DE102010021119A1 - Method for operating radiation device for irradiating target volume area of target body, involves modifying irradiated target volume area of target body by control input of radiation device - Google Patents
Method for operating radiation device for irradiating target volume area of target body, involves modifying irradiated target volume area of target body by control input of radiation device Download PDFInfo
- Publication number
- DE102010021119A1 DE102010021119A1 DE102010021119A DE102010021119A DE102010021119A1 DE 102010021119 A1 DE102010021119 A1 DE 102010021119A1 DE 102010021119 A DE102010021119 A DE 102010021119A DE 102010021119 A DE102010021119 A DE 102010021119A DE 102010021119 A1 DE102010021119 A1 DE 102010021119A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- irradiation
- partially
- target
- control input
- procedure
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
- A61N5/00—Radiation therapy
- A61N5/10—X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy
- A61N5/1042—X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy with spatial modulation of the radiation beam within the treatment head
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
- A61N5/00—Radiation therapy
- A61N5/10—X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy
- A61N5/1042—X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy with spatial modulation of the radiation beam within the treatment head
- A61N5/1043—Scanning the radiation beam, e.g. spot scanning or raster scanning
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
- A61N5/00—Radiation therapy
- A61N5/10—X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy
- A61N5/1048—Monitoring, verifying, controlling systems and methods
- A61N2005/1074—Details of the control system, e.g. user interfaces
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
- A61N5/00—Radiation therapy
- A61N5/10—X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy
- A61N2005/1085—X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy characterised by the type of particles applied to the patient
- A61N2005/1087—Ions; Protons
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
- A61N5/00—Radiation therapy
- A61N5/10—X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy
- A61N5/1048—Monitoring, verifying, controlling systems and methods
- A61N5/1064—Monitoring, verifying, controlling systems and methods for adjusting radiation treatment in response to monitoring
- A61N5/1065—Beam adjustment
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Bestrahlungsvorrichtung zur Bestrahlung zumindest eines Zielvolumenbereichs eines Zielkörpers, wobei der zu bestrahlende Zielvolumenbereich des Zielkörpers durch eine Steuereingabe der Bestrahlungsvorrichtung verändert werden kann. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Bestrahlungsvorrichtung zur Bestrahlung zumindest eines Zielvolumenbereichs eines Zielkörpers, die zumindest eine Bestrahlungs-Anpassvorrichtung aufweist.The invention relates to a method for operating an irradiation device for irradiating at least one target volume range of a target body, wherein the target volume range of the target body to be irradiated can be changed by a control input of the irradiation device. Furthermore, the invention relates to an irradiation device for irradiating at least one target volume range of a target body, which has at least one irradiation matching device.
Zwischenzeitlich wird in unterschiedlichsten Bereichen der Technik eine Bestrahlung von Gegenständen durchgeführt. Je nach konkretem Einsatzerfordernis werden hierbei unterschiedliche Bestrahlungsverfahren sowie verschiedene Strahlungsarten verwendet. So ist es in manchen Gebieten der Technik erforderlich, Gegenstände flächig bzw. räumlich und hierbei möglichst gleichmäßig zu bestrahlen. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn Materialien gehärtet oder sonst wie bezüglich ihrer Materialeigenschaften verändert werden sollen. Auch ist es zwischenzeitlich beispielsweise auf dem Gebiet der Lebensmitteltechnik üblich geworden, Lebensmittel unter Verwendung bestimmter Strahlungsarten haltbar zu machen.In the meantime, an irradiation of objects is carried out in various fields of technology. Depending on the specific application requirement, different irradiation methods and different types of radiation are used. Thus, in some areas of technology it is necessary to irradiate objects spatially or spatially and as evenly as possible. This is the case, for example, when materials are to be cured or otherwise modified with respect to their material properties. Also, it has become common in the meantime, for example, in the field of food technology to make foods using certain types of radiation preserved.
In anderen Gebieten der Technik ist es dagegen erforderlich, bestimmte Teilbereiche des zu bestrahlenden Gegenstands mit einer bestimmten, typischerweise besonders hohen Dosis zu bestrahlen, während die übrigen Teile des Gegenstandes nicht bzw. so wenig wie möglich bestrahlt werden sollten. Ein Beispiel hierfür ist die Strukturierung von Mikroprozessoren oder sonstigen Mikrostrukturen bzw. Nanostrukturen unter Verwendung von elektromagnetischer Strahlung (zum Teil bis in den Röntgenbereich hinein) sowie bildgebender Masken.In other fields of technology, on the other hand, it is necessary to irradiate certain portions of the object to be irradiated with a certain, typically very high dose, while the remaining parts of the object should not be irradiated as little as possible. An example of this is the structuring of microprocessors or other microstructures or nanostructures using electromagnetic radiation (in part down into the X-ray region) and imaging masks.
Die Strukturierung der Dosisverteilung erfolgt dabei nicht unbedingt nur zweidimensional, sondern kann vielmehr auch in allen drei Raumrichtungen erfolgen. Dadurch ist es möglich, einen Volumenbereich, der im Inneren eines zu bestrahlenden Körpers liegt, direkt und unmittelbar zu bestrahlen, ohne den Körper (insbesondere dessen Außenhülle) beschädigen bzw. öffnen zu müssen. Dabei kann der zu bestrahlende Körper (insbesondere ein im Inneren des zu bestrahlenden Körpers liegender zu bestrahlender Volumenbereich) nicht nur statisch/unbewegt vorliegen. Vielmehr kann es auch vorkommen, dass sich der Zielkörper bzw. Teile des Zielkörpers (insbesondere der zu bestrahlende Volumenbereich) bewegen. Eine Bewegung kann nicht nur translatorisch relativ zu einem äußeren Koordinatensystem erfolgen, sondern auch in Form einer Verschiebung verschiedener Bereiche des zu bestrahlenden Körpers relativ zueinander (einschließlich Verdrehungen und Verformungen) erfolgen.The structuring of the dose distribution is not necessarily only two-dimensional, but rather can be done in all three spatial directions. As a result, it is possible to directly and immediately irradiate a volume area which lies in the interior of a body to be irradiated, without having to damage or open the body (in particular its outer shell). In this case, the body to be irradiated (in particular a volume region to be irradiated lying in the interior of the body to be irradiated) may not only be static / non-moving. Rather, it can also happen that the target body or parts of the target body (in particular the volume area to be irradiated) move. A movement can not only be translational relative to an external coordinate system, but also in the form of a shift of different areas of the body to be irradiated relative to each other (including twists and deformations).
Um derartige, (in sich) bewegte Körper bestrahlen zu können, werden sogenannte vierdimensionale Bestrahlungsverfahren verwendet. Dabei handelt es sich schlussendlich um dreidimensionale Bestrahlungsverfahren, die eine zeitliche Variation aufweisen (mit der Zeit als vierter Dimension). Beispiele für derartige Materialbearbeitungsverfahren gibt es im Bereich der Materialwissenschaften bei der Herstellung hochintegrierter Bauteile (insbesondere Mikroprozessoren und Speicherchips) sowie bei der Herstellung von mikrostrukturierten und nanostrukturierten Mechaniken.In order to be able to irradiate such moving bodies, so-called four-dimensional irradiation methods are used. These are ultimately three-dimensional irradiation procedures that exhibit temporal variation (with time as the fourth dimension). Examples of such material processing methods exist in the field of materials science in the production of highly integrated components (in particular microprocessors and memory chips) and in the production of microstructured and nanostructured mechanisms.
Ein weiteres Gebiet der Technik, bei dem derartige dreidimensionale bzw. vierdimensionale Bestrahlungsverfahren eingesetzt werden, liegt im Bereich der Medizintechnik. Hier ist es in der Regel ebenfalls erforderlich, bestimmte Volumenbereiche innerhalb eines Körpers, wie beispielsweise Tumore, mit einer möglichst hohen Dosis zu beaufschlagen, wohingegen das umliegende Gewebe möglichst wenig bzw. vorzugsweise im Wesentlichen überhaupt nicht mit einer Dosis belastet werden sollte. Dies gilt in besonderem Maße, wenn es sich bei dem umgebenden Gewebe um ein sogenanntes kritisches Gewebe handelt, wie beispielsweise um ein empfindliches Organ (fachsprachlich als OAR für „Organ At Risk” bezeichnet) handelt. Hierbei kann es sich beispielsweise um das Rückenmark, um Blutgefäße oder Nervenknoten handeln.Another field of technology in which such three-dimensional or four-dimensional irradiation methods are used is in the field of medical technology. As a rule, it is also necessary here to apply a dose as high as possible to certain volume areas within a body, such as tumors, for example, whereas the surrounding tissue should be as little as possible, or preferably substantially not at all, loaded with a single dose. This is especially true when the surrounding tissue is a so-called critical tissue, such as a sensitive organ (referred to in technical terms as an OAR for "organ at risk"). These may be, for example, the spinal cord, blood vessels or nerve nodes.
