CN103998097B - 用于确定输入待辐照的对象中的剂量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于确定在施加辐照期间在利用能量粒子束(3)待辐照的对象(2)中的剂量输入的方法(19)。在此确定在位于分别由能量粒子束(3)辐照的目标体积区域(5)之外的体积区域(6，14，15)中的剂量输入。为了确定剂量输入使用计算函数，该计算函数至少部分地基于能量粒子束(3)的物理模型。

Description

用于确定输入待辐照的对象中的剂量的方法

技术领域

本发明涉及一种用于确定在施加射线期间在利用能量粒子束辐照的对象中的剂量输入的方法，其中至少短时地和/或至少部分地确定位于在分别由能量粒子束辐照的目标体积区域之外的体积区域内的剂量输入。本发明还涉及一种具有至少一个监控装置的治疗监控系统。此外，本发明涉及一种辐照系统。

背景技术

用于施加、加工待加工的工件或用于改变待加工的工件的材料性能的不同类型和能量的辐射的应用在此期间按照现有技术对于不同的应用领域已经得以实现。

作为辐射类型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、红外线等)，而且尤其也考虑粒子辐射。粒子在此基本上可以是任意的(其中粒子在此尤其被理解为具有必要时也尽可能小的静止质量的粒子)。纯示例性地提及强子和轻子，特别地也提及微中子、电子、正电子、π-介子、介子、质子、中子、原子核(例如氦核)、原子或分子以及离子(特别是重离子，诸如氧离子、氦离子、氖离子或碳离子)。

在此所有辐照方式共同的是，通过辐射在利用辐射施加的对象中淀积特定的能量。然而，怎样淀积该能量的方式部分地强烈不同。而例如在光子辐射的情况下在宽的能量区域中的能量损失相对于穿透的物质是近似指数的，粒子束，在此特别是强子粒子(具体是光子、离子和重离子)具有突出的、所谓的布拉格尖峰(Bragg-Peak)。也就是，粒子在穿透物质时在其路径上首先失去相对小的能量。在粒子“卡住”之前一点向利用辐射施加的物质输出最大部分的能量。通过该布拉格尖峰不仅可以实现二维构造的剂量施加，而且尤其也可以实现三维构造的剂量施加(即在辐照的对象的不同深度中不同淀积的辐射剂量)。

不仅所使用的辐射的类型是多种多样的，而且利用辐射施加的对象的类型也是多种多样的。为了仅列举几个技术的应用领域，例如结合利用光子的施加可以考虑在建立结构化的半导体部件(例如存储组件、微处理器等)的情况下利用掩模和材料损坏或材料涂覆的结构化方法。光子也可以用于剪切和/或用于焊接工件(特别是当光子辐射以高能激光射线的形式存在时)。

对于电子射束的一种应用示例是所谓的电子束焊接，利用其例如可以将两个金属工件彼此焊接。当然也可以考虑分离或结构化过程。

在医学或兽医学中辐射用于治疗目的。例如使用X射线辐射来建立X射线图像(包括通过所谓的CT方法的三维图像；CT表示计算机断层造影)是公知的。电子射线也已经在医学中应用了数十年，例如用于治疗癌症肿瘤。在此期间利用光子和离子(特别是重离子)治疗肿瘤也已经建立为医学中的固定参数。基于已经描述的布拉格尖峰在光子/离子/重离子的情况下可能的是，通过相应地控制粒子束(例如在扫描过程的范围内)有针对性地向患者中的三维限制的且结构化的区域(即特别是肿瘤)施加辐射，而尽可能保护周围的组织。在此期间可以实现毫米范围内的精确性。

