CN104981272B - 在考虑目标体积的运动的情况下粒子照射的照射规划 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于利用粒子照射设施借助重扫描照射在体中设置的运动的目标体积的照射规划方法，其具有步骤：确定在运动的参考状态中的目标体积；将目标体积分成多个单独地能被粒子束击中的目标点；计算在目标体积的目标点上分别要沉积的理论剂量；确定一定数量的重扫描通道，在这些重扫描通道中分别击中目标体积的目标点；借助运动模型计算目标体积的目标点的预期平均运动；在照射规划中这样考虑目标体积的目标点的预期平均运动，使得对每个目标点检测预期剂量沉积与理论剂量的偏差并且基于该偏差校正每个目标点的理论剂量并且产生用于照射设施的控制参数，其中，控制参数包括每个目标点和重扫描通道要应用的粒子数。

Description

在考虑目标体积的运动的情况下粒子照射的照射规划
技术领域
本发明涉及用于照射规划的方法和装置以及具有粒子束的加速器设备。
背景技术
利用重离子的肿瘤治疗在近数十年以来发展为一种已确立的用于治疗组织、尤其是肿瘤疾病的方法。然而在此获得的经验也在纯技术领域中使用，如例如在研究工作或产品开发的范围内使用，其中使用无生命的材料。
在这里所有已知方法的共同特征是，由加速器设备提供的汇集的粒子束借助高能束流输送系统引导至一个或多个照射室或治疗室。在所述照射室中定位并且用粒子束照射要照射的目标体积。
已知的是，要照射的目标体积可以运动。例如可以在目标体积中设置有肺肿瘤，所述肺肿瘤在病人呼吸时运动。例如为了研究所述运动对粒子治疗的治疗结果的影响而可以借助称为模拟器的、非存活的模型体复制所述运动并且用粒子束照射这样的模拟器。
在粒子治疗的范围中的特别挑战是，实现在组织中沉积的照射剂量的尽可能均一的分布。之所以在目标体积中的均一的剂量分布被特别关注是因为如下事实，即，处于目标体积中的肿瘤的细胞从一定的阈值剂量才以足够的安全性死亡，但同时应该阻止对周围的健康组织施加过量负载。这样始终困难的是，在许多单次照射剂量应该连续地在目标体积中的不同目标点上沉积的照射方法中、亦即在扫描的粒子束中实现在所述目标体积中的该希望的均一的剂量分布，如果目标体积在照射期间运动的话。因此在目标体积中的剂量分布的均一性的改善始终是研究的课题。
例如在扫描的粒子束中可能将要应用的辐射剂量分布到多个通道上，这称为“重扫描”。在这里多重击中目标体积的目标点，从而要应用的总剂量连续地通过多个重复应用的单次剂量在重扫描通道期间形成。以单次剂量重复地击中目标点能够实现：通过对单次剂量的统计学平均来减少所述运动对目标体积中的总剂量分布的影响。换句话说，可能错误地沉积的剂量可以在统计学上看被平均并且目标体积的运动在照射持续时间期间可以至少部分地被补偿。
当然在此要考虑，正是目标体积的边缘区域无法那样清楚地与包围目标体积的材料(例如健康组织)分离。为了确保尽可能在全部的目标体积中应用希望的理论剂量，典型地导入围绕目标体积的安全边框，所述安全边框显著放大本来要照射的临床目标体积。但由此可能必须照射健康组织，以便确保目标体积中的可靠的剂量范围。
此外已知的是，在备选于重扫描方法使用的选通(Gating)方法的范围中追踪目标体积的运动。
发明内容
因此本发明的任务是，提供一种方法，所述方法简化目标体积的照射规划并且在此减小或消除现有技术的上面提到的缺点。
本发明的另一个任务是，使照射结果相对于目标体积的变化、尤其是运动较稳定。
本发明应该还减少整个治疗或剂量应用的持续时间。
最后本发明的任务是，较好地略过在目标体积周围相邻的材料(如尤其是健康组织或要保护的器官)，并且照射较少的健康组织。
在体中设置的目标体积的照射规划逐步构建用于利用粒子束的后期照射的照射计划，并且利用本发明借助如下步骤限定：
首先确定典型地设置在体中的目标体积。所述目标体积可以在此设置在无生命的体中、例如材料样本、模拟器或试验结构中，亦或具有存活的材料、例如细胞样本或实验用动物。尤其是肿瘤细胞处于目标体积中。当前使用的专业术语、例如目标体积、目标点、理论剂量、剂量分布等在业内经常使用并且在作为手册公认的ICRU Report 50(包括AddendumReport 62)中限定。
