CN102725028A - 照射方法和执行所述方法的设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于照射物体（34）的设备（1）的控制方法。物体（34）具有至少一个待照射的目标体积（14、20）以及至少一个待保护的体积（10、16、17、21）。对于待保护的体积（10、16、17、21）限定至少一个信号剂量值（30、31）。在照射（43）物体（34）期间，确定（44）在待保护的体积（10、16、17、21）内引入的剂量，且只要在待保护的体积（10、16、17、21）的至少一个点（25）内所引入的剂量上超至少一个信号剂量值（30、31），则输出（47、48）信号。

Description

照射方法和执行所述方法的设备

技术领域

本发明涉及用于照射物体的设备的控制方法，其中物体具有至少一个待照射的目标体积以及至少一个待保护的体积。本发明此外涉及用于控制用于照射物体的照射设备的控制设备，以及用于照射物体的照射设备。

背景技术

目前在不同的技术领域中执行物体的照射。根据具体使用要求，在此也使用不同的照射方法以及不同的照射类型。

因此，在许多技术领域中要求平面地且尽可能均匀地照射物体。

在另外的技术领域中则要求将待照射物体的一定的部分以一定的、通常特别高的剂量照射，而将物体的剩余部分应仅很少照射或不照射。对此，其例子例如为通过使用电磁辐射（部分地直至X光范围内）以及成像掩膜进行的微处理器的结构化。

在另一个技术领域中，照射的剂量分配并非仅在二维平面内被结构化，而是在所有三个空间维度上都被结构化。如需要，也可使三维结构化的照射时变地进行（所谓的四维结构化照射）。以此照射方法，可在位于待照射的物体内的一定的体积区域内引入一定的相对高的剂量。物体的包围了待照射的目标体积的区域则可施加以相对低的剂量。对于此类物体处理的示例例如是材料科学中的高度集成部件（特别是微处理器和存储器芯片）的制造以及纳米结构机械的制造。

其中使用此类三维或四维照射方法的另外的技术领域是医疗技术领域。在医疗技术领域中，也要求以尽可能高的剂量照射体内的一定的体积区域，例如肿瘤，而其周围的物质应被尽可能低剂量地照射或优选地根本不被照射。如果周围组织是这样的组织，诸如一个或多个危及器官（专业术语称为危及器官，OAR“Organ at risk”），这一点在特别的程度上成立。此类危及组织例如可能是脊髓、主血管（例如主动脉）或神经节。

在待照射物体的“深度内”的此类希望的选择性照射例如可通过如下方式实现，即使得照射从不同的方向进行，其中来自不同方向的全部射线在待照射的物体的一定的点或一定的目标区域内相交。为此，在指向不同的射线的相交点中出现了高的总剂量，而在此相交点之外，则剂量相对低。

为在物体的“深度内”实现此类选择性照射的另一个做法是选择一定的照射类型，该照射类型在通过材料时具有能量损失特征，所述能量损失特征具有尽可能独特的峰值。在此，特别提到的是质子、离子和重离子。它们在通过材料时最初具有相对低的每长度单位能量损失，使得在此处沉积的射线剂量相对低。射线能量的主要部分分布在所谓的布拉格（Bragg）峰内，使得在该处引入到待照射的物体中的剂量很高。以此，可在待照射的物体的“中间”实现相对清晰描绘的目标点。此类目标点的尺寸（或一定的体积元，专业术语称为所谓“体素”）例如可位于仅1mm³的区域内。带有一定的轮廓的待照射的目标体积例如可通过扫描方法，优选地通过所谓的栅格扫描方法而被选择地照射。在此，目标体积可分为所谓的栅格点。粒子束（考虑到布拉格峰）在此相继地在待照射的目标体积上被引导。在XY平面内（所谓的等能面）内的偏转可通过能够使粒子束侧向偏转的扫描磁体执行。深度的变化通过改变粒子束的能量执行，且因此通过布拉格峰的再定位实现。在“经典”扫描方法中，粒子束基本上连续地在目标体积上驶过，而在栅格扫描方法中，粒子束分别偏转到栅格点或体素，在所述栅格点或体素处粒子束保持一定的时间。只要在所述及的体素内已引入一定的剂量，则控制到下一个体素。

即使在使用重离子时可将引入到物体内的剂量相当好地限制在一定的体积区域内，在此也不可避免使得特别地沿粒子束位于目标点之前或之后的且本身不应被照射的材料受到一定的剂量。特别是对于位于待照射的目标区域之前的区域是这样。

目前可使用的照射方法在照射方案中通常包括风险器官的保护。但在照射期间出现的运动的影响经常只能被不充分地预测。在运动影响的情况下对于在目标体积内和/或特别地在风险器官内的实际的剂量沉积的评估因此通常仅可在事后实现。干预仅可关于可能的下一个部分进行。但这是有问题的，特别是如果肿瘤位于危及组织区域内（例如，位于诸如肺或心脏的器官内），或危及组织紧靠肿瘤附近时。因为虽然在“正常”组织情况下可以考虑一定的不需要的组织破坏，而在此类危及组织（OAR）的情况中应尽可能避免对于危及组织的损伤。在过去这经常导致使得此类处在危及组织内或附近的肿瘤不能被处理或，在最好的情况下可被处理但带有强的副作用。