在扫描方法的情况下通常也应用细的粒子束(通常也称为铅笔细的粒子束)，其可以通过合适的偏转磁体来在侧向方向上(x-y平面)偏转并且通过合适的能量变化来控制其入射深度。通过相应地改变偏转和能量可能的是，“扫过”待辐照的对象的不同的利用剂量待施加的体积区域。通常在使用所谓的辐照计划(辐照规划)的条件下进行辐照。在此计算地仿真特定的辐照样本(也就是具有粒子束的不同的x-y偏转以及粒子束的合适的粒子能量的过程)，并且取决于位置地计算在利用辐射施加的身体中的由此分别引起的剂量输入。虽然在辐照的对象中淀积的剂量集中在布拉格尖峰的区域上，但是(尤其在沿着粒子束接近辐照点的区域中)淀积特定的剂量。在辐照规划的范畴内这样优化粒子束导向，使得在对象的待治疗的区域(通常称为CTV＝Clinical Target Volume，临床目标体积)内施加一定的最小剂量。相反，周围的物质(组织)应当置于尽可能小的剂量。

特别在问题出现在待辐照的对象(的部分区域)运动时。运动在此不仅可以包括平移运动，而且也可以包括扭转运动和/或压缩运动或拉伸运动。特别地结合扫描方法，对象和粒子束的运动在此可以彼此“干涉”，并且当采用不合适的对策时导致相对差的辐照结果。

在此期间广泛使用的可以辐照运动的目标区域的方法在于跟踪粒子束，这在术语中称为所谓的“跟踪(Tracking)”。在此这样微调粒子束，使得其补偿对象中的目标体积区域的运动。在通过跟踪这样的辐射跟踪的情况下事实上可能的是，基本上可以以规划的剂量来控制实际上待辐照的格栅点(或打算的射束位置和/或目标体积区域)。因为在规划中不能预测待辐照的对象中的运动(特别是结合粒子束的运动)，导致了在与当前辐照的格栅点不相应的区域中的事先不可规划的剂量输入。在对象处理过程(或治疗时段)的范围内引入的剂量可以通过在物质中当前控制的格栅点之外引入的剂量的积蓄，导致在额定规划和实际引入的剂量分布之间的极其明显的偏差。

因此期望的是，在辐照对象期间测量对象的运动，并且在借助该测量的条件下计算，在辐照的对象中的实际剂量分布是怎样的。这样的知识例如还可以在对象处理过程的范畴内被使用(例如通过相应地匹配还进一步的辐照)，或者也在之后的时间点，特别是当整个处理在时间上彼此分离的多个对象处理时段的范畴内被实施时被使用。

在现有技术中已经建议可以用于实施这样的剂量输入监控的方法。

例如在德国专利申请文件DE 10 2009 055 902 A1中建议一种方法，在该方法中依据第i个格栅位置在辐照前面的格栅位置时已经获得的确定的剂量计算第i个格栅位置的补偿值，并且依据第i个格栅位置的补偿值和第i个格栅位置的标称的粒子注量计算第i个格栅位置的补偿的粒子注量，以便利用为第i个格栅位置确定的补偿的粒子注量来辐照第i个格栅位置。在使用事先计算的、以具有大量的单个的阵列元素的矩阵形式的、用于剂量补偿的数据基础的条件下，确定在第i个格栅位置中的额定剂量和实际剂量之间的差。在那里建议的剂量补偿提供了完全可用的结果。但是经验已经表明，应用在事实上被限制到极其小空间的体积，从而格栅位置的数量足够少。然而对于较大的体积(CTV参数为大约10cm³)，用于存储阵列元素的存储需求过度增加。也就是，阵列元素的存储需求大约随着格栅位置的数量的平方而上升。对于大约10cm³的体积得出这样的在千兆范围内的存储要求，这即使利用目前的计算机来实现也是有问题的。此外，用于事先计算阵列元素的所需的时间也不成比例地上升。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题是，建议一种用于确定在当前被辐照的目标体积区域之外的物质区域中的剂量输入的普遍可用的方法。本发明要解决的技术问题还在于，建议一种用于确定在当前被辐照的目标体积区域之外的体积区域中的剂量输入的相对于现有技术改善的装置。

