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 PDF

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Abstract

The method involves modifying the irradiated target volume area of a target body by a control input of a radiation device. A delay interval between a control input and a reaction of the radiation device is taken into consideration with the generation of the control input. An independent claim is also included for a radiation device with an irradiation adapting device.

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:

1: eine Bestrahlungsvorrichtung zur Bestrahlung eines innenliegenden Volumenbereichs eines zu bestrahlenden Körpers in einer schematischen Prinzipdarstellung; 1 : an irradiation device for irradiating an internal volume region of a body to be irradiated in a schematic principle representation;

2: eine Veranschaulichung einer 4-D-Bestrahlungsplanung; 2 : an illustration of a 4-D radiation planning;

3: eine schematische Veranschaulichung einer Zielpunkt Vektorkorrektur; 3 : a schematic illustration of a target point vector correction;

4: eine Atemverlaufskurve als Beispiel für ein zyklisches, wiederkehrendes Bewegungsmuster; 4 : a respiratory trace as an example of a cyclical, recurring movement pattern;

5: ein schematischer Ablaufplan für ein Verfahren zur verzögerungszeitkorrigierten Bestrahlung; 5 a schematic flow chart for a delay time corrected irradiation method;

6: ein schematischer Ablaufplan für ein Verfahren zur Bestimmung von korrigierten Zielkoordinaten. 6 : A schematic flow chart for a method for determining corrected target coordinates.

In 1 ist in einer schematischen Prinzipdarstellung eine Bestrahlungsvorrichtung 1 zur Bestrahlung eines in einem Zielkörper 2 liegenden Zielvolumenbereichs 3 dargestellt. Die Bestrahlungsvorrichtung 1 ist im vorliegend dargestellten Ausführungsbeispiel als Synchotron-Teilchenbeschleuniger 4 mit einem an sich bekannten Aufbau ausgebildet. Der Synchotron-Teilchenbeschleuniger 4 weist eine Ionenquelle 5 auf, in der einzelne Atome erzeugt und ionisiert werden, mithin als Ionen vorliegen. Insbesondere für medizinische Zwecke haben sich Helium-Ionen, Protonen, Neon-Ionen und insbesondere Kohlenstoff-Ionen als besonders vorteilhaft und effektiv erwiesen. Ein großer Vorteil bei den genannten Teilchensorten besteht insbesondere darin, dass diese – speziell Kohlenstoff – biokompatibel sind, mithin bei einer Implantation in ein lebendes organisches Gewebe keine Gewebeunverträglichkeiten erzeugen. Darüber hinaus besteht ein Vorteil der genannten Teilchen (wie auch von sonstigen Schwerionen) darin, dass deren Energiedeposition im Gewebe einen relativ scharf ausgeprägten Bragg-Peak aufweist. Über die Teilchenenergie des entsprechenden Teilchens ist somit die Eindringtiefe des Teilchenstrahls in Materie, insbesondere im Gewebe steuerbar (und damit insbesondere der Bereich der größten Energiefreisetzung steuerbar, um beispielsweise einen Tumor im Inneren eines Körpers zu therapieren). Selbstverständlich ist auch die Verwendung anderer Partikel oder Teilchen denkbar, wie beispielsweise Protonen, Elektronen und Pionen und/oder aber auch ganz allgemein Leptonen und Hadronen (wobei die Bestrahlungsvorrichtung 1 gegebenenfalls zu modifizieren ist).In 1 is a schematic diagram of an irradiation device 1 for irradiating one in a target body 2 lying target volume range 3 shown. The irradiation device 1 is in the present embodiment illustrated as a synchotron particle accelerator 4 formed with a known per se structure. The Synchotron Particle Accelerator 4 has an ion source 5 on, in which individual atoms are generated and ionized, thus present as ions. Helium ions, protons, neon ions and, in particular, carbon ions have proven particularly advantageous and effective for medical purposes. A major advantage of the particle types mentioned is, in particular, that they - especially carbon - are biocompatible, and therefore do not produce any tissue incompatibility when implanted in a living organic tissue. In addition, an advantage of said particles (as well as other heavy ions) is that their energy deposition in the tissue has a relatively sharply pronounced Bragg peak. By means of the particle energy of the corresponding particle, the penetration depth of the particle beam into matter, in particular in the tissue, can thus be controlled (and thus, in particular, the region of greatest energy release controllable, for example to treat a tumor in the interior of a body). Of course, the use of others Particles or particles conceivable, such as protons, electrons and pions, and / or in general leptons and hadrons (wherein the irradiation device 1 if necessary, to be modified).

