CN102089034A - 在循环运动的靶区中沉积额定剂量分布 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于通过借助以至少两个通路接近靶网格的网格点的射线(105)的多次照射在循环运动的靶区(102)中沉积额定剂量分布的方法，其中，在每个通路中依次接近网格点。其特征在于下面的步骤：规定与额定剂量分布的最大容许的局部偏差，使照射过程和靶区(102)的循环运动去同步并且将对靶区的照射划分成足够多的通路，从而与额定剂量分布的局部偏差最高相当于与额定剂量分布的最大容许偏差。此外，本发明还涉及一种用于实施该方法的照射装置和一种用于确定用于该照射装置的控制参数的方法。

Description

在循环运动的靶区中沉积额定剂量分布

本发明涉及一种通过利用以至少两个通路接近靶网格的网格点的射线的多次照射以在循环运动的靶区中沉积额定剂量分布的方法和装置，以及涉及一种用于确定用于该装置的控制参数的方法。

借助接近(anfahren/approach)不同点的射线扫描靶区(电子束扫描)本身是公知的。因此例如在照射肿瘤时例如使用尤其是具有质子、α-粒子和炭核的粒子束。靶区的部分被射线连续地依次接近(扫描)。

这种粒子束对立体靶区的照射来说是特别有利的，因为靶区将近结束时穿过能量沉积(Energiedeposition)中的最大值(布拉格峰)。因此也可以有效地照射植入的立体结构，而且不过多损坏植入环境。立体靶区通常被逐层照射，决定渗透深度的射线能量对于每层都选择成恒定的(等能量层)。该发明原则上也涉及这样的实施方式，在其中，射线通过电磁波构成。此外，该发明原则上也涉及用于照射面状的靶区的实施方式。

通常射线具有比靶区更小的横截面。为了能够照射整个靶区，射线依次接近靶网格(Zielraster)中的多个网格点(Rasterpunkte)。依次被接近的多个网格点也称为路径(扫描路径)。如果在靶网格和靶区之间的重叠包围整个靶区，则可以通过依次接近网格点来照射整个靶区。就这点而言也称作将靶区划分成多个网格点。

所述措施可在不同扫描方法中使用。

在所谓的点扫描方法中粒子束在每个网格点停留预先确定的时间和/或在每个网格点沉积预先确定数量的粒子并且被切断，当转向磁铁等被调整至下一个网格点时。

在所谓的网格扫描方法中粒子束在每个网格点上停留预先确定的持续时间或在每个网格点上沉积预先确定数量的粒子，但是在网格点之间不被切断或不总被切断。

在所谓的连续扫描方法中网格点构成连续的线，因此构成连续(或近似连续的)的量，其数量例如可以是可数无穷的。粒子束在连续扫描方法中在等能量层的至少一条线或一行中连续地被转向并且扫过网格点，并不在单个地方停留。

借助深度调制装置也可以实施连续扫描方法，在其中连续地调制粒子束的渗透深度。

路径例如可以以这样的方式在一个等能量层中延伸，即射线仅在其延伸方向上、也就是侧向上被转向，或者路径也可以例如在各等能量层之间延伸，其方式为改变射线能量。

通常，例如在照射肿瘤时，应该在靶区上实现确定的剂量分布(即额定剂量分布)。额定剂量分布例如用每单位面积或每单位体积上沉积的能量来量化表示。常用焦耳/公斤(Gray)来表示剂量。

在本身也公知的借助接近各个不同点的射线(重复扫描)实现的多次照射中，在一次治疗中额定剂量在多个、必要时通过短暂停顿分开的通路(扫描)中依次被施加。在此在各单个通路内，连续照射多个网格点，不一定是所有网格点。在一次治疗期间通常多次照射大部分网格点或所有网格点并且由此照射大部分靶区或整个靶区。每个网格点上为该次治疗待施加的总剂量被分配到单个通路上，并且例如均匀分布或在必要时具有不同的权重。

通常待照射的靶区不相对于照射的装置运动。但是对循环运动的靶区(例如由于人的呼吸或其它器官运动而运动的肿瘤)的照射是公知的。

循环运动包括如周期运动和与数学上精确周期性偏离的近似周期运动。尤其是这样的运动也被视为循环，其暂时逗留在一个阶段。

本发明所基于的任务是提出一种有利的通过利用以至少两个通路接近靶网格的网格点的射线的多次照射以在循环运动的靶区中沉积额定剂量分布的方法和装置，以及涉及一种用于确定用于该装置的控制参数的方法。

该任务这样的方法解决，其中通过利用以至少两个通路接近靶网格的网格点的射线的多次照射以用于在循环运动的靶区中沉积额定剂量分布，在该方法中，在每个通路中依次扫描各网格点。其特征在于下面的步骤：确定与额定剂量分布的最大容许的局部偏差，使照射过程和靶区的循环运动去同步，和将对靶区的照射划分成足够多的通路，使得与额定剂量分布的局部偏差最高相当于与额定剂量分布的最大容许偏差。

