CN102202733A

CN102202733A - 在考虑要保护的体积的情况下对目标体积的照射

Info

Publication number: CN102202733A
Application number: CN2009801428860A
Authority: CN
Inventors: C·贝尔特; E·里茨尔
Original assignee: Siemens AG; GSI Helmholtzzentrum fuer Schwerionenforschung GmbH
Current assignee: GSI Helmholtzzentrum fuer Schwerionenforschung GmbH
Priority date: 2008-10-27
Filing date: 2009-10-17
Publication date: 2011-09-28
Anticipated expiration: 2029-10-17
Also published as: CN102202733B; US9586058B2; EP2344250A1; EP2344250B1; WO2010049072A1; DE102008053611A1; US20110306818A1; EP2344250B8

Abstract

本发明涉及照射目标体积(53)，其中为目标点(70)确定强度，应该利用一条射线依次接近这些目标点，包括以下步骤：检测要保护的体积(63)，在该要保护的体积中，通过照射目标体积(53)产生的剂量不应超过预定的最大值；为目标点(70)这样确定强度，使得在要保护的体积(63)之内，所产生的剂量不超过预定的最大值，其中为了确定强度而使用剂量份额数据记录，该剂量份额数据记录对于目标点(70)包括通过使射线(20)以预定的强度对准目标点(70)之一而在其它地点(73)上产生的剂量。

Description

在考虑要保护的体积的情况下对目标体积的照射

技术领域

本发明涉及一种用于计划利用接近目标点的射线的照射的方法、一种相应的用于照射的方法、一种用于相应的照射的装置和一种用于控制这种装置的控制系统。

背景技术

利用一条接近不同点的射线照射目标(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。

目标点是例如可通过三个笛卡尔坐标(x，y，z)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、但必要时也位于其周围环境中。

通常在利用粒子射线扫描时，使该粒子射线通过偏转磁铁在两个彼此垂直的方向上(x-和y-方向)偏转。通过粒子能量的主动的变化，将布拉格峰(Bragg-Peaks)的位置调节到在目标中的不同的深度上(z-方向)，在该布拉格峰中累积剂量的最大部分。通常以层的方式照射空间的目标区域，其中，对于每层的确定进入深度的能量选择成恒定的(等能层)。也已知的是所谓的深度扫描，在该深度扫描中被相继接近的目标点不是必需地与各单个的(等能)层相配。本发明原则上也涉及这样的实施方式，在这些实施方式中射线通过电磁波形成。

扫描方法能够通过利用射线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。特别是栅格扫描得到了证明。在该栅格扫描中，将三维的栅格设置到要照射的体积上方。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或者并不一直断开；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其它扫描方法相联系地应用。

如果使用栅格扫描，则须注意栅格点可能与目标点不同。例如目标点通常仅落到一部分栅格点上，因为通常不是接近全部的栅格点。此外，可以在不同的坐标系中说明栅格点和目标点，例如在一个空间固定的坐标系中和一个关于要照射的目标体积的坐标系中。因此，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说明栅格点和目标点。

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。

粒子射线是一种具有限定的横截面的、由具有限定的通常是窄的粒子能量谱的粒子组成的射线。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；也涉及目标点的接近。

在计划照射时，为每目标点或每栅格点特别是确定下面的参量：侧向位置(x-和y-方向)、能量——确定进入深度、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布、亦即目标剂量分布、特别是生物学上有效的目标剂量分布。目标剂量分布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。

可作为地点的函数施用的剂量由使用者例如在详细检查之后规定或开具。例如剂量应该在目标体积、特别是肿瘤之内具有预定的值分布。剂量应该在肿瘤之外尽可能陡地下降并且特别是在要保护的器官中或危及器官(英文：Organ At Risk＝OAR)中不超过预定的最大值(例如定量作为最大剂量)、DVH-条件、EUD、也称为容许剂量。对于危及器官的例子是在照射前列腺时的直肠和在照射肺部肿瘤时在肺内部的确定的结构。

发明内容

本发明的目的在于，提出一种有利的用于在考虑要保护的体积的情况下计划照射的方法、一种相应的有利的用于照射的方法、一种相应的有利的用于照射的装置和一种有利的用于控制这种装置的控制系统。