目标体积在体和/或目标体积的运动的参考状态中被确定。换句话说，涉及运动的目标体积，其中在目标体积的运动中可识别或可限定参考阶段。具有参考阶段的运动的一个特别简单的示例是肺呼吸、亦即周期性呼吸运动。作为呼吸的参考阶段可以例如确定呼气的结束或吸气的开始。例如呼吸周期对应于目标体积的运动的(要预先计划的)运动阶段的总和。但也包括其他运动的目标体积，其中可限定运动的至少一个参考阶段并且因此利用粒子束的照射与运动可相互关联。
目标体积分成多个单独地可被粒子束击中的目标点。为了用粒子束单独地击中目标体积的目标点，粒子束优选在将要从真空中排出时、亦即将要入射到目标体积上时以小的方向变化转向。优选可以为此使用转向磁体、如本申请人的栅格扫描设备。
换句话说，由具有限定的点距的目标点组成的点栅放置到目标体积中。优选地，点距沿如下方向限定，所述方向对应于粒子束的纵向的主传播方向或横向于主传播方向的方向。粒子束的主传播方向在此是这样的假想轴线，即，未转向的粒子束在该假想轴线上行进。亦即点栅可以因而优选对应于笛卡尔坐标系，其中方向x和y对应于关于粒子束的主传播方向水平或垂直的垂线，并且此外方向z对应于粒子束在材料中的(纵向的)渗透深度。
在其中目标体积的目标点由粒子照射设施的粒子束以单次剂量照射的每个单次照射过程中，粒子束的整个进入通道在目标体积所在的体中以称为预先剂量的剂量数照射。在耗费的照射规划方法中，必须考虑所有产生的预先剂量并且将其考虑用于计算总剂量。这样例如可以有利的是，首先照射目标体积的远侧端部，其中目标体积的较邻近的部分已经被预先剂量加载。随后目标体积可以例如从反向被照射，从而目标体积的从该侧出发的远侧部分获得另一个部分剂量。备选地可以在其他的重扫描通道中从相同的方向进一步照射目标体积并且对较邻近的部分以较弱的剂量、亦即尤其是以较小的粒子数照射，从而最后实现每个目标点的理论剂量并且目标体积中的总剂量尽可能均一地分布。在理想情况中，在目标体积上的总剂量分布对应于阶跃函数。这当然在实际情况中只可困难地实现。
目标点分别配置有理论剂量、即在相应的目标点上要沉积的照射剂量的计划或理论值。换句话说，照射规划计算在相应的目标点上要沉积的理论剂量并且将结果写入照射计划中。
理论剂量此外分到一定数量的重扫描通道上，在这些重扫描通道中分别击中至少一部分目标点。优选地，在粒子束的每个重扫描通道中击中所有目标点，必要时重扫描通道也关于击中目标点而彼此相同。特别是当在每个重扫描通道中击中相同的目标点时或在相同的重扫描通道中以有利的方式出现重扫描方法的统计学平均效果时。
亦即换句话说，已经在照射规划中确定一定数量的重扫描通道，在这些重扫描通道中分别击中目标体积的目标点。将理论剂量分到各重扫描通道上的显著的优点是，当在应用剂量的后期过程中在其中一个目标点上例如发生目标体积的出乎意料的运动，由此要应用的剂量不是在目标点上沉积而是错误地沉积时，则可以在统计学上通过先前的或后续的重扫描通道至少部分地对其进行补偿。
在简单的情况中，运动的目标体积的目标点方向相同地在体中运动，从而目标体积基本上未变形地执行平移并且目标点的点栅格保持统一。但目标体积的目标点的运动也可以相对于彼此进行。例如目标体积可以延伸、挤压、伸展或以其他方式变形，并且目标体积或周围的材料中的密度起伏也可能对于粒子束的渗透深度是重要的，从而目标点对应移动。也考虑平移与目标体积的变形的叠加并且其同样理解为目标体积的运动。
以有利的方式提供一种运动模型，其允许推断目标体积的预期运动和/或目标体积的目标点的运动。作为用于确定运动模型的基础可以考虑病人模型、数学(运动)函数、4D计算机X射线断层术和/或呼吸研究。呼吸研究可以在单个目标体积或整列目标体积、例如以病人调查的形式确定，从而可预先计算目标体积(例如肺肿瘤)的目标点的平均预期运动。用于确定运动模型的其他基础也允许预先计算目标体积的目标点的平均预期运动。尤其是为了确定运动模型，由预期运动状态考虑剂量数的加权平均。
