人:Gsi重离子研究亥姆霍茨中心有限公司, 西门子公司