该目的通过一种用于计划照射目标体积的方法来实现，其中，为目标点确定强度，应该利用一条射线依次接近这些目标点，该方法具有以下步骤：检测要保护的体积，在该要保护的体积中，通过照射目标体积产生的剂量不应该超过预定的最大值；为目标点这样确定强度，使得在要保护的体积之内，所产生的剂量在按照计划的照射时不超过预定的最大值，其中，为了确定强度而使用剂量份额数据记录(Dosisbeitragsdatensatz)，该剂量份额数据记录对于目标点包括通过使射线在按照计划的照射时以预定的强度对准目标点之一而在其它地点上产生的剂量。

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，这在说明书中并不始终加以区分。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。

本发明基于这样的规定，即，部分地爱护要保护的体积、特别是OAR比用计划的剂量覆盖目标体积更加重要。这例如可以是这样的情况，即，为目标体积开具非常高的剂量并且较少的剂量对于目标体积、特别是对于肿瘤控制可能也是足够的。相应地在这样的情况下基于强制必需的对一个或多个要保护的体积、特别是危及器官的爱护，可以容忍目标体积的略微的不足配量。

此外，本发明基于这样的经验，即，照射典型地在多个通行/批次(Durchgang)中进行，特别是在分级照射的情况下在各部分中，其中在每次通行中累积全部的施用的剂量的仅仅一小部分。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而可以查明错误并且提高正常组织剂量耐量。

例如在各部分之间的时间间隔通常是一天或几天。分级的照射通常在几周期间上持续。在这个时间段之内，不仅目标体积而且要保护的体积、例如危及器官可能改变其位置、大小和/或形状。

为了尽管在目标体积之内发生变化而并不低于预定的最小剂量并且在要保护的体积之内不超过预定的最大剂量，目标体积通常包括安全边框；围绕安全边框扩展的体积被以期望的剂量占据。要保护的体积也可以围绕安全边框补充。然而为了考虑在长的时间段(所有的通行可以在该时间段上持续)之内的可能的变化，经常需要非常宽的安全边框。

由此可能产生使照射计划显著变难的情况；特别是围绕目标体积的安全边框可能在人体内部结构变化之后与要保护的体积重叠，但或者目标体积的位置变化也导致在要爱护的体积中的剂量升高。此外，也可以基于人体结构的变化改变照射的有效范围，这可能导致在要爱护的体积中的附加累积。

根据要照射的结构，相应的相对运动也可以在较短的时间标度上是重要的。如果例如照射一个人，则人具有在几分之一秒(心跳)、秒(呼吸)和分钟、小时或天(人体结构的变化，例如肠子运动)的标度上的运动。

在各通行之间的间隔也可以设计为非常不同的，因此例如也可以每天实施一次通行或者也可以每天实施多次通行。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。

本发明也可以有利地应用在这种较短的时间刻度上。

此外，本发明基于这样的构思，在照射之前或者说在照射的一个通行之前、特别是在对一个部分施用之前，检测要保护的体积，在该要保护的体积中，通过照射目标体积产生的剂量不应该超过预定的最大值。要保护的体积特别是包括一个或多个要保护的器官或者说危及器官以及围绕所述器官的可选的安全边框。为不同的目标点、优选为每个目标点，在目标体积之内这样确定照射的强度、特别是粒子数量，使得在要保护的体积之内，产生的剂量不超过预定的最大值。为此使用剂量份额数据记录，该剂量份额数据记录对于不同的目标点、优选每个目标点包括通过使射线以预定的粒子数量对准一个目标点或目标点之一而在对象或身体中的其它地点产生的剂量。

最大值也称为阈值。它在最简单的情况下实际上可以等于标度的剂量值，但也可以等于特别是空间上的分布。但阈值也可以通过观察生物学上的效用、例如在考虑“等价一致的剂量”的情况下选择为生物学上有效的剂量。但也可以应用其它的相应于剂量或剂量分布的尺度。

要保护的体积和/或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或也2D或4D成像的方法来检测。在检测时，特别是当然也可以彼此无关地检测至少要保护的体积或者目标体积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。