预告目标体积的目标点的运动的运动模型可以考虑用于在照射规划的范围中检测无运动的理论剂量与在考虑运动的情况下预期的剂量沉积的偏差。这意味着：运动模型的评估已经在照射的准备阶段、亦即在照射规划的范围中，可以在利用扫描的粒子束的重扫描方法的情况中提高剂量沉积的均一性和/或统一性、即剂量沉积的边缘锐度。以有利的方式，也在识别运动阶段方面考虑运动模型并且利用粒子束的照射与至少一个运动阶段、尤其是参考阶段在时间上相互关联。这样可以保持重扫描方法相对于备选方法的优点、即时间节省，其方式为照射的时间段至少具有多个运动阶段或甚至具有目标体积的整个运动过程。借助重扫描可取得的剂量分布的均一性以及目标体积边缘区域中的剂量沉积的锐度、统一性能够此外得以显著改善，从而可以减小或甚至可以完全取消围绕目标体积的安全边框，所述安全边框在必要时必须安放在健康组织中或甚至在风险器官(OAR，Organs AtRisk)中。
通过将照射与目标体积的目标点的运动相关联，可以考虑目标体积的目标点的预期平均运动，其方式为，基于发现的偏差校正在每个目标点上的理论剂量。详细而言，理论剂量能够例如通过改变在目标点上要沉积的粒子数来设定，其中，总粒子数分到各重扫描通道上并且每个重扫描通道的各个粒子数也可以不同。例如可以有利的是，在目标体积的已知的运动中、尤其是在目标体积的密度起伏中，在运动的一个阶段中在目标点沉积高的粒子数，而在运动的另一个阶段中只沉积低的粒子数，以便这样通过统计学补偿作用获得在目标体积中的剂量分布的优化的均一性。换句话说，击中选定的、目标体积的目标点可以与目标体积的运动状态相互关联。通过在照射规划中考虑运动，可以总体上较清楚地限定目标体积中的剂量沉积的边缘区域，并且包围目标体积的材料(如尤其是健康组织或要保护的器官)的照射负载减少。
最后由获得的目标点、运动和目标体积的目标点基于所述运动造成的偏差的数据产生用于照射设施的控制参数，从而可以利用照射设施沉积每个目标点的希望的校正的理论剂量。尤其是控制参数具有每个目标点和重扫描通道在目标体积中要沉积的粒子数。
目标点可以配置给粒子束的等能量层。由此目标点可以以恒定的粒子能量、亦即尤其是未改变的加速器设定来照射等能量层。换句话说有利的是，分别相继击中目标点的配置给等能量层的部分，以便更少地改变加速器设定并且因此缩短总照射过程的持续时间。
可以尤其是对于粒子束的等能量层计算用于目标体积的目标点的预期剂量分布。优选地，分别随着所确定的运动状态的出现、亦即例如运动的参考状态而击中等能量层。换句话说开始(击中)等能量层可以与确定的运动阶段同步。这可以相对于目标体积的运动进一步提高剂量沉积的稳定性。
此外在本发明的范围中的是，设定一种用于利用粒子照射设施借助重扫描照射在体中设置的运动的目标体积的方法。该照射方法尤其是利用在照射的准备阶段中产生的照射规划数据，其方式为，将照射计划加载到照射设施的控制单元中。
为了在照射过程中探测目标体积的运动而考虑运动检测设备，从而在照射过程中预先计算的运动也可以借助实际运动进行校验和/或校正。借助运动检测设备的数据可以据此生成用于照射设施的其他的控制参数，借助其可以校正基于照射规划预先计划的理论剂量。
借助照射参数产生的控制参数和借助运动检测设备产生的其他的控制参数最后被考虑用于控制粒子束，从而在考虑目标体积的运动的情况下可以用粒子束照射目标体积。
在本发明的范围中也提供适合实施上述方法步骤的照射设施。
附图说明
接着借助实施例和参考附图进一步解释本发明，其中，相同的和类似的元件部分地设有相同的附图标记并且不同的实施例的特征可以相互组合。
对附图的简要描述
在附图中示出：
图1照射设施的构造的概览图，所述照射设施在重扫描方法的范围中提供粒子束；
图2为了控制照射设施而使用的构件的示意图；
图3转向和调制设备的示意图以及对目标体积的照射；
图4通过按照本发明的方法获得的在目标体积中的剂量分布变化；
图5按照本发明的方法的步骤的概览图。
具体实施方式
图1示出本身已知的粒子治疗设施10的示意构造。粒子治疗设施10产生和加速被加载的粒子，所述粒子以粒子束20的形式被提供用于进一步使用并且借助束引导装置17可转向到可限定的目标体积34(参看图3)中。目标体积34例如在肿瘤治疗的范围中包含肿瘤，但为了科学目的、动物实验、模型和材料样本并且普遍为了研究粒子束和/或粒子治疗也可以限定包含无生命材料和/或细胞培养的目标体积34。粒子治疗设施10也用于利用粒子束20照射模拟器，借助其许多照射参数在对病人进行照射或治疗之前和/或之后可以被校验。