Die von der Ionenquelle 5 freigesetzten Teilchen werden zunächst in einem Linearbeschleuniger 6 vorbeschleunigt, bevor sie in den eigentlichen Beschleunigerring 7 des Synchotron-Teilchenbeschleunigers 4 eingeschossen werden. Die im Beschleunigerring 7 befindlichen Teilchen werden anschließend auf die gewünschte Energie beschleunigt. Sobald diese Energie erreicht ist, wirkt der Beschleunigerring 7 als Speicherring und die hochenergetischen Teilchen werden über ein Extraktionsseptum 8 langsam aus dem Beschleunigerring 7 entnommen, typischerweise extrahiert (typische Extraktionszeiten liegen im Bereich von einigen Sekunden bis Dekasekunden). Der extrahierte Teilchenstrahl 9 wird mit Hilfe einer Ablenkvorrichtung 10, die vorliegend in Form zweier zueinander senkrecht angeordneter Magnetspulenpaare ausgebildet ist, in einer lateral zur Teilchenstrahlrichtung 9 liegenden Richtung abgelenkt. Auf diese Weise kann im Bereich des Zielkörpers 2 ein beliebiger Punkt in einer x-y-Ebene (steht im Wesentlichen senkrecht zum Teilchenstrahl 9) erreicht werden (wobei die maximale Größe der x-y-Ebene durch die genaue Bauausführung der Bestrahlungsvorrichtung 1 bestimmt wird). Auf diese Weise kann das Zielvolumenbereich 3 im Zielkörper 2 mit einem Scan-Verfahren sukzessive „angefahren” werden. Insbesondere können einzelne Volumeneinheiten oder Volumenbereiche im Zielvolumenbereich 3, im allgemeinen als Rasterpunkte bezeichnet, gezielt und sukzessive angefahren werden.The from the ion source 5 released particles are initially in a linear accelerator 6 pre-accelerated before entering the actual accelerator ring 7 of the synchotron particle accelerator 4 be shot. The in the accelerator ring 7 particles are then accelerated to the desired energy. Once this energy is reached, the accelerator ring acts 7 as a storage ring and the high-energy particles are passed through an extraction septum 8th slowly out of the accelerator ring 7 taken, typically extracted (typical extraction times are in the range of a few seconds to Dekasekunden). The extracted particle beam 9 is using a deflector 10 , which in the present case is in the form of two mutually perpendicularly arranged pairs of magnetic coils, in a lateral direction to the particle beam direction 9 distracted direction. In this way, in the area of the target body 2 an arbitrary point in an xy plane (is essentially perpendicular to the particle beam 9 ) (the maximum size of the xy plane being due to the precise construction of the irradiation device 1 is determined). In this way, the target volume range can be 3 in the target body 2 be successively "approached" with a scan process. In particular, individual volume units or volume ranges in the target volume range 3 , generally referred to as screen dots, are targeted and successively approached.

Wenn die Teilchenenergie des Teilchenstrahls 9 konstant bleibt, werden dabei im Zielvolumenbereich 3 Punkte erreicht, die in einer sogenannten Iso-Energieebene liegen. Die Iso-Energieebene liegt dabei im Wesentlichen senkrecht zur Richtung des Teilchenstrahls 9. Die Tiefenlage der Iso-Energieebene entspricht im Wesentlichen der Lage der Bragg-Peaks. Um das Zielvolumen 3 im Zielkörper 2 auch in z-Richtung (parallel zur Richtung des Teilchenstrahls 9) durchscannen zu können, ist es daher erforderlich die Energie der Teilchen im Teilchenstrahl 9 zu variieren. Heutige Synchrotron-Teilchenbeschleuniger 4 können jedoch die Teilchenenergie bestenfalls zwischen zwei aufeinanderfolgenden Extraktionszyklen variieren. Für die Behandlung eines Patienten würden sich damit nicht-vertretbar lange Behandlungszeiten ergeben.When the particle energy of the particle beam 9 remains constant while being in the target volume range 3 Reaches points that lie in a so-called iso-energy level. The iso-energy plane is substantially perpendicular to the direction of the particle beam 9 , The depth of the iso-energy plane essentially corresponds to the position of the Bragg peaks. To the target volume 3 in the target body 2 also in the z-direction (parallel to the direction of the particle beam 9 Therefore, it is necessary to scan the energy of the particles in the particle beam 9 to vary. Today's Synchrotron Particle Accelerator 4 however, the particle energy may at best vary between two consecutive extraction cycles. For the treatment of a patient, this would result in unreasonably long treatment times.