剂量份额数据记录可以在第一通行之前或在第一部分之前制订并且可选地在检测要保护的体积之后基于成像方法来修正。替代地，在检测要保护的体积之后重新制订剂量份额数据记录。

当确定强度、特别是粒子数量时，除了剂量份额数据记录之外可以考虑在一个或多个在先的通行中在对象或身体中产生的预剂量。

优选地，接近目标点在栅格扫描的范畴内进行。每个单个的目标体积可以与一个自身的栅格相配，但是也可以将全部的目标体积嵌入一个栅格中。

通常，多个栅格点位于一个目标体积之内，该目标体积分派有一个目标剂量分布。就此而言，人们也可以提及每栅格点一个目标剂量、一个栅格点目标剂量。以这种提及方式，根据本发明这样确定栅格点目标剂量，使得在要保护的体积之内预定的最大值未被超过。

目标体积或相应的栅格点可以跟踪/制导要照射的结构；在此也提及一种匹配，其中概念匹配在此特别是涉及要照射的点的位置。这样的跟踪例如在下面详细地并且具体地在DE 10 2006 044 139 A1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，例如为当前的人体结构确定必需的能量以及栅格点的x和y位置。在此，根据上述的德语文献首先记录彼此之间的体积并且在人体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人体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量。然而在此便必须注意，准备好的剂量份额并不一同变换，而是重新安设或从准备好的份额中确定。变换可以对于人体结构作为整体或者但也对于各单个的目标体积来进行。

如果目标体积包括安全边框，整体上也称为计划目标体积，则这样地确定强度，使得在计划目标体积之内的、优选在由安全边框围绕的内部区域中的累积的剂量超过预定的最小值，并且同时优选这样地，使得在要保护的体积之内的累积的剂量不超过预定的最大值。如果要保护的体积包括要保护的器官和围绕该要保护的器官的安全边框，则还可以这样确定强度，使得在要保护的器官之内的累积的剂量不超过预定的最大值。在简单的情况下可以这样确定强度，使得射线不对准在目标体积和要保护的体积或器官的重叠区域之内的目标点；特别是不对准目标体积的安全边框和围绕要保护的体积的安全边框的重叠区域。

如果在要照射的对象中没有发生变化，则可以对于所有通行相同地选择数据记录。在各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。所述的强度确定可以称为使强度适配于在要照射的对象中的变化。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。

优选地，在每次通行之后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确定、特别是计算所有迄今为止施用的剂量的总和。

通过这样一种随后的确定，在重新进行照射优化时可以按这种方式考虑并且必要时补偿预剂量，即，例如在考虑可能的分级效果的情况下施用与所开具的剂量的差。

在有偏差时可以在考虑已经施用的剂量的情况下重新对照射计划进行优化。特别是因此必要时也能识别出存在的系统偏差，所述系统偏差表明，应该制订和优化全新的照射计划，而不是从一次通行到另一次通行地适配或修正现有的照射计划。

如果要保护的体积和/或目标体积中的至少一个的位置和/或形状发生变化，特别是当至少一个目标体积的位置相对于要保护的体积发生变化时，则对于在要保护的体积之内的剂量来说预定的最大值可能被超过。

如果已经存在一个照射计划，则优选的是，基于位置和/或形状变化改变该计划，而不是制订一个新的照射计划。

特别是在此用改变的剂量占据那些否则会导致提高剂量的目标点；必要时，这仅仅是所有目标点中的一小部分。这主要涉及安全边框的目标点。在最简单的情况下，不再或者但甚至重新接近目标点。

这特别是可以这样实施，即，立刻考虑要保护的体积和/或目标体积中的至少一个的不同的空间位置和/或形状。因此特别是可以对于处于安全边框之一中的目标点，与要保护的体积或目标体积中的至少一个的不同的空间位置和/或形状有关地预先计算出不同的剂量份额。这是有利的是，因为正是在这些目标点中由于要保护的体积和/或目标体积中的至少一个的位置变化或形状变化而通常出现错误的剂量。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。

