CN103987426A - 在运动的目标体积中没有运动补偿地建立照射计划的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于建立用于利用运动的粒子束来照射在对象(10)中至少局部地运动的目标体积区域(11，13)的照射计划的方法(15)。利用映射函数(1)确定各自的、通过借助优选运动的粒子束对照射点(Bi)的施加而导致的在至少一个目标点体积(Vj)中的剂量输入。在此映射函数(1)附加地取决于运动的目标体积区域(11，13)的运动状态(k)。

Description

在运动的目标体积中没有运动补偿地建立照射计划的方法
技术领域
本发明涉及一种用于建立用于利用优选运动的粒子束照射在对象中至少局部地运动的目标体积区域的照射计划的方法，其中利用映射函数确定各自的、通过借助优选运动的粒子束对照射点的施加而导致的在至少一个目标点体积中的剂量输入。本发明此外还涉及一种用于执行这样的方法的合适的装置。
背景技术
用于施加、加工待加工的工件的不同种类和能量的辐射的应用或待处理的工件的材料特征的改变，目前在现有技术中对于不同的应用领域已经被采用。
作为辐射种类在此不仅考虑光子辐射(也就是特别是光施加、利用X射线辐射的施加、UV光、红外光等)，而且还考虑特别是粒子束。粒子在此基本上可以是任意的(其中粒子在此意义上特别地被理解为具有(即使可能极度小的)静止质量的粒子)。纯示例地提到强子和轻子，特别是还有中微子、电子、正电子、π-介子、介子、质子、中子、原子核(例如He核)、原子或分子以及离子(特别是还有诸如氧离子、氦离子、氖离子或碳离子的重离子)。
在此对所有的照射种类共同的是，利用辐射在利用辐射施加的物体中沉积特定的能量。然而如何沉积该能量的方式部分地强烈不同。例如在光子辐射情况下在宽的能量区域中的能量损失与穿透的材料近似线性，而粒子束，在此特别是强子粒子(具体地是质子、离子和重离子)，具有突出的所谓的布拉格峰(Bragg-Peak)。也就是粒子在穿透材料的情况下在其路径上首先损失比较少的能量。但是在接近粒子“卡住(stecken bleiben)”之前，能量的大部分被输出到利用辐射施加的材料中。通过该布拉格峰，不仅实现了二维结构化的剂量施加，而且特别是还实现了三维结构化的剂量施加(也就是在被照射的对象的不同深度中不同沉积的辐射剂量)。
不仅使用的辐射的种类，而且利用辐射施加的对象的种类都是多种多样的。为了提到仅几个技术的应用领域，例如结合利用光子的施加想到在制造结构化的半导体(例如存储器组件、微处理器等)时利用掩模和材料去除或材料涂覆的结构化方法。光子也可以被用于切割和/或用于焊接工件(特别是当光子辐射以高能激光束形式呈现时)。
用于电子束的应用例子是所谓的电子束焊接，利用其例如可以将两个金属工件互相焊接。当然也可以考虑分离或结构化过程。
在医学或兽医学中为治疗目的应用辐射。例如公知用于建立X射线图像(包括通过所谓的CT方法的三维图像；CT代表计算机断层造影)的X射线辐射。电子束自数十年以来也在医学中被使用，例如用于治疗癌症肿瘤。目前在医学中建立了作为固定的参量利用质子和离子(特别是重离子)对肿瘤的治疗。由于已经描述的在质子/离子/重离子情况下的布拉格峰，可以通过相应控制粒子束(例如在扫描过程的范畴内)有针对地对患者中三维受限并且结构化的区域(也就是特别是肿瘤)施加辐射，而周围的组织被最大程度地保护。目前可以实现在毫米范围的精度。在此使用部分地扩张的粒子束，其例如通过具有不同厚度的石蜡盘关于其能量(和由此其到组织中的入射深度)位置分辨地结构化。但是目前通常使用大多所谓的扫描方法，在所述扫描方法中通常较细(铅笔细)的粒子束通过合适的偏转磁体和合适的能量变化(导致关于入射深度的变化)连续地“驶过”待照射对象的要利用剂量施加的不同的体积区域。