特别存在问题的是照射敏感的材料区域内或附近的目标体积，例如照射危及组织内或附近的肿瘤，特别是当所涉及的物体运动时特别是在自身运动时。在此，围绕待照射的目标体积的材料可能不仅平移地运动，而且特别地旋转和/或变形地运动。这导致例如在关于目标体积或待保护的体积的射线位置改变时（由于扫描方法，但也取决于射线入射方向改变，例如在使用机架时），围绕目标体积的材料例如通过在入射粒子束的区域内的“自身”运动可能被照射到，特别地可能与预先给定的照射方案中所考虑的情况不同地被照射到。这可能导致对于所涉及的组织（所涉及的材料）的相应的损伤，如果所述所涉及的组织特别地是应保护的组织（例如，OAR），则此损伤是特别地成问题的。

发明内容

因此，本发明的任务是建议用于照射物体的设备的控制方法，所述控制方法相对于目前的方法得以改进。此外，本发明的任务是建议相对于现有技术改进的用于控制用于照射物体的照射设备的控制设备，或建议相对于现有技术改进的用于照射物体的照射设备。

本发明解决了所述任务。所述任务通过根据本发明的独立的权利要求的特征的方法以及控制设备和照射设备解决。

建议了用于照射物体的设备的控制方法，其中物体具有至少一个待照射的目标体积以及至少一个待保护的体积，且其中对于待保护的体积限定至少一个信号剂量值，且其中在照射物体期间，确定在待保护的体积内引入的剂量，且只要在待保护的体积的至少一个点内所引入的剂量上超至少一个信号剂量值，则输出信号。待保护的体积可基本上是待照射的物体的位于待照射的目标区域之外的任意的体积区域。特别地，为可保证在待照射的目标体积内（特别是在其边缘上）的足够高的剂量，也可以的是将待保护的体积理解为位于所谓的安全边框外的体积，其中安全边框表示了带有限定的厚度的层，所述层围绕待照射的目标体积设置。此外，待保护的体积也可以是物体的如下体积区域，即所述体积区域对于照射具有特别高的敏感性，和/或由于其他原因（例如，因为在相应的体积区域内存在特别关键的元件）而应尽可能被保护不受照射。当然，也可以的是存在如果可能相互分开的多个（例如，两个、三个、四个、五个或更多的）待照射的目标体积和/或待保护的体积。补充地或替代地，在多个待保护的体积的情况中，两个、一定的部分或全部待保护的体积具有不同的信号剂量值。以此方式，照射过程可特别好地也用于复杂的结构。特别地，以此可特别地在很大程度上保证对于敏感的体积区域的保护，例如保护OAR，同时最可能地照射待照射的体积。

在此类照射中，可特别地涉及粒子束，所述粒子束优选地在垂直于照射方向走向的一个、两个或多个方向上具有相对小的扩展。特别优选地，可涉及针状尖锐的射线。虽然通常优选的是使粒子束是“单纯类型”的粒子束，特别是带有离子类型，例如碳离子的粒子束，但也可构思的是，组成包括两种或多种不同类型的粒子的混合物的粒子束。粒子可特别地考虑光子、轻子和/或强子。特别地，可涉及π介子、电子、正电子、质子、离子和/或重离子。重离子通常理解为核电荷数≥3和/或核质量数≥5的离子。在全部射线中，可使得所述射线至少有时和/或至少部分地至少准连续地释放（因此，至少在一定的持续时间内具有基本上保持相同的射线强度）。但也可构思的是至少有时和/或至少部分地通过使用至少一个强度调制的射线进行照射。此外，这可不仅涉及具有不等于零的静止质量的离子的粒子束，而且特别地涉及具有光子的粒子束。在此方面，应特别地提及强度调制的光子束的可能性（所述强度调制的光子束例如可用于强度调制的光子治疗，即所谓的IMRT-intensity modulated radiation therapy）。

待照射的物体基本上可以是任意的物体，特别是如工件，所述工件例如可至少部分地由半导体材料制成。也可以的是，工件是所谓的“假体”，所述假体在医疗技术设备中用于模拟技术设备对于患者的影响。此类假体不仅用于开发医疗设备，特别是照射设备，而且特别地用于检验或更新医疗设备的标定，和/或保证设备的正确的功能。例如，此类假体可每天在处理日开始时使用，以能够根据可能性排除由于功能失效的设备导致的受伤或死亡。假体此外可用于验证照射方案。当然，物体也可以是动物、人员或一般地是生物组织。特别地，在人员和/或动物的情况中，待保护的体积可以是正常组织和/或危及组织（例如，脊髓），或是器官（特别是所谓的OAR（Orgen atrisk），例如肺或心脏）。待照射的目标体积特别地可以是肿瘤。使用所建议的方法，特别地可连续地，也就是特别也在处理期间，特别在照射期间，优选地基本上在整个处理期间控制、特别是监测、且如必须可改变引入到待保护的体积（多个体积）内的剂量。特别地优选地，引入到待保护的体积（多个体积）内的剂量的监测至少有时和/或至少局部地也可分辨位置。以此，方法可保证特别好的安全性。特别地，只要达到或逼近达到信号剂量值，则可在每个时刻采取相应的合适的措施，例如改变照射参数，例如粒子束的强度，至少在待照射的体积和/或待保护的体积的特定区域内剂量沉积时。以此，可最大程度上实行患者保护，特别是关于其危及组织的保护。在现有技术中，在经过处理步骤之后进行对于引入到待保护的体积内的剂量的检验-如果的确存在检验（因此，例如在扫描方法的情况中，仅在完全扫描过待保护的体积后检验）。特别地，在满足多个不利的边界条件时，此时刻可能明显过迟，使得例如可能已部分地过大地超过了关键的信号剂量值。与此已知的方法相反，本发明所建议的方法因此具有通常明显更高的安全性。