本发明优选的方案在从属权利要求中给出并且在下面被进一步说明。

本发明基于这样的观察，即在循环运动的靶区中所取得的剂量分布可能与额定剂量分布偏差；尤其是形成局部剂量过多和剂量过少。

本发明基于这样的认识，即照射的随时间的进程(尤其是接近网格点)可能与循环运动互相影响，从而产生这种局部的错误剂量配给。另外要明确的是：与额定剂量的局部偏差可能通过在照射过程和靶区的循环运动之间的干扰或同步而产生或被加强。

例如射线的路径可能与运动的靶区暂时同步地运动，这导致剂量过多，或者暂时反向运动，这导致剂量过少。

此外，例如由于在通路的顺序和循环运动之间不利的同步，与额定剂量分布的局部偏差可能一个通路一个通路地被加强。在此也称之为两种运动的“同步”。另外，概念“同步”也表示在靶区的同一位置或同一区域上不同通路中的错误剂量配给的重复的时间顺序。

本发明的思想在于通过使照射过程和循环运动的过程去同步(也称之为去耦合)可以减小与额定剂量的偏差。通过去同步，干扰甚至防止了形成同步；所以局部剂量错误例如可以通过在通路上求统计平均值或通过针对性的抑制而被保持相对小。

换句话说，多次照射过程和循环运动根据本发明在这样的意义上被相互协调或去同步，即剂量错误被抑制或使在其中一个通路中产生的剂量错误总体上仅很弱地(如果有的话)影响所获得的剂量分布。

首先为此确定与额定剂量分布的最大容许偏差。这可以因应用而异并且例如通过经验或借助模型计算确定(见下文)；相应的说明例如可以存储在控制计算机的存储器中的一个表格中(见下文)。尤其是在治疗病人时额定剂量也可以考虑生物有效剂量。无须在每次照射时都重新给出容许的偏差。也不必给出明确的量的说明；例如只要这样地设计该方法或选择决定该方法的参数，即，使与额定剂量分布的偏差小于如上述情况、经验研究、参考案例或模型计算中的偏差就足够了；确定也可以通过该方法的具体方案进行。换句话说，“确定”也可以通过照射装置的“设计”转换成用于降低到最大容许错误之下。优选与额定剂量分布的局部偏差最多达到30％。最多20％、10％、5％甚至只有2％的偏差按所述顺序优选程度逐渐增加。原则上也可以在线确定剂量错误，以便在照射期间调节用于照射方法的参数。

多次照射过程和循环运动的去同步可以通过不同的措施来达到。这些措施例如可以以下列参数的调节和/或改变为基础：

通路的数量(重复扫描)；

射线强度和与此关联的扫描速度；

通路的关于时间(例如关于各个通路的开始点)的分布；

在立体靶区的情况下对各单个通路中的层或确定的体积的照射的关于时间(例如关于层或体积的照射的开始点)的分布，例如通过变化的加速器提取(Beschleunigerextraktion)或通过无源的能量调制；

循环运动的开始阶段和/或循环持续时间，只要能够相应地影响运动；

靶区、其是在相应划分的靶区中的层或体积中的射线路径。

照射被划分成如此多的通路(Durchgang)，使得与额定剂量分布的局部偏差最高相当于上面给出的偏差。原则上通路的数量越大，在一个通路中产生的剂量错误对总剂量分布的影响越小。各单个通路的剂量错误可以平均或补偿。

根据应用或待照射的靶区，可以在准备阶段例如进行实验或模型计算，以便确定足够数量的通路。这些实验通常在所谓的器官模型(如基于有机玻璃或水构成的体)上进行；从在器官模型上获得的结果可以推出待用于其它靶区的照射参数，尤其是通路的数量。在必要时也可以为单个病人或病人组进行模型计算。

借助本发明也可以更好地理解在接近网格点的射线和靶区的循环运动之间的相互作用，由此可以为改进用于这种多次照射的方法和装置做出贡献；尤其是也可以检查或适配决定多次照射的参数。除了对人和动物的照射外，对有机材料、尤其是细胞的照射，或者对无机材料如塑料的照射也是重要的。所以，本发明也可以为研究材料特性做出贡献；例如可以检查和改进上述器官模型。可以借助这些器官模型和在必要时植入的检测器检查或确定照射参数。

在本发明的方法的一种优选的方案中，多次照射的至少一个特性与循环运动的至少一个特性相关。例如决定多次照射的参数可以与循环运动的特性相适配。所以例如一个器官的运动特性如人的肺和周围器官的呼吸运动可以转化为信号并且该信号被输送给用于控制多次照射的控制装置。多次照射例如可以与运动的平均循环持续时间或平均振幅相关。