Gerade bei der Bestrahlung von bewegten Zielvolumina treten vielfältige, zum Teil noch nicht bzw. nicht befriedigend gelöste Probleme auf. Grundsätzlich gibt es eine große Anzahl an Lösungsmöglichkeiten. Speziell für die Verwendung mit Scanning-Verfahren werden insbesondere drei spezielle Herangehensweisen diskutiert. Hierbei handelt es sich um sogenannte Rescanning-Verfahren, Gating-Verfahren sowie Tracking-Verfahren.Especially in the irradiation of moving target volumes occur diverse, sometimes not or not satisfactorily solved problems. Basically, there are a large number of possible solutions. Specifically for use with scanning methods, three specific approaches are discussed in particular. These are so-called rescanning methods, gating methods and tracking methods.
Bei Rescanning-Verfahren wird der zu bestrahlende Körper mit einer großen Anzahl von hintereinander erfolgenden Bestrahlungsvorgängen belegt. Bei einem zyklisch wiederkehrenden Bewegungsmuster des bewegten Körpers (bzw. des zu bestrahlenden Zielgebiets) erfolgt dadurch im statistischen Mittel eine ausreichend starke Bestrahlung des Zielvolumens. Problematisch ist jedoch, dass es fast unvermeidbar zu einer relativ hohen Strahlenbelastung von an sich nicht zu bestrahlenden Teilbereichen des Zielkörpers kommt. Darüber hinaus eignen sich Rescanning-Verfahren prinzipbedingt vornehmlich für relativ schnell verlaufende, zyklisch wiederkehrende Bewegungen.In rescanning methods, the body to be irradiated is exposed to a large number of consecutive irradiation processes. In the case of a cyclically recurring movement pattern of the moving body (or of the target area to be irradiated), this results in a statistically sufficient irradiation of the target volume. The problem, however, is that it comes almost inevitably to a relatively high radiation exposure of not to be irradiated parts of the target body. In addition, rescanning methods are principally suitable primarily for relatively fast-running, cyclically recurring movements.
Bei Gating-Verfahren erfolgt eine aktive Bestrahlung des Zielkörpers nur dann, wenn sich der zu bestrahlende Volumenbereich in einem relativ eng begrenzten, definierten Gebiet befindet. Zu anderen Zeitpunkten erfolgt dagegen keine Bestrahlung (in der Regel durch Abschaltung der Teilchenstrahls). Grundsätzlich liefern Gating-Verfahren gute Bestrahlungsergebnisse. Nachteilig ist jedoch die längere Bestrahlungsdauer, die unter anderem zu höheren Kosten führt. In gating procedures, the target body is only actively irradiated if the volume area to be irradiated is located in a relatively narrow, defined area. At other times, however, there is no irradiation (usually by switching off the particle beam). Basically, gating procedures provide good irradiation results. However, a disadvantage is the longer irradiation time, which leads among other things to higher costs.
Einen besonders vielversprechenden Ansatz stellen die Tracking-Verfahren dar. Hierbei wird der Bereich, in dem die Strahlung einwirkt, korrespondierend zur Bewegung des zu bestrahlenden Volumenbereichs des Zielkörpers nachgeführt. Tracking-Verfahren vereinen die Vorteile einer präzisen, zielgenauen Behandlung mit relativ kurzen Bestrahlungszeiten.A particularly promising approach is the tracking method. In this case, the area in which the radiation acts is tracked corresponding to the movement of the volume area of the target body to be irradiated. Tracking methods combine the advantages of a precise, targeted treatment with relatively short irradiation times.
Obgleich Tracking-Verfahren grundsätzlich funktionieren, besteht nach wie vor die Notwendigkeit, diese zu verbessern. Insbesondere ist die Genauigkeit der Bestrahlung (einschließlich der Bestrahlungseinwirkung, des Dosiseintrags usw.) gegenüber den heutzutage erzielbaren Werten nach wie vor verbesserungswürdig.Although tracking techniques work in principle, there is still a need to improve them. In particular, the accuracy of the irradiation (including the irradiation action, the dose input, etc.) is still in need of improvement compared with the values that can be achieved today.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zur Bestrahlung eines Zielvolumens zu schaffen.It is the object of the present invention to provide an improved method and apparatus for irradiating a target volume.
Die Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens und der Vorrichtung ergeben sich aus den unabhängigen Ansprüchen.The object is achieved with the features of the independent claims. Advantageous developments of the method and the device will become apparent from the independent claims.
Es wird ein Verfahren zum Betreiben einer Bestrahlungsvorrichtung zur Bestrahlung zumindest eines Zielvolumenbereichs eines Zielkörpers vorgeschlagen, bei dem der zu bestrahlende Zielvolumenbereich des Zielkörpers durch eine Steuereingabe der Bestrahlungsvorrichtung verändert werden kann, wobei bei der Erzeugung der Steuereingabe zumindest eine zwischen einer Steuereingabe und einer Reaktion der Bestrahlungsvorrichtung liegende Verzögerungszeitspanne zumindest zeitweise und/oder zumindest bereichsweise berücksichtigt wird. Die Erfinder haben festgestellt, dass bei der Ansteuerung der Bestrahlungsvorrichtung bislang erstaunlicherweise vernachlässigt wurde, dass zwischen dem „Anlegen” einer Steuereingabe an die Bestrahlungsvorrichtung und der effektiven Reaktion der Bestrahlungsvorrichtung auf die Steuereingabe (also der Freisetzung der Strahlung in das angesteuerte Gebiet hinein) zum Teil verblüffend lange Zeitintervalle liegen können. Diese liegen in einer Größenordnung, die im Wesentlichen mit der Größenordnung der Bestrahlungsdauer pro Rasterpunkt und/oder der Größenordnung der Bewegungsgeschwindigkeit des Zielvolumenbereichs übereinstimmt. Wenn also beispielsweise bei der Bestrahlung eines bewegten Zielvolumenbereichs eine Erfassungsvorrichtung den Zielvolumenbereich lokalisiert hat und der so erfasste Zielvolumenbereich durch eine entsprechende Steuereingabe angesteuert wird, so kann es ohne weiteres vorkommen, dass zu dem Zeitpunkt, zu dem die Bestrahlungsvorrichtung die Strahlung im Zielvolumenbereich zur Verfügung stellt, sich der Zielvolumenbereich bereits weiter bewegt hat. Dadurch kann es vorkommen, dass der Zielvolumenbereich nicht mehr (ausreichend) genau mit der Strahlung beaufschlagt wird. In einer durchaus nicht zu vernachlässigenden Anzahl von Fällen tritt auch der Effekt auf, dass sich der Zielvolumenbereich in Folge seiner Bewegung bereits außerhalb des schlussendlich bestrahlten Volumenbereichs befindet. Auch eine Veränderung der Bestrahlungsintensität, beispielsweise während einer Behandlung oder von Behandlungstag zu Behandlungstag (die beispielsweise durch eine Veränderung in der Strahlungsintensität der Strahlungsquelle der Bestrahlungsvorrichtung hervorgerufen werden kann) kann zu insbesondere schwankenden Zeitverzögerungen vom Ansteuern bis zum „Anfahren” eines Rasterpunkts führen. Mit anderen Worten kann der Zeitpunkt, zu dem ein noch zu bestrahlender Rasterpunkt von der Bestrahlungsvorrichtung mit einer bestimmten Dosis belegt wird, in Abhängigkeit von der zwischen dem aktuellen Zeitpunkt und dem Zeitpunkt der Beaufschlagung des Rasterpunkts liegenden Bestrahlungsintensität durch die Bestrahlungsvorrichtung gegebenenfalls stark schwanken. Wenn man bei der Erstellung der Steuereingabe (wobei die Steuereingabe aus einem oder aus mehreren Werten bestehen kann) diese Verzögerungszeitspanne (bzw. mehrere Verzögerungszeitspannen) berücksichtigt, kann daher die Genauigkeit der Bestrahlung zum Teil deutlich vergrößert werden. Besonders ausgeprägt ist der Effekt bei relativ kleinen und genau zu bestrahlenden Zielvolumenbereichen, bei sich relativ schnell bewegenden Zielvolumenbereichen und/oder bei relativ stark schwankenden Bestrahlungsintensitäten (zum Beispiel Teilchenfluss bei Teilchenbeschleunigern).A method is proposed for operating an irradiation device for irradiating at least one target volume range of a target body, in which the target volume range of the target body to be irradiated can be changed by a control input of the irradiation device, wherein at least one between a control input and a response of the irradiation device during generation of the control input lying delay period at least temporarily and / or at least partially considered. The inventors have found that in the control of the irradiation device has so far been surprisingly neglected that between the "applying" a control input to the irradiation device and the effective response of the irradiation device to the control input (ie the release of the radiation in the driven area inside) in part can be amazingly long time intervals. These are of an order of magnitude which essentially corresponds to the magnitude of the irradiation time per grid point and / or the magnitude of the movement speed of the target volume range. If, for example, during the irradiation of a moving target volume range, a detection device has localized the target volume range and the thus-detected target volume range is controlled by a corresponding control input, then it may easily occur that at the time at which the irradiation device makes the radiation available in the target volume range , the target volume range has already moved further. As a result, it may happen that the target volume range is no longer (sufficiently) charged with the radiation. In a not inconsiderable number of cases, the effect also arises that the target volume range as a result of its movement is already outside of the finally irradiated volume range. A change in the irradiation intensity, for example during a treatment or from treatment day to treatment day (which may be caused, for example, by a change in the radiation intensity of the radiation source of the irradiation device) can lead to particularly fluctuating time delays from the activation to the "start-up" of a halftone dot. In other words, the point in time at which a halftone dot still to be irradiated is irradiated by the irradiation device with a specific dose may vary greatly depending on the irradiation intensity passing through the irradiation device between the current point in time and the point in time of application of the halftone dot. Therefore, taking into account this delay time span (or several delay periods) when creating the control input (the control input may consist of one or more values), the accuracy of the irradiation can be increased in part significantly. The effect is particularly pronounced in the case of relatively small target volume areas which are to be irradiated precisely, in the case of relatively rapidly moving target volume ranges and / or in the case of relatively strongly fluctuating irradiation intensities (for example particle flow in the case of particle accelerators).