Um eine schnelle Variation der Teilchenenergie durchführen zu können, wird im vorliegenden Beispiel ein passiver Energiemodulator 11 verwendet. Der passive Energiemodulator 11 besteht aus zwei im Wesentlichen identisch zueinander ausgebildeten, jedoch symmetrisch zueinander angeordneten Keilen 12 aus einem energieabsorbierenden Material. Die Keile 12 sind beispielsweise unter Verwendung von Stellmotoren 13 (beispielsweise Linearmotoren) in einer im Wesentlichen senkrecht zur Richtung des Teilchenstrahls 9 stehenden Richtung verschiebbar (jeweils durch einen Doppelpfeil angedeutet). Die Bewegungen der beiden Keile 12 sind dabei miteinander synchronisiert. Je nach Stellung der beiden Keile 12 muss der Teilchenstrahl 9 eine unterschiedliche Länge durch das energieabsorbierende Material der beiden Keile 12 hindurch laufen. Dementsprechend wird die Energie der Teilchen des Teilchenstrahls 9 entsprechend stark vermindert. Auf diese Weise ist die Energie der Teilchen, die am eigentlichen Zielkörper 2 ankommen, variabel, sodass sich der Bragg-Peak verschiebt und somit das Zielvolumen 3 auch in z-Richtung gescannt werden kann.In order to be able to carry out a rapid variation of the particle energy, in the present example a passive energy modulator is used 11 used. The passive energy modulator 11 consists of two substantially identical to each other, but symmetrically arranged wedges 12 from an energy absorbing material. The wedges 12 are for example using servo motors 13 (For example, linear motors) in a direction substantially perpendicular to the direction of the particle beam 9 slidable (each indicated by a double arrow). The movements of the two wedges 12 are synchronized with each other. Depending on the position of the two wedges 12 must the particle beam 9 a different length by the energy absorbing material of the two wedges 12 run through it. Accordingly, the energy of the particles of the particle beam 9 correspondingly greatly reduced. In this way, the energy of the particles that are at the actual target body 2 arrive, variable, so that the Bragg peak shifts and thus the target volume 3 can also be scanned in z-direction.

Als Scanverfahren wird heutzutage oftmals ein sogenanntes Raster-Scanverfahren verwendet, bei dem das zu bestrahlende Zielvolumen oder der Zielvolumenbereich 3 (üblicherweise auch ein Teil des das Zielvolumen 3 umgebenden Gewebes des Zielkörpers 2) in eine größere Anzahl kleiner Volumeneinheiten, sogenannte Rasterpunkte, aufgeteilt wird. Der Teilchenstrahl 9 fährt dabei nacheinander jeden einzelnen Rasterpunkt an. Unter Berücksichtigung der extrahierten Intensität wird über entsprechende Detektoren und die Verweildauer des Teilchenstrahls 9 an den einzelnen Rasterpunkten sichergestellt, dass die in der Bestrahlungsplanung optimierten Dosis im Rasterpunkt deponiert wird. Die Implikationen, die solche Intensitätsschwankungen mit sich bringen, werden im Folgenden noch näher erläutert.As a scanning method, a so-called raster scanning method is often used nowadays, in which the target volume to be irradiated or the target volume range 3 (usually also part of the target volume 3 surrounding tissue of the target body 2 ) is divided into a larger number of small volume units, so-called halftone dots. The particle beam 9 moves in succession each individual grid point. Taking into account the extracted intensity is determined by appropriate detectors and the residence time of the particle beam 9 At the individual halftone dots, it is ensured that the dose optimized in the radiation planning is deposited in the halftone dot. The implications of such variations in intensity are explained in more detail below.