粒子在图1示出的示例中在两个离子源11之一中产生和预加速。离子源11可以尤其是提供从质子至铀的各种微粒。基于其对于粒子治疗有利的特性(如与材料的特征(与微粒相关的)相互作用和渗透深度)而优选使用质子、π介子、氦离子或特别优选碳离子。特别普遍地优选使用强子作为粒子。借助低能束引导装置12，粒子穿入预加速器13、在所示出的情况中即直线加速器UNILAC13(Universal Linear Accelerator)中。直线加速器13将粒子加速至第一能级并且将粒子汇集成粒子束20。粒子以第一能级最后利用另一个低能束引导装置12穿入加速器单元15、例如如示出的同步加速器亦或回旋加速器中，并且在那里进一步加速至可针对相应使用而设定的提取能量。束引导装置17最后将粒子束20引导到测量室19或治疗室21中的称为“Target”的希望的目标上，在那里具有典型的3至30毫米的束直径的粒子束20可以被使用或在那里被提供。
为了准确地定位粒子束20以便击中在体77中的目标体积34的目标点30，在测量室或照射室19或治疗室21中设置转向和调制设备22，以用于使粒子束20横向(亦即水平)和垂直转向以及用于能量调制以便快速地改变粒子束能量，所述粒子束能量确定粒子束20的渗透深度(纵向变化)。因为就此可以连续地击中在目标体积中的目标点的全部栅格，并且连续地击中目标点称为“扫描”，所以该设备称为栅格扫描设备22。但本发明不限于使用栅格扫描设备22，而是可以使用照射方法：点扫描(Spotscan)、连续照射和栅格扫描。
击中目标体积34的目标点30的顺序在照射计划中被确定，所述照射计划还可以包含其他重要的参数，如尤其是目标体积34的参数和/或目标体积34的预期运动。栅格扫描设备22的一个重要优点是，其提供如下可能性，即，将粒子束20持久地对准目标体积34，而不会为了击中相应的目标点30而单独激活所述粒子束。
整个粒子治疗设施10最后由加速器控制系统控制，所述加速器控制系统尤其是控制加速器单元15以及束引导装置17并且收集用于监控束参数的测量数据。必要时可以基于照射计划设定用于控制粒子治疗设施10的参数，从而照射计划也具有用于控制粒子治疗设施10的设定数据。
图2示出本身已知的设备的示意图，该设备在构建照射计划、即照射规划时为了产生数据记录(所述数据记录限定在体77中的目标体积34中的目标点30)并且在控制如图1示出的照射设施10时可被使用。
借助计算机X光断层照相装置或核磁共振X光断层照相装置71或借助其他诊断设备可以确定要照射的肿瘤或另一种目标体积34的位置和尺寸。X光断层照相装置71的数据直接或在通过用于构建数据记录的装置81整理之后被处理。装置81例如是工作空间计算机、工作站或另一种计算机。可选地，装置81此外通过其用户界面、软件或其他特征而适合使得医学人员在那里限定目标体积34、要应用的剂量、将所述剂量分成多个份额的划分、照射方向和粒子治疗的其他细节。
要照射的体77可以利用不同构成的监控设备在由粒子治疗设施10照射之前、期间或之后被监控。例如设置PET照相机72(PET＝Positronen-Emissions-Tomographie)和/或用于检测要照射的体77的距离传感器73，所述体支撑在支撑面78上。PET照相机72和/或距离传感器73和支撑面78可以设置在以上借助图1示出的照射室19之一内。在该情况中可以借助PET照相机72和/或距离传感器73检测通过粒子束20产生的剂量以及被照射的体77的运动。备选地，PET照相机72、距离传感器73和支撑面78设置在照射室外。备选或附加地，可以借助荧光镜检查设备、X射线设备、超声传感器、呼吸带和/或其他外部传感器来监控体77。
X光断层照相装置71、PET照相机72和距离传感器73的数据可以由用于确定一个或多个运动参数的设备82处理。借助设备82可以在照射之前或照射期间定量检测体77的部分区域的(例如基于呼吸或心跳的)运动。由设备82确定的一个或多个运动参数可以被用于构建数据记录的装置81纳入考虑。
尤其是关于典型的和/或周期性的运动的幅值或关于目标体积的空间位置和/或从外面例如借助距离传感器73可检测的大小之间的关系的数据适合于在构建数据记录时被纳入考虑。备选或附加地，由设备82确定的参数或数据可以直接由用于控制如图1示出的照射设施10的控制装置86处理。在照射期间由PET照相机72或距离传感器73检测的数据特别适合于此。此外由装置81构建的数据记录进入通过控制单元86对设施10的控制中。通过控制导线87或以其他方式，控制单元86与照射设施10耦合。