Vorteilhaft ist es, wenn bei dem Verfahren eine Mehrzahl von Verzögerungszeitspannen berücksichtigt wird, insbesondere eine Mehrzahl von Verzögerungszeitspannen mit zumindest zeitweise und/oder zumindest teilweise unterschiedlicher und/oder variierender Länge. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn möglichst sämtliche Verzögerungszeitspannen berücksichtigt werden, die in Relation zur Größe des Zielvolumenbereichs, zur Größe des jeweils aktiven Bestrahlungsbereichs, zur Geschwindigkeit der Bewegung des Zielvolumenbereichs und/oder zur aktuellen Bestrahlungsintensität eine relativ lange Zeitdauer beziehungsweise eine relativ starke Schwankung der Zeitdauer aufweisen, derart, dass sich die Berücksichtigung der entsprechenden Verzögerungszeitspanne (bzw. Verzögerungszeitspannen) gegebenenfalls signifikant bemerkbar macht. Werden (im Wesentlichen) alle relevanten Zeitverzögerungen betrachtet, so kann dies in einer besonders vorteilhaften und genauen Bestrahlung des Zielvolumenbereichs beziehungsweise des Zielkörpers resultieren. Insbesondere haben die Erfinder erkannt, dass Verzögerungszeitspannen mit einer unterschiedlichen Länge auftreten können, und vorzugsweise insbesondere bezüglich ihrer unterschiedlichen Länge berücksichtigt werden sollten. So ist es möglich, dass die Änderung eines ersten Parameters der Bestrahlung eine andere Verzögerungszeitspanne mit sich bringt, als dies bei der Änderung eines zweiten Parameters der Bestrahlung der Fall ist. Ergänzend sollte darauf hingewiesen werden, dass die Verzögerungszeitspannen sowohl (zum Teil) hintereinander liegen können („sequenziell”), und dementsprechend addiert werden sollten, aber auch (zum Teil) „parallel” zueinander liegen können, und dementsprechend unabhängig voneinander betrachtet werden sollten. Eine derartige „parallele” Lage der Verzögerungszeitspannen kann insbesondere dann vorliegen, wenn bei der Verstellung voneinander unabhängiger Parameter der Bestrahlung zeitliche Verzögerungen auftreten.It is advantageous if in the method, a plurality of delay periods is taken into account, in particular a plurality of delay periods with at least temporarily and / or at least partially different and / or varying length. In particular, it is advantageous if as far as possible all delay periods are taken into account, which in relation to the size of the target volume range, the size of the respective active irradiation area, the speed of movement of the target volume range and / or the current irradiation intensity, a relatively long period of time or a relatively large fluctuation of the time duration such that If necessary, the consideration of the corresponding delay time span (or delay periods) makes significantly noticeable. If (substantially) all relevant time delays are considered, this can result in a particularly advantageous and accurate irradiation of the target volume range or of the target body. In particular, the inventors have recognized that delay periods of a different length may occur, and preferably should be taken into account particularly with respect to their different lengths. Thus, it is possible that the change of a first parameter of the irradiation brings about a different delay period than is the case with the change of a second parameter of the irradiation. In addition, it should be pointed out that the delay periods can be both (partly) consecutive ("sequential") and should be added accordingly, but also (in part) "parallel" to each other, and accordingly should be considered independently. Such a "parallel" position of the delay periods can be present in particular when time delays occur in the adjustment of mutually independent parameters of the irradiation.
Insbesondere hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn bei dem Verfahren zumindest eine Verzögerungszeitspanne berücksichtigt wird, die bei einer Bestrahlungsanpassung in zumindest einer lateral zur Bestrahlungsrichtung liegenden Richtung auftritt und/oder zumindest eine Verzögerungszeitspanne berücksichtigt wird, die in einer longitudinal zur Bestrahlungsrichtung liegenden Richtung auftritt. So haben die Erfinder festgestellt, dass eine laterale Ablenkung (beispielsweise durch Anlegen eines entsprechenden Stroms an geeignet angeordnete Magnetfeldspulen) zu relativ kleinen Verzögerungszeitspannen führt. Eine Anpassung einer Bestrahlung in einer Richtung, die longitudinal zur Bestrahlungsrichtung verläuft, ist dagegen in aller Regel deutlich zeitaufwändiger. Die Zeitdauern können dabei um den Faktor 10 oder mehr auseinander liegen. Wenn bei der Erstellung der Steuereingabe auf diese beiden unterschiedlichen (gegebenenfalls zusätzlich oder alternativ auch weitere) Charakteristika eingegangen wird, so kann eine besonders hochqualitative und genaue Bestrahlung des Zielvolumenbereichs bzw. des Zielkörpers erfolgen.In particular, it has proved to be advantageous if the method takes into account at least one delay time period which occurs during irradiation adaptation in at least one direction laterally to the irradiation direction and / or at least a delay time period which occurs in a direction longitudinal to the irradiation direction. Thus, the inventors have found that lateral deflection (for example, by applying a corresponding current to suitably arranged magnetic field coils) results in relatively small delay periods. An adaptation of an irradiation in a direction that runs longitudinally to the direction of irradiation, however, is usually much more time consuming. The durations can be separated by a factor of 10 or more. If, during the preparation of the control input, these two different (possibly additionally or alternatively also further) characteristics are discussed, a particularly high-quality and accurate irradiation of the target volume range or of the target body can take place.