Die Intensitätsschwankungen rühren vom so genannten „Extraktionsspektrum” her. Auch wenn versucht wird, die Beschleunigervorrichtungen (wie beispielsweise die Bestrahlungsvorrichtung 1) derart auszuführen, dass während der Extraktionsphase ein möglichst konstanter, homogener Teilchenfluss aus dem Beschleunigerring 7 entnommen wird, so sind zumindest gewisse Schwankungen des Teilchenflusses in aller Regel nicht vermeidbar. Es hat sich jedoch gezeigt, dass sich das Extraktionsspektrum – obgleich an sich nicht konstant – während des Betriebs der Bestrahlungsvorrichtung 1 nur relativ langsam ändert. Typischerweise erfolgt eine signifikante Veränderung über eine Zeitskala von mehreren Stunden hinweg. Von daher ist es möglich, dass das Extraktionsspektrum beispielsweise am Anfang eines Behandlungstages, beziehungsweise am Anfang einer einzelnen Behandlung gemessen wird, und das so gemessene Extraktionsspektrum als Grundlage für die weiteren Berechnungen herangezogen wird. Es ist auch möglich, dass eine geplante Behandlung (siehe folgende Beschreibung) vorab in eine leere Kavität beziehungsweise in ein Phantom oder einen Dummy eingebracht wird. Hierdurch ist es insbesondere möglich, den späteren, zeitlichen Ablauf der Behandlung zumindest näherungsweise vorab zu ermitteln.The intensity fluctuations are due to the so-called "extraction spectrum". Even if it is attempted, the accelerator devices (such as the irradiation device 1 ) in such a way that during the extraction phase as constant as possible, homogeneous particle flow from the accelerator ring 7 is taken, so at least certain fluctuations of the particle flow are usually unavoidable. However, it has been found that the extraction spectrum - although not constant per se - during operation of the irradiation device 1 only changes relatively slowly. Typically, there is a significant change over a time scale of several hours. Therefore, it is possible that the extraction spectrum is measured, for example, at the beginning of a treatment day, or at the beginning of a single treatment, and the extraction spectrum thus measured is used as the basis for the further calculations. It is also possible that a planned treatment (see following description) in advance in an empty cavity or in a phantom or a Dummy is introduced. This makes it possible, in particular, to determine the later, temporal course of the treatment at least approximately beforehand.

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 1 optimiert.In today's treatment method, a so-called treatment planning is typically created in advance. This is - roughly speaking - on the basis of imaging data, basic physical data, (biological) models and prescribed by a doctor (biologically effective) dose distribution a control record for the irradiation device 1 optimized.

In der Praxis erfolgt die Bestrahlungsplanung dadurch, dass berechnet wird, welchen biologischen Effekt ein Teilchenstrahl 9, der aus einer oder aus mehreren Richtungen mit einem bestimmten (dreidimensionalen) Bewegungsmuster (Scanning-Verfahren) in den Zielvolumenbereich 3 des Zielkörpers 2 eingebracht wird, verursacht. Die so berechneten biologischen Effekte werden mit der vom Arzt verschriebenen biologisch wirksamen Dosisverteilung verglichen. Durch Optimierungsverfahren wird versucht, die Differenz zwischen der verschriebenen Dosisverteilung und den berechneten biologischen Effekten zu minimieren. Es hat sich dabei bewährt, den Teilchenstrahl 9 aus zwei unterschiedlichen (insbesondere einander entgegengesetzten) Richtungen zeitlich nacheinander auf den Zielvolumenbereich 3 des Zielkörpers 2 zu richten.In practice, the radiation planning is carried out by calculating which biological effect a particle beam 9 from one or more directions with a specific (three-dimensional) movement pattern (scanning method) in the target volume range 3 of the target body 2 is brought in caused. The calculated biological effects are compared with the biologically effective dose distribution prescribed by the physician. Optimization techniques attempt to minimize the difference between the prescribed dose distribution and the calculated biological effects. It has proven itself, the particle beam 9 from two different (in particular opposite) directions in time to the target volume range 3 of the target body 2 to judge.