有利地使下列多次照射的特性或参数与循环运动的其中至少一个特性相关：

一次治疗(Sitzung)中通路的数量；

通路期间的射线强度；

射线在一个通路中从网格点到网格点时改换网格点的速度(也称其为射线速度)；

各单个通路的开始时间点。

照射的特性可以例如与循环持续时间或瞬时阶段相协调。

各单个通路的开始时间点例如可以分布在：

循环运动的确定的阶段上，例如在呼吸运动的情况下例如分布在吸气阶段或呼气阶段上；

整个循环上，例如一个呼吸周期；和

大于一个循环持续时间的时间段上。

可以这样地选择开始时间点，使得照射首先、尤其是更加频繁地在待照射的对象的这样一种状态中进行，在该状态中循环运动比在另一个状态中表现得更强或更弱(见下文)。

因此待照射的靶的状态或循环运动的特性为此可以转化成信号，该信号例如可以用于控制例如各单个通路的开始时间点。这些开始时间点在此例如可以均匀或随机地分布。

信号可以例如多次或连续地在循环运动期间确定(在线)。但是也可以在实际照射之前的准备阶段中监测和/或确定该信号并且由此导出特定运动如与病人相关的器官运动。

但是也可以预先规定信号，借助该信号影响循环运动(指令信号)。因此借助该信号例如可以对待照射的人进行指令，使其保持恒定的呼吸周期或改变呼吸。因此可以为病人预先规定需何时吸气和何时呼气。在这种情况下，照射特性的选择与该信号和由此间接与循环运动的特性相关。

优选在多次照射期间改变决定多次照射的参数。这可以以均匀的间隔进行；优选在随机的时间点上进行。

例如可以改变在一个通路期间应用的射线速度和/或射线强度。此外，还可以改变例如各单个通路之间的停顿时间或多次照射的一次治疗期间的射线路径。

这种改变例如可以在一次照射治疗期间一个通路一个通路地进行或者在多次治疗的照射的情况下一次治疗一次治疗地进行；在后一情况下尤其也改变每次治疗的沉积的射线剂量和通路的数量。优选的是在治疗中的改变。

优选网格点的至少一部分在不同的多个通路中有利地在循环运动的多个不同阶段被射线接近。这例如可以通过在循环运动的不同阶段中针对性地启动不同通路来实现。在其中一个阶段形成的剂量错误通过在其它阶段的照射至少部分地被修正。尤其优选至少50％，优选80％甚至90％的通路开始于或启动于循环运动的不同阶段。对此优选监测循环运动，尤其是多次或连续地确定运动周期或阶段。

给周期运动配备唯一的周期持续时间(简称周期)。在近似周期运动时可以至少近似地给出一个周期、例如多个循环上的平均周期或典型周期。如果循环运动具有与周期运动偏差的、例如无运动的时间段，则可以给这种运动至少暂时地配备近似的周期，如通过分析确定的时间段。

为了确定周期例如可以考虑系统或人特定的时间。因此，典型的是安静的成年人的呼吸周期例如为四秒。但是也可以使用例如在多个循环上测量到的平均周期。在一种优选的实施方式中使用大于平均测量的或经验的或人特定的周期的100％如140％的值。

在一种优选的实施方式中，在照射前和/或期间，在必要时近似地，确定周期，并且通路的至少一部分分布在相应于确定周期的50％和140％之间、优选75％和140％之间的时间上。从50％或75％起的其它时间也可以是有利的；以及直至周期的100％的时间。优选所有通路都分布在所述时间间隔上或所选择的时间间隔上。分布在至少两个循环或另一可选择的、必要更长的时间上也可以是有利的。

因此可以保证在不同的阶段上的分布。尤其优选使通路尽可能均匀地分布在所给定的时间上。但是通路也可以随机分布。两个重要的参数是通路的数量和通路的开始时间点，其决定了通路关于时间的分布。正如已经提到的，尤其优选使通路的开始时间点均匀或随机地随时间分布。

通过将通路分布在最少的时间上，避免了例如所有的通过都在近似静态的运动状态中进行，这可能对在运动上求统计平均值产生不利的影响。

优选在照射开始之前确定运动周期。这可以通过仪器特别简单地实现。优选在此也采取措施以便使循环运动的周期在照射期间至少大约保持恒定。例如当照射人时，其可以尝试保持呼吸运动恒定。这种努力的效果可以通过准备措施如所谓的“呼吸训练”、即一种训练来改善。附加地例如可以通过显示屏为病人预先规定给定轨迹。

替代地或者附加地，通过在照射期间多次或连续地监测运动来确定周期。因此可以使照射参数(如通路的数量或开始时间点)与在照射期间改变的周期相适配。优选连续监测和确定周期，这允许照射参数的快速适配。

例如可以在监测人的呼吸运动时考虑胸腔的起伏，这在测量技术方面可以简单地实现。还例如可以通过连续地或以时间间隔拍摄的X光片或类似的能够测得内部运动的测量方法来直接获得靶区的运动。

原则上有利的是借助确定的周期或观察到的运动来预测未来的运动；因此也可以着眼于未来适配照射参数。

为了确保多次照射的通路在循环运动的不同阶段中开始，如上所述，可以监测循环运动。优选当运动停止超过运动周期的50％时停止照射，即，当运动停止时，不求取不同的运动状态上的平均值。与照射时间相比，即使是短暂的停止时间也已经能够引起增强的剂量错误。在此，例如可以考虑在运动停止前对运动周期进行最新的估算或近似计算。更多优选当运动停止超过30％或20％甚至仅10％时就已经停止照射。有利的是，通路分布在多个或者甚至是很多个的循环上。

还可以这样使照射过程与循环运动去同步，即接近网格点的射线根本就“无视”靶区的循环运动。在具有停顿时间的循环运动时或在缓慢通过死点的情况下在该时间段中进行照射。整个循环运动的靶区在该时间段内几乎不运动。由此减小了多次照射和运动之间的相互作用并且附加地减少了照射期间的运动。