Besonders sinnvoll kann es speziell in diesem Zusammenhang sein, wenn zumindest eine Verzögerungszeitspanne bei einer Bestrahlungsanpassung in zumindest einer lateral zur Bestrahlungsrichtung liegenden Richtung zumindest zeitweise und/oder zumindest teilweise in einem Bereich unter 250 ms, insbesondere einem Bereich unter 100 ms, bevorzugt in einem Bereich unter 20 ms, besonders bevorzugt in einem Bereich unter 1 ms liegt und/oder wenn zumindest eine Verzögerungszeitspanne einer Bestrahlungsanpassung in einer longitudinal zur Bestrahlungsrichtung liegenden Richtung zumindest zeitweise und/oder zumindest teilweise in einem Bereich unter 150 ms, insbesondere in einem Bereich unter 80 ms, bevorzugt in einem Bereich unter 40 ms, besonders bevorzugt in einem Bereich zwischen 20 und 30 ms liegt. Die genannten Werte haben sich insbesondere für Teilchenstrahlen mit Hadronen und/oder im Zusammenhang mit Scanning-Verfahren (einschließlich Raster-Scanning-Verfahren sowie intensitätsgesteuerte Raster-Scanning-Verfahren) als besonders vorteilhaft erwiesen. Insbesondere sind die genannten Werte von Vorteil, wenn eine Richtungsanpassung in lateraler Richtung durch ein (oder mehrere) senkrecht zueinander stehendes Magnetfeldspulenpaar erfolgt und/oder eine Bestrahlungsanpassung in einer longitudinal zur Bestrahlungsrichtung liegenden Richtung durch passive, bewegte Energiemodulatorelemente erfolgt. Insbesondere kann es sich bei den passiven; bewegten Energiemodulatorelementen um einen keilförmigen Körper aus einem energieabsorbierenden Material handeln, der mit Hilfe eines Motors, insbesondere eines Schrittmotors, derart bewegt wird, dass die Länge der Strecke, die die Strahlung (beispielsweise ein Teilchenstrahl) durch den Körper hindurch zurücklegen muss, durch die Verschiebung des energieabsorbierenden Körpers verändert werden kann. Oftmals wird auch ein Paar aus zwei keilförmigen Körpern verwendet, die punktsymmetrisch zueinander angeordnet sind und „gegeneinander” bewegt werden. Zum Teil wird zwischenzeitlich auch eine größere Anzahl von derartigen Körpern vorgeschlagen. Eine weitere Variation des zu Grunde liegenden Gedankens besteht darin, dass anstelle des Körpers der Teilchenstrahl selbst relativ zu den Körpern bewegt wird, wodurch ein ähnlich gearteter Effekt erzielt werden kann.It may be particularly useful in this context in particular if at least one delay time span is at least temporarily and / or at least partially in a range below 250 ms, in particular in a range below 100 ms, preferably in one range during an irradiation adaptation in at least one direction laterally to the irradiation direction less than 20 ms, particularly preferably in a range of less than 1 ms and / or if at least one delay period of irradiation adaptation in a direction lying longitudinally to the irradiation direction at least temporarily and / or at least partially in a range below 150 ms, in particular in a range below 80 ms , preferably in a range below 40 ms, more preferably in a range between 20 and 30 ms. The values mentioned have proved to be particularly advantageous for particle beams with hadrons and / or in connection with scanning methods (including raster scanning methods and intensity-controlled raster scanning methods). In particular, the values mentioned are advantageous if a directional adjustment takes place in the lateral direction through one (or more) pair of magnetic field coils standing perpendicular to one another and / or an irradiation adaptation takes place in a direction lying longitudinally to the irradiation direction by passive, moving energy modulator elements. In particular, it may be at the passive; moved Energiemodulatorelementen act around a wedge-shaped body of an energy absorbing material, which is moved by means of a motor, in particular a stepping motor, such that the length of the distance, which must cover the radiation (for example, a particle beam) through the body, by the displacement of the energy absorbing body can be changed. Often, a pair of two wedge-shaped bodies are used, which are arranged point-symmetrical to each other and "moved against each other". In part, a larger number of such bodies is proposed in the meantime. Another variation of the underlying idea is that instead of moving the body, the particle beam itself is moved relative to the bodies, which can produce a similar effect.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass das Verfahren derart durchgeführt wird, dass zumindest eine Verzögerungszeitspanne Signalaufbereitungseffekte und/oder Signalweiterleitungseffekte berücksichtigt. Bei derartigen Signalaufbereitungseffekten und/oder Signalweiterleitungseffekten kann es sich beispielsweise um eine Signalberechnung in Computern, Zeitverzögerungen durch Signalweiterleitungen in Computernetzwerken (beispielsweise Ethernet oder sonstige paketorientierte Leistungssysteme) und ähnliches handeln. Diese Zeitverzögerungen sind oftmals relativ konstant, können sich jedoch auch ändern, wenn beispielsweise ein Computerprogramm mit einem adaptiven Algorithmus benutzt wird, und eine größere Anzahl von Iterationsschritten durchgeführt wird. Eine Notwendigkeit hierzu kann sich beispielsweise ergeben, wenn eine höhere Genauigkeit erzielt werden soll und/oder bei gleichbleibender Genauigkeit ein größeres Zielvolumen bestrahlt werden soll. Insbesondere kann es sich bei den Signalen um eine oder mehrere Steuereingaben handeln.Furthermore, it is proposed that the method is carried out in such a way that at least one delay time span takes into account signal conditioning effects and / or signal propagation effects. Such signal conditioning effects and / or signal routing effects may include, for example, signal computation in computers, time delays through signal routing in computer networks (eg, Ethernet or other packet-oriented power systems), and the like. These time delays are often relatively constant, but may also change if, for example, a computer program with an adaptive algorithm is used and a larger number of iterations are performed. A need for this may, for example, arise if a higher accuracy is to be achieved and / or with constant accuracy, a larger target volume to be irradiated. In particular, the signals may be one or more control inputs.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn bei dem Verfahren die Steuereingabe der Bestrahlungsvorrichtung zumindest zeitweise und/oder zumindest teilweise dazu genutzt wird, um die Bewegung eines sich zumindest zeitweise und/oder zumindest bereichsweise bewegenden Zielkörpers zu kompensieren. Die Bewegung ist dabei nicht notwendigerweise auf den Zielkörper als ganzem begrenzt. Vielmehr ist es auch denkbar, dass sich der Zielkörper zumindest zum Teil „in sich” bewegt. Im Extremfall ist es auch denkbar, dass sich die äußere Hülle des Zielkörpers (im Wesentlichen) nicht verändert, sich jedoch Teile innerhalb des Zielkörpers gegeneinander verschieben. Im Übrigen ist bei einer „Verschiebung” nicht nur an Translationsfreiheitsgrade, sondern vielmehr auch an Dichteveränderungen, Rotationsfreiheitsgrade und dergleichen zu denken.It is particularly advantageous if, in the method, the control input of the irradiation device is used at least temporarily and / or at least partially to compensate for the movement of a target body moving at least intermittently and / or at least in regions. The movement is not necessarily limited to the target body as a whole. Rather, it is also conceivable that the target body at least partially "in itself" moves. In extreme cases, it is also conceivable that the outer shell of the target body (essentially) does not change, but parts move within the target body against each other. Incidentally, in the case of a "displacement", consideration should be given not only to degrees of freedom of translation, but also to changes in density, rotational degrees of freedom and the like.
Besonders vorteilhaft kann es auch sein, wenn bei dem Verfahren zumindest zeitweise und/oder zumindest bereichsweise ein zeitlicher Vorhersagealgorithmus verwendet wird. Insbesondere ist es möglich, dass basierend auf der aktuellen bzw. der vergangenen Bewegung eines Zielkörpers und/oder eines Zielvolumenbereichs eines Zielkörpers eine Vorhersage über die weitere Bewegung des Zielkörpers/des Zielvolumenbereichs, insbesondere für die nähere Zukunft, gemacht wird. Hierdurch können insbesondere die vorab beschriebenen Verzögerungszeitspannen (gegebenenfalls auch sonstige Zeitverzögerungen) berücksichtigt werden. Weiterhin kann die zeitliche Vorhersage in einem zeitlichen Bereich liegen, der im Wesentlichen mit den Verzögerungszeitspannen übereinstimmt. Die Vorhersage kann sich im Übrigen auch auf die Vorhersage der (voraussichtlichen) Länge eines variierenden Zeitintervalls (beispielsweise auf eine variierende Verzögerungszeitspanne) beziehen. Auf diese Weise kann das Bestrahlungsergebnis nochmals gegebenenfalls deutlich verbessert werden. Der Vorhersagealgorithmus kann beispielsweise durch lineare Extrapolation, kubische Extrapolation, Spline-Extrapolation, neuronale Netze, Markov-Ketten oder sonstige Algorithmen (gegebenenfalls auch analytischer Natur) erfolgen. Um die Genauigkeit des zeitlichen Vorhersagealgorithmus weiter zu erhöhen, ist es auch denkbar, dass die Werte, auf denen die Extrapolation beruht, zumindest in einem gewissen Maß gemittelt werden, um so „statistische Ausreißer” bzw. Rauscheffekte verringern bzw. sogar weitgehend vermeiden zu können.It can also be particularly advantageous if a temporal prediction algorithm is used in the method at least temporarily and / or at least partially. In particular, it is possible that based on the current or the past movement of a target body and / or a target volume range of a target body, a prediction about the further movement of the target body / the target volume range, in particular for the near future, made. As a result, in particular the delay periods described above (possibly also other time delays) can be taken into account. Furthermore, the temporal prediction may be in a time range that substantially coincides with the delay periods. Incidentally, the prediction can also relate to the prediction of the (probable) length of a varying time interval (for example, to a varying delay time span). In this way, the irradiation result can once again be significantly improved if necessary. The prediction algorithm can be carried out, for example, by linear extrapolation, cubic extrapolation, spline extrapolation, neural networks, Markov chains or other algorithms (if appropriate also of an analytical nature). In order to further increase the accuracy of the temporal prediction algorithm, it is also conceivable that the values on which the extrapolation is based are at least averaged to a certain extent in order to be able to reduce or even largely avoid "statistical outliers" or noise effects ,