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 „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 , sowie „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 .Within the framework of an irradiation planning, a large number of different effects must be considered. For example, dose contributions that the particle beam introduces into other grid points are also taken into account. As a rule, the dose entries behind the "current" grid point are very small (so that they can often be neglected), whereas in the direction of the beam, they can cause relevant dose entries before the "current" grid point. Furthermore, especially in the case of heavy ion particle radiation, it should be borne in mind that so-called relative biological effectiveness (RBE) depends in a complex and non-linear manner on physical parameters. For example, the relationship between the deposited physical dose (corresponding to the energy loss of the particle beam) and the tissue damage (ie the biologically effective dose) may vary depending on the particle energy. Also, it can - again, especially in the case of heavy ion particle radiation - come to so-called secondary radiation by fractionation, particles induced by the heavy ion beam. This also brings with it nonlinear biological effects. Furthermore, the dose introduced (both the physical and the biologically effective dose) varies with the type of tissue. Thus, among other things, bones, muscle tissue, blood vessels, cavities and the like are to be weighted differently in the treatment planning. With a large number of halftone dots (in practice, 20,000-50,000 halftone dots can easily be taken into account), scheduling an irradiation plan can take a considerable amount of time (several hours), even if very fast computers are used. Supplementary information on the preparation of treatment planning can be found in particular in the two articles "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 , such as "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 ,

Ein zusätzliches Problem ergibt sich, wenn sich der Zielkörper 2 und/oder der im Zielkörper 2 befindliche Zielvolumenbereich 3 bewegt. Dies ist in 1 durch Pfeile A angedeutet. Die Formgebung der Pfeile A soll dabei andeuten, dass die Bewegung des Zielvolumenbereichs 3 nicht unbedingt auf eine lineare Bewegung beschränkt ist. Vielmehr kann die Bewegung entlang einer unregelmäßig geformten Kurve erfolgen. Dabei kann es nicht nur zu Bewegungen in Form von Translationsfreiheitsgraden kommen, sondern darüber hinaus kann es noch zu Rotationsbewegungen, sowie zu Dichteänderungen in den beteiligten Geweben kommen (insbesondere Letzteres kann zu einer stärken und/oder schwächeren Absorption des Teilchenstrahls 9 führen, sodass sich die Lage des Bragg-Peak – und damit die Iso-Energieebene – verschiebt). Eine derartige Bewegung des Zielvolumenbereichs 3 kann sich beispielsweise dann ergeben, wenn ein Tumor behandelt werden soll, der sich in oder in der Nähe der Lunge befindet (Atembewegung), sich in oder in der Nähe des Herzens befindet (Herzschlag) oder sich im Bereich des Darms befindet (Darmperistaltik).An additional problem arises when the target body 2 and / or in the target body 2 located target volume range 3 emotional. This is in 1 indicated by arrows A. The shape of the arrows A is intended to indicate that the movement of the target volume range 3 not necessarily limited to a linear motion. Rather, the movement can take place along an irregularly shaped curve. It can not only come to movements in the form of translational degrees of freedom, but also it can still be rotational movements, as well as density changes in the tissues involved (especially the latter can lead to a stronger and / or weaker absorption of the particle beam 9 lead, so that the position of the Bragg peak - and thus the iso-energy level - shifts). Such a movement of the target volume range 3 may arise, for example, when a tumor is to be treated, which is located in or near the lungs (respiratory movement), located in or near the heart (heartbeat) or located in the intestine (intestinal peristalsis).