为了能够执行在身体中的三维体积区域的处理(也就是特别是患者中的癌症治疗)，通常需要建立所谓的照射计划。在此仿真特定的照射模式(也就是具有粒子束的不同的x-y偏转的流程以及粒子束的合适的能量变化)并且在此取决于位置地计算在利用辐射施加的身体中由此分别引起的剂量输入。因为虽然在被照射的对象中沉积的剂量集中于布拉格峰的区域上，尽管如此，特别是在沿着粒子束的区域接近照射点沉积特定的剂量。在照射规划的范畴内现在试图建立照射计划，利用所述照射计划在期望的待照射的目标体积内部安全地超过一定的最小剂量(从而例如安全地摧毁癌细胞)，然而尽可能保护周围的组织，也就是不超过一定的最大剂量。此处待设置的最大剂量在此可以强烈由透射的对象区域改变。例如当在医学应用中存在特别生命重要的和/或辐射敏感的组织区域时，则必须最大地保护这些区域。在此上下文中通常称之为OAR(OAR代表Organ at Risk，风险组织)。对于各自的应用特别合适的照射计划在此可以通过进行对粒子束的不同的控制和/或通过进行粒子束从多个不同的方向(可能也多个不同的方向，包括至少暂时连续的摆动)的入射。
当待照射的对象(的部分区域)运动时出现特别的问题。运动在此不仅包括平移运动，而且包括扭转运动和/或压缩和/或伸展。特别地与扫描方法相结合，当采用不合适的对策时，在此对象的和粒子束的运动可能互相“干涉”并且导致比较差的照射结果。
为了能够照射运动的目标区域，现有技术中建议了不同的解决方案。
第一解决方案例如在于，通过粒子束的相应跟踪(所谓的“Tracking”)补偿对象中目标体积区域的运动。但是在该方法中问题是强烈提高的设备开销以及如下问题，即，在预先照射规划的范畴内不能预测在被有效照射的照射点外部的对象区域中的剂量沉积效应。由此需要确定的、相对麻烦的检查和补偿方法。在实际的照射范畴中目标区域的实际的运动的确定也证明通常是有问题或实际上是不可能的。特别地在医学中不能或只能很难对一定的运动种类进行这样的“Tracking”。
另一种建议在于，在照射规划时将全部可能的运动状态事先确定(例如通过CT方法)，并且在照射的范畴内将被照射的区域足够大和合适地选择，使得待照射的区域在每种情况下利用一定的最小剂量施加。在此慎重地考虑对周围组织的一定的(不期望的)损害(或甚至在所谓的“安全余量”的范畴内在规划中一起慎重地考虑)。规划时的问题是，特别是在医学应用中患者中的目标体积区域的(内部)运动不仅导致了相应的体积区域的几何位置的改变，而且特别是通过伸展和压缩效应和由此伴随的密度改变对组织中的粒子束的穿透长度有附加的效应。
用于考虑这样的效应的方法例如在德国专利文献DE 10 2007 014 723 A1中描述。在此确定规划目标体积，其方式是首先确定与身体中的最小目标体积等效的、虚拟的均匀的身体中的目标体积。等效的目标体积被扩展一个安全余量，以便确定规划目标体积。在那里建议的方法中的问题是，到虚拟的均匀的身体中的换算强烈取决于粒子束的入射方向。其中进行来自于两个或多个不同的方向的射线输入的照射计划的建立/优化，利用在那里建议的方法是不可能的。但是具有不同的射线输入方向的这样的方法是所期望的，以便根据可能性来减小周围组织(特别是OAR组织)的负担。
即使已经考虑通过合适的变换和反变换算法对那里描述的方法进行了确定的改善，公知的方法一如既往地还是有问题。特别是当目标体积区域的运动与不同的入射方向相结合时，在公知的方法中局部地发生与待沉积的额定剂量的偏差(所谓的误差剂量)。然而特别是在被照射的区域中的“缝隙”(局部的低剂量)是最不期望的，因为由此癌细胞可能存活并且由此强烈危害治疗效果。
发明内容
由此一如既往地存在对用于建立照射计划的方法的需求，所述方法相对于在现有技术中公知的方法被改进。同样存在对用于建立照射计划的装置的需求，所述装置相对于在现有技术中公开的装置被改进。
本发明解决该任务。
建议，将用于建立用于利用优选运动的粒子束来照射对象中的至少局部地运动的目标体积区域的照射计划的方法，其中利用映射函数确定各自的、通过借助优选运动的粒子束对照射点的施加而导致的在至少一个目标点体积中的剂量输入，如下扩展，使得映射函数附加地取决于运动的目标体积区域的运动状态。照射计划是一组对于优选运动的粒子束的不同的控制参数。作为粒子束，特别地提供强子和轻子，特别是质子、氦离子、氖离子和/或其他离子，优选是重离子)。照射计划(特别是在运动的粒子束的情况下)可以特别地作为游走的照射点的一种时间函数来理解。照射点也就是特别地可以理解为对于粒子束的单组参数(特别是数字元组)。