上述技术问题通过本发明来解决。

建议一种用于确定在施加辐照期间在利用能量粒子束进行辐照的对象中的剂量输入的方法，其中至少短时地和/或至少部分地确定在位于分别由能量粒子束辐照的目标体积区域之外的体积区域内的剂量输入，这样执行该方法，使得为了确定剂量输入使用计算函数，该计算函数至少部分地基于能量粒子束的物理模型。能量粒子束优选地是细(铅笔细)的优选在施加辐照期间运动的粒子束。在此可以是术语中作为所谓的扫描方法公知的运动方法(特别是格栅扫描法、点扫描法或连续扫描方法)。粒子束尤其可以由具有(即使小的)静止质量的粒子组成。特别地可以是强子，如特殊质子、氦核、离子、重离子(特别是氧离子、碳离子、氖离子)，必要时也是其非离子的等价。但是原则上还可以的是，使用不运动的粒子束和/或通过合适的措施扩大粒子束。此外，也可以考虑轻子作为粒子(特别是电子和正电子)。对象可以是基本上任意的对象。特别地可以是待加工的工件，例如半导体材料、金属材料等。然而尤其还可以考虑，是来自于医学领域的对象。但是在此不仅考虑人的和动物患者，而且尤其也考虑细胞培养和所谓的辐照模体，利用该辐照模体例如可以在实际用于治疗之前验证事先计算的辐照规划。虽然带电粒子辐射(特别是强子粒子辐射)具有通常突出的布拉格尖峰，但不能避免的是，一定的剂量也被施加到实际上不由粒子束“扫过”的体积区域。这尤其涉及处于接近当前控制的目标体积区域的体积区域。要指出的是，在本申请的范围内概念“目标体积区域”通常被理解为布拉格尖峰的直接周围(虽然部分地该概念也被理解为由医生标记的目标体积，例如待辐照的肿瘤)。因为这样引入的剂量随着时间可以累积并且特别地在存在待辐照的对象运动的情况下不能事先规划由此引起的剂量输入，所以有意义的是，在实际施加辐照期间确定该剂量输入，特别是由此可以在之后的时间点考虑该剂量输入，但该之后的时间点也还可以处于当前的施加时段期间。要指出的是，该“不期望的剂量输入”可以构成在特定的体积区域中的剂量输入的极其明显的分量，并且特别地由于运动引起的波动可以导致与在辐照规划的范畴内计算的或采用的剂量的极大偏差。发明人已经确定，在计算该剂量输入的情况下有意义的是，使用计算函数，该计算函数至少部分地基于能量粒子束的物理模型。对于其特有的惊奇由此可能的是，在较大的待辐照的体积区域的情况下极其明显地降低了存储需求。尤其可能的是，在具有数万个格栅点的第一试验的情况下所需的存储需求从千兆字节降低到稍低于一兆字节。此外，存储器的需求通过本建议的方法仅还线性地缩放(而不再如在DE 10 2009 055 902 A1中所建议的方法那样平方地缩放)，从而也可以有意义地辐照极大的对象。因此可以猜测的是，因为在迄今为止的方法中在事先计算传递系数的情况下在各个矩阵值之间存在(不需要的)大的冗余。但是通过使用物理模型例如可以优选地利用对称性等，从而可以得出大的优点，特别是关于存储需求的大的优点。这(如已经提到的那样)导致了，现在事实上首次能够实现(运动补偿地和/或适应性地)辐照大的对象。

此外建议，在该方法中至少短时地和/或至少部分地确定在与由能量粒子束辐照的目标体积区域相应的体积区域内的剂量输入。由此不仅能够监控在位于“实际控制的格栅点的旁边”的体积区域中的剂量输入，而且能够监控引入当前控制的目标体积区域中的剂量。由此也可以在此采集可能的波动和/或不可预见的效应，这在所有情况下可以导致改善辐照或导致改善辐照监控。