Um bei derartig bewegten Zielvolumenbereichen 3 eine gezielte Bestrahlung unter Verwendung einer Bestrahlungsplanung durchführen zu können, wird vorab die Bewegung des Zielvolumenbereichs 3, insbesondere der Verlauf der dessen Bewegung untersucht. Beispielsweise können hierfür bildgebende Verfahren, wie beispielsweise ein sogenanntes 4-D-CT-Verfahren (CT für Computertomographie) verwendet werden. Für die Überwachung der eigentlichen Therapie sind CT-Verfahren eher unerwünscht, da diese einerseits eine zusätzliche (unerwünschte) Strahlenbelastung mit sich bringen, und darüber hinaus relativ langsam sind. Daher wird bei der Messung der Zielvolumenbereichsbewegung 3 typischerweise gleichzeitig ein Ersatzsignal aufgenommen. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine Videoaufnahme der entsprechenden Körperregion, um die Bewegung implantierter Sensoren oder um Dehnungsmessstreifen oder dergleichen handeln. Wurde die Korrelation zwischen Ersatzsignal und der eigentlichen Bewegung des Zielvolumenbereichs 3 ermittelt, so kann die Lage des Zielvolumenbereichs 3 mit recht guter Genauigkeit auch alleine anhand des Ersatzbewegungssignals ermittelt werden.In order for such moving target volume ranges 3 to be able to perform a targeted irradiation using an irradiation planning, the movement of the target volume range becomes advance 3 , in particular the course of its movement studied. By way of example, imaging methods such as a so-called 4-D CT method (CT for computed tomography) can be used for this purpose. For the monitoring of the actual therapy, CT procedures are rather undesirable, because they bring with them an additional (unwanted) radiation exposure and, moreover, are relatively slow. Therefore, when measuring the target volume range movement 3 typically a substitute signal recorded simultaneously. in this connection it may, for example, be a video recording of the corresponding body region, the movement of implanted sensors or strain gauges or the like. Was the correlation between replacement signal and the actual movement of the target volume range 3 determines the location of the target volume range 3 be determined with quite good accuracy alone on the basis of the substitute motion signal.

Die Bestrahlungsplanung erfolgt nun dadurch, dass anstelle eines einzelnen Planungsdatensatzes 14 (siehe 2), eine Vielzahl von unterschiedlichen Planungsdatensätzen 14a, 14b, 14c... verwendet wird. Jeder Planungsdatensatz 14a, 14b, 14c... steht dabei für eine bestimmte Bewegungsphase des Zielvolumenbereichs 3. Eine typische Anzahl von Planungsdatensätzen 14a, 14b, 14c... beträgt zehn Planungsdatensätze 14a, 14b, 14c... Bei der eigentlichen Bestrahlung des Zielkörpers 2 wird dann, basierend auf dem Ersatzbewegungssignal (oder einem anderen Signal, welches die Lage des Zielvolumenbereichs 3 beschreibt) der entsprechende, geeignete Planungsdatensatz 14a, 14b, 14c... verwendet. Hat sich das Zielvolumenbereich 3 ausreichend weit bewegt, so wird auf den nächsten, geeigneten Planungsdatensatz 14a, 14b, 14c... gewechselt.Irradiation planning now takes place in that instead of a single planning data record 14 (please refer 2 ), a variety of different planning records 14a . 14b . 14c ... is used. Each planning record 14a . 14b . 14c ... stands for a certain movement phase of the target volume range 3 , A typical number of scheduling records 14a . 14b . 14c ... is ten planning records 14a . 14b . 14c ... during the actual irradiation of the target body 2 is then based on the replacement motion signal (or other signal representing the location of the target volume range 3 describes) the appropriate, appropriate planning record 14a . 14b . 14c ... used. Has the target volume range 3 moved sufficiently far, so on the next, suitable planning data set 14a . 14b . 14c ... changed.

Die Erfinder haben nun erkannt, dass dieses Verfahren problematisch sein kann, insbesondere dann, wenn sich das Zielvolumenbereichs 3 relativ schnell bewegt, die Verstellung einzelner Geräteparameter der Bestrahlungsvorrichtung 1 relativ langsam erfolgt und/oder der Teilchenfluss während der Extraktionsphase stark schwankt. Um hier eine für medizinische Zwecke ausreichend große Behandlungsgenauigkeit zu erreichen, ist die Anwendung eines Korrekturvektors erforderlich.The inventors have now recognized that this method can be problematic, especially when the target volume range 3 moved relatively quickly, the adjustment of individual device parameters of the irradiation device 1 takes place relatively slowly and / or the particle flux fluctuates greatly during the extraction phase. In order to achieve a sufficiently high accuracy of treatment for medical purposes, the application of a correction vector is required.

Der Korrekturvektor, der die „Ausgabe” der Bestrahlungsplanung 14a, 14b, 14c... auf die Steuereingabe der Bestrahlungsvorrichtung 1 transformiert, hängt von mehreren Parametern ab.The correction vector, which is the "output" of the treatment planning 14a . 14b . 14c ... on the control input of the irradiation device 1 transformed depends on several parameters.