Besonders bevorzugt ist es, wenn das Verfahren derart durchgeführt wird, dass zumindest zeitweise und/oder zumindest bereichsweise die Steuereingabe derart erfolgt, dass unter Berücksichtigung zumindest einer Verzögerungszeitspanne ein zu bestrahlender Zielvolumenbereich eines Zielkörpers ausgewählt wird. Besonders vorteilhaft ist es, wenn eine Mehrzahl, vorzugsweise (im Wesentlichen) sämtliche relevanten Verzögerungszeitspannen berücksichtigt werden. Dies betrifft insbesondere Verzögerungszeitspannen welche (zumindest teilweise) „sequenziell” und/oder (zumindest teilweise) „parallel” zueinander liegen. Die Steuereingabe kann also derart erfolgen, dass durch diese der Volumenbereich (insbesondere entsprechender Rasterpunkt im Volumenbereich) angesteuert wird, von dem unter Berücksichtigung zumindest einer Verzögerungszeitspanne (gegebenenfalls auch weiterer Eingaben) zu erwarten ist, dass er sich zum Zeitpunkt der tatsächlichen Bestrahlung dort befindet, wo die Strahlung der Bestrahlungsvorrichtung tatsächlich einwirkt. Bei entsprechender Wahl der Steuereingabe hat sich nämlich aufgrund der Bewegung des Zielkörpers beziehungsweise des Zielvolumenbereichs, der Zielkörper bzw. der Zielvolumenbereich zu dem Zeitpunkt, an dem die Strahlung schlussendlich von der Bestrahlungsvorrichtung im Bereich des Zielkörpers bzw. des Zielvolumenbereichs freigesetzt wird, in den entsprechenden, bestrahlten Bereich bewegt. Dadurch wird der „eigentlich gemeinte” Zielvolumenbereich bestrahlt. Mit anderen Worten wird zum Zeitpunkt der Steuereingabe auf einen eigentlich „falschen” Zielvolumenbereich gezielt. Dies erfolgt jedoch so, dass zum Zeitpunkt der eigentlichen Bestrahlung der „richtige” Zielvolumenbereich getroffen wird. Besonders vorteilhaft kann die vorgeschlagene Weiterbildung des Verfahrens sein, wenn es zumindest zeitweise und/oder zumindest bereichsweise mit einem zeitlichen Vorhersagealgorithmus kombiniert wird.It is particularly preferred if the method is carried out such that the control input takes place at least temporarily and / or at least in regions such that, taking into account at least one delay time period, a target volume range of a target body to be irradiated is selected. It is particularly advantageous if a plurality, preferably (substantially) all relevant delay periods are taken into account. This applies in particular to delay periods which are (at least partially) "sequential" and / or (at least partially) "parallel" to one another. The control input can thus take place in such a way that the volume range (in particular corresponding raster point in the volume range) is controlled by which, taking into account at least one delay time span (possibly also further inputs), it is to be expected that it will be there at the time of the actual irradiation, where the radiation of the irradiation device actually acts. If the control input has been selected appropriately, the movement of the target body or of the target volume range, the target body or the target volume range at the time at which the radiation is ultimately released by the irradiation device in the region of the target body or the target volume range, in the corresponding, irradiated area moves. This irradiates the "intended" target volume range. In other words, at the time of the control input, an actually "wrong" target volume range is targeted. However, this is done so that the "correct" target volume range is taken at the time of the actual irradiation. The proposed development of the method can be particularly advantageous if it is combined, at least temporarily and / or at least in regions, with a temporal prediction algorithm.
Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens kann sich ergeben, wenn bei der Steuereingabe zumindest zeitweise und/oder zumindest teilweise eine zeitlich variable und/oder sich zeitlich verändernde Strahlungsintensität der Bestrahlungsvorrichtung berücksichtigt wird. Beispielsweise bei Teilchenbeschleunigern tritt häufig der Effekt auf, dass die freigesetzte Dosisleistung (Teilchenfluss) auch während einer Extraktionsphase nicht konstant ist. Eine derartige zeitlich variable und/oder sich zeitlich verändernde Bestrahlungsintensität kann insbesondere bei der Bestrahlung bewegter Zielvolumenbereiche Auswirkungen auf die durchzuführende Strahlnachführung, und damit auf die anzulegenden Steuerparameter haben. Denn wenn beispielsweise eine hohe Strahlungsintensität vorliegt, so ist die pro Rasterpunkt zu deponierende Teilchenanzahl nach einer entsprechend kurzen Zeitdauer deponiert. Bei niedriger Bestrahlungsintensität ist die Bestrahlungszeit pro Rasterpunkt entsprechend länger. Dementsprechend ist beispielsweise der fünfnächste zu bestrahlende Rasterpunkt je nach Bestrahlungsintensität bereits nach 10 ms oder erst nach 30 ms zu bestrahlen. Umgekehrt formuliert: bei der Anwendung von Ortskorrekturen bezüglich der (hauptsächlichen) Bestrahlungseinwirkung muss sich bei Berücksichtigung einer Zeitverzögerung von beispielsweise 20 ms die Ortskorrektur beispielsweise bereits auf den drittnächsten oder aber auch erst auf den 20-nächsten Rasterpunkt beziehen. Die vorliegend genannten Zahlenwerte (Zeit/Rasterpunktnummer) sind selbstverständlich lediglich beispielhaft genannt und können im konkreten Fall auch andere Werte einnehmen. Problematisch ist hierbei oftmals, dass das Extraktionsprofil starken Tagesschwankungen oder Schwankungen von Bestrahlungstag zu Bestrahlungstag unterliegen kann, und dementsprechend nicht oder nicht mit ausreichender Genauigkeit bei der Bestrahlungsplanung berücksichtigt werden kann. Es hat sich jedoch gezeigt, dass das Bestrahlungsprofil (Extraktionsprofil) bei aufeinander folgenden Extraktionszyklen in der Regel relativ ähnlich zueinander ist. Eine signifikante Veränderung des Extraktionsprofils tritt in der Regel auf einer Zeitskala von mehreren Stunden oder länger auf. Dementsprechend kann auch eine Messung, die das Extraktionsprofil (oder eine sonstige zeitlich variable und/oder sich zeitlich verändernde Strahlungsintensität der Bestrahlungsvorrichtung) berücksichtigt, zur Verbesserung des Bestrahlungsverfahrens verwendet werden, wobei Messungen typischerweise im Abstand von mehreren Stunden und/oder einmal oder mehrmals am Tag und/oder unmittelbar vor einer Behandlung durchgeführt werden können. Wird eine derartige zeitlich variierende oder variable und/oder sich zeitlich verändernde Strahlungsintensität der Bestrahlungsvorrichtung berücksichtigt, so kann die in einzelne Untervolumen des Zielvolumenbereichs zu deponierende Strahlungsdosis (beispielsweise die in einem einzelnen Rasterpunkt des Zielvolumenbereichs zu deponierende Strahlungsdosis) besonders genau erfolgen, was vorteilhaft ist. Besonders große Vorteile lassen sich in der Regel in Kombination mit den unterschiedlichen Arten von Scanning-Verfahren erzielen.A particularly advantageous further development of the method can result if at least temporarily and / or at least partially a temporally variable and / or time-varying radiation intensity of the irradiation device is taken into account in the control input. For example, with particle accelerators, the effect often occurs that the released dose rate (particle flux) is not constant even during an extraction phase. Such temporally variable and / or time-varying irradiation intensity may have effects on the beam tracking to be performed, and thus on the control parameters to be applied, in particular during the irradiation of moving target volume ranges. Because if, for example, a high radiation intensity is present, then the number of particles to be deposited per grid point is deposited after a correspondingly short period of time. At low irradiation intensity, the irradiation time per grid point is correspondingly longer. Accordingly, for example, the five-next dot to be irradiated is to be irradiated after 10 ms or only after 30 ms, depending on the irradiation intensity. Conversely, when applying positional corrections to the ( main) irradiation action must take into account, for example, taking into account a time delay of, for example, 20 ms, the location correction, for example, already on the third or next to the 20-nearest grid point. The presently mentioned numerical values (time / halftone dot number) are of course only given by way of example and, in the specific case, can also assume other values. The problem here is often that the extraction profile can be subject to strong daily fluctuations or fluctuations from the day of irradiation to the day of irradiation, and accordingly can not or can not be considered with sufficient accuracy in the treatment planning. However, it has been shown that the irradiation profile (extraction profile) is usually relatively similar to one another in successive extraction cycles. A significant change in the extraction profile usually occurs on a time scale of several hours or longer. Accordingly, a measurement that takes into account the extraction profile (or other temporally variable and / or temporally varying radiation intensity of the irradiation device) can be used to improve the irradiation process, with measurements typically at intervals of several hours and / or once or more times a day and / or immediately before treatment. If such a time-varying or variable and / or time-varying radiation intensity of the irradiation device is taken into account, the radiation dose to be deposited into individual subvolumes of the target volume range (for example the radiation dose to be deposited in a single raster point of the target volume range) can be particularly accurate, which is advantageous. Especially great advantages can usually be achieved in combination with the different types of scanning methods.