已经证明是有意义的是，在该方法中粒子束的物理模型基于粒子束轮廓的基本上高斯分布。测量已经得出，这样的假定通常按照良好的至卓越的近似与实际的粒子束轮廓一致。相应地第一试验已经得出，总之利用建议的方法可实现的结果是特别好的。出于完整性起见应当指出的是，高斯分布不仅可以在(基本上)圆形的粒子束轮廓中，而且必要时也在例如椭圆形或卵形的粒子束轮廓中被假定。

还具有的优点是，在该方法中物理模型基于在穿透物质时的能量损失模型。这通常相应于实际的情况，特别是在穿过物质时的强子粒子束的情况。通过该模型也可以在这样的粒子种类的情况下考虑该粒子种类固有的效应，例如特别是在穿过物质时依据物质的密度和/或粒子(剩余)能量的非线性能量损失(极端非线性，特别是在布拉格尖峰区域中)。可以通过已知的积分方法将能量模型“转换”为相应的计算函数。

在待辐照的对象在施加辐照期间至少短时地和/或至少按区域地运动时，特别是在本身运动时，以及待辐照的对象的优选至少部分区域执行平移运动和/或旋转运动和/或拉伸或压缩运动时，可以特别有利地应用所建议的方法。特别地可以在存在这样的运动的情况下得出与额定规划相比在当前辐照的格栅点之外的体积区域中引入的剂量的特别大的偏差。特别地关于平移运动和/或旋转运动要指出的是，这样的运动会导致在粒子束方向上的不同密度的物质区域的偏移。相应地也可以改变粒子束的有效深度和/或极端地改变物质区域中沿着粒子束的淀积的能量分布的类型。同样在拉伸或压缩运动的情况下通常导致在待辐照的对象中的密度变化，从而在此在当前格栅点之外的区域中的剂量淀积的情况下可以产生特别强的效果。但是如果特别地借助所建议的方法考虑该剂量淀积效果，则总体上通常明显改善治疗结果。

特别有利的是，确定待辐照的对象的至少部分的运动。该运动在此例如可以通过成像方法(例如在使用X射线辐射、超声波方法等的情况下的方法)、通过待跟踪对象(例如植入的金属球或其它标记物质)和/或通过运动替换物来确定或至少近似。运动替换物例如是围绕患者胸腔的拉伸测量条。在实际辐照之前例如可以借助成像方法采集拉伸测量条的运动状态-拉伸的相互关系。如果在实际治疗期间确定拉伸测量条的长度，则可以利用良好的近似反向推断出当前的运动状态。

特别有利的是，在该方法中能量粒子束至少短时地和/或至少按区域地平衡待辐照的对象的运动。这例如尤其可以在术语称为所谓的“跟踪(Tracking)”的跟踪方法的意义上理解。尤其可能的是，通过相应的偏转(例如偏转磁体)实现粒子束的侧向位置和/或实现粒子束的能量匹配(和由此在对象中粒子束的入射深度的匹配)。通过这种方式至少可能的是，“当前的格栅点”基本上与规划一致。要指出的是，然而所建议的平衡运动例如也可以涉及粒子束轨迹的跟踪(从而由此也可以实现对在与当前控制的格栅点体积区域不一致的体积区域中的辐射输入的直接影响)。这可以通过粒子束本身的运动(例如通过机架)实现和/或例如通过治疗卧榻的运动实现。

特别有利的是，在所建议的方法中在施加辐照期间确定的剂量输入具有对随后的辐照的影响。通过这种方式可以“有意义地利用”所确定的值(特别是与事先假设的值的偏差)。随后的辐照一方面可以被理解为在线匹配，从而在连续的材料加工时段(治疗时段)的范围内就可以进行匹配。但还可能的是，是时间上彼此间隔的多个材料加工时段(治疗时段)，并且借助获得的数据例如可以相应地在动用这样获得的数据的条件下合适地匹配对于随后的治疗时段待确定的辐照规划。特别地可以通过改变输入的粒子数量来进行输入的剂量的匹配。特别地，可以通过改变粒子束在特定的射束位置上的停留时间来改变输入的粒子数量。较长的停留时间通常具有较高的粒子输入作为结果(相应地较短的停留时间具有较小的粒子输入)。但附加地或替换地还可能的是，例如这样相应地后控制加速器装置，从而改变粒子注量。