Ein erster Parameter ist dabei die Geschwindigkeit der Bewegung des Zielvolumenbereichs 3 beziehungsweise eines Materialausschnitts 16 gegenüber den äußeren Raumkoordinaten. Dies ist in 3 (insbesondere in 3a und 3b) veranschaulicht. 3 zeigt einen Materialausschnitt 16, wobei in 3a und 3b unterschiedliche zeitliche Momentaufnahmen dargestellt sind. Der Zielvolumenbereich 3 (und damit dessen Materialausschnitt 16a) befindet sich in einer in 3a durch Pfeile B angedeuteten Bewegung. Nach einer gewissen Zeitdauer ist daher der Materialausschnitt 16b (siehe 3b) gegenüber der ursprünglichen Lage 16a verschoben. In der Realität handelt es sich natürlich um eine dreidimensionale Anordnung von Rasterpunkten. In 3 ist aus Veranschaulichungsgründen ein lediglich zweidimensionales Zielgebiet dargestellt.A first parameter is the speed of movement of the target volume range 3 or a material section 16 opposite the outer space coordinates. This is in 3 (especially in 3a and 3b ). 3 shows a material section 16 , where in 3a and 3b different temporal snapshots are shown. The target volume range 3 (and thus its material section 16a ) is located in an in 3a indicated by arrows B movement. After a certain period of time is therefore the material section 16b (please refer 3b ) compared to the original location 16a postponed. In reality, of course, it is a three-dimensional arrangement of halftone dots. In 3 For reasons of illustration, a merely two-dimensional target area is shown.

Soll beispielsweise zum Zeitpunkt t0 (entspricht 3a) ein Rasterpunkt Vi,j bestrahlt werden, so wird das entsprechende „Blatt” 14a, 14b, 14c... des Gesamtbestrahlungsplans 15 ausgewählt. Dieses Blatt stellt eine Art vorausberechneter „look up”-Tabelle dar, welche die Steuerparameter enthält, mit denen die Bestrahlungsvorrichtung 1 (oder Teile hiervon) angesteuert wird.For example, if at time t 0 (corresponds 3a ) a grid point V i, j are irradiated, then the corresponding "sheet" 14a . 14b . 14c ... of the overall treatment plan 15 selected. This sheet represents a kind of precalculated "look up" table containing the control parameters with which the irradiation device 1 (or parts thereof) is controlled.

Hierbei sind insbesondere die Ablenkvorrichtung 10, sowie der Energiemodulator 11 zu nennen.In this case, in particular, the deflection device 10 , as well as the energy modulator 11 to call.

Bis die einzelnen Komponenten der Bestrahlungsvorrichtung 1 die Sollvorgabe entsprechend den Steuersignalen realisiert haben, hat sich jedoch der Zielvolumenbereich 3 weiter bewegt. Wenn also zu einem späteren Zeitpunkt t1 (siehe 3b) der Rasterpunkt Vi,j tatsächlich bestrahlt werden soll, so ist der „eigentlich zu bestrahlende Rasterpunkt” bereits weiter gewandert. Fälschlicherweise würde nunmehr der Rasterpunkt Vi-1,j-3 bestrahlt. Soll zum Zeitpunkt t1 (3b) der „richtige Rasterpunkt” bestrahlt werden, so muss der Teilchenstrahl nunmehr den Rasterpunkt Vi+1,j+3 bestrahlen. Dies bedeutet wiederum, dass bereits zum Zeitpunkt t0 Vi+1,j+3 als Zielrasterpunkt gewählt werden muss (obwohl dieser zum Zeitpunkt t0 der „falsche” Rasterpunkt ist), damit zum Zeitpunkt t1 (an dem die Steuereingabe umgesetzt ist) der „richtige” Rasterpunkt bestrahlt wird.Until the individual components of the irradiation device 1 However, the target volume range has been realized according to the control signals 3 moved on. So if at a later time t 1 (see 3b ) the grid point V i, j is actually to be irradiated, the "actually to be irradiated grid point" has already moved on. Falsely, the halftone dot V i-1, j-3 would now be irradiated. If at time t 1 ( 3b ) the "correct grid point" are irradiated, the particle beam must now irradiate the grid point V i + 1, j + 3 . This in turn means that already at time t 0, V i + 1, j + 3 must be selected as the target raster point (although this is the "wrong" raster point at time t 0 ), thus at time t 1 (at which the control input is implemented ) the "correct" halftone dot is irradiated.