特别地作为参数考虑粒子束中粒子的能量、粒子种类、离子化、在X-Y方向上的偏离(Ablage)(也就是粒子束在侧边方向上的偏转)、直径和/或粒子束的造型等。优选运动的粒子束例如可以以斑点扫描方法(在两个光栅位置之间断开粒子束；在单个光栅位置上射线停留一个特定的时间)、光栅扫描方法(射线在一个光栅点上分别停留不同的时间；相反不进行在两个光栅位置之间的射线的断开)或连续的扫描方法(粒子束连续地以变换的速度运动)的形式被运动。在照射点上的剂量输入特别地根据其中粒子被输入到涉及的点的时间段和/或在该时刻的粒子冷光(Teilchenlumineszenz)而定。但是原则上也可以使用不运动的粒子束，其是相应地扩展的和/或通过合适的措施(例如在使用具有不同厚度的石蜡盘的条件下)产生关于位置和能量分辨的、宽的粒子束。因此照射点优选在相应于加速器的控制的参数中呈现，而目标点体积通常是(特别是笛卡尔坐标空间中)几何呈现的体积。照射点到目标体积的换算在此是复杂的并且特别是非线性的。因为在例如可以通过成像的方法(例如CT方法或NMR方法；CT＝计算机断层造影；NMR＝核磁共振)确定的“几何空间”中，在材料中粒子束的有效范围(和因此还有在“测定的”照射点的情况下的布拉格峰的位置等)通常取决于附加的因素，特别是取决于透射的材料的密度和/或材料组成。例如在透射肺叶时可以透射充满空气的空腔(极小的密度)并且在路径上可能也透射肋骨(高密度)。所有位于粒子束的路径上的材料对布拉格峰的有效位置，并且因此对在不同的目标点空间中，和因此在几何空间中，有效沉积的剂量的分布，具有强烈影响。组织的种类和密度分布在运动的目标体积区域的运动的范畴内可能强烈改变。例如通过患者的呼吸，一块肋骨可能从粒子束的粒子轨迹中出来并且同时肺部中充满空气的体积(和因此穿过空气构成路段)强烈变长或缩短。关于布拉格峰的位置和/或目标点体积中的剂量输入相应地产生大的影响。有利的是，为了建立照射计划，使用大量目标点体积，特别是多种多样的目标点体积，其包括待照射的对象的较大区域(特别是待照射的区域和/或不待照射的区域)。待照射的区域特别地可以是所谓的ITV(代表“internal target volume，内部目标体积”)。ITV通常是当考虑全部(现实地预计的)运动状态时可以被归入到待照射的体积区域(通常称为所谓的CTV，CTV表示“clinical target volume，临床目标体积”)中的区域。也就是通常是一种“几何包络线体积”。优选地这样选择大小，使得通过粒子束可达的体积(加上安全余量)按照有限的目标点体积元素(所谓的体素)被分辨。特别是对象的区域是可到达的，所述区域是通过粒子束的偏转措施和/或通过粒子束的能量变化可以到达的(或在设置的照射意图的范畴内应当到达的)。映射函数可以以基本上任意的方式呈现或实现。特别地可以的是，设置分析的公式或分析的近似公式。值表(其中“查阅”期望的值)的使用、插值方法和前面提到的方法的混合也是可以考虑的。特别地可以借助映射函数实现没有绕道的、直接的“映射”，例如没有首先进行的、到均匀的等效模体身体中的换算，所述等效模体身体在以下对于进一步计算被使用。但是这不排除，映射函数“多部分地”呈现，例如在使用变换函数(例如变换矩阵)和在粒子治疗中通常使用的所谓的HU-LUT(代表了豪恩斯菲尔德单位查询表，Hounsfield-Unit look up table)的条件下，利用其实现从几何体积区域到X射线摄影的体积区域中的换算(其中考虑不同的材料密度；通常是到所谓的“水当量的身体”的换算；在该上下文中通常也使用概念“水当量路径长度(WEPL,water equivalent path length)”)。这样的变换函数和HU-LUT的组合函数然后可以表示在本申请的意义上的映射函数。也可以，对于每个单个不同的运动状态分别确定一个本身的ITV。为了共同优化所有这样产生的ITV，然后可以使用附加的变换函数(不一定必须与前面描述的一致)，其将涉及的目标体积的取决于入射方向的水当量有效范围转换到对于所有的照射场以相同的方式有效的、不取决于入射方向的目标体积。