特别地，可使用本方法在照射期间在线地对于由于运动导致的剂量沉积的改变进行反应。因此，可预防上超待保护的结构内特别是待保护的体积内的剂量极限值。

至少一个信号剂量值可特别地是警告剂量值和/或不应上超的最大剂量。警告剂量值可特别地是不必须立即采取决定性措施的值。作为替代，在此类警告剂量值时，通常仍可在其他方面做出反应，因为仍可引入一定的附加的剂量，而不出现严重情况。例如，在达到警告剂量值时，还可对于随后的照射进行合适的改变。而不应上超的最大剂量则可以是绝对不可上超的值，因为否则可导致严重的后果，例如严重的伤害。当然，也可以的是提供多个信号剂量值，特别地也提供多个警告剂量值（其中，特别地这一点也可适用于同一个体积区域），使得基于与之相关联的危险潜在性可采取不同的各合适的措施。当然，特别地在存在多个不同的关键体积时，也可限定不同的信号值或信号值的不同的组。应指出的是，相应的信号剂量值不必须是固定的数字（例如，5Gy等）。而是，信号剂量值也可例如从所谓的剂量体积直方图（DVH）获取。此类DVH基于如下认识，即对于平面地照射待保护的体积的情况，与其中待保护的体积仅在相对小的部分区域内（特别地逐点地）施加射线的情况相比，前者允许更低的极限剂量。

特别地，该方法可执行为使得输出的信号导致照射过程的终止和/或照射过程的中断和/或导致仍应执行的照射过程的至少部分的改变，例如特别地降低在待照射的目标体积的至少部分内和/或待保护的体积的至少部分内应引入的剂量。照射过程的中断特别地理解为一定的时间暂停，例如可特别地为在秒、分、小时、日、周或月的宽范围内的暂停。该时间例如可在治疗肿瘤时用于患者的在此期间的恢复，或也用于重新匹配用以执行照射的设备。例如，中间时间可用于重新制订或合适地匹配照射方案，重新将患者定向，和/或调节机架。也可以的是连续地执行方法，且在运行中的照射期间，例如在线地重新计算和/或匹配照射方案，或在运行中的照射期间将患者相对于粒子束重新调整（例如，通过重新安置患者，和/或通过机架的运动）。如果值达到或甚至上超了不应上超的最大剂量，则照射过程的终止可能是特别有意义的。温和的应对措施（例如，仍应执行的照射过程的至少部分的改变，和/或照射过程的中断和随后的再次开始）仅在达到或上超警告剂量值时是特别有意义的。当然，除改变照射方案或改变射线的入射方向外，也触发另外的措施，例如所谓的“门控”，例如周期地接通/关断粒子束，和/或以改变的粒子束参数进行所谓的“再扫描”。

有利的是，所引入的剂量至少有时和/或至少部分地是施加的剂量和/或沉积的剂量。施加的剂量通常通过测量实际执行的照射（例如，在粒子束的情况中通过如下方式进行，即测定射线，例如通过测定射线位置和/或射线强度和/或射线能量），且通过至少部分地使用这些测量值计算施加的剂量。由此，在确定施加的剂量时，通常引入测量值，而其中引入的剂量通常不可直接地在待照射的物体内确定，而是仅可间接地确定。而对于所沉积的剂量，通常在待照射的物体内特别是在目标体积内和/或待保护的体积内引入的剂量可直接确定，为此例如可使用植入式检测器，或也可使用外部检测器（即，非植入式检测器），例如所谓的PET（PET代表光子发射断层成像）。当然，也可以通过使用照射设备的控制数据等至少有时和/或至少部分地确定引入的剂量，例如通过在运动的物体特别是运动的目标体积和/或待保护的体积的情况中的运动测量来支持。

当至少部分地和/或至少有时通过使用至少一个在所涉及的体积内和/或至少一个在射线上测量的测量值，确定引入到待保护的体积内的剂量，和/或确定引入到待照射的目标体积内的剂量时，其中在射线上测量的测量值特别地是射线位置，射线大小，射线形状，射线强度和/或射线能量，可以特别地有利地执行该方法。通过（至少部分地）使用此类实际测量值，可再次提高方法的精确性。射线强度可特别地是所谓的集成射线强度。在确定所涉及的体积内的测量值时，可通过任意的方式使用植入式测量设备和/或非植入式的测量设备（例如，光子发射断层成像-PET）。

此外，当待照射的物体至少有时和/或至少局部地运动，特别是至少有时和/或至少局部地本身运动时，有利地使用该方法，其中特别地待照射的目标体积和/或待保护的体积至少有时和/或至少局部地运动，特别是至少有时和/或至少局部地相对彼此运动。运动在此不仅理解为平移运动，特别地也理解为所涉及的体积区域和/或如可能位于其间的体积区域的旋转运动和/或延伸运动。此类运动的体积对于照射方法或照射设备提出了特别的要求，其中由于所建议的方法，可实现对于待照射的物体的特别高的保护（例如，对于患者的保护，如需要包括对于患者的特别地需要保护的组织区域的保护，特别是包括其OAR）。在照射患者的肿瘤的情况中，此类情况例如可在肿瘤位于肺的区域、心脏的区域和/或肠的区域内（或分别在其附近）时发生。如果纯示例性照射位于肺内的肿瘤（或另外的所谓CTV，即临床靶区，clinical target volume），则所述肿瘤不仅运动，而且肿瘤此外位于脊髓附近，以及位于运动的纵膈附近，且可能地也位于运动的心脏附近，其中脊髓、纵膈和心脏是特别地关键的且因此特别地应被保护的组织或器官。