Vorteilhaft ist es auch, wenn bei dem Verfahren eine bereits erfolgte Bestrahlung eines Volumenbereichs des Zielkörpers einen Einfluss auf die Steuereingabe einer noch zu erfolgenden Bestrahlung eines Volumenbereichs des Zielkörpers hat. Insbesondere im medizinischen Bereich ist es oftmals ohnehin erforderlich, dass eine Behandlung in Form mehrerer zeitlich zueinander beabstandeter Fraktionen erfolgt (zwischen einzelnen Fraktionen liegen typischerweise Stunden und/oder Tage). Dies kann erforderlich sein, damit das differentielle Reperaturvermögen von Tumor und Normalgewebe eine erhöhte integrale Tumordosis erlaubt. Wenn die aktuelle Bestrahlung jeweils mitprotokolliert wird, so kann der bereits erfolgte Dosiseintrag bei der Bestrahlungsplanung für die nächste Fraktion (bzw. die nächsten Fraktionen) entsprechend berücksichtigt werden. Auf diese Weise kann die Genauigkeit der Bestrahlung nochmals erhöht werden. Zusätzlich oder alternativ ist es jedoch auch möglich, dass eine derartige Anpassung auch innerhalb einer einzelnen Fraktion erfolgt. So wird eine einzelne Fraktion heutzutage oftmals in Form mehrerer Einzeldurchgänge appliziert. In der Regel werden dabei unterschiedliche Einzeldurchgänge aus unterschiedlichen Einstrahlrichtungen appliziert. Dabei kann beispielsweise ein Einzeldurchgang (bzw. können mehrere Einzeldurchgänge) einen Einfluss auf die noch zu applizierenden folgenden Einzeldurchgänge haben. Auch hier kann die Qualität der Bestrahlung nochmals erhöht werden.It is also advantageous if in the method an already irradiated irradiation of a volume region of the target body has an influence on the control input of an irradiation of a volume region of the target body still to be effected. In the medical field in particular, it is often necessary in any case for a treatment to take place in the form of a plurality of fractions which are spaced apart from one another in time (hours and / or days are typically present between individual fractions). This may be necessary for the differential repair capability of tumor and normal tissue to allow for increased integral tumor dose. If the current irradiation is also logged in each case, then the dose already taken in the irradiation planning for the next fraction (or the next fractions) can be taken into account accordingly. In this way, the accuracy of the irradiation can be increased again. Additionally or alternatively, however, it is also possible that such an adjustment also takes place within a single fraction. Thus, a single fraction is often applied today in the form of several individual passages. As a rule, different individual passages from different irradiation directions are applied. In this case, for example, a single passage (or can several individual passages) have an influence on the following to be applied individual passages. Again, the quality of the irradiation can be increased again.
Vorteilhaft kann es auch sein, wenn die Bestrahlung zumindest teilweise und/oder zumindest bereichsweise als ein Scanning-Verfahren, insbesondere als ein Raster-Scanning-Verfahren, bevorzugt als ein intensitätsgesteuertes Raster-Scanning-Verfahren durchgeführt wird. Derartige Scanning/Raster-Scanning-Verfahren sind für das vorab beschriebene Verfahren und/oder für dessen Weiterbildungen in der Regel besonders vorteilhaft. Bei Verwendung von Scanning/Raster-Scanning-Verfahren kann beispielsweise auch ein einzelner dünner Strahl (zum Beispiel ein Teilchenstrahl, insbesondere ein so genannter „Bleistiftstrahl” beziehungsweise „Pencilstrahl”) zur Beaufschlagung eines relativ großen Zielvolumenbereichs verwendet werden, wobei der Zielvolumenbereich durch den Bleistiftstrahl abgetastet oder abgescannt wird. Dies ist vorteilhaft, da der Strahl nicht aufgeweitet werden muss, was typischerweise zu Ungenauigkeiten bei der Bestrahlung führen würde.It can also be advantageous if the irradiation is carried out at least partially and / or at least partially as a scanning method, in particular as a raster scanning method, preferably as an intensity-controlled raster scanning method. Such scanning / raster scanning methods are generally particularly advantageous for the method described above and / or for its further developments. For example, when using scanning / raster scanning techniques, a single thin beam (eg, a particle beam, particularly a so-called "pencil beam") may also be used to apply a relatively large target volume range, with the target volume range through the pencil beam is scanned or scanned. This is advantageous because the beam does not have to be expanded, which would typically result in inaccuracies in the irradiation.
Besonders vorteilhaft kann es sein, wenn bei dem Verfahren die Erzeugung der Steuereingabe zumindest zeitweise und/oder zumindest teilweise unter Verwendung einer Bestrahlungsplanung, insbesondere zumindest zeitweise und/oder zumindest teilweise unter Verwendung einer vorab erstellten und/oder einer im Verlauf der Bestrahlung erstellten und/oder angepassten Bestrahlungsplanung erfolgt. Es hat sich gezeigt, dass eine Bestrahlungsplanung, die typischerweise numerisch relativ komplex ist und oftmals auch als iteratives Verfahren unter Verwendung einer großen Anzahl von Iterationsschritten, erstellt wird, mehrere Minuten und sogar Stunden Berechnungszeit erfordern kann, selbst wenn hierfür sehr schnelle Rechner verwendet werden. Durch eine (teilweise) Entkopplung der Berechnung der Bestrahlungsplanung und der eigentlichen Bestrahlung kann somit die Genauigkeit der Bestrahlung nochmals erhöht werden. Durch eine (teilweise) Erstellung und/oder Anpassung der Bestrahlungsplanung im Verlauf der Bestrahlung können insbesondere Effekte berücksichtigt werden, welche beispielsweise erst im Verlauf der Behandlung auftreten bzw. bekannt werden.It may be particularly advantageous for the method to generate the control input at least temporarily and / or at least partially using irradiation planning, in particular at least temporarily and / or at least partially using a pre-established and / or generated during the irradiation and / or. or adapted treatment planning. It has been found that treatment planning, which is typically numerically relatively complex and often created as an iterative process using a large number of iteration steps, may take several minutes and even hours of computation time, even if very fast computers are used. By (partially) decoupling the calculation of the irradiation planning and the actual irradiation, the accuracy of the irradiation can thus be further increased. By (partially) preparing and / or adapting the irradiation planning in the course of the irradiation, it is possible, in particular, to take into account effects which, for example, only occur or become known during the course of the treatment.
Als typisches Beispiel hierfür ist beispielsweise der Extraktionsverlauf bei einer Teilchenbeschleunigervorrichtung zu nennen und/oder sonstige Maschinenparameter und/oder bestimmter Patientenparameter (beispielsweise die exakte Lage eines Tumorgebiets und/oder eine Bewegung des Patienten).A typical example of this is, for example, the extraction process in a Particle accelerator to call and / or other machine parameters and / or certain patient parameters (for example, the exact location of a tumor area and / or movement of the patient).
Besonders vorteilhaft ist es, wenn es sich bei der Bestrahlungsvorrichtung zumindest teilweise um eine Partikelstrahlvorrichtung oder Teilchenstrahlvorrichtung, insbesondere um eine Schwerionen-Beschleunigervorrichtung, um eine Protonen-Beschleunigervorrichtung, um eine Hadronen-Beschleunigervorrichtung, um eine Pionen-Beschleunigervorrichtung, um eine Helimionen-Beschleunigervorrichtung, um eine lineare Beschleunigervorrichtung, um eine Synchotron-Beschleunigervorrichtung, um eine Leptonen-Beschleunigervorrichtung und/oder um eine Elektronen-Beschleunigervorrichtung handelt. Speziell Partikelstrahlen oder Teilchenstrahlen sind bei der Zerstörung von Tumorgewebe, bzw. bei der Beaufschlagung von bestimmten Materialien besonders effektiv. Darüber hinaus kann speziell bei der Verwendung von Partikeln oder Teilchen oder Ionen der Effekt der Energieabgabe im Zielvolumen in Form des sogenannten Bragg-Peak genutzt werden. Wenn Teilchen durch ein Material hindurch treten, verlieren diese ihre Energie nicht in gleichmäßigen ”Portionen”, insbesondere nicht kontinuierlich. Vielmehr ist die Energieabgabe auf einen Bereich konzentriert, der kurz vor dem Punkt liegt, an dem die Teilchen vollständig im Material deponiert werden, anders ausgedrückt: „steckenbleiben” – der überwiegende Teil der Energieabgabe erfolgt im sogenannten Bragg-Peak. Hierdurch ist eine Variation des Dosiseintrags in Richtung des Teilchenstrahls (in z-Richtung) möglich, indem die Lage des Braggpeaks im Zielvolumen verändert, insbesondere gezielt verändert wird. Dadurch kann eine Bestrahlung auch innerhalb eines Zielkörpers erfolgen, auch ohne dass die um den Zielvolumenbereich des Zielkörpers liegenden Bereiche (in größerem Maße) mit der Strahlung beaufschlagt werden. Hierbei wird die Lage des Bragg-Peaks derart gesteuert, dass dieser nur im Zielvolumenbereich liegt.It is particularly advantageous if the irradiation device is at least partially a particle beam device or particle beam device, in particular a heavy ion accelerator device, a proton accelerator device, a hadron accelerator device, a pion accelerator device, a helical ion accelerator device, is a linear accelerator device, a synchotron accelerator device, a lepton accelerator device, and / or an electron accelerator device. Especially particle beams or particle beams are particularly effective in the destruction of tumor tissue, or in the application of certain materials. In addition, especially with the use of particles or particles or ions, the effect of the energy release in the target volume in the form of the so-called Bragg peak can be used. When particles pass through a material, they do not lose their energy in even "portions," especially not continuously. Rather, the energy output is concentrated on an area just before the point at which the particles are completely deposited in the material, in other words: "get stuck" - the majority of the energy output takes place in the so-called Bragg peak. In this way, a variation of the dose entry in the direction of the particle beam (in the z-direction) is possible by changing the position of the Bragg peak in the target volume, in particular selectively changing it. As a result, irradiation can also take place within a target body, even without the regions lying around the target volume region of the target body (to a greater extent) being exposed to the radiation. In this case, the position of the Bragg peak is controlled such that it lies only in the target volume range.