此外有利的是，在该方法中存储和/或输出在施加辐照期间确定的剂量输入。由此尤其可能的是，可以将所获得的数据存档并且能够在随后的时间点再次使用。这不仅能够与随后的对象处理时段有关，而且例如也与证据保全措施、研究方向等有关。

可能的是，在该方法中物理模型至少短时地和/或至少部分地作为解析函数和/或作为值表存在。解析图示尤其可以再次减少用于存储数据的存储需求。而可以证明，当解析函数相对复杂，从而解析计算(特别是在线解析计算)将需要过多的计算时间时，值表是具有优势的。当然也可以考虑组合方法，使得例如进行在x-y方向上的解析计算并且使用对于z方向的值表。同样也可以考虑在两个极值之间的组合，例如在该意义上对值表进行内插(线性、样条等)，并且通常也是有意义的。

此外有利的是，在施加辐照期间移动能量粒子束，特别是扫描式地、优选格栅扫描式地、点扫描式地和/或连续扫描式地移动能量粒子束。由此通过特别有利的方式可能的是，可以将基本上任意形状的剂量输入字段(Dosiseintrags-Felder)引入对象(对象区域)。可以在这样的施加的情况下特别有利地应用该方法和/或提供特别有利的结果。

此外建议，在该方法中确定在额定剂量和实际施加的剂量之间的差。尤其可以在随后的时间点(特别是也在当前剂量施加/辐照片段期间)考虑该偏差。特别地，在特定的目标体积区域(格栅点或射束位置；部分地在“实验术语”中(不完全符合地)也称为体素)中的剂量输入可以相应于这样确定的值而降低或提高，当该体素当前由粒子束“扫过”时。

此外，建议一种具有至少一个监控装置的治疗监控系统，其中这样构造和设计监控装置，使得其具有前面描述的类型的方法。治疗监控系统然后可以以至少类似的方式具有前面已经提到的特征和优点。此外可以在前面描述的意义上，至少相似地进一步扩展治疗监控系统。

此外建议一种辐照系统，其具有至少一个这样的治疗监控系统。在该情况下也可能的是，辐照系统可以以类似的方式具有前面已经提到的特征和优点和/或可以在前面描述的意义上至少相似地进一步扩展该辐照系统。

附图说明

下面结合优选的实施例并且参考所附的附图对本发明作进一步的说明。附图中：

图1以示意图示出了用于施加能量粒子束的可考虑的装置；

图2a-2b示出了用于解释在接近目标点的组织区域中剂量分布的影响的示例性示意图，其中存在目标对象的运动；

图3a-3b示出了对于能量粒子束的物理模型的物理假定的可能的示例；

图4示出了用于确定在不同的体积区域内的对象中的剂量输入的可能的方法。

具体实施方式

图1以示意图示出了利用高能粒子束3(在该情况下是重离子)来辐照对象2的辐照装置1。辐照装置1在此同时这样构造和设计，使得可以借助运动替代测量传感器4来测量对象2的运动(通过箭头表示)(例如围绕患者的胸腔的拉伸测量条)，以便以这种方式确定不仅在当前辐照的射束位置5中，而且也在另外的体积区域(位置6)中，特别是在从粒子束方向3来看位于接近当前射束位置5的位置14、15中的剂量输入。在此在“实验术语”中，当前辐照的射束位置5部分地(不完全适用地)被称为目标体素并且相应地(其它)位置6、14、15被称为体素。