此外可以将所述方法执行为使得至少有时和/或至少局部地测量待照射的物体的至少部分的位置，特别是通过至少部分地和/或至少有时使用成像方法进行测量。特别地，物体的待测量的部分可以是至少一个待照射的目标体积和/或至少一个待保护的体积。在获知待照射的物体的至少部分的位置时，可一方面更精确地调整照射（特别是在照射过程开始时），且此外如需要可记录且如需要考虑在照射期间出现的待照射的目标体积和/或待保护的体积的运动。对于待照射的物体的至少部分的位置（且因此其运动）的基本上连续的监测（专业术语上称为“运动跟踪”或“肿瘤跟踪”）特别地对于所谓的“运动减缓”方法-在此在专业术语上称为“光束跟踪”方法是特别地有利的。跟踪方法可能地也是另外的方法，例如所谓的“门控”方法。也可构思包括所述方法和可能的另外的方法的组合，例如门控或再扫描。

特别地，当执行运动测量时，有意义的是在实际照射和/或在随后的（部分）照射过程中，考虑测量值和/或由测量值获得的结果。这可例如通过改变的射线引导、改变的扫描、照射方案的匹配等来实现。因此，照射质量如需要可再次甚至明显地改进。

此外，特别有利的是将所述方法执行为使得以扫描过程的形式特别是以栅格扫描过程进行照射。扫描过程通常进行为使得其中引入主剂量的位置至少有时基本上连续改变。在此，一定的中断是可能的，例如从一个“照射行”改变到下一个“照射行”时，和/或改变等能面时。而在栅格扫描过程中，射线通常“突然地”从照射点运动到照射点。在各照射点中，射线通常保持一定的时间，特别是保持直至在所涉及的点内达到一定的（部分）照射剂量。特别地，也可以的是使扫描过程和/或栅格扫描过程至少有时和/或至少局部地强度调制地进行。仅从完整性起见，应注意到也可以的是仅有时和/或仅局部地执行扫描过程和/或栅格扫描过程。

该方法的另外的有利的扩展可在于，所述照射以多个子照射过程的形式进行，特别是以多个部分（Fraktionen）和/或多个再扫描过程的形式进行，和/或通过使用门控方法进行。门控方法通常理解为取决于所测量的或在照射前已知的物体和/或目标体积和/或待保护的体积的运动，调制地接通和关断粒子束。接通和关断例如可在肿瘤（或另外的待照射的体积区域）的运动短时地运动到通过射线匹配可到达的区域外时进行。特别地，门控也指另外的技术，所述技术通过使得治疗射线仅在肿瘤的一定运动状态中（例如，呼气的结束时）接通而避免运动对于照射的影响。

可能导致射线的暂时关闭的所出现的位置（局部）波动可能相对地不常见，特别地当门控方法与跟踪方法组合时。在所谓的再扫描过程中，通常将全部待引入的剂量分为多个子过程，使得肿瘤（待照射的体积）的运动以统计方式平均出。部分（Fraktionen）通常理解为将处理（照射）划分为多个时间上相互相邻的子照射过程。两个子照射过程之间的时间间隔在部分化的照射中通常在小时至日的范围内，但也可为周和/或月。通过划分为多个子照射过程，该方法可特别地在医疗应用领域中经常有效地执行，且如需要也对于患者安全地执行。

此外，建议了用于控制用来照射物体的照射设备的控制设备，所述控制设备设计且设置为至少有时执行前述方法。控制设备以类似的方式具有所述的优点和特征。特别地，可在本描述的意义上（如需要以合适的匹配）将控制设备扩展。控制设备可以以任意的方式涉及其功能性以硬件实现的设备和/或涉及其功能性以软件实现的设备。也可构思混合形式，使得一些功能性以硬件实现而一些功能性以软件实现。在软件实现的情况中，控制设备可包括一个或多个计算机或计算机部件。在此，可特别地涉及个人计算机（PC）、大型计算机、工作站或单板计算机。也可以的是将计算任务分配在多个不同的计算机或计算机部件上。

此外，建议了用于照射物体的照射设备，所述照射设备具有至少一个带有前述结构的控制设备。照射设备也以类似的方式具有前述特征和优点。此外，照射设备能以前述描述的意义扩展。

特别地，也可以的是使照射设备具有至少一个测量设备，特别是至少一个射线测量设备和/或至少一个运动测量设备，其中射线测量设备可特别地形成为射线位置测量设备，射线强度测量设备和/或射线能量测量设备。特别地，射线测量设备可在此至少局部地形成为离子室设备和/或多丝室（Vieldrahtkammern）。此类部件当用于照射物体时通常提高了照射设备的照射精确性。所建议的部件在此通常也对于照射精度的改进具有特别大的影响。离子室设备以及多丝室此外对于为其分配的测量任务是合适的且很方便地（必要时也可商业上）获得。

加速器设备可特别地为粒子加速器，所述粒子加速器例如可具有至少一个直线加速器，至少一个同步加速器和/或至少一个回旋加速器。也可构思所述（和另外的）加速器设备的组合。因此，同步加速器通常具有直线加速器作为预加速器。加速器设备可提供带有为照射目标体积所需的射线参数的粒子束。但加速器设备也可以是带有用于生成射线的激光装置的加速器，或是称为“介质壁（DWA）”的加速器。但根据本发明的方法和根据本发明的照射设备很大程度上不取决于用以提供治疗射线的方法。