Weiterhin wird eine Bestrahlungsvorrichtung zur Bestrahlung zumindest eines Zielvolumenbereichs eines Zielkörpers vorgeschlagen, die zumindest eine Bestrahlungs-Anpassvorrichtung aufweist, wobei die Bestrahlungsvorrichtung zumindest eine insbesondere elektronische Steuervorrichtung aufweist, welche derart ausgebildet und eingerichtet ist, dass sie ein Verfahren mit den vorab beschriebenen Merkmale durchführt. Auch die Bestrahlungsvorrichtung weist die vorab im Zusammenhang mit dem Verfahren beschriebenen Eigenschaften und Vorteile in analoger Weise auf. Bei der elektronischen Steuervorrichtung kann es sich beispielsweise um einen elektronischen Rechner (Computer) handeln oder um ein elektronisches Hardware modul. Dieses kann die Steuersignale aus einer Speichervorrichtung abrufen und/oder verarbeiten oder auch, online berechnen.Furthermore, an irradiation device for irradiation of at least one target volume range of a target body is proposed, which has at least one irradiation adapter, wherein the irradiation device has at least one particular electronic control device, which is designed and arranged to perform a method with the features described above. The irradiation device also has the properties and advantages described above in connection with the method in an analogous manner. The electronic control device may be, for example, an electronic computer (computer) or an electronic hardware module. This can retrieve the control signals from a storage device and / or process or also, calculate online.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand vorteilhafter Ausführungsbeispiele und unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:In the following the invention will be explained in more detail by means of advantageous embodiments and with reference to the accompanying drawings. Show it:
In
Die von der Ionenquelle
Wenn die Teilchenenergie des Teilchenstrahls
Um eine schnelle Variation der Teilchenenergie durchführen zu können, wird im vorliegenden Beispiel ein passiver Energiemodulator
Als Scanverfahren wird heutzutage oftmals ein sogenanntes Raster-Scanverfahren verwendet, bei dem das zu bestrahlende Zielvolumen oder der Zielvolumenbereich
Die Intensitätsschwankungen rühren vom so genannten „Extraktionsspektrum” her. Auch wenn versucht wird, die Beschleunigervorrichtungen (wie beispielsweise die Bestrahlungsvorrichtung
Bei heutigen Behandlungsverfahren wird typischerweise vorab eine sogenannte Bestrahlungsplanung erstellt. Hierbei wird – grob gesprochen – auf Basis von Bildgebungsdaten, physikalischen Basisdaten, (biologischen) Modellen und der von einem Arzt verschriebenen (biologisch wirksamen) Dosisverteilung ein Steuerdatensatz für die Bestrahlungsvorrichtung
In der Praxis erfolgt die Bestrahlungsplanung dadurch, dass berechnet wird, welchen biologischen Effekt ein Teilchenstrahl
Im Rahmen einer Bestrahlungsplanung ist eine Vielzahl von unterschiedlichen Effekten zu berücksichtigen. So werden beispielsweise auch Dosisbeiträge berücksichtigt, die der Teilchenstrahl in anderen Rasterpunkten einbringt. Dabei sind die Dosiseinträge in aller Regel hinter dem „aktuellen” Rasterpunkt sehr klein (sodass diese oftmals vernachlässigt werden können), wohingegen sie in Strahlrichtung gesehen vor dem „aktuellen” Rasterpunkt durchaus relevante Dosiseinträge bewirken können. Weiterhin ist – insbesondere im Falle von Schwerionen-Teilchenstrahlung – zu berücksichtigen, dass die so genannte relative biologische Wirksamkeit (RBE für Englisch: „relative biological effectiveness”) in komplexer und nichtlinearer Weise von physikalischen Parametern abhängen. Beispielsweise kann sich der Zusammenhang zwischen der deponierten physikalischen Dosis (korrespondierend mit dem Energieverlust des Teilchenstrahls) und der Gewebeschädigung (also der biologisch wirksamen Dosis) in Abhängigkeit von der Teilchenenergie verändern. Auch kann es – wiederum insbesondere im Falle von Schwerionen-Teilchenstrahlung – zu so genannter Sekundärstrahlung durch Fraktionierung, vom Schwerionenstrahl induzierte Teilchen kommen. Auch dies bringt nichtlineare biologische Effekte mit sich. Weiterhin verändert sich die eingebrachte Dosis (sowohl die physikalische, als auch die biologisch wirksame Dosis) mit der Gewebeart. Mithin sind (unter anderem) Knochen, Muskelgewebe, Blutgefäße, Hohlräume und dergleichen bei der Bestrahlungsplanung unterschiedlich zu gewichten. Bei einer großen Anzahl an Rasterpunkten (in der Praxis können ohne weiteres 20.000–50.000 Rasterpunkte zu berücksichtigen sein) kann die Erstellung einer Bestrahlungsplanung erhebliche Zeitdauern (durchaus mehrere Stunden) beanspruchen, auch wenn sehr schnelle Computer verwendet werden. Ergänzende Informationen zur Erstellung von Bestrahlungsplanungen finden sich insbesondere in den beiden Artikeln
Ein zusätzliches Problem ergibt sich, wenn sich der Zielkörper
Um bei derartig bewegten Zielvolumenbereichen
Die Bestrahlungsplanung erfolgt nun dadurch, dass anstelle eines einzelnen Planungsdatensatzes
Die Erfinder haben nun erkannt, dass dieses Verfahren problematisch sein kann, insbesondere dann, wenn sich das Zielvolumenbereichs
Der Korrekturvektor, der die „Ausgabe” der Bestrahlungsplanung
Ein erster Parameter ist dabei die Geschwindigkeit der Bewegung des Zielvolumenbereichs
Soll beispielsweise zum Zeitpunkt t0 (entspricht
Hierbei sind insbesondere die Ablenkvorrichtung
Bis die einzelnen Komponenten der Bestrahlungsvorrichtung
Einen zweiten Parameter stellt die Zeitverzögerung dar, die zwischen Steuereingabe und Umsetzung der Steuereingabe durch die Beschleunigungsvorrichtung
Die Bewegungskomponente longitudinal zum Teilchenstrahl
Einen dritten Parameter für die Richtung und Größe des Korrekturrektors stellt darüber hinaus auch der aktuelle Teilchenfluss (Bestrahlungsintensität) dar, der von der Bestrahlungsvorrichtung
Wenn beispielsweise zum Zeitpunkt t0 beim Rasterpunkt Vi,j gestartet wird, so wird zum Zeitpunkt t1 der Rasterpunkt Vi,j+3 bestrahlt. Wie bereits erwähnt ist der Teilchenfluss jedoch nicht konstant, sondern variiert im Lauf eines Extraktionszyklusses. Ist der Teilchenfluss beispielsweise größer als Φ1, so ist die in den jeweiligen Rasterpunkt einzubringende Teilchenanzahl schneller erreicht und der Scan-Fortschritt entsprechend schneller. Dies hat zur Folge, dass die Bestrahlung des Rasterpunkts Vi,j+3 bereits zu einem Zeitpunkt t1' erfolgt, der vor dem Zeitpunkt t1 liegt. Bei einem niedrigen Teilchenfluss erfolgt der Scan-Fortschritt entsprechend langsamer. Auch dieser Effekt erfordert eine Korrektur in Form eines entsprechend angepassten Korrekturvektors.If, for example, at the time point t 0 at the grid point V i, j is started, the grid point V i, j + 3 is irradiated at the time t 1 . However, as already mentioned, the particle flux is not constant, but varies over the course of an extraction cycle. If the particle flux is, for example, greater than Φ 1 , the number of particles to be introduced into the respective grid point is reached faster and the scan progress correspondingly faster. This has the consequence that the irradiation of the halftone dot V i, j + 3 already takes place at a time t 1 ', which lies before the time t 1 . With a low particle flow, the scan progress is correspondingly slower. This effect also requires a correction in the form of a correspondingly adapted correction vector.