特别地有利的是，这样执行该方法，使得映射函数至少考虑优选运动的粒子束的有效范围改变，特别是优选运动的粒子束的、通过在粒子束方向上的密度改变、特别是X射线摄影的密度改变所导致的有效范围改变。X射线摄影的密度改变特别地可以理解为按照水当量的单位(WEPL-“water equivalent pathlength”)的密度改变。特别地通过建议的方法的该扩展能够在照射规划时可以考虑并且同时优化不同种类的照射场，而不会极大增加欠剂量的体积区域的危险。特别地可以的是，尽管既呈现不同的粒子束入射方向，又呈现运动的目标体积区域，也可以建立照射计划。
特别优选的是，映射函数附加地取决于优选运动的粒子束的入射方向。如上所述，X射线摄影的密度，和由此粒子束的布拉格峰的最终位置，在确定的对象(特别是在医学领域中具有强烈不同的密度的材料区域)的情况下部分地强烈取决于粒子束通过待照射的对象所取的路径。相应地，特别是在医学领域中布拉格峰的位置通常强烈取决于粒子束的入射方向。当(至少部分地)考虑映射函数的该依赖关系时，可以部分地明显改善结果的照射计划的质量。
此外有利的是，在建议的方法中考虑对要利用辐射施加的材料的X射线摄影的效用。特别地在医学中在此一起考虑例如所谓的RBE(表示RelativeBiological Effectivity，相对生物学效应)。
此外建议，在建议的方法中到至少一个目标点体积中的剂量输入至少暂时地和/或至少部分地对于不同的运动状态和/或对于不同的入射方向互相可区别地被确定。换言之，可以对于每个运动状态和/或对于每个不同的入射方向(如果考虑二者，则特别地可以使用考虑了两个效应的相应的大矩阵)，确定分别对于该状态或对于该入射方向得到的在几何空间中的剂量分布。也就是优选(首先)不进行由不同的运动状态和/或不同的入射方向等的平均。通过该扩展也可以实现通常特别好的照射计划。
此外有利的是，在该方法中将目标点体积至少部分地作为待照射的目标点体积和/或作为不待照射的目标点体积分类。特别地可以对于待照射的目标点体积，定义待超过的最小辐射剂量和/或对于不待照射的目标点体积定义不允许超过的最大辐射剂量。当然可以，既对于在不同的区域中待照射的也对于不待照射的目标点体积定义不同的边界值。以这种方式例如可以在计算的范畴内特别地考虑特别敏感的组织和/或在计算的范畴内按照特别的度量确保，待摧毁的组织(材料)实际上被摧毁。
优选地如下进行该方法，即，为了计算对于在不同的运动状态中的多个、优选对于所有目标点体积的照射计划，使用基本上相同的照射模式。换言之，可以对于每个照射状态确定分别得到的剂量分布，并且分别形成的剂量分布可以通过合适的数学方法关于其分布被优化。该建议基于如下思路，即，在非运动补偿的照射方法中待照射的目标体积区域可以位于任意的运动阶段。这一点相应地在计算中要考虑。由此也可以得到特别有利的和精确的照射计划。
此外建议，在该方法中在建立照射规划时使用多个运动状态，特别是描述了典型的运动流程的多个运动状态。在此优选在一方面特别精细的分辨率(和由此更好的结果)与另一方面合理的计算时间之间寻求折衷。在实践中通常也是决定性的是，(例如由已经完成了CT拍摄的医学专业人员)提供或可以提供多少运动状态。运动状态和/或典型的运动流程可以特别地通过成像的方法在实际的照射之前获得。特别地在此例如提供CT方法和/或NMR方法，其特别时间分辨地工作。
但是也可以，对于照射计划的建立使用运动状态的子集(Unterauswahl)。由此可以部分地明显减小计算时间，虽然照射计划的质量没有明显变差。运动状态的特别合适的子集例如是特别频繁和/或关于特别长的时间段所取的运动状态和/或表示极端位置(例如在呼吸循环的情况下完全吸气和完全呼气的状态)的运动状态。
特别有利的是，目标点体积的至少部分对应一个额定剂量和/或容许剂量。这样的值可以作为照射计划的自动优化的特别合适的输入参数被使用。容许剂量在此也可以以下边界值和/或上边界值的形式呈现。
证明是在实践中特别容易处理的是，该方法至少暂时和/或至少局部地使用数据矩阵作为映射函数。由此可以(特别是与分析呈现的函数相比)通常节省计算时间。在目前的计算机中与其说存储器不如说正是计算时间是一个问题。在此指出，即使对于具有数万目标点体积的复杂的系统也仅需在兆字节范围内的存储器需求，这可以利用目前商业上可获得的计算机相对简单和成本低地来实现。