附图说明

在下文中根据有利实施例且通过参考附图详细解释本发明。相同的或相似的物体在附图中以相同的附图标号指示。各图为：

图1示出了照射设备的示意性图示；

图2示出了位于患者的肺部区域内的待照射的肿瘤的示意性图示，包括位于附近的危及组织区域；

图3示出了目标体积的目标点和待保护体积的记录点的示意性图示；

图4在第二位置示出了目标体积的目标点和待保护体积的记录点的示意性图示；

图5示出了针状尖锐离子束在运动影响下的不同的剂量输入的示意性图示；

图6示出了体积-剂量图的示例；

图7示出了带有控制元件的照射设备的实施形式的示意性图示；

图8示出了照射方法的流程的示意性图示。

具体实施方式

在图1中图示了照射设备1的实施例的结构的概览，所述照射设备1用于以粒子束8照射身体34的部分区域，例如患者身体34内的肿瘤病变的组织14。作为粒子，可特别地使用离子（通常为阳离子），例如质子、π介子、氦离子、碳离子、氖离子等，以及包括所述的和可能另外的粒子中的两个或多个的混合物。

通常在粒子源2中产生这样的粒子。在图1中图示的照射装置1或称为照射设备1的实施例中提供了两个粒子源2，例如两个EZR离子源，使得可产生两个不同的粒子类型。由此，可在短时间内在这两个粒子类型之间切换。如需要也可以的是产生包括两个粒子类型的混合物，这通过同时驱动两个粒子源2来实现。为能在两个不同的离子类型之间切换，提供了布置在粒子源2和预加速器4之间的切换磁体3。此外，切换磁体3能以如下的模式驱动，在所述模式中，由两个粒子源2产生的粒子同时被引导向预加速器4，使得产生粒子混合物。

由一个或由两个粒子源2产生且如需要以切换磁体3选择的粒子在预加速器4内加速到第一能级。预加速器4例如形成为直线加速器（英语为LINAC，即“LINear ACcelerator”）。在预加速器之后将粒子馈送到加速器环5内，所述加速器环5例如形成为同步加速器或回旋加速器。在加速器5内，将粒子从开始的相对低的第一能级加速到对于照射所要求的高能量的能级。在粒子离开加速器环5后，高能射线传输系统6将粒子束8引导到一个或多个照射空间7。

在加速空间7内，被加速的粒子指向待照射的物体34，特别是指向身体34。所述物体例如可以是躺在台上的患者。根据构造，粒子束8到身体34上的施加从固定的方向（在所谓的“固定束”空间内）或也从不同的方向进行，以此提供了围绕轴线10可旋转运动的可旋转机架9。在照射装置1的本图示的实施例中，在总共三个照射空间7内仅提供一个单独的机架9，因为根据本发明，在多个待执行的治疗中并非一定地需要可旋转机架9。因为可旋转机架9导致明显的成本，所以可由此明显地节约成本。当然，也可以的是无照射空间7、更大数量的照射空间7或全部照射空间7提供有机架9。

此外，在图1中示意了粒子束8，所述粒子束8分别在照射空间7内被释放。

在图2中，作为待照射的身体34的示例，示出了在肺12的高度上通过患者的胸腔11的横截面。在图2中可见两个肺翼13，其中两个肺翼13的一个具有肿瘤14。此肿瘤14表示了待由照射装置1照射的目标体积20。通过照射装置1的照射意味着通过使用足够高的剂量，特别是通过粒子剂量，优选离子剂量，损坏或破坏肿瘤14的区域。

此外，在图2中图示了三个关键结构15、16、17（危及结构，专业术语也称为OAR-“危及器官”）。确切而言，即带有位于其内的脊髓的脊椎17、主动脉16以及纵膈15。

由于患者的呼吸，在治疗过程中导致胸腔11的一定部分的运动。这在图2中通过多个箭头A指示。特别地，肿瘤14以及纵膈15明显运动。这并非一定地意味着脊椎17和/或主动脉16不运动或不可运动。通常，其运动比位于肺翼13上的肿瘤14和纵膈15的情况通常明显更小。

特别地，在软组织的区域内，组织结构的运动不仅限制于平移运动。而是，在此情况中通常也出现旋转运动（转动运动）和/或延伸运动（组织结构的延伸或压缩）。此类运动导致问题的附加复杂化，特别地当此运动附加地至少部分地重叠时。

在图2中，此外绘出了与相应的身体部分14、15、16、17相关的栅格18、19。在肿瘤14的情况中，所述栅格是目标栅格18，所述目标栅格18在栅格扫描治疗的情况中以微粒束18驶过。而在待保护的组织结构15、16、17的情况中，栅格是记录栅格19，以所述记录栅格19记录相应的组织结构15、16、17的（不希望的或应避免的）照射。

在图3和图4中，再次简化地示意性图示了图2中示出的情况。为简化起见，在此在图3和图4中分别仅绘出了待照射的目标体积20的单独的一个以及（特别地）待保护的危及组织21的单独的一个。目标体积的内部区域22在图3和图4中分别通过从左上向右下的阴影线截面图示。内部区域22例如是实际的肿瘤区域14，即实际的病变组织。为以高的安全性完全地破坏肿瘤14，在此通常围绕实际的内部区域22提供所谓的安全边框23，所述安全边框23也施加以高射线剂量。另外，在图3和图4中，以虚线形式绘出了所谓的等剂量线24。在等剂量线24内的区域目前被施加以对应于≥最大剂量的95%的剂量。

此外，在图3和图4中绘出了危及组织区域21。以与目标体积20类似的方式，对于危及组织区域21也给出了内部区域50，所述内部区域50包括实际上待保护的器官组织。为安全性起见，内部区域50也以安全安全边框51包围。内部区域50和安全边框51因此形成了危及组织区域21的体积。在目标体积20内以及在危及组织区域21内分别提供了栅格18、19，所述栅格18、19由有限体积元素25、26的布置形成。相应的栅格18、19通常在三个方向上延伸。各个体积元素25、26在此可基本上以任意方式布置，例如布置为立方形、矩形、六边形或另外的栅格。