Einen zweiten Parameter stellt die Zeitverzögerung dar, die zwischen Steuereingabe und Umsetzung der Steuereingabe durch die Beschleunigungsvorrichtung 1 liegt. Dabei kann die Zeitverzögerung durchaus in unterschiedlichen Richtungen unterschiedlich groß ausfallen. So kann die Bewegung B des Materialausschnitts 16 in 3 in eine Bewegungskomponente longitudinal zum Teilchenstrahl 9, sowie in eine Bewegungskomponente lateral zum Teilchenstrahl 9 aufgeteilt werden. Die Bewegungskomponente lateral zum Teilchenstrahl 9 kann durch eine entsprechende geeignete Ansteuerung der Ablenkvorrichtung 10 ausgeglichen oder kompensiert werden. Hierbei kann eine Steuereingabe relativ schnell umgesetzt werden. Die Verzögerung, die durch die Ablenkvorrichtung 10 induziert wird, liegt typischerweise im Bereich von 1 ms.A second parameter represents the time delay between the control input and the implementation of the control input by the accelerator 1 lies. The time delay may well be different in different directions. Thus, the movement B of the material section 16 in 3 into a component of motion longitudinal to the particle beam 9 , as well as a component of motion lateral to the particle beam 9 be split. The component of motion lateral to the particle beam 9 can by a suitable suitable control of the deflection 10 be compensated or compensated. In this case, a control input can be implemented relatively quickly. The delay caused by the deflector 10 is typically in the range of 1 ms.

Die Bewegungskomponente longitudinal zum Teilchenstrahl 9 muss dagegen durch den Energiemodulator 11 kompensiert werden. Da hier relativ große Massen (die Keile 12) bewegt werden müssen, nimmt hier die zeitliche Verzögerung zwischen Anlegen und Umsetzung einer Steuereingabe eine größere Zeitdauer in Anspruch. Typische Werte liegen im Bereich von 25 ms. Darüber hinaus kommt es noch zusätzlich zu den bereits beschriebenen Zeitverzögerungen zu gewissen Zeitverzögerungen durch die Berechnung der jeweils zu verwendenden Maschinenparameter (beziehungsweise der Steuersignale). Diese sind insbesondere durch die Hardware (Computer, Netzwerktopologie usw.) der Bestrahlungsvorrichtung 1 bestimmt. Typische Werte liegen im Bereich von 5 ms. Es ist im Übrigen darauf hinzuweisen, dass diese Zeitverzögerungen zwar üblicherweise im Laufe einer Bestrahlung relativ konstant bleiben, sich jedoch zwischen zwei unterschiedlichen Bestrahlungen durchaus ändern können (z. Bsp. weil ein größerer Zielvolumenbereich 3 bestrahlt werden muss, sodass eine größere Anzahl an Rasterpunkten verwendet wird, was zu einer entsprechend aufwändigeren Berechnung führen kann.The motion component longitudinal to the particle beam 9 must, however, by the energy modulator 11 be compensated. Since here relatively large masses (the wedges 12 ), the time delay between application and implementation of a control input takes a longer time. Typical values are in the range of 25 ms. In addition, it comes in addition to those already described Time delays at certain time delays by the calculation of the respectively to be used machine parameters (or the control signals). These are particularly due to the hardware (computer, network topology, etc.) of the irradiation device 1 certainly. Typical values are in the range of 5 ms. It should be noted, moreover, that although these time delays usually remain relatively constant during the course of irradiation, they can certainly change between two different irradiations (for example because of a larger target volume range) 3 must be irradiated, so that a larger number of grid points is used, which can lead to a correspondingly more complex calculation.

Einen dritten Parameter für die Richtung und Größe des Korrekturrektors stellt darüber hinaus auch der aktuelle Teilchenfluss (Bestrahlungsintensität) dar, der von der Bestrahlungsvorrichtung 1