此外有利的是，在该方法中关于额定剂量分布进行优化。特别地可以自动地进行优化，具体地通过在多维系统中的本身公知的优化方法。特别地可以，在使用映射函数的条件下可以实现单个的、共同的ITV的直接优化。但是附加地或替换地也可以，对于每个单个的运动阶段确定各自的、优选优化的ITV，其覆盖在该运动状态中的目标体积。为了对所有这样选择的ITV共同优化可以使用变换规则，其将各自的ITV转换到不取决于入射方向的、共同的目标体积。后者于是可以(再次)被优化。
当在计算照射计划时考虑至少两个运动状态和/或辐射输入的至少两个方向时可以得到该方法的另一个有利扩展。但是有利的是，考虑更大数量的运动状态和/或辐射输入的方向，因为由此通常提高照射计划的质量。
此外建议一种用于建立用于利用优选运动的粒子束照射运动的目标体积区域的照射规划的装置，其中该装置这样形成和构造，使得其执行具有前面描述的特征的方法。这样的装置于是可以至少以类似方式具有前面已经描述的优点和特征。此外该装置在前面的描述的意义上可以类似地扩展。
通常特别有利地是，装置这样构造，使得其具有至少一个程序技术控制的计算单元。特别是考虑计算机(例如个人计算机和/或工作站和/或大型计算机)。这样的装置由于容易可编程和容易在商业上获得而证明是对于执行该方法是特别合适的。
附图说明
以下举例借助优选实施方式在参考附图的情况下进一步描述本发明。附图中：
图1示出了对于多个运动阶段在照射点和目标点体积之间的映射函数的可考虑的例子；
图2示出了在应用不同的照射计划优化方法的条件下在使用不同的入射方向的情况下对总剂量输入的效果；
图3示出了在存在运动的情况下组织的不同密度对沉积的剂量的位置的影响；
图4示出了用于建立照射计划的方法的示意性流程图；
图5示出了不同种类的照射方法在样板上的剂量-体积-直方图(DVH)。
具体实施方式
图1示出了按照可以想到的实施例的可能的映射函数的例子，利用该映射函数可以实现通过照射点Bi的施加而导致的在不同的体积区域Vj中的有效剂量输入。映射函数作为(多维)矩阵1呈现。矩阵1的维数在此从待考虑的运动阶段的数量(图1中互相示出这些不同的运动阶段“层面”)得到。
对于映射矩阵1的建立将待照射的身体划分为较大数量的单个有限体积元素，即所谓的体素Vj。目标对象的待划分为体素Vj的体积区域在此选择为大于实际上待利用辐射施加的目标体积(例如待治疗的肿瘤或照射模体的相应的目标体积区域)，包括通过实际的目标体积区域的(内部)运动引起的待照射的区域的放大和/或在考虑安全余量的条件下。因为在建立照射计划时证明为有意义的是，在建立照射计划时也考虑目标对象的通常的运动。由此可以既关于在待利用剂量施加的体积区域中的足够的剂量输入、也关于在不要利用剂量施加的体积区域中的尽可能低的剂量(然而这通常不可能完全避免)实现照射计划的优化。特别重要的是当涉及的是特别敏感的和/或由于其他原因特别要保护的组织(通常称为所谓的OAR＝风险器官)时特别地避免在特定的体积区域中的剂量输入。相反此外不一定需要，整个待照射的对象在划分为单个体素Vj时必须被考虑。当与整个对象相比呈现相对小的待照射的目标区域时，当远离的区域在建立照射计划时被一起考虑时，通常照射计划的改善的程度与提高的计算开销没有关系。对此的例子是例如位于肺部的肿瘤的治疗和患者的腿的考虑(这通常是没有意义的)。
根据选择的体积的大小和其到单个体素Vj的划分(精度)而定，得到相应数量n个体素Vj。该数量n个单个体素Vj对得到的映射矩阵1的大小具有影响。
此外预先给出由粒子束在照射的范畴内驶过的照射点Bi的数量。在此也不一定需要，全部的物理地利用各自的设备可实现的区域(特别是x和y偏转以及能量变化，这相应于z偏转)必须被考虑。取而代之通常使用参数值，所述参数值与治疗体积处于一种有意义的关系。照射点Bi在此在一定程度上相应于粒子束的参数，也就是特别是粒子束的粒子的射线偏转和能量。数量m个照射点Bi在此同样对映射矩阵1的大小具有影响。如果现在单个照射点Bi被粒子束“驶过”，则这不仅引起到单个体素Vj中(或在非常小数量直接相邻的体素Vj中)的辐射输入而且也发生到位于远处的体素Vj中的辐射输入。特别地可以发生到位于粒子束在至其目标的路径上所遍历的区域(位于近处的区域)中的体素Vj中的辐射输入。此外透射的组织的种类对对象中粒子束的有效长度具有影响。如果例如是高密度的组织(特别是富含水的组织)，则粒子束所经历的路径长度缩短，直至其“卡住”。相反，如果呈现具有更小密度的区域(例如充满空气的空腔、例如在吸气状态中的肺)，则粒子束在相同的能量的情况下经历对象中明显更长的路径。该关系在以下还要结合图3详细解释。