根据本发明确定的强度、特别是粒子数量有利地形成这样的数据记录，该数据记录优选适合用来控制用于在连续的或不连续的过程中利用射线照射目标体积的照射设备。

用于在不同深度中的各个目标点的剂量份额数据记录可以普遍地存在，从而不必每次都进行计算并且此外可以利用普遍的配方描述所有目标点的剂量份额。

所产生的数据记录优选地可以用作控制数据记录，该控制数据记录可用于特别是在对通行施用期间控制用于照射的装置。数据记录此外可以定义目标点的坐标或者说x和y位置以及粒子能量或相应的z位置。这些坐标也可以基于成像方法、特别是当前的X线断层摄影技术的数据而相应地匹配。

再一次要强调的是，剂量份额数据记录特别是也可以包括在目标体积之外的剂量份额。

除了对人员或动物进行照射之外，总的来说对有机材料、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。

所述目的同样也通过一种用于照射目标体积的方法来实现，其中，为目标点确定强度，应该利用一条射线依次接近这些目标点，该方法具有以下步骤：检测要保护的体积，在该要保护的体积中，通过照射目标体积产生的剂量不应该超过预定的最大值；为目标点这样确定强度，使得在要保护的体积之内，所产生的剂量不超过预定的最大值，其中为了确定强度而使用剂量份额数据记录，该剂量份额数据记录对于目标点包括通过使射线以预定的强度对准目标点之一而在其它地点产生的剂量。

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；特别是也存在于计划方法的优选设计方案之一中。特别地，照射方法可以包括产生用于控制装置的数据记录。数据记录例如可以写在数据载体上，以便随后为了控制装置从该数据载体读取。在一个特别的实施方式中，产生和控制的步骤对于每次通行、特别是对于分级照射的每个部分进行重复。

此外，所述目的通过一种用于照射目标体积的装置来实现，该装置包括：射线源和用于控制该装置的控制系统，其中，所述装置设计成用于借助控制系统为目标点确定强度，应该利用一条射线依次接近这些目标点；并且所述装置设计成用于检测要保护的体积，在该要保护的体积中，通过照射目标体积产生的剂量不应该超过预定的最大值；所述装置设计成用于为目标点这样确定强度，使得在要保护的体积之内，所产生的剂量不超过预定的最大值；其中为了确定强度而使用剂量份额数据记录，该剂量份额数据记录对于目标点包括通过使射线以预定的强度对准目标点之一而在其它地点产生的剂量。

这样一种照射装置包括一射线源，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，则照射装置也包括扫描装置，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。

优选地，该用于照射的装置设计成用于实施上述的方法之一；特别也于在方法的优选设计方案之一中。

所述目的同样通过一种用来控制用于照射目标体积的装置的控制系统来实现，其中，装置借助控制系统设计成用于为目标点确定强度，应该利用一条射线依次接近这些目标点；用于检测要保护的体积，在该要保护的体积中，通过照射目标体积产生的剂量不应该超过预定的最大值；用于为目标点这样确定强度，使得在要保护的体积之内，所产生的剂量不超过预定的最大值；其中为了确定强度而使用剂量份额数据记录，该剂量份额数据记录对于目标点包括通过使射线以预定的强度对准目标点之一而在其它地点产生的剂量。

与照射装置不同，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员或动物进行照射的照射装置，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装置的参数、例如扫描仪位置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。因此，控制系统可以具有用于接收成像设备、例如X线断层摄影仪的图像的输入端。

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配、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装置之一；特别是也在于照射装置的优选设计方案之一中。控制系统特别是设计成用于在根据本发明的装置上控制根据本发明的方法。

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、用于控制照射装置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。

原则上本发明还涉及一种用来确定用于在扫描方法中照射预定的目标体积的照射设备的控制参数的方法和装置。

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，其具有用于实施或控制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，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以计算机硬件的形式存储的程序编码，当该计算机程序产品在计算机、计量器或处理器上运行时。