相应地优选监测循环运动并且仅在运动停止期间启动通路。

此外，优选监测循环运动并且预测其过程。然后可以仅在一个停顿时间内启动通路，当可以预测到通路在该停顿时间期间至少完成80％、优选全部完成时。这尤其在立体式接近的情况下是有利的(见下文)。

在本发明的一种优选的实施方式中，接近靶网格内网格点的顺序(即路径)在从其中一个通路到其中另外一个通路时改变。优选一个通路一个通路地改变路径。这既优选用于平面和立体靶区，又优选用于逐层式和立体式接近。即使在运动和通路开始之间存在同步，也形成不同的、可再次平均或彼此补偿的局部剂量错误。

当可以影响循环运动时，如在人的呼吸运动的情况下，也可以通过影响循环运动来实现去同步。例如可以规则地或随机地改变例如循环持续时间或者循环运动可以在确定的时间段停止或在选择的、如均匀分布或随机的时间点上开始。

优选在照射期间通过通知装置给出关于循环运动的信息。如上所述，这些信息可以用于影响循环运动。例如可以通过通知装置要求人以规则或随机分布的间隔中改变其呼吸周期。在此视听反馈是特别适合的。

可以这样地设计包括所有通路的照射，即为了确定的运动过程产生额定剂量。借助通知装置也可预先规定确定的运动过程。

此外优选至少一部分通路以一个随机持续时间的时间延迟在每个在前的通路之后开始。优选每个通路以一个随机持续时间的时间延迟开始。这种时间延迟也可以引起去同步，因为通路并不都以相同的时间间隔、即周期性地重复。相应地干扰了同步的形成。彼此完全相同的关于运动的随机时间延迟是不可能的。理想的是这样地选择随机时间延迟，即各时间延迟在一个时间上、必要时可变的时间上分布。该时间例如可以对应于循环持续时间的50％、最好100％甚至150％，使得例如在100％的情况下保证在运动的所有阶段中都启动了通路。但是分布在至少两个循环或另一个可选择的更长的时间上也可以是有意义的。

可以如上所述地应用该方法，尤其是可以有利地用于立体靶区、即靶体积。于是额定剂量分布相应地是立体分布；于是靶网格也构造成立体的。如上所述，在立体靶区的情况下粒子束是特别有利的。

在一种优选的方案中，靶体积的第一部分体积比第二部分体积在更多的通路中被照射。优选多于两个部分体积被分别借助不同数量的通路照射。尤其是在逐层接近的情况下优选以不同数量的通路照射各层。以不同数量的通路分别占据各单个网格点(例如一个网格点一个网格点地)可以是有利的；在此网格点也可以位于一个层中或一个部分体积中。

因此，较强运动的部分体积、层或网格点比较小运动的体积、层或网格点可以被更多数量的通路占据(belegen)；在它们运动较小、尤其是当其静止的情况下在必要时一个用于施加额定剂量的通路就已经够了。这种照射能够总体上较快地实施。

此外由于所谓的预照射(见下文)有意义的是，远端的部分体积或层或网格点比近端的体积被以更多的通路占据。因此例如这种划分是合理的，即，从远到近逐渐以更少的通路占据部分体积/层/网格点的。换句话说，也可以称之为通路的非对称数量。

靶体积或所属的立体靶网格常常被逐层照射。在此有利的是使在一个通路中对至少一部分层的照射在随机时间延迟之后开始。最好使在一个通路中对所有层的照射在随机时间延迟之后开始；理想的是在所有通路中都这样进行。因此加大了在靶体积的依次相继的各层中在通路之间同步的难度。

各单个层的照射的开始之间的随机时间延迟也支持照射过程总体上与循环运动的去同步。一方面每个延迟相当于关于循环运动的相位差，使得层对沉积剂量的影响的补偿通过运动的阶段受到支持。附加地，通路具有随机长度的不同持续时间，这如同在通路之间的随机延时的情况下一样引起去同步。运动时完全相同的随机时间延迟是完全不可能的。

当靶体积和立体靶网格被逐层扫描时，也优选使一个层中的路径从一个通路到另一个通路地改变；优选使一个层中的路径在每个通路中改变。由此增大了产生局部剂量错误的难度，因为一个层中的网格点在相对于通路的开始时间点不同的时间点上被接近。

还优选使路径从其中一个第一层到其中一个第二层被改变。优选使路径一层层地改变，理想的是使路径在每次更换层时改变。即使在运动和每层的通路之间存在同步，也分别产生其它的导致平均的相互影响模式。

当靶体积不是在层中，而是沿着一穿过体积延伸的路径(立体式重复扫描或深度扫描)被扫描时，同样优选使路径一个通路一个通路地改变。

尤其是在立体式重复扫描时优选以不同数量的通路照射各个部分体积。

也可以通过调制射线速度来达到本发明的去同步，射线速度的调制优选借助调制射线强度来实现。射线强度越高，则可以选择的射线速度越高。当射线速度变化时，则在层照射或通路顺序中加入减速和加速，其原则上完全像例如层或通路的开始时间点变化那样起作用。与强度变化同步的运动参数的改变是完全不可能的，这尤其是引起再次在剂量错误上求平均值。