在目标体积20的区域内布置了目标栅格18，所述目标栅格18通常由大量目标点25形成。目标点或栅格点25的每个可被粒子束8驶过。为此，粒子束8可通过扫描磁体35、36（在所谓的等能面49内）侧向运动。为可驶过不同的等能面49，在待照射的身体34上给出的粒子束8的能量可通过合适的设备37改变。通过在单位时间内流过的粒子的数量和时间间隔（在该时间间隔内粒子束8指向目标点25）的长度，对于所涉及的目标点25限定了粒子数且因此连同地限定了相应的剂量。在图3和图4中的空心圆圈表示粒子束8不指向或仅以低粒子数施加的目标点25。填充的圆圈表示施加以高的粒子数的目标点25。

在危及组织区域21内提供了记录栅格19。以其形成记录栅格19的有限体积元素26在专业术语上通常称为体素26。与目标点25不同的是，一般地，体素26不可以粒子束8驶过。如果粒子束8出现在通向目标体积20的路径上但被危及组织区域21穿过，则必然地使即使相对低的剂量施加在相应的组织区域内。此剂量负荷关于单独的体素26记录。

在图3和图4中，目标体积20和危及组织区域21相互远离。此类距离改变例如可能由于患者的呼吸运动导致。目标体积20和危及组织区域21直接相互相邻，如在图4中所示，因此通过粒子束8导致的射线沉积很容易在目标区域21内导致过高的且不希望的（可能甚至是关键的或危险的）射线沉积。而根据所建议的方法，通过粒子束8在危及组织区域21的扩展的环境中进行的射线输入（Strahlungseintrag）则对于每个单独的体素26在记录栅格19内被记录。通过求和可确定每个体素26的总的剂量输入（Dosiseintrag）。在图4中图示的示例中，在危及组织区域21和目标体积20之间的过渡区域内射线输入高，使得对于单独的体素26上超了信号值（警告剂量）。这导致在目标栅格18内的单独的目标点25的照射强度降低（可看出，现在单独的目标点25图示为空心圆圈而不再是实心圆圈）。这有效地导致，在图4中图示的待照射的目标体积20的安全边框23的实施例在危及组织区域21的邻域内明显降低。

如果危及组织区域21和目标体积20在患者呼吸的情况中又相互分离地运动，则所涉及的目标点25又可在扫描过程中施加以高剂量，使得再次得到在图3中图示的情况。

在图5中解释了位于目标点25前的体素如何通过入射的粒子束8施加以一定的剂量。虽然在重离子粒子束8中照射能的主要部分在所谓的布拉格峰27内给出，使得实际上剂量施加的主要部分在目标点25内（或在目标体积21内）被释放；但在位于目标点25前的体素26a以及在位于目标点25后的体素26b中（在图5中分别仅绘出了一个单独的位于目标点25后的体素26b）出现了一定的剂量输入。如从图5可知，位于目标点25前的体素26a内的剂量输入通常高于位于目标点25后的体素26b内的剂量输入。

在图5b和图5c中图示了组织截面28的不仅平移运动可如何导致不同的不被粒子束8驶过的体素26获得剂量输入（特别地，见图5b和图5c之间的对比）。在此，图5b表示了未将射线位置与运动匹配的情况（“束跟踪”），而图5c表示了带有“束跟踪”的情况。可以看出，在图5c中，布拉格峰位置又位于与在图5a中相同的体素内。特别地，从图5a中可见，组织截面28的旋转可如何导致完全不同的不施加以粒子束8的体素26获得剂量输入。特别地显见的是，体素26的剂量负荷可改变，即使在使用“束跟踪”时。使用该方法，对于位于目标点25（或目标体积21）之外的每个单个体素26在线地且连续地记录各总剂量，且优选地也记录各累计（kommulierte）进入的总剂量。在超过一定值时（例如，警告剂量值和/或报警剂量值）时采取合适的措施，例如“关断”单个目标点25（见图4，特别地与图3对比）。

在图5b中，粒子束8由于目标体积20/目标点25的运动（例如，呼吸运动）短时地从“实际”计划的目标点25移开。在图5b中，因此产生与体素长度的（短时的）射线偏差。相应地，也照射了不同的体素26和目标点25。在图5c中，“跟踪”方法再次起作用，现在重新照射“实际”计划的目标点25。

在图5b以及图5c中示出的情况（当然，也在图5a中示出的情况）中，检测了对于实际（强度上或多或少）照射的体素26或目标点25的剂量输入。根据图5b的“错误照射”在此可通过合适地修正的射线引导/照射方案在粒子束8的下一次或多个下一次扫描过程中被考虑且优选地被平衡。特别地，“错误照射”的必需的补偿在线地且在同一个照射过程中和/或一个或多个随后的照射过程中进行。

如在图6中图示，信号值（特别地警告值30和/或最大值31）不必作为固定的数值存在。作为替代，也可以的是（且此外也优选的是）使得导致信号输出的剂量值30、31的大小随被照射的体积的大小（例如危及器官的被照射的体积）改变。此类相互关系具有本质上已知的所谓的体积-剂量图（DVH）29的形式。典型的示例在图6中示出。在此，剂量以%为单位沿横轴32绘出，而被照射的相对的和/或待照射的体积部分沿纵轴33绘出。曲线31在此例如称为待照射的目标体积的DVH。曲线30代表待保护的体积允许最大地含有的剂量。因此，曲线30表示待保护的体积的最大值。从最大值可确定警告值。如从DVH可得到，当更高的剂量值限制于相对小的体积区域时，允许该更高的剂量值。但如果所涉及的区域是平面的，特别地基本上完全被照射，则用于触发警告信号（警告值）以及用于触发最大值信号（最大值）的允许的值部分地明显更低。例如，通常也应限定对于危及器官的部分的最大值。40Gy的“V20”最大值例如确定了至少不允许完全地上超带有最高40Gy的剂量负荷的所涉及的危及器官的20%。警告值可例如处在最大值的50%至90%之间。