两种效果，也就是粒子束的入射深度(和由此在考虑不同的材料密度的条件下在几何体积(例如可以通过成像方法确定的)和X射线摄影位置之间的关系)，以及到位于远处的体积区域(体素Vj)中的剂量输入，通过各自的矩阵元素Mij k的大小来描述。即，当第i个照射点被驶过时，单个系数Mij k描述到第j个体素中的剂量输入。各个系数在此关于粒子数被标准化。在建立照射计划时由此计算地“测试”所设置的照射计划并且确定借助映射矩阵1获得的在几何体积中(在体素Vj中)的有效分布。根据粒子流(也就是每个照射点施加的粒子数)而定，各个系数Mij k必须相应于粒子流被相乘。
然而系数的分布在存在在待照射的对象的目标区域中的(内部)运动的情况下改变。因为通过内部运动不仅发生相应的目标区域的几何偏移，而且此外还发生周围材料(组织)中的密度改变。这一点对粒子束的入射深度具有相应的效应。
为了考虑该效应由此不仅使用对于特定的运动阶段k(在图1a中运动阶段k＝1)的单个映射矩阵1，而且使用多个分别描述不同的运动阶段k的单个映射矩阵1。运动阶段k(和各自的目标体积区域改变)例如可以通过成像方法，诸如CT方法和/或NMR方法事先获得。在此有意义地选择运动阶段k＝1…o的数量。特别地，通过在两个单个运动阶段k之间的运动导致的位置改变应当与单个体素Vj的分辨率(大小)处于有意义的关系(典型的在1的范围中)。
由此得到对于各自的不同的运动阶段k＝1…o的多个映射矩阵1。
仅为了完整性起见应当指出，当然也可以的是，单个映射矩阵相应地更大地实施(也就是通常o次那么大)，从而该映射矩阵(尽管维度相同却仍)可以容纳所需的系数。
仅为了完整性起见应当指出，当该方法与门控方法相结合地被使用时，可以减小运动阶段k的数量。在门控方法中仅当目标体积位于确定的运动阶段k时才施加剂量。于是对于照射规划当然仅必须考虑这些运动阶段。
到目标体积中的粒子束的入射方向也可以对映射矩阵1的系数的分布具有影响。相应地，必要时合适地扩展映射矩阵1。
在计算照射通路的情况下在照射规划的范畴内在此不是如迄今为止在现有技术中通常做的那样使用单个体素矢量V k 来描述在每个体素元素Vj(其中j＝1…n)中的目标规定，而是对于每个运动阶段使用一个单个体素矢量V k 。然而在此目标规定不变，从而一个运动阶段的剂量占用的要求可以被传输到所有的运动阶段。粒子占用(照射点Bi)的矢量的长度在此保持不变。体素矢量V k 通过具有条目Mij k的映射矩阵与粒子占用的矢量B相关联。该过程基于如下思路，即，在没有跟踪的情况下(必要时也没有门控的情况下)的照射时假定，实际的目标体积在进行照射期间允许位于任意的运动阶段中。(在使用门控方法的情况下有意义地给出到特定的运动阶段的限制)。
在然后对照射计划的优化时于是试图，这样选择(优化)粒子占用Bi，使得其关于来自于各个体素-矢量说明V k 的目标规定(额定剂量)是优化的。
目标规定在此特别地表示每个体素的确定的额定剂量(包括可容许的波动值)。特别地也可以的是，额定剂量和/或可容许的波动范围以一定的最小值向下设置和/或以一定的最大值向上(特别是对于OAR)设置。
所描述的方法的大的优点在于，特别是可以实现多场优化，而无需发生不期望的过剂量或欠剂量。这一点参考图2详细解释。各自的图2a-2c分别在左边示出了单场照射和在右边示出了具有来自于不同的方向的辐射输入21、22的两场照射。
在图2a中通过从左边的辐射输入21(通过箭头表示)的剂量分布6(垂直线)通过垂直线表示。目标区域7在此位于参考阶段中，照射规划对于该参考阶段是优化的。在该参考阶段中也可以进行来自于两个不同的方向21、22的剂量输入(通过箭头表示)。照射规划在此这样选择，使得通过在图中位于左边的粒子束21引起的第一剂量输入6(垂直线)和通过从上面到来的粒子束22引起的第二剂量输入8(水平线)补充为一个无缝的剂量输入。