周期也可以如上所述被确定并且也在必要时被预测，以便通过调射线强度的适配来调整扫描速度，使得通路分布在上述时间之一上。

射线强度可以在射出加速器(如同步加速器或回旋加速器)期间改变。优选该强度改变与其他照射参数协调一致；因此可以实现不偏离于在网格点上待沉积的剂量。但是也可以随机调制射线强度来影响网格点被接近的速度。

在深度中扫描速度(深度扫描或立体式扫描)例如可以通过吸收器对或调制器轮被调节。

就调制射线强度而言，也可以在多个循环上进行应用，尤其是通路可以分布在多个循环上。

原则上靶体积既可以逐层地又可以立体式被接近，如依次地、交替或组合地。例如靶体积首先可以被多次立体式照射并且紧接着被多次逐层照射。

在本发明的所有方案中，照射可以分布在多次治疗上(所谓的分割照射)；在此，希望的总剂量分布并非在一次治疗中而是在所有治疗完成后产生。求多次治疗上的剂量错误的平均值。尤其是可以使多次照射的方案随治疗而异；一个多次照射的一个通路在极端情况下相当于一次治疗期间的单次照射。特别优选将该方法应用到各单次治疗、尤其是每个单次治疗中，在该单次治疗中进行多次照射、即多次接近至少一部分点。

本发明还涉及一种用于通过多次照射在循环运动的靶区中沉积额定剂量分布的照射装置，其具有射线发生装置和控制装置，该射线发生装置和控制装置被设计成借助射线以至少两个通路接近靶网格的网格点，在每个通路中依次接近网格点。照射装置的特征在于，其具有规定单元，通过其规定与额定剂量分布的最大容许的局部偏差，控制装置被设计用于使照射过程和靶区的循环运动去同步和将靶区的照射划分成足够多的通路，使得与额定剂量分布的局部偏差最高相当于与额定剂量分布的最大容许偏差。

例如将加速器、尤其是同步加速器或回旋加速器看作照射发生装置。控制装置被设计用于确定照射过程并且也可以用作规定单元。规定单元例如可以包括被相应编程的计算机、可借助计算机控制的用于在空间上影响射线的装置和用于测量射线强度的装置。计算机例如可以包括规定单元，例如以使计算机的程序化以与额定剂量分布的最大容许偏差为基础的方式，尤其是详细地被储存或编码。

照射装置也被设计用于实施根据本发明的所有优选的方案的方法。

此外，本发明还涉及一种用于确定用于上述的(在所有优选构造中的)照射装置的控制参数的方法，该照射装置用于实施一种利用以至少两个通路接近靶网格的网格点的射线的多次照射在循环运动的靶区中沉积额定剂量分布的方法，其中在每个通路中依次接近网格点。这种参数确定方法的特征在于下面的步骤：确定与额定剂量分布的最大容许的局部偏差，确定用于照射过程和靶区的循环运动的去同步的实现方式，和确定将靶区的照射划分成足够多的通路，使得与额定剂量分布的局部偏差最高相当于与额定剂量分布的最大容许偏差。“确定”也包括“规定”，因此例如可以规定最大容许的与额定剂量分布偏差。

最大容许的与额定剂量的局部偏差可以例如经验地确定；其尤其产生于待照射的靶区、额定剂量分布和追求的照射效果的特性。确定用于去同步的进行方式作为照射特性的参数在最简单的情况下相当于在所述起去同步作用的措施之间的选择。例如可以经验地或借助模型计算实现划分成足够多的通路的确定。

上面的和接下来的单个特征的说明既涉及装置范畴又涉及方法范畴，而且在任一情况下都没有详细说明；在此公开的单个特征也可以以其它与所示组合不同的组合对于本发明也是重要的。

接下来应借助实施例进一步说明本发明。

图1示出了本发明的用于实施本发明方法的照射装置的示意图；

图2示出了本发明的用于沉积额定剂量分布的方法的流程图；

图3示出了接近多个网格点的射线的路径的示意图；

图4示出了本发明的用于沉积额定剂量分布的方法的第二种流程图；

图5示出了去同步措施的选择；

图6示出了本发明的用于确定控制参数的方法的流程图。

照射装置设计用于照射靶体积102。靶体积102例如是位于人的肺附近或肺里的肿瘤。替代地也可以是例如基于水或有机玻璃或其它材料的器官模型。如图1中通过靶体积102上方和下方的箭头所示，靶体积例如上下循环地运动。

照射装置具有同步加速器、回旋加速器或其它加速器104用于提供例如由质子或¹²C核构成的粒子束105。典型地，这种射线具有一或多毫米、例如6mm或10mm的范围。在靶体积102中示出了层，这些层相应于用于确定的粒子能量的布拉格峰的深度(等能量层)。

照射装置以粒子束105接近示意显示为靶体积102中的黑点的网格点。为了更简单显示，示意示出了逐层地接近网格点。替代地，当然也可以立体式(volumetrisch)接近网格点(未示出)。