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。

附图说明

下面参照附图详细阐述实施例。图中：

图1示出照射设备的示意图；

图2示出装置的示意图，这些装置可用于照射计划、用于产生数据记录或用于控制照射；

图3示出目标点、目标体积和要保护的体积的示意图；

图4示出目标点、目标体积和要保护的体积的示意图；

图5示出目标点、目标体积和要保护的体积的示意图；

图6示出目标点、目标体积和要保护的体积的示意图；

图7示出用于产生数据记录和用于控制设备的方法的示意性的流程图。

图8示出可能设计的方法步骤的列举。

具体实施方式

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身体、特别是身体中的得肿瘤病的组织的任意设备的实例。作为粒子主要使用离子，例如质子、π介子、氦离子、碳离子、氖离子等。

通常在粒子源11中产生这样的粒子。当如在图1中所示地存在两个产生两种不同的离子类型的粒子源11时，可以在这两个离子类型之间在短的时间间隔之内进行转换。为此例如使用一个电磁开关12，该电磁开关设置在一方面离子源11和另一方面预加速器13之间。

由这些离子源11或其中一个离子源产生的并且必要时利用电磁开关12选出的离子在预加速器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“固定光束”室中)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示出这样的装置的示意图，所述装置可以在照射计划时用于产生数据记录，该数据记录限定在身体中的目标体积中的粒子数量以及可选地还有目标点的坐标，并且所述装置可以用在控制照射设备中，如其例如在上面根据图1所示地那样。

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或观察或者说评估目标体积、要施用的剂量、该剂量到多个部分上的分配、照射方向以及粒子治疗的其它细节，如果预先定义了说明；必要时可以匹配它们。

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＝正电子发射断层摄影)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/或距离传感器(未示出)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中的目标体积和要保护的体积的位置、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完成对身体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外部进行。

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至6分别示出一个要照射的身体的截面的局部的示意图。通过不同直径的小的圆分别示出布置在栅格中的栅格点或者说目标点71和体素73。目标点71和体素73可以分别布置在立方体形的、直角的、六角形的或其它的栅格中。目标点的栅格在图3至6所示的实例中仅在一个包括要照射的区域、然而不包括整个身体的空间范围中延伸。体素73的栅格通常在整个身体上或在至少一个完整的身体部分上延伸。然而在概况图和可清晰识别性的意义上，体素的栅格仅仅在图3和4中并且在那里仅仅在目标点71的栅格之外示出。

可以使粒子射线对准每个目标点71。通过在单位时间内流动的粒子的数量和粒子射线对准目标点71所持续的时间间隔的长度对于目标点71限定粒子数量。在图3至6中的空圆表示粒子射线没有对准的或者仅用很小的粒子数量占据的目标点71。填满的圆表示利用大的粒子数量占据的目标点71。

在图3至6中分别示出目标体积的内部区域51的作为从左上方向右下方加阴影线的面部分。内部区域51由安全边框52围绕。目标体积的一个内部区域51和一个安全边框52共同地形成各一个目标体积53，或者也称为计划目标体积。要保护的器官61分别作为从左下方向右上方加阴影线的面示出。每个要保护的器官61由一个安全边框62围绕。一个要保护的器官61和一个围绕该器官的安全边框62分别共同形成一个要保护的体积63。在图3至6中示出等剂量线(Isodosen)80，这些等剂量线在这里围住具有等于最大剂量95％的剂量的区域。

图3和4分别示出一个在目标体积53和要保护的体积63的两个不同的相对空间布置中垂直于粒子射线方向的截面。在图3中，目标体积53和要保护的体积63彼此在空间上间隔开。在图4中，在计划目标体积53的内部区域51和要保护的器官61之间的间距这样减小，使得目标体积53和要保护的体积63不再间隔开、而是部分地重叠。

图5和6分别示出一个平行于粒子射线的方向的截面，其中粒子射线在图5和6的视图中水平地从左侧射入。目标体积53和要保护的体积63在图5和6所示的两个情形中彼此在空间上间隔开。然而要保护的体积63在图6所示的情形中与图5所示的情形相比相对于目标体积63垂直于粒子射线的方向竖直向上移动。

在图5和6所示的截面中，粒子射线的密度和有效范围是不均匀的。特别地，在计划目标体积的内部区域51之内的有效范围高于在其之外的有效范围。通过围绕内部区域51的安全边框52，应该考虑内部区域51的增大或移位的可能性。相应地在假定整个目标体积53具有内部区域51的密度的情况下，为在目标体积53之内的所有目标点71确定粒子能量。如果在安全边框52之内的密度实际上不是等于内部区域51的密度，而是等于周围环境的较小的密度，则在目标体积53后方远处的范围获得高剂量。这可在等剂量线80处看出。这可能在图6所示的情形中导致在要保护的体积63中的不期望的剂量。