在图7中再次在示意性图示中图示了在图1中已图示的照射装置1。虽然在图1和图7中涉及相同的照射装置1，但在各示意图中，关注点在于照射装置1的不同的部件。由照射装置1产生的、从加速器环5获取的粒子束8通过高能射线传输系统6提供到处于照射空间7内的待照射的身体34。待照射的身体34在此包括在图2中近似地图示的待照射的身体区域14以及不应照射的身体区域（包括特别敏感的组织结构15、16、17）。如通过箭头A所示，身体34发生运动，特别地发生自身运动（单独的组织区域28的自身的和相互的移动、旋转、延伸和收缩）。

为能够驶过位于待照射的目标体积20的区域内的目标栅格18的全部目标点25（对比图3、图4），首先提供垂直扫描磁体36以及水平扫描磁体35。以所述磁体，可实现粒子束8的工作位置在待照射的身体34的等能面49内的侧向移动（即，在X方向和Y方向上，如果Z表示粒子束8的方向）。粒子束8的工作位置在Z方向上的变化通过在此形成为能量吸收器37的粒子束能量匹配设备37实现。在图7中图示的能量吸收器37包括多个每个形成为楔形的由吸能材料制成的体。在图7中位于上方和下方的楔形分别与楔形块相互连接。通过伺服马达（在此未图示），能量吸收装置37的两个楔形块相互相向或相互背离地移动。根据两个楔形块的相互间的位置，粒子束8经历了通过用以形成楔形块的楔形的吸能材料的不同长度的路程。因此，在粒子束8通过能量吸收装置37时失去了许多能量，使得以能量吸收装置37（在一定的极限内）可快速改变到达身体34上的粒子束8的能量。

在扫描磁体35和36以及能量吸收装置37之间还提供了不同的检测器38，所述检测器38在此部分地形成为气体填充的多丝室，而部分地形成为所谓的离子室。借助于检测器38可确定粒子束38的长度以及粒子束38的能量（在通过能量吸收装置37之前）。与能量吸收装置37的位置信号相关（其中楔形块的位置例如可通过合适的测量装置测量），也可确定入射到身体34的粒子束8的能量。

当然，也可以将扫描磁体35、36，能量吸收装置37和检测器38以不同的次序布置。控制装置40使用所述的控制信号和测量值可确定引入到身体34内的不同的体素26的剂量（特别地，所施加的剂量）。这不仅涉及引入到待照射的目标体积21内的剂量，而且特别地涉及（不希望地）引入到危及组织区域21和/或其他组织区域内的剂量。相应的信息在此位置分辨地存在，因为记录了每体素26进入的剂量。通过将单独的剂量输入求和，可基本上无延迟地读出在全部不同的组织区域内对于每个目标点的在照射过程历程中每体素26累积的剂量。为此，也可特别地使用如下方法，所述方法在2009年11月26日由本申请人名为“Verfahren und Vorrichtung zurSteuerung der Dosisapplikation bei der Bestrahlung”的专利申请中描述，且此专利申请在德国专利和商标局处具有申请人方面的文件索引号P 286，且具有德国专利和商标局官方的文件索引号DE 10 2009 055 902.7。DE 10 2009055 902.7的内容因此完整地引入到本申请的公开内容中。

如果各累积的引入剂量上超确定的边界值（警告值/最大值），则由控制装置40输出相应的信号。信号值在此也可取决于被照射的体积的大小（见图6）。

为进一步提高照射的精度，在此处所图示的照射装置1内此外提供了PET 39（PET代表光子发射断层成像）。使用PET，特别地可测量在身体34内沉积的剂量。如果PET 39可位置分辨地和/或时间分辨地测量，则也可位置分辨地（直接地）和/或时间分辨地使用相应的测量值。当然，如果PET 39不可位置分辨地测量，则以间接的方式通过使用其他测量和控制信号（以有限的精度）实现位置分辨的测量。

作为直接剂量测量的替代或补充，可特别地测量物体的运动和/或包含在物体内的目标体积和/或待保护体积的运动。由此，可优选地以4维照射方案（4D照射方案）相结合，在照射期间在线地确定引入的剂量。

如已提及，控制装置40根据是否生成/输出信号-且如需要生成/输出哪个信号来不同地反应。如果生成/输出最大值信号，则控制装置40可例如导致粒子束8的快速关闭。而如果仅达到或超过警告剂量值，则控制装置40可将栅格扫描方法的时间上随后的部分进行合适的匹配。这可例如通过门控、再扫描和/或通过修改照射方案进行。因为照射方案的完全重新计算通常需要明显的时间（典型地在数小时的范围内），所以可仅修改照射方案。在此，特别地使用前述DE 10 2009 055 902.7的方法。

最后，在图8中还以示意性方式图示了所建议的照射方法41的可能的流程图。在照射方法41中，首先由额定照射42开始。额定照射42可例如以已知的照射方案的形式存在。基于额定照射42的值，合适地控制43照射装置1的各个部件，使得在一个或多个目标点25或目标体积20内引入相应的剂量。通过使用照射装置1的额定控制和/或照射装置1的测量值（特别是粒子束8和/或“直接测量”39的测量值），根据所生成的粒子束8位置分辨地确定44剂量输入。在此，所述确定44优选地对于被照射的身体34的所有区域进行，特别地（但不仅限制于）对于待照射的身体34内的关键的待保护的体积21进行。然后，（优选地也位置分辨地）检验45现在确定的剂量值。根据检验45的结果，将照射方法41不同地继续。如果不上超信号剂量值（特别地，不上超警告剂量值和/或不上超最大剂量值），则方法不改变而继续46。这意味着，所述照射根据原来的额定照射42（或如需要先前修改的额定照射47）继续进行。这也可导致照射方法41结束，因为例如根据原来的额定照射42已达到肿瘤14内要沉积的剂量。