对粒子束105的侧向影响可以借助扫描磁铁106来进行。在这里是偶极磁铁106。为了纵向(沿照射方向)干扰，照射装置具有例如用于能量调节的、楔块系统108形式的无源的能量改变装置108。该楔块系统108具有例如由塑料制成的楔块，这些楔块可通过直线电动机(未示出)运动。楔块系统108优选用于立体式(volumetrisch)扫描。当进行逐层扫描时，则优选通过加速器或安装在扫描磁铁105之前的能量调节单元改变能量。

此外，照射装置还具有检测装置110、控制装置112、网格扫描仪114和粒子计数器116。检测装置110设计用于检测靶体积102的运动，对此检测装置具有用于记录靶区自身运动或替代地记录与此有关的其它运动的探测器系统，如用于探测乳房表面运动的照相机。

检测装置102将采集到的关于靶体积102的运动的数据输送给控制装置112。粒子计数器116确定粒子束105中的粒子数量并且将结果也输送给控制装置112。粒子计数器116可以是电离室。起控制作用的控制装置112设计用于控制加速器104、扫描磁铁106和楔块系统108。对此控制装置112在考虑由检测装置110和粒子计数器116接收的数据的情况下求出相应的控制参数。

通过由控制装置112控制的通知装置120可以向例如待照射的人提供信息。通知装置120可以给出声音和光信号，其可以包括LCD显示屏和声音输出装置。

根据本发明照射装置用于在靶体积102中沉积具有规定分布的规定剂量。对此，照射被划分成多个通路，在每个通路中依次接近部分或者所有网格点。这样地选择通路的数量，使得不超过规定的与额定剂量分布的偏差，例如1.5％。

为了在此至少部分地补偿通路上的剂量错误，根据本发明根据照射期间循环运动的特性改变一个或多个对照射重要的参数。

这涉及例如通路的数量、射线强度，和通常与此有关的接近网格点的速度、通路的随时间的分布(如关于相应通路的开始时间点)、单个通路中的层或确定的体积的照射的关于时间的分布(如有关层或体积的照射的开始点)—例如通过调节的加速器射出或通过无源的能量调节—、开始阶段和/或循环持续时间或运动进行的持续时间的选择、靶体积102中、尤其是在靶体积102中的层或体积中的射线的路径。

该方法的上述基本原理记录在图2所示的流程图中。

多次照射的特点可以与循环运动的特点相关。在此循环运动的特点被转化为信号并且被输送给用于控制多次照射的控制装置112。

如果循环运动的靶区例如是通过人的呼吸而运动的肿瘤，则可以例如通过检测装置110检测人的胸腔起伏，其决定了平均呼吸周期和必要时决定平均振幅并且被输送给用于控制多次照射的控制装置112。也可以直接测量靶区的运动，例如通过连续或以时间间隔拍摄的X光片或类似的可以测量内部运动的测量方法。

为了不超过与额定剂量分布的期望的偏差，例如可以使多次照射的下述一个或多个参数与循环运动配合：

一次治疗中的通路的数量；

通过期间的射线强度；

射线在一个通路中从网格点到网格点时改换网格点的速度(射线速度)；

各单个通路的开始时间点。

此外，用于去同步的具体措施还与待照射的靶区相关并且可以经验地或借助模型计算来确定。

各单个通路的开始时间点在此可以分布在循环运动的一个部分、一个循环或大于循环持续时间的一个时间上。开始时间点在此可以规则地依次分布或随机地分布。

代表循环运动的特点的信号例如可以在实际照射前的计划阶段被确定。即在准备阶段中确定循环运动的典型的或与靶区相对应的例如与人相对应的特性。也可以(在必要时附加地)在照射期间多次甚至连续地确定待输送给控制装置112的信号(在线)。

如果在实际照射之前确定循环运动的特性，可以考虑例如平均运动周期或典型运动周期。如果运动周期已知，就可以相应适配照射参数，因此例如可以均匀或随机地分布通路的开始时间点；或者可以这样地调节扫描速度，使得通路分布在下面还要再次详细说明的时间段上。为了免去在照射期间调节照射参数，有意义的是使运动周期在照射期间保持不变。例如，可以在准备阶段这样地训练人，使得其呼吸周期相对保持不变(呼吸训练)。

但是也可以借助图1中所示的检测装置110在照射期间检测运动并且多次或者连续地检查它。

这样可以确定当前的运动周期或运动阶段，然后将其传输到控制装置112。阶段的确定例如可以在人的情况下通过胸腔起伏简单地实现。借助检测运动周期或运动阶段，各单个通路可以针对性地开始于运动的不同的阶段中。

借助通知装置120还可以例如为待照射的人预先规定指示信号，使其例如在照射期间的确定的时间点或随机的时间点上改变其呼吸周期或阶段。在此借助通知装置120要求这个人在均匀分布在照射时间上的时间点上改变呼吸运动。信号可能以是声和/或光性质的。

还应再次强调，除了取决于循环运动特性的照射方案外或作为其替换方案，也可以在照射期间改变照射的特性。这可以发生在规则地或随机地分布的时间点上。

因此，上述参数例如可以在一次治疗期间被改变。此外，也可以在治疗期间改变各单个通路之间的停顿时间或射线路径。在该例子中，一个或多个参数因通路而异。替代地或者附加地，参数因治疗而异。