Wie insbesondere aus
Um derart „in die Zukunft schauen” zu können, ist es erforderlich, den aktuellen Bewegungszustand zum Zeitpunkt t0 zu extrapolieren (siehe
In
Die Bestimmung des anzusteuernden Zielpunkt, um den Zielvolumenbereich
In
In
Im anschließenden Schritt
Gleichzeitig wird im Schritt
Unter Berücksichtigung beider Einflüsse werden die anzuwendenden Korrekturwerte (Korrekturvektoren) ermittelt (Schritt
Hierdurch erhält man im Schritt
Es ist selbstverständlich, dass die in den Verfahren beschriebenen Merkmale auf die Vorrichtung angewendet werden können und umgekehrt, wobei nicht alle Merkmale des Verfahrens jeweils im unmittelbaren Zusammenhang mit der Vorrichtung beschrieben wurden.It is to be understood that the features described in the methods may be applied to the device, and vice versa, not all features of the method being described in the immediate context of the device.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Bestrahlungsvorrichtungirradiator
- 22
- Zielkörpertarget body
- 33
- ZielvolumenbereichTarget volume range
- 44
- Synchotron-TeilchenbeschleunigerSynchrotron particle accelerator
- 55
- Ionenquelleion source
- 66
- Linearbeschleunigerlinear accelerator
- 77
- Beschleunigerringaccelerator ring
- 88th
- Extraktionsseptumextraction septum
- 99
- Teilchenstrahlparticle
- 1010
- Ablenkvorrichtungdeflector
- 1111
- Energiemodulatorenergy modulator
- 1212
- Keilwedge
- 1313
- Stellmotorservomotor
- 1414
- PlanungsdatensatzPlanning record
- 1515
- GesamtbestrahlungsplanungTotal treatment planning
- 1616
- Materialausschnittmaterial cut
- 1717
- AtembewegungskurveRespiratory motion curve
- 1818
- Bestrahlungsverfahrenirradiation method
- 1919
- AnfangBeginning
- 2020
- Ermittlung BestrahlungspunktDetermination of irradiation point
- 2121
- Ermittlung SteuersignalDetermination of control signal
- 22 22
- Ansteuerung MaschinenkomponentenControl of machine components
- 2323
- Bestrahlung RasterpunktIrradiation halftone dot
- 2424
- ÜberprüfungsschrittVerification step
- 2525
- Bestrahlung beendetIrradiation finished
- 2626
- Bestrahlung noch nicht beendetIrradiation not yet finished
- 2727
- EndeThe End
- 2828
- Ermittlung ZielpunktDetermination target point
- 2929
- Ermittlung BewegungsphaseDetermination movement phase
- 3030
- Ermittlung und Anwendung KorrekturvektorDetermination and application correction vector
- 3131
- Korrigierte BestrahlungskoordinateCorrected irradiation coordinate
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.
Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
- „Treatment planning for heavy ion radiotherapy: clinical implementation and application” von M. Krämer, O. Jäckel, T. Haberer, G. Kraft, D. Schardt und U. Weber in Phys. Med. Biol., Vol. 45, Jahrg. 2000, Seite 3299–3317 [0044] "Treatment planning for heavy ion radiotherapy: clinical implementation and application" by M. Krämer, O. Jäckel, T. Haberer, G. Kraft, D. Schardt and U. Weber in Phys. Med. Biol., Vol. 45, Jahrg. 2000, pages 3299-3317 [0044]
- „Treatment planning for heavy ion radiotherapy: calculation and optimization of biologically effective dose” von M. Krämer und M. Scholz in Phys. Med. Biol., Vol. 45, Jahrg. 2000, Seite 3319–3330 [0044] "Treatment planning for heavy ion radiotherapy: calculation and optimization of biologically effective dose" by M. Krämer and M. Scholz in Phys. Med. Biol., Vol. 45, Jahrg. 2000, pages 3319-3330 [0044]
Claims (14)
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102010021119A DE102010021119A1 (en) | 2010-05-20 | 2010-05-20 | Method for operating radiation device for irradiating target volume area of target body, involves modifying irradiated target volume area of target body by control input of radiation device |
PCT/EP2011/001266 WO2011116889A1 (en) | 2010-03-25 | 2011-03-15 | Methods for operating a radiation device |
EP11710690.6A EP2550062B1 (en) | 2010-03-25 | 2011-03-15 | Methods for operating a radiation device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102010021119A DE102010021119A1 (en) | 2010-05-20 | 2010-05-20 | Method for operating radiation device for irradiating target volume area of target body, involves modifying irradiated target volume area of target body by control input of radiation device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102010021119A1 true DE102010021119A1 (en) | 2011-11-24 |
Family
ID=44900374
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102010021119A Withdrawn DE102010021119A1 (en) | 2010-03-25 | 2010-05-20 | Method for operating radiation device for irradiating target volume area of target body, involves modifying irradiated target volume area of target body by control input of radiation device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102010021119A1 (en) |
-
2010
- 2010-05-20 DE DE102010021119A patent/DE102010021119A1/en not_active Withdrawn
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
"Treatment planning for heavy ion radiotherapy: calculation and optimization of biologically effective dose" von M. Krämer und M. Scholz in Phys. Med. Biol., Vol. 45, Jahrg. 2000, Seite 3319-3330 |
"Treatment planning for heavy ion radiotherapy: clinical implementation and application" von M. Krämer, O. Jäckel, T. Haberer, G. Kraft, D. Schardt und U. Weber in Phys. Med. Biol., Vol. 45, Jahrg. 2000, Seite 3299-3317 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE102007014715B4 (en) | Determination of control parameters for irradiation of a moving target volume in a body | |
DE102007045879B4 (en) | Irradiation of a moving target volume | |
DE102007014394A1 (en) | Determination of a planning volume for irradiation of a body | |
EP2022534B1 (en) | Control device for controlling an irradiation procedure, particle therapy facility and method for irradiating a target volume | |
DE102009055902B4 (en) | Method and device for controlling the dose application during irradiation | |
DE102008009765B4 (en) | Determining control parameters of an irradiation system for irradiation of a target volume | |
EP2506929B1 (en) | Irradiation device | |
EP2453984A1 (en) | Irradiation or irradiation planning system for a rescanning method using a particle beam | |
DE102008053611A1 (en) | Irradiation of a target volume taking into account a volume to be protected | |
EP2790784B1 (en) | Method and apparatus for preparing an irradiation plan for a moving target volume without a movement compensation | |
EP2292298B1 (en) | Method for determining an irradiation plan, irradiation planning device and irradiation assembly | |
DE102010048233B4 (en) | Method for generating an irradiation planning and method for applying a spatially resolved radiation dose | |
EP2366428B1 (en) | Method for registering an initial reproduction dataset to a second reproduction dataset | |
DE102011109380B4 (en) | Improved energy modulator | |
EP2550062B1 (en) | Methods for operating a radiation device | |
DE102010021119A1 (en) | Method for operating radiation device for irradiating target volume area of target body, involves modifying irradiated target volume area of target body by control input of radiation device | |
DE102010012654A1 (en) | Method for operating radiation device for irradiating target volume area of target body, involves modifying irradiated target volume area of target body by control input of radiation device | |
EP2794006B1 (en) | Method for determining a dose entering an object that is to be irradiated | |
DE102011083195B4 (en) | Method and device for optimizing a particle accelerator | |
EP2627411B1 (en) | Radiation planning for radiation having an inhomogeneous particle beam | |
DE102011083196B4 (en) | Determination of the duration of irradiation during particle irradiation planning |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: GSI HELMHOLTZZENTRUM FUER SCHWERIONENFORSCHUNG, DE Free format text: FORMER OWNERS: GSI HELMHOLTZZENTRUM FUER SCHWERIONENFORSCHUNG GMBH, 64291 DARMSTADT, DE; SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT, 80333 MUENCHEN, DE |
|
R082 | Change of representative |
Representative=s name: BLUMBACH ZINNGREBE PATENT- UND RECHTSANWAELTE, DE Representative=s name: BLUMBACH ZINNGREBE PATENT- UND RECHTSANWAELTE , DE Representative=s name: BLUMBACH ZINNGREBE PATENTANWAELTE PARTG MBB, DE |
|
R005 | Application deemed withdrawn due to failure to request examination |