可看出，通过仅这样增大安全边框52、62使得立刻覆盖从图3或图5所示的情形向图4或图6所示的情形的发展，不可能有解决方案或者不可能有令人满意的解决方案。然而如下面参照图7详细说明地，基于对要保护的体积的当前检测和在使用剂量份额数据记录的情况下确定粒子数量适合于在上面根据图3至6示出的和很多其它的情形中也同时确保对目标体积的足够照射和对要保护的体积的足够保护。在图4和6所示的情形中，方法的结果是粒子射线不再或者仅以减少的粒子数量对准各单个的目标点71。

图7示出一种用于产生数据记录和用于控制设备的方法的示意性的流程图。尽管该方法也可在其它设备中并且利用其它装置以及在与上面根据图1至6所示情形不同的情形中应用，然而下面为了更简单的理解而示例性地使用图1至6中的附图标记。

在第一步骤101中，在多个通行、例如部分中制订用于照射的照射计划。在第二步骤102中制订剂量份额数据记录。剂量份额数据记录对于每个目标点71和对于每个体素73包括由使粒子射线20以预定数量的粒子对准选出的目标点71而在所有体素上产生的剂量份额。在n_TP目标点和n_v体素中，剂量份额数据记录例如可作为带有n_TP行和n_v列的矩阵显示。

在第三步骤103中，检测要保护的体积53，例如以X线断层摄影术方式。在此可以同时检测目标体积。

在第四步骤104中，使剂量份额数据记录匹配于在第三步骤103中检测的当前情况。替代地，重新制订剂量份额数据记录。在最简单的情况下，特别是当没有或仅有很小的变化时，可不改变地接收在第二步骤102中制订的剂量份额数据记录或另一个剂量份额数据记录。

在可选的第五步骤中，检测在一个或多个已经被施用的部分中累积的预剂量。这例如通过基于在此分别实际存在的情况和测得的对照射设备的调节对已经过去的部分的数字模拟来实现。或者，已经在照射期间例如通过正电子发射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个部分中施用的剂量。

在第六步骤106中为每个目标点71确定一个粒子数量。粒子数量基于在第三步骤103中检测的当前情况、特别是要保护的体积和目标体积的位置、大小和形状来确定。代替粒子数量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。

可选地，在此也可以考虑未来的变化。未来的变化可以通过对已经观测的变化进行外推来估计。目标体积53的、在后来的部分中可能接近于要保护的体积63的或出于其它原因不再能够在没有对要保护的体积的过量剂量负载的情况下照射的区域例如便可以已经利用下一个部分获得提高的或明显提高的剂量。

粒子数量在使用在第二步骤102中制订的并且可选地在第四步骤104中匹配的或重新制订的剂量份额数据记录的情况下确定。例如，对粒子数量在使用剂量份额数据记录的情况下迭代地进行优化，使得尽可能在整个目标体积之内达到开具的剂量并且尽可能在整个要保护的体积之内不超过剂量上限。优化可以根据需要这样进行，使得在计划目标体积之内或者特别在计划目标体积的内部区域之内，尽可能完全达到开具的剂量并且在一个或多个危及器官之内尽可能不超过相配的剂量上限。

在确定粒子数量时，还可以可选地考虑在第五步骤105中检测的预剂量。在未来的部分中要施用的剂量由开具的或者说总共要通过所有部分施用的剂量与在已经过去的部分中实际上(计算或测量地)施用的剂量的差得出。在粒子数量涉及的下一部分中，要施用的剂量在最简单的情况下是在所有未来的部分中还要施用的剂量与所有未来的部分的数量的商。在利用分别预定的总剂量从不同方向照射时，可以单独地对于每个方向进行这种计算。

为了爱护要保护的体积，在根据图4的情况中将落入重叠部中的栅格点71设定为不活跃的，以便使其强烈地用剂量占据地在区域中减小，参见等剂量线的降低。然而肿瘤体积一如既往地不再以剂量覆盖目标体积的安全边框。