在照射方法的一种根据本发明的方案中，照射被划分成多个通路并且通路这样地分布在循环运动上，使得在循环运动的不同阶段中施加通路。在此也可均匀依次地选择起始时间或在通路之间引入随机的时间延迟。通路可以分布在典型或平均的运动周期或大于运动周期的时间(如150％的运动周期)上。替代地，也可以选择这样的总照射持续时间，其为两个运动周期或三个运动周期或为另一个比一个周期长的持续时间。

可以选择如5、优选15至20或至30个通路。典型的是，靶体积被分成50层。典型的是，通过一层需要持续100ms至1s。如果接近靶体积，接近持续时间通常在几秒的范围内。

也可以为不同的等能量层或其它部分体积选择不同数量的通路。因为在接近远端层时近端层也被照射(人们称之为近端层的“预照射”)，所以合适的是，与远端层相比较少地接近近端层。

当靶区的一部分比另一部分更快地运动时，相应的局部体积可以比运动较慢的局部体积占用更多的通路。

此外，当检测装置110测出循环运动停止时，也可以停止照射。当运动停止超过如确定的运动周期的10％时，则中断照射。附加地还可预测这个运动周期；当测量到的和预测的运动周期不充分一致(例如偏差大于10％时)，则中断照射是有利的。

替代地，循环运动的停止也可用于在这样的停止阶段中照射靶体积102。对此，同样通过检测装置110跟踪运动并且在检测装置110或控制装置112的计算机中预测运动的进一步的发展(基于对前面的循环的分析；如通过外插法)。当预测出可以在该停止阶段内实施照射的通路的结果时，则开始该通路。就该通路而言，几乎不运动的靶体积102被照射。

照射靶体积102的射线可以具有三维(立体式的)路径或逐层地通过靶体积102。在这两种情况下，路径可以随通路而改变。当逐层照射时，在一个层或所有层中的网格点的顺序可以随通路而改变。图3分别示意性示出了两个不同的通路中的同一(等能量的)层中的一个路径。在此，所示箭头示出了接近网格点的顺序。在左侧图中，路径从左下方向右上方延伸并且在右侧图中从右上方向左下方延伸。

当逐层扫描靶体积102时，可以选择随机分布的用于各照射单个层的开始时间点，或引入在各单个层的照射之间引入随机持续时间的时间延迟。尤其是可以这样地选择时间延迟，即为多次照射的一次治疗总共形成上述持续时间其中的一个。附加地还可在同一通路中逐层地(即一层一层地)选择不同的路径。

与靶体积102是被逐层地还是立体式扫描无关，可以借助调制射线强度来调制扫描速度。为此，可以在从加速器射出期间定义射线强度，也就是说与其它的照射参数(包括每网格点待沉积的粒子数)相协调地改变射线强度。强度调制例如可以具有随机的分布。在此，这样地调节射线强度，使得照射在上述时间间隔上延伸。

深度调制的速度(立体式重复扫描时的深度扫描)例如可以通过楔形吸收器对108或通过调制器轮(未示出)以确定的分布或随机的分布改变。

图4示出了本发明的用于人的照射的照射方法的示例流程，其中，靶区的循环运动由人的呼吸引起。在此，在准备阶段实施照射规划，包括建立或优化照射计划、确定应逐层地还是立体式照射，以及相应确定照射路径。也可以先确定照射路径，并且紧接着相应地设定进行逐层或立体式照射。在照射规划的范畴中，也可以确定决定照射的其他参数，例如关于每层的(在必要时待随机启动的)通路、通路之间的时间延迟或者是否向待照射的人进行反馈。在照射或在每次照射前确定呼吸周期、对射线速度(即接近网格点的速度)进行适配并且确定每层的通路数量。在照射期间，测量呼吸轨迹并且在必要时将其用于调节通路数量或通路的开始时间点。在必要时也可以随机选择通路之间的时间延迟。待照射的人获得关于测量到的轨迹和/或关于给定轨迹的声音和/或视觉反馈。

本发明的照射方法也可以分布在多次治疗(所谓的分割治疗)上进行。于是额定剂量分布是指在所有治疗中总共待施加的照射。各分割部分上的平均值可以支持去同步。照射过程可以特别是因治疗而异，选择成不同的。

图5示出已经提到的去同步措施的选择一览表。

图6示出了用于确定用于照射装置的控制参数的方法的流程图。其包括步骤：确定与额定剂量分布的最大容许的局部偏差，确定用于照射过程和靶区(102)的循环运动的去同步的进行方式，和确定靶区的照射被划分成足够多的通路，使得与额定剂量分布的局部偏差最多等于所述与额定剂量分布的最大容许偏差。如上所述，可以经验地或借助模型计算确定这些参数。

Claims (36)

1.通过利用以至少两个通路接近靶网格的网格点的射线(105)的多次照射以在循环运动的靶区(102)中沉积额定剂量分布的方法，其中，在每个通路中依次接近网格点，其特征在于下面的步骤：

确定与额定剂量分布的最大容许的局部偏差，

使照射过程和靶区(102)的循环运动去同步，并且

将对靶区的照射划分成足够多的通路，从而与额定剂量分布的局部偏差最高相当于与额定剂量分布的最大容许偏差。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，多次照射的特性与循环运动的特性相关。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在多次照射期间改变多次照射的特性。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，在多次照射期间随机地改变多次照射的特性。