照射设施10的借助图1示出的基本结构典型地用于多种粒子治疗设施和其他照射设施。接着所述的实施例不仅可结合借助图1示出的照射设施和借助图2示出的设备而且可结合其他照射设施和设备使用。
图3示意性示出对目标体积的照射。加速器单元15提供粒子束20，所述粒子束利用两个磁扫描对40、42横向于粒子束的束方向、亦即横向地在目标体积34上扫描。目标体积34的目标点30限定目标体积的点栅，其中，目标点设置在多个等能量层中、在示出的示例中即在等能量层341至347中。等能量层341至347连续地被粒子束20扫描。在图3的实施形式中正在横向扫描等能量层345。目标体积34的运动通过箭头36标出。所述运动可以借助检测体77的运动的运动检测设备46检测。
粒子束20在击中目标点30时沉积剂量分布，其中，所述剂量分布典型地取决于所使用的粒子束的轮廓和直径。这样粒子束可以具有圆横截面，从而剂量分布也同心地从束中点看向外减小。
对于本领域技术人员而言，不必详细澄清在必要时也涉及相邻等能量层344、346的目标点30的三维剂量沉积、三维预先剂量的计算和等能量层的照射顺序的选择，因为已经由此并且由所述图可以推断出完全的照射过程并且尤其是可以同样地对于所有等能量层341至347适配照射计划。这样所述方法可以借助说明书和附图转用到在空间上分布在目标体积34中的目标点30。
图4示出运动的考虑对在目标体积的区域中的剂量分布的影响。箭头50标出在示出的情况中构成周期性呼吸运动的运动。内部区域示出临床目标体积52(CTV，ClinicalTarget Volume)，所述临床目标体积由安全边框54(IM，Internal Margins)包围。临床目标体积52和安全边框54共同形成目标体积55。利用图2和3的实施形式描述的目标体积34可以对应于目标体积55。危险区域56(OAR，Organs At Risk)与目标体积55相邻地设置，所述危险区域需考虑特别保护，亦即其应该被尽可能小的辐射剂量加载。阶跃函数58示出在目标体积55内的通常希望的理论剂量分布。因此，应该在包括临床目标体积52以及安全边框54的全部目标体积55中沉积均一的、尽可能低的、但致死的剂量。分布曲线60示出基于这样的未校正的理论剂量分布的典型地在组织中沉积的剂量分布。显著的剂量率典型地也在危险区域56中沉积。
最后校正的分布曲线62示出如本发明提出的在通过目标体积34、55的目标点30的预期平均运动进行校正之后的校正的理论剂量分布62。对运动的考虑可以因此将组织中的剂量分布较好地与照射目标、即在临床目标体积52中的足够高的剂量沉积适配。早先在运动的目标体积中引入的安全边框54可以因此在使用按照本发明的方法的情况下变得较窄或必要时完全省略。此外产生对危险区域56较好的保护。
分布曲线64示出在组织中借助校正的理论剂量分布62沉积的剂量率。所述优化的重要目的是，将理论剂量分布与运动的目标体积55适配并且因此将沉积有剂量率的区域尽可能限制到临床目标体积52上。这能够完全直观地从图4得出。按照本发明的校正的理论剂量分布62产生剂量沉积的分布曲线64，其具有显著较陡峭的边沿并且与临床目标体积52不那么远离，亦即因此涉及较少的周围材料如健康组织或危险区域56。
在图4的示例中在危险区域56中显著可看出沉积有较小的剂量或甚至不沉积任何照射剂量。在目前限定的安全边框54中，所沉积的剂量率也较小，从而安全边框可以较窄地构成或在理想情况中省略。利用按照本发明的方法可以实现，在目标体积34、55的运动36、50的影响下也获得较均一的和/或较一致的校正的剂量分布64，从而对目标体积的照射在必要时也可以在运动的参考阶段外实施，以此获得显著的时间节省。
接着讨论数学函数的示例，所述数学函数可以是用于确定运动模型的基础。为了使整个剂量尽可能接近“规定的”理论剂量以便借助运动模型进行优化，接着考察确定对于每个栅格点的粒子数(不考虑要保护的危险区域56)。例如为了3D优化而寻求如下函数F(i，Nj)的最小值：