辐照装置1包括加速器，其在此被构造为同步加速器7，其中通常在其前面连接线性加速器(Linac)，但该线性加速器在图1中为清楚起见未示出。同样，用于产生粒子束3中的离子的离子源在图1中为清楚起见也未示出。

通过在水平方向上(偏转线圈对8)和在垂直方向上(偏转线圈对9)的两个偏转线圈对8、9来偏转脱离了同步加速器7的高速粒子束3。通过两个相对移动的吸收楔10(能量变化装置)能够发生粒子束3的(快速)能量变化。借助偏转线圈对8、9和吸收楔10可以通过扫过大量射束位置5来扫描位于待辐照的对象2内部的目标体积，并且由此施加特定的剂量。同时可以借助偏转线圈对8、9和吸收楔10在使用运动替代测量传感器4的数据的条件下执行在对象2内部的运动的射束位置5的跟踪(Nachverfolgung)，并且通过这种方式基本上平衡了各自的射束位置5的运动。由电子计算机11来处理运动替代测量传感器4的数据，该电子计算机11通过相应的数据导线12被提供数据或将相应的控制命令输出到偏转线圈对8、9和吸收楔10。

当然可能的是，电子计算机11也还处理另外的数据。此外，电子计算机11必要时也可以将数据发送到同步加速器7(和/或加速器的其它区域)，以便通过这种方式例如执行较大的能量变化(特别是比以吸收楔10可以表示的能量变化更大的能量变化)。然而同步加速器7的能量变化通常仅能从一个粒子溢出(Teilchenspill)到另一个来执行，也就是需要相对长的时间，从而吸收楔10(或其它方式的快速的能量变化装置)的使用是有意义的。

在电子计算机11中在施加辐照之前读入事先计算的辐照规划。因为不能在辐照的范畴内预测对象2的运动(特别是对象2的内部运动)，所以在实际施加辐照期间需要测量对象2的运动，以便一方面能够执行跟踪，另一方而能够确定在实际(当前)的射束位置5之外的体积区域中的剂量输入。

在图2中为了说明，示意性地示出了通过对象2的运动关于在不同的位置6中，特别是在接近实际射束位置5的位置14、15中的剂量淀积所产生的效果。在图2中分别示出了来自于待辐照的对象2的截面13。截面13分成多个单独限定的、可控的体积区域，在此称为位置6。此外，在图2中示出了入射的粒子束3。因为在此这样(小地)选择截面13，使得在一定的时间点由粒子束3扫过所有的位置6，所以所有的位置6在特定的辐照时间点是射束位置5。相反，其它位于截面13之外的位置6(部分地)不由粒子束3扫过。尽管如此在确定各个“无意”引入这些位置6的剂量输入的情况下也考虑这些位置6。基于对象2(或对象2的部位)的运动，截面13也运动，从而相应地移动或旋转位置格栅6。通过粒子束3的合适的偏转和能量匹配(相应地控制偏转线圈对8、9和吸收楔10)通常可以良好地平衡截面13的简单移动(平移移动)。但是由此通常不能补偿旋转运动，如其在图2a(运动状态m′)和图2b(运动状态m)之间发生的那样。如从图2的两个子图中得出的那样，截面13的这样的扭转导致了，虽然控制相同的射束位置5，但是粒子束3现在穿透另外的位置6。相应穿透的位置6(也就是接近射束位置5的位置14、15)在此为了说明而分为在其中发生弱的能量淀积的位置14(点)和在其中发生中等的能量淀积的位置15(阴影)。在利用交叉图案表示的射束位置5中存在布拉格尖峰的主区域，从而在此进行极其强的能量淀积。

如已经提到的，在实际辐照对象2期间才确定在与实际的射束位置5不同的位置6(特别是位置14、15)中的剂量输入，因为在建立辐照规划时对象2的运动不是已知的。迄今为止为了计算涉及的剂量分量而应用矩阵，该矩阵描述了在输入射束位置5(其中射束位置5在辐照期间随着扫描过程而变化)和其它的位置6中的剂量的映射函数。在此必须对于实际地在辐照的范畴内所预计的每个单个的运动阶段预先确定该矩阵的系数。相应的矩阵的存储需求大约随着所考虑的位置6的数量的平方而上升。因此在几平方厘米的相对小的目标区域的情况下仅对于矩阵就需要数千兆字节的存储需求。由于必须是RAM存储器(否则不能在线计算，因为例如硬盘存取需要太多时间)，所以利用目前可用的计算机也很快达到技术边界。

相应地建议，为了计算在不同的位置6中的剂量输入，不使用利用系数填充的矩阵而使用计算函数，该计算函数基于粒子束的物理模型。

在图3中示出了可以用于建立计算函数的可考虑的物理模型。在此图3a示出了在粒子束3的传播方向(z方向)上的模型，而图3b示出了粒子束的侧向延伸。

在图3a的上方线图中示出了能量E与穿透的物质(长度z)的依赖关系。在此假定任意选择的起始能量值E0。在现在作为粒子束使用的氦离子束的情况下首先导致相对小的能量损失。在z0时的布拉格尖峰最大值之前不远处能量才开始强烈下降并且在布拉格尖峰最大值z0的区域中达到最大斜率。该关系在图3a的下方线圈中进一步示出，在那里示出了相对于在z方向穿透的物质、每单位长度的微分的能量损失dE/dz(和由此每单位体积的剂量输入)。

此外，在图3b中示出了围绕粒子束直径17的中心点16以高斯式强度分布的粒子束3。在上部区域中示出了高斯曲线18。为了示出比例，围绕粒子束直径17的中心点16标出具有不同强度的多个同心圆(其中在实际中粒子强度通常不是阶梯式地，而是持续按照高斯曲线18地下降)。

基于该数学模型获得如下关系式作为对于变换函数D(E_beam,r,z)的可能的函数：

在此，函数d(E_beam,z)是描述了剂量输入与入射深度z的依赖关系式，并且下面还进一步对其进行解释。N是粒子数量，σ是粒子束宽度的标准偏差并且r是到粒子束直径17的中心点16的距离。

对于函数d(E_beam,z)可以应用如下关系式：

其例如源自M.O.Jaeckel,T.Haberer,G.Kraft,D.Schardt和U.Weber在Phy.s Med.Biol.45(2000)3299-3317中的学术出版物“Treatment planning for heavy-ion radiotherapy:physical beam model and dose optimization”。在此dN/dE是对于单个的微分等能量片的微分的能量谱。T是对于具体的粒子种类的度量，该粒子种类通过核电荷数Z和原子质量A来定义。ρ表示穿透的物质的密度。

因此借助提到的关系式可以对于每个单个被辐照的射束位置5(其例如通过特定的连续的编号i表示)在计算运动阶段m中在例如具有连续的编号k的另外的位置6中的剂量输入。如果由这样计算的实际的辐射输入和按照辐照规划的辐射输入形成差，则由如下关系式获得校正值

其中对于成立：

公式(4)也就是上述公式(1)，其中粒子数量“N”通过“1”来替代，因此存在归一化(例如归一化到粒子数量为“1”)的函数。

在公式(3)中然后随着在实际辐照之前未知的并且通常通过使用剂量补偿而本身改变的粒子数量进行缩放。

此外，是在运动阶段m中的位置k相对于在使用跟踪参数的条件下在运动阶段m中的位置i的辐照期间的射线位置的径向距离(粒子束3的“偏移”)，而是在运动阶段m中的位置k相对于在使用跟踪参数的条件下在运动阶段m中的位置i的辐照期间的射线位置的水当量深度。

在辐照相应的射束位置5的情况下在仍待施加的辐照分量的范围内可以考虑校正值这例如可以通过改变在涉及的射束位置5上的粒子束的停留时间(更短或更长)来进行。同样可能的是，“仅”存储数据并且在仍待施加的辐照片段中例如对于辐照规划的计算考虑该数据。

最后在图4中还示意性示出了对于本建议的方法的流程图19。在第一步骤20中(例如根据运动替换测量传感器4的测量)确定当前运动阶段20。基于此在随后的步骤21中计算在不同的位置6(特别是射束位置5以及接近射束位置5的位置14、15)中的剂量输入。为此应用根据物理模型确定的函数，诸如例如使用前面解释的公式(1)至(4)。

然后在步骤22中确定在规划的额定剂量和实际施加的剂量22之间的差。在校正步骤23中使用这样确定的差值22，以便在持续的辐照片段期间相应地匹配到仍待辐照的目标体素6中的粒子输入(“向上”或“向下”校正都是可能的)。

然后只要还没有完整施加辐照，就跳转24到方法19的开始。相反，如果完整进行了辐照，则停止方法(分支25)。与该步骤有关地也可以存储剂量值并且例如输出到存储媒介上，从而在随后的辐照片段的情况下在为此分别待计算的辐照规划中可以考虑所述剂量值。

附图标记列表

1 辐射装置

2 对象

3 粒子束

4 运动替换测量传感器(Bewegungssubstitut-Messsensor)

5 射束位置

6 位置

7 同步加速器

8 偏转线圈对，水平的

9 偏转线圈对，垂直的

10 吸收楔

11 电子计算机

12 数据导线

13 对象的截面

14 弱的淀积

15 中等的淀积

16 中心点

17 粒子束直径

18 高斯曲线

19 流程图

20 确定运动阶段

21 确定剂量输入

22 确定差

23 校正步骤

24 回跳

25 停止

Claims (14)

1.一种用于确定在施加辐照期间在利用能量粒子束(3)待辐照的对象(2)中的剂量输入的装置，包括用于确定剂量输入的设备，其至少短时地和/或至少部分地确定在位于分别由能量粒子束(3)辐照的目标体积区域(5)之外的体积区域(6，14，15)中的剂量输入，其特征在于，为了确定剂量输入使用计算函数，该计算函数至少部分地基于能量粒子束(3)的物理模型。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，至少短时地和/或至少部分地确定在与由能量粒子束(3)辐照的目标体积区域(5)相应的体积区域(5)中的剂量输入。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述粒子束(3)的物理模型基于粒子束轮廓(17)的基本上高斯的分布(18)。

4.根据上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述物理模型基于在穿透物质时的能量损失模型(图3a)。

5.根据上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，待辐照的对象(2)在施加辐照期间至少短时地和/或至少按区域地运动，特别是本身运动，以及待辐照的对象的优选至少部分区域执行平移运动和/或旋转运动和/或拉伸或压缩运动。

6.根据上述权利要求中任一项，特别是根据权利要求5所述的装置，其特征在于，确定待辐照的对象(2)的至少部分的运动。

7.根据上述权利要求中任一项，特别是根据权利要求5或6所述的装置，其特征在于，所述能量粒子束(3)至少短时地和/或至少按区域地平衡待辐照的对象(2)的运动。

8.根据上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，在施加辐照期间所确定的剂量输入具有对随后的辐照的影响。

9.根据上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，存储和/或输出在施加辐照期间所确定的剂量输入。

10.根据上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述物理模型至少短时地和/或至少部分地作为解析函数和/或作为值表存在。

11.根据上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，在施加辐照期间移动所述能量粒子束(3)，特别是扫描式地、优选格栅扫描式地、点扫描式地和/或连续扫描式地移动所述能量粒子束。

12.根据上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，确定在额定剂量和实际施加的剂量之间的差。

13.一种具有至少一个监控装置的治疗监控系统(11)，其中，所述监控装置包括根据权利要求1至12中任一项所述的装置。

14.一种辐照系统(1)，其特征在于至少一个根据权利要求13所述的治疗监控系统(11)。