5.根据权利要求1至4之一所述的方法，其中，网格点的至少一部分在不同的多个通路中有利地在循环运动的多个不同阶段中被接近。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，监测循环运动。

7.根据上述权利要求之一所述的方法，其中，确定运动周期并且至少一部分通路分布在至少相当于50％的运动周期的时间上。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，在照射之前确定运动周期。

9.根据权利要求7或8所述的方法，其中，通过监测照射期间的运动，多次确定运动周期。

10.根据上述权利要求之一所述的方法，其中，监测运动并且当运动停止大于50％的运动周期时停止照射。

11.根据权利要求1至4之一所述的方法，其中，监测循环运动并且仅在运动停止期间启动通路。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，也预测循环运动的过程并且仅在运动停止期间启动通路，如果能够预测到在该时间期间已经完成通路的至少80％时。

13.根据上述权利要求之一所述的方法，其中，在从其中一个通路到其中另外一个通路时改变接近网格点的顺序。

14.根据上述权利要求之一所述的方法，其中，在照射期间通过通知装置(120)给出关于循环运动的信息。

15.根据上述权利要求之一所述的方法，其中至少一部分通路在随机的持续时间的时间延迟之后开始。

16.根据上述权利要求之一所述的方法，其中，靶区(102)是靶体积(102)并且额定剂量分布和靶网格被构造成立体的。

17.根据权利要求16所述的方法，其中，靶体积的第一部分体积与第二部分体积相比在更多通路中被照射。

18.根据权利要求16或17所述的方法，其中，对于至少一部分网格点而言，通路的数量是不同的。

19.根据权利要求16至18之一所述的方法，其中，逐层扫描立体的靶网格并且对于至少一部分的层而言，通路的数量是不同的。

20.根据权利要求16至19之一所述的方法，其中，逐层扫立体的靶网格并且在其中一个通路中对至少一部分的层的照射是以随机的时间延迟开始的。

21.根据权利要求16至20之一所述的方法，其中，逐层扫描立体靶网格并且在从其中一个通路到另外一个通路时改变在一个层中的路径。

22.根据权利要求16至21之一所述的方法，其中，逐层扫描立体靶网格并且在同一通路中在从其中一个第一层到其中一个第二层时改变路径。

23.根据权利要求16至18所述的方法，其中，射线走过一个延伸穿过一个体积的路径并且一个通路一个通路地改变该路径。

24.根据上述权利要求之一所述的方法，其中，通过调制射线的强度来调制射线的速度。

25.根据上述权利要求之一所述的方法，其中，多次照射分布在多次治疗中并且对于每次治疗构成为不同的。

26.用于通过多次照射在循环运动的靶区(102)中沉积额定剂量分布的照射装置，其包含射线发生装置(104)和控制装置(106、108、110、112、114、116)，所述射线发生装置(104)和控制装置(106、108)设计成利用射线(105)以至少两个通路接近靶网格的网格点，在每个通路中依次接近网格点，其特征在于，照射装置具有规定单元，通过该规定单元规定与额定剂量分布的最大容许的局部偏差，控制装置被设计用于将照射过程和靶区(102)的循环运动去同步并且允许将对靶区的照射划分成足够多的通路，使得与额定剂量分布的局部偏差最高相当于与额定剂量分布的最大容许偏差。

27.根据权利要求26的照射装置，其被构造用于根据循环运动的特性选择多次照射的特性。

28.根据权利要求26或27的照射装置，其被构造成在多次照射期间改变、尤其是随机地改变多次照射的特性。

29.根据权利要求26至28之一的照射装置，其被构造成使得网格点的至少一部分在多个不同的通路中有利地在循环运动的多个不同阶段中被接近。

30.根据权利要求26至29之一的照射装置，其被构造用于确定运动周期并且在至少相当于50％的运动周期的时间上分布至少一部分通路。

31.根据权利要求26至30之一的照射装置，其被构造用于从一个通路到另一个通路地改变接近网格点的顺序。

32.根据权利要求26至31之一的照射装置，其被这样地构造，使得至少一部分通路可以在随机的持续时间的时间延迟之后开始。

33.根据权利要求26至32之一的照射装置，其被这样地构造，使得在靶体积(102)作为靶区的情况下额定剂量分布和靶网格构造成立体的。

34.根据权利要求26的照射装置，其被设计用于实施根据1至25之一的方法。

35.用于确定用于根据权利要求26至34之一的照射装置的控制参数的方法，该照射装置用于实施一种利用以至少两个通路接近靶网格的网格点的射线(105)的多次照射在循环运动的靶区(102)中沉积额定剂量分布的方法，其中在每个通路中依次接近网格点，其特征在于下面的步骤：

确定与额定剂量分布的最大容许的局部偏差，

确定用于照射过程和靶区(102)的循环运动的去同步的实现方式，和

确定将靶区的照射划分成足够多的通路，使得与额定剂量分布的局部偏差最高相当于与额定剂量分布的最大容许偏差。

36.根据权利要求35的控制参数的确定，应用于实施根据权利要求1至25之一的方法。

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