其中，Dplan是理论剂量，表示随着在所有目标点j，30上沉积的粒子数Nj变化的、在目标点i，30上在运动的参考阶段中沉积的剂量。当然基于该函数只能够获得对应于分布曲线60的剂量分布。换句话说，该函数对应于静止肿瘤的优化，其用于传统的重扫描并且要求考虑围绕肿瘤的安全边框。这导致增加地照射健康组织。
在新提出的用于确定运动的方法中，在目标点i，30上沉积的剂量由来自所有预期运动状态m的剂量数的加权平均计算。要最小化的函数可以示例性地如下表示：
其中，是在目标点i，30上在运动状态m中沉积的剂量并且Pm是在运动状态m中遇到目标体积34、55的概率。换句话说，借助运动模型明确考虑目标体积的运动。借助该函数可以预告每个栅格点的预计剂量沉积，所述预计剂量沉积对于运动的每个阶段是可计算的并且可以通过概率函数加权。这因而代替目前的静态3D剂量沉积而能够实现借助实际预期的4D剂量沉积进行优化。因而涉及特别是可以提高剂量统一性的真正的4D优化。
通常，该概率函数可以不仅依赖于运动状态m，而且也依赖于目标点j，30的位置。例如当运动轨迹的变化已经在照射之前已知或被人为诱导时即是这种情况。例如，运动状态可以从击中每个等能量层开始进行确定，或者在照射期间的微粒强度可以变化。在该情况中函数可以如下表示：
因此，计划的理论剂量的应用通过优化(不同于在常规的重扫描中的情况，所述优化明确考虑来自所有运动状态的信息)代替仅通过确定安全边框54来确保。可以这样减少沉积有剂量的区域。这尤其是导致：可以较好保护定位在临床目标体积52附近的要保护的风险器官56。是否可以减少安全边框54或是否可以在必要时甚至取消安全边框的决定可以手动进行或对应地在自动优化中适配。也可设想利用按照本发明的方法使用常规的安全边框54，以便例如在与运动状态的均匀分布显著偏离的呼吸模式中实现改善的剂量沉积，或可以较好地评定在风险器官56中沉积的剂量包括运动影响。
由运动状态的可能在时间上的发展的概率函数能够计算目标体积的目标点的平均运动。所计算出的目标体积的目标点的平均运动可以最后在照射规划中被考虑，以便提高剂量沉积的统一性。
所述方法在必要时也可以与Gating方法组合，从而照射只在所选出的、所有运动状态的子集中发生。由此可能例如相比于单纯的以目标体积55的Gating来容忍较大的Gating窗口并且因此减少总照射持续时间。Gating窗口的选择可以手动进行或是优化的部分。
有利地可以以如下方式利用该方法，即，附加地在照射期间测量运动曲线。如果在运动阶段的分布中确定与假定的分布有过大的偏差，则可以采取不同的对应措施，例如：在占主导的运动状态期间停顿(Gating)照射、为当前的或未来的部分或区域进行新规划、对入射的微粒强度进行调制(在次占主导的运动状态期间提高或在占主导的运动状态期间减少)以及例如通过呼吸培训或人工呼吸控制病人的呼吸。
图5在左边示出在照射之前发生的照射规划方法的八个步骤。首先利用步骤101加载病人数据以及要使用的运动模型。病人数据尤其是包含关于要应用的剂量率、目标体积34、55的尺寸的信息、关于危险区域56的信息以及关于体77中的密度曲线的信息，从而可以计算粒子能量和各个剂量分布。利用步骤102借助病人数据限定目标体积34、55并且利用步骤103限定点栅、亦即目标体积的目标点30。
按照图5的示例利用步骤104确定重扫描通道的数量。理论剂量58按每个目标点30分到重扫描通道上。
在步骤105中计算每个目标点30的要用加速器设备10的粒子束20沉积的粒子数。每个目标点30的粒子数可以借助要沉积的理论剂量58计算。
利用步骤106将选择的运动模型使用于目标体积34、55中的理论剂量分布58并且借助运动模型计算目标点30的平均运动。粒子数的校正利用步骤107进行，其中，借助运动模型计算校正的理论剂量62。
最后利用步骤108产生基于运动模型校正的用于照射设施的控制参数并且因此所述控制参数在照射计划中对于后期照射是可调用的。
用于照射目标体积34、55的方法可以具有同样在图5中简示的如下步骤。首先利用步骤111将照射计划加载到用于控制照射设施10的控制单元86中，所述照射计划已经预备地包含病人数据、目标体积和点栅的数据以及校正的理论剂量分布62。
借助可以定量检测目标体积34、55的运动的运动检测设备82，利用步骤112优选在整个照射过程期间探测目标体积34、55的运动。此外利用运动检测设备82可以在必要时也实施对正确的照射的控制。