在根据图5的情况下，栅格点的不活跃性也导致利用高剂量占据的区域的减小，参见等剂量线；这也导致对危及结构的爱护。

在第七步骤107中，将在第六步骤106中确定的粒子数量写入数据记录中、特别控制数据记录中。在此可同时写入各目标点71的坐标。

在第八步骤108中读取在第七步骤107中写入数据记录中的数据。将读取的数据在第九步骤109中用于通过控制装置46来控制照射设备10。

优选在每一个通行、特别是部分之前或期间重复第三步骤103、第四步骤104、第五步骤105、第六步骤106、第七步骤107、第八步骤108和第九步骤109。

图8示出设计的方法步骤的列举如下：

—在多个通行中进行照射；

—检测要保护的体积和/或目标体积的变化；

—栅格扫描；

—跟踪目标点；

—考虑用于确定强度、特别是粒子数量的预剂量；

—在第一通行之前制订剂量份额数据记录；

—在检测之后修正剂量份额数据记录；

—在考虑一个目标体积或目标体积之一和一个要保护的体积或多个要保护的体积的位置和/或形状的变化的情况下改变照射计划；特别是在相对的位置变化的情况下；

—在检测之后重新制订剂量份额数据记录；

—为目标体积配设安全边框；

—为要保护的体积配设安全边框；

—不接近目标体积的安全边框与要保护的体积的安全边框的重叠部。

特别是可以概括地说，单个的栅格点的剂量份额在体积元上也在目标体积之外在照射计划时已经被预先计算。因此可以根据当前的人体结构确定，当对当前的目标体积进行照射时，与照射计划相比危及结构是否被加载附加的剂量。在此可以实施对当前有效范围的重新计算，特别是在日常基础上。对于当前的照射，“修整处理”在没有本发明的情况下用不可接受的剂量在危及结构中被占据的栅格点，也就是说，不照射或仅利用降低的强度、特别是降低的粒子数量照射这些栅格点。

特别是利用扫描的粒子射线的、所示出的适配的照射也可以实施这样的照射计划，在这些照射计划中常规地、例如日常地，对危及结构的爱护具有高的优先权。

根据本发明可能的是，提高用于目标体积的计划的剂量，即使当对危及结构的可能的过剂量可能值得期待时。

为了避免在没有本发明的情况下对危及结构的过剂量，照射必须以较小的剂量或较小的安全边框来进行。

所描述的实施例不仅适合于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、有机的或无机的物质、病人的或需要治疗的动物的身体、模型、材料样本或装置无关。