但是现在如果发生在目标区域7中的密度减小，则粒子束21、22的有效范围增大。相应地，第一剂量输入6的区域与密度降低相对应地“延长”。第一剂量输入区域6的“左边缘”保持不变，因为在此假定，在目标区域7外部不发生密度改变。在单场情况下(在图的左边)由此发生在位于目标区域7的右边的、不是待施加的材料中的不期望的剂量施加。该效应已经是不期望的。然而不发生通常明显的缺陷，即，可能发生待照射的材料的欠剂量(这例如在癌症治疗的情况下由此可能危害治疗效果，使得癌细胞不被消灭)。
然而如果使用两个不同的粒子入射方向，则不仅相应的剂量输入场6、8延长。因为第一剂量输入场6的“左边缘”现在位于目标区域7的中间(也就是其中发生密度变化的区域)，所以相应地，剂量输入场6的“左边缘”偏移。相应地，发生欠剂量的区域9，其(如上所述)在癌症治疗的情况下极大地危害治疗效果。
但是如果对于在图2b中示出的运动状态进行按照已经在前面解释的方法的本身的优化，则又可以实现均匀的辐射输入，特别是没有欠剂量的辐射输入。这一点在图2c中表示。必要时也可以发生在第一剂量输入场6和第二剂量输入场8之间的边界区域中的(稍微)更强的剂量。
在图3中再次示出了由于密度改变引起的粒子束的有效范围的改变。
在第一行示出了在三个不同的运动阶段a、b、c中的待照射的目标区域10。在目标区域10中标出了运动的、要利用剂量施加的目标体积11。此外存在靠近地位于目标体积11前面的、本身可能运动的、较小密度的区域12。
因为较小(放射学)密度的区域12改变粒子束的有效范围，所以“从粒子束的角度来看”得到不同的待照射的目标体积13。在图3中为了简单起见假定，在更高密度的区域12中的体积元素对于粒子束来看，与其他组织相比具有双倍大的放射学密度。相应地，在更高密度的区域12中的体积元素在几何空间中相应于在“放射学坐标图”中的两个体积元素14。
如可见的，在放射学图像中目标体积13随着不同的运动阶段A、B、C(图3中的下面的行)强烈改变。
在图4中示出了简短地以流程图15形式的所建议的方法。首先在第一步骤16中确定在不同的运动阶段中待照射的目标区域11的几何位置(必要时还有不要照射的区域诸如OAR的几何位置)。为此例如在医学领域中CT和NMR方法是合适的。
如果已经获得该信息，则在照射的范畴内确定在不同的运动阶段中待照射的体积(步骤17)。在医学领域中在此称为所谓的CTV(＝临床目标体积)。该CTV通常放大所谓的安全余量，从而安全地达到在待照射的区域中待实现的最小剂量(即使这一点可能对健康组织具有一定伤害)。
然后在步骤18中建立映射矩阵(例如如图1中的映射矩阵1)。
在使用该映射矩阵的条件下现在分别计算单个“测试照射计划”并且通过优化算法优化(步骤19)。以这种方式最后获得优化的照射计划，其在步骤20中被输出。
在图5中示出了DVH(剂量体积直方图)23，其中对于不同的照射方法示出在样板中的剂量输入。在此仿真位于肺部的肿瘤。在DVH23中沿着横坐标24以百分数示出剂量输入，而沿着纵坐标25示出组织的利用相应的剂量施加的部分。对于待照射的组织区域的理想的剂量输入是沿着100体积百分数-100剂量百分数线的矩形线。相应地，对于不要照射的组织区域，理想的辐射输入是沿着0体积百分数-0剂量百分数线的矩形线。示出了三个照射方法(26、27、28)，其中分别在图5中的右上方画出了待照射的组织区域(26a、27a、28a)并且在图5的左下方示出是不要照射的组织区域(26b、27b、28b)。
线26示出了利用多场ITV照射计划(ITV＝内部目标体积)实现的照射结果。如在线26a处对于待照射的组织区域看到的，对于待照射的组织区域给出好的剂量占用。但是这一点以在不要照射的组织区域中(线26b)的高的剂量输入为代价。在敏感的器官(特别是OAR＝风险器官)的情况下这一点是不可容忍的。
当使用考虑了OAR(本情况中是心脏)的多场ITV照射计划时得到改善。在线27处看到结果。明显可以识别，在不要照射的组织区域中(线27b)的剂量输入明显降低。但是同时也看到，部分地在实际上待照射的组织区域中给出差的剂量占用(欠剂量)，这也是有问题的(线27a)。