利用步骤113，基于目标体积34、55的利用运动检测设备82产生的实际运动数据来产生其他的控制参数，借助所述其他的控制参数可以连续校正对照射设施10的控制，如果实际运动数据与借助运动模型预先计算的运动数据偏离的话。对照射设施的控制的可能要进行的校正利用步骤114实施，利用该步骤最后在考虑控制参数和其他的控制参数的情况下控制照射设施。
本领域技术人员可看出，上述实施形式应示例性地理解，并且本发明不限于所述实施形式，而是可以以多样化的方式变化，而不会背离本发明。此外可看出，与是在说明书、权利要求、附图还是以其他方式公开无关，各特征也单独地限定本发明的重要组成部分，即使所述特征与其他特征一起共同说明。
附图标记列表
10 照射设施
11 离子源
12 低能束引导装置
13 预加速器
15 加速器单元
17 束引导装置
19 测量室
20 粒子束
21 治疗室
22 转向和调制设备
30 目标点
34 目标体积
36 箭头
40、42 用于使粒子束横向转向的扫描器磁体
44 用于使粒子束纵向转向(＝制动)的双楔系统
46 运动检测设备
50 用于表明运动的箭头
52 临床目标体积
54 安全边框(IM)
56 危险区域或风险器官(OAR)
58 简单的计划的理论剂量分布的分布曲线
60 常规的剂量分布的分布曲线
62 校正运动的理论剂量分布的分布曲线
64 校正运动的剂量分布的分布曲线
71 计算机或核磁共振X光断层照相装置
72 PET照相机
73 距离传感器
77 体
78 支撑面
81 用于构建数据记录的装置
82 用于定量地检测运动的设备
86 控制装置
87 控制导线
101至108 规划方法的步骤
111至114 照射方法的步骤

Claims (17)

1.一种用于为了利用粒子照射设施(10)借助重扫描照射在体(77)中设置的运动的目标体积而构建数据记录的装置(81)，所述数据记录限定在目标体积中的目标点并且所述数据记录用于控制所述照射设施，其中，该装置包括：
用于确定(102)在运动的参考状态中的目标体积的装置，
用于将目标体积分成(103)多个单独地能被粒子束击中的目标点(30)的装置，
用于确定(104)多个重扫描通道的装置，在这些重扫描通道中分别击中目标体积的目标点，
用于计算(105)在目标体积的目标点上分别要沉积的理论剂量(58)的装置，
用于借助运动模型计算(106)目标体积的目标点的预期平均运动(36、50)的装置，
用于在照射规划时考虑目标体积的目标点的预期平均运动以使得对每个目标点检测预期剂量沉积(60)与理论剂量的偏差并且基于该偏差校正每个目标点的理论剂量并且产生(107)校正的理论剂量(62)的装置，
用于产生(108)用于照射设施的控制参数的装置，其中，控制参数包括对每个目标点和重扫描通道要应用的粒子数，
其中，为了确定运动模型而考虑病人模型、数学函数和/或呼吸研究，并且
其中，校正的理论剂量(62)在不同的运动状态中分到各重扫描通道上。
2.按照权利要求1所述的装置，
其中，目标体积(34、55)的运动模型具有不同的运动状态，并且每个目标点的理论剂量按照运动状态加权地分到各重扫描通道上。
3.按照权利要求1或2所述的装置，
其中，目标体积(34、55)的运动模型是周期性的并且参考状态重复出现，从而通过将重扫描通道在时间上耦合到运动模型上而将每个目标点的理论剂量均匀地分到各重扫描通道上。
4.按照权利要求1或2所述的装置，
其中，该装置还包括用于对于粒子束(20)的等能量层(341、342、343、344、345、346、347)计算用于目标体积(34、55)的目标点(30)的预期剂量分布的装置。
5.按照权利要求4所述的装置，
其中，该装置还包括用于分别随着所确定的运动状态的出现而用粒子束(20)击中等能量层(341、342、343、344、345、346、347)的装置。
6.一种用于利用粒子照射设施(10)借助重扫描照射在体中设置的运动的目标体积(34、55)的粒子照射装置，包括用于构建照射计划的设备、运动检测设备(82)和控制单元(86)，其中，该粒子照射装置包括：
用于产生控制参数的装置，其中，在照射规划时借助运动模型考虑目标体积(34、55)的目标点(30)的预期平均运动，使得对每个目标点检测预期剂量沉积(60)与理论剂量的偏差，基于该偏差校正每个目标点的理论剂量并且产生校正的理论剂量(62)，