附图标记列表

10 照射设备

11 粒子源

12 电磁开关

13 预加速器

15 加速器

17 高能射线输送系统

19 照射室

20 粒子射线

21 机架

22 机架21的轴线

31 X线断层摄影仪

32 PET照相机

37 身体

38 支承面

41 用于制订数据记录的装置

42 用于确定运动参数的装置

46 用于设备10的控制装置

47 控制导线

51 内部区域

52 安全边框

53 目标体积/计划目标体积

61 要保护的器官/内部区域

62 安全边框

63 目标体积/计划目标体积

71 目标点

73 体素

80 等剂量线

101 第一步骤

102 第二步骤

103 第三步骤

104 第四步骤

105 第五步骤

106 第六步骤

107 第七步骤

108 第八步骤

109 第九步骤

Claims

1.用于计划照射目标体积(53)的方法，其中为目标点(70)确定强度，应该用一条射线(20)依次地接近这些目标点，所述方法具有以下步骤：

检测(103)要保护的体积(63)，在该要保护的体积中，通过照射目标体积(53)产生的剂量不应该超过预定的最大值；

为目标点(70)这样确定(106)强度，使得在要保护的体积(63)内部，产生的剂量在按照计划的照射时不超过预定的最大值，

其中为了确定强度而使用剂量份额数据记录，该剂量份额数据记录对于各目标点(70)包括通过使射线(20)在按照计划的照射时以预定的强度对准目标点(70)之一而在其它地点(73)产生的剂量。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述计划规定在多次通行中、特别是在多个部分中的照射。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在检测(103)要保护的体积时，检测至少或者要保护的体积(63)或者目标体积(53)相对于原始照射计划或相对于在先通行的位置、大小和形状的变化。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，计划从利用栅格扫描接近目标点(70)出发。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，计划规定对目标点(70)跟踪要照射的结构(53)。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在第一通行之前制订(102)剂量份额数据记录。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在检测(103)要保护的体积(63)之后和特别是在确定(106)强度之前基于成像方法修正剂量份额数据记录。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在检测(103)要保护的体积之后和特别是在确定(106)强度之前基于成像方法重新制订剂量份额数据记录。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，为了改变计划，考虑目标体积的或要保护的体积的变化、特别是包括目标体积相对于要保护的体积的位置变化在内的变化。

10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，目标体积(53)包括内部区域(51)和围绕该内部区域(51)的安全边框(52)，并且这样确定(106)强度，使得在按照计划的照射时在目标体积(53)的内部区域(51)之内累积的剂量具有预定的最小值。

11.根据前述权利要求所述的方法，其中，要保护的体积(63)包括内部区域(61)和围绕该内部区域(61)的安全边框(62)，并且此外这样确定(106)强度，使得在按照计划的照射时在要保护的体积的内部区域(61)之内累积的剂量不超过预定的最大值。

12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，这样产生强度，使得射线(20)在按照计划的照射时不对准在目标体积(53)和要保护的体积(63)的重叠部之内的目标点(70)、特别是不对准目标体积(53)的安全边框(52)和要保护的体积(63)的安全边框(62)的重叠部。

13.用于照射目标体积(53)的方法，其中，为目标点(70)确定强度，应该利用一条射线(20)依次接近这些目标点，所述方法具有以下步骤：

为目标点(70)这样确定(106)强度，使得在要保护的体积(63)之内，所产生的剂量不超过预定的最大值，

其中为确定强度而使用剂量份额数据记录，所述剂量份额数据记录对于目标点(70)包括通过使射线(20)以预定的强度对准目标点(70)之一而在其它地点(73)产生的剂量。

14.根据权利要求13所述的方法，包括根据权利要求1至12中任一项所述的用于计划照射的方法。

15.用于照射目标体积(53)的装置(10)，包括：

射线源(11)和用于控制所述装置(10)的控制系统(41、42、46、47)，

其中，所述装置(41、42、46、47)设计成用于借助控制系统为目标点(70)确定强度，利用一条射线(20)依次接近这些目标点，

并且所述装置设计成用于检测要保护的体积(63)，在该要保护的体积中，通过照射目标体积(53)产生的剂量不应超过预定的最大值；

所述装置设计成用于为目标点(70)这样确定强度，使得在要保护的体积(63)之内，所产生的剂量不超过预定的最大值；其中，

为了确定强度而应用剂量份额数据记录，所述剂量份额数据记录对于各目标点(70)包括通过使射线(20)以预定的强度对准目标点(70)之一而在其它地点(73)产生的剂量。

16.根据权利要求15所述的装置(10)，设计成用于实施根据权利要求1至11中任一项所述的用于计划照射的方法。

17.根据权利要求15或16所述的装置(10)，设计成用于实施根据权利要求13或14中任一项所述的用于照射的方法。

18.用来控制用于照射目标体积(53)的装置(10)的控制系统(41、42、46、47)，其中，所述装置(10)设计成用于借助控制系统(41、42、46、47)：

为目标点(70)确定强度，应该利用一条射线(20)依次接近这些目标点；

检测要保护的体积(63)，在该要保护的体积中，通过照射目标体积(53)产生的剂量不应该超过预定的最大值；

为目标点(70)这样确定强度，使得在要保护的体积(63)之内，所产生的剂量不超过预定的最大值；其中，

为确定强度而使用剂量份额数据记录，所述剂量份额数据记录对于各目标点(70)包括通过使射线(20)以预定的强度对准目标点(70)之一而在其它地点(73)产生的剂量。

19.根据权利要求18所述的控制系统(41、42、46、47)，用于控制根据权利要求15至17中任一项所述的装置(10)。