当使用其中考虑(仅)两个运动阶段(在本情况中是完全吸气和完全呼气)的多场ITV照射规划时，既对于待照射的组织区域，也对于不要照射的组织区域就获得明显更好的结果。这一点在实黑线28处可以看出。在待照射的组织区域(线28a)中的剂量占用，以及在不要照射的组织区域(线28b)中的(小的)剂量占用都是非常好的。
附图标记列表
1.    映射矩阵
2.    体素矢量
3.    照射点矢量
4.    矩阵系数
5.    运动阶段
6.    第一剂量场
7.    目标区域
8.    第二剂量场
9.    欠剂量区域
10.   目标区域
11.   目标体积
12.   (几何)高密度区域
13.   (放射学)目标体积
14.   (放射学)高密度
15.   流程图
16.   确定ITV
17.   确定CTV
18.   建立映射矩阵
19.   优化照射计划
20.   输出照射计划
21.   从左边的辐射输入
22.   从上面的辐射输入
23.   DVH(剂量体积直方图)
24.   横坐标
25.   纵坐标
26.   没有OAR的多场ITV
27.   具有OAR的多场ITV
28.   具有OAR和两个运动阶段的多场ITV

Claims (14)

1.一种用于建立用于利用优选运动的粒子束来照射在对象(10)中至少局部地运动的目标体积区域(11，13)的照射计划的方法(15)，其中，利用映射函数(1)确定各自的、通过借助优选运动的粒子束对照射点(Bi)的施加而导致的在至少一个目标点体积(Vj)中的剂量输入，其特征在于，所述映射函数(1)附加地取决于运动的目标体积区域(11，13)的运动状态(k)。
2.根据权利要求1所述的方法(15)，其特征在于，所述映射函数(1)至少考虑优选运动的粒子束的有效范围改变，特别是优选运动的粒子束的、通过在粒子束方向上的密度改变、特别是X射线摄影的密度改变所导致的有效范围改变。
3.根据权利要求1或2所述的方法(15)，其特征在于，所述映射函数(1)附加地取决于优选运动的粒子束的入射方向。
4.根据上述权利要求中任一项所述的方法(15)，其特征在于，到至少一个目标点体积(Vj)中的剂量输入至少暂时地和/或至少部分地对于不同的运动状态(k)和/或对于不同的入射方向互相可区别地被确定。
5.根据上述权利要求中任一项所述的方法(15)，其特征在于，将所述目标点体积(Vj)至少部分地分类为待照射的目标点体积(Vj)和/或不待照射的目标点体积(Vj)。
6.根据上述权利要求中任一项所述的方法(15)，其特征在于，为了计算对于在不同的运动状态(k)中的多个、优选对于所有目标点体积(Vj)的照射计划，使用基本上相同的照射模式。
7.根据上述权利要求中任一项所述的方法(15)，其特征在于，在建立所述照射规划时使用多个运动状态(k)，特别是描述了典型的运动流程的多个运动状态(k)。
8.根据上述权利要求中任一项、特别是根据权利要求7所述的方法(15)，其特征在于，对于所述照射计划的建立使用运动状态(k)的子集。
9.根据上述权利要求中任一项所述的方法(15)，其特征在于，所述目标点体积(Vj)的至少部分对应着额定剂量和/或容许剂量。
10.根据上述权利要求中任一项所述的方法(15)，其特征在于，至少暂时和/或至少局部地使用数据矩阵(1)作为所述映射函数(1)。
11.根据上述权利要求中任一项所述的方法(15)，其特征在于，关于额定剂量分布进行优化。
12.根据上述权利要求中任一项所述的方法(15)，其特征在于，在计算照射计划时考虑至少两个运动状态(k)和/或辐射输入的至少两个方向。
13.一种用于建立用于利用优选运动的粒子束照射至少部分地运动的目标体积区域(11，13)的照射规划的装置，其特征在于，该装置这样形成和构造，使得其执行按照权利要求1至12中任一项所述的方法。
14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述装置具有至少一个程序技术控制的计算单元。
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