用于将包括所述控制参数的在照射的准备阶段中产生的照射计划加载(111)到控制单元(86)中的装置，
用于利用运动检测设备(82)探测(112)在照射过程中目标体积的运动并且借助运动检测设备产生(113)其他的控制参数的装置，
用于借助在照射计划中存储的控制参数并且借助其他的控制参数控制(114)粒子束(20)以用于在考虑目标体积的运动的情况下用粒子束对目标体积进行照射的装置，
其中，为了确定运动模型而考虑病人模型、数学函数和/或呼吸研究，并且
其中，校正的理论剂量(62)在不同的运动状态中分到各重扫描通道上。
7.按照权利要求6所述的粒子照射装置，
其中，该粒子照射装置还包括用于借助在照射计划中存储的控制参数并且借助利用运动检测设备(82)产生的其他的控制参数而使粒子束(20)的粒子数变化的装置。
8.按照权利要求6或7所述的粒子照射装置，
其中，目标体积(34、55)的运动具有不同的运动状态并且每个目标点的理论剂量按照运动状态加权地分到各重扫描通道上。
9.按照权利要求6或7所述的粒子照射装置，
其中，目标体积(34、55)的运动是周期性的并且参考状态重复出现，从而通过将重扫描通道在时间上耦合到运动上而将每个目标点的理论剂量均匀地分到各重扫描通道上。
10.按照权利要求6或7所述的粒子照射装置，
其中，该粒子照射装置还包括用于对于粒子束(20)的等能量层(341、342、343、344、345、346、347)计算用于目标体积(34、55)的目标点(30)的预期剂量分布的装置。
11.按照权利要求6或7所述的粒子照射装置，
其特征在于，该粒子照射装置还包括用于分别随着所确定的运动状态的出现而用粒子束(20)击中等能量层(341、342、343、344、345、346、347)的装置。
12.一种照射设施，其具有：
加速器单元(15)，
用于构建数据记录的装置(81)，该装置为控制单元(86)提供经计算的控制参数，借助所述控制参数在考虑运动模型的情况下能够在目标体积(34、55)中沉积分布到多个重扫描通道上的校正的剂量分布(62)，
用于在用粒子束照射之前或期间检测目标体积(34、55)的运动的运动检测设备(82)，从而借助所述运动检测设备能够产生并且为了控制照射设施而提供校正的其他的控制参数，
用于在利用所述控制参数和其他的控制参数的情况下控制加速器单元的控制单元(86)，以用于在考虑目标体积的运动的情况下在目标体积中应用校正的剂量分布(64)，
其中，为了确定运动模型而考虑病人模型、数学函数和/或呼吸研究，并且
其中，照射设施(10)的控制单元(86)构造成，用于将校正的理论剂量(62)在不同的运动状态中分到各重扫描通道上。
13.按照权利要求12所述的照射设施，
其中，粒子束(20)的粒子数借助在照射计划中存储的控制参数并且借助利用运动检测设备(82)产生的其他的控制参数而变化。
14.按照权利要求12或13所述的照射设施，其中，照射设施(10)的控制单元(86)构造成，用于将每个目标点(30)的理论剂量按照运动状态加权地分到各重扫描通道上。
15.按照权利要求12或13所述的照射设施，
其中，运动检测设备(82)借助参考状态检测目标体积(34、55)的周期运动，并且
其中，照射设施(10)的控制单元(86)构造成，用于通过将重扫描通道在时间上耦合到运动上而将每个目标点(30)的校正的理论剂量(62)均匀地分到各重扫描通道上。
16.按照权利要求12或13所述的照射设施，
其中，照射设施(10)的控制单元(86)构造成，用于利用对应于校正的剂量分布(62)的粒子数击中在粒子束(20)的等能量层(341、342、343、344、345、346、347)中的目标体积(34、55)的目标点(30)。
17.按照权利要求12或13所述的照射设施，
其中，照射设施(10)的控制单元(86)构造成，用于借助运动检测设备(82)的其他的控制参数分别随着所确定的运动状态的出现而用粒子束(20)击中等能量层(341、342、343、344、345、346、347)。
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