而如果上超警告剂量值，则修改计划的照射（因此，修改原来的额定照射42或先前已修改的方案47）。修改在此优选地在照射期间在线地进行，其中以修改的照射方案照射待照射的物体。在此，修改的特别的目的在于使得在待照射的身体34的区域内导致警告信号触发的可能性和/或已累积了相对高的引入剂量（所述剂量特别地处在警告剂量值以上）的可能性不升高或仅略微升高。

而如果在检验步骤45中确定已达到最大剂量，则方法41立即终止48。随后的处理可优选地仅在处理医生的允许后进行，其中详细权衡另外的治疗使用或另外的治疗危害。

结合在图1至图8所述的方法步骤和/或设备细节也可与表达地描述的组合不同地实现，和/或独立使用地实现。

附图标号列表

1照射装置

2粒子源

3切换磁体

4预加速器

5加速器环

6高能射线传输系统

7照射空间

8粒子束

9机架

10    机架轴

11    胸腔

12    肺

13    肺翼

14    肿瘤

15    纵膈

16    主动脉

17    脊椎

18    目标栅格

19    记录栅格

20    目标体积

21    危及组织区域

22    20的内部区域

23    20的安全边框

24    等剂量线

25    目标点

26    体素

27    布拉格峰

28    组织横截面

29    体积-剂量图

30    警告值

31    最大值

32    横轴

33    纵轴

34    身体

35    水平扫描器

36    垂直扫描器

37    能量吸收装置

38    检测器

39    PET

40    控制装置

41    照射方法

42    额定照射

43    控制照射装置

44    确定剂量输入

45    检验

46    不改变

47    改变额定照射

48    终止

49    等能面

50    21的内部区域

51    21的安全边框

Claims (12)

1.一种用于照射物体（34）的设备（1）的控制方法（41），其中物体（34）具有至少一个待照射的目标体积（14、20）以及至少一个待保护的体积（10、16、17、21），其中对于待保护的体积（10、16、17、21）限定至少一个信号剂量值（30、31），其中在照射（43）物体（34）期间，确定（44）在待保护的体积（10、16、17、21）内引入的剂量，且只要在待保护的体积（10、16、17、21）的至少一个点（25）内所引入的剂量上超至少一个信号剂量值（30、31），则输出（47、48）信号。

2.根据权利要求1所述的方法（41），其特征在于，所述至少一个信号剂量值（30、31）是警告剂量值（30）和/或不应上超的最大剂量值（31）。

3.根据权利要求1或2所述的方法（41），其特征在于，输出的信号（47、48）导致照射过程的终止（48）和/或照射过程的中断（47）和/或仍将执行的照射过程的至少部分的改变（47），如特别地在待保护的体积（10、16、17、21）的至少部分内引入的剂量的降低和/或在待照射的目标体积（14、20）内引入的剂量的降低。

4.根据前述权利要求中一项所述的方法（41），其特征在于，引入的剂量至少有时和/或至少部分地是施加的剂量和/或沉积的剂量。

5.根据前述权利要求中一项所述的方法（41），其特征在于，在待保护的体积（10、16、17、21）内引入的剂量的确定和/或在待照射的目标体积（14、20）内引入的剂量的确定至少部分地和/或至少有时通过使用至少一个在所涉及的体积（10、14、16、17、20、21）内和/或至少一个在射线（8）上测量的测量值（38、39）进行，其中射线（8）上测量的测量值（38、39）特别地是射线位置、射线大小、射线形式、射线强度和/或射线能量。

6.根据前述权利要求中一项所述的方法（41），其特征在于，待照射的物体（34）至少有时和/或至少局部地运动（A），特别地至少有时和/或至少局部地自身运动，其中特别地待照射的目标体积（14、20）和/或待保护的体积（10、16、17、21）至少有时和/或至少局部地运动，特别地至少有时和/或至少局部地相对彼此运动。

7.根据前述权利要求中一项所述的特别是根据权利要求6所述的方法（41），其特征在于，至少有时和/或至少局部地测量待照射的物体（34）的至少部分（10、14、16、17、20、21）的位置，特别地通过至少部分地使用成像方法（39）进行测量。

8.根据前述权利要求中一项所述的方法（41），其特征在于，所述照射以扫描过程（35、36）的形式、特别是栅格扫描过程的形式进行。

9.根据前述权利要求中一项所述的特别是根据权利要求8所述的方法（41），其特征在于，所述照射以多个子照射过程（46、47）的形式进行，特别地以多个部分和/或多个再扫描过程的形式进行，和/或通过使用门控方法进行。

10.一种用于控制用来照射物体（34）的照射设备（1）的控制设备（40），所述控制设备（40）设计且设置为使其至少有时执行根据权利要求1至9中一项所述的方法。

11.一种用于照射物体（34）的照射设备（1），其特征在于，至少一个根据权利要求10所述的控制设备（40）。

12.根据权利要求11所述的照射设备（1），其特征在于至少一个测量设备（37、38、39），特别地在于至少一个运动测量设备（39）和/或至少一个射线测量设备（37、38），优选地为射线位置测量设备（38），射线强度测量设备（38），和/或射线能量测量设备（37），其优选地至少局部地形成为离子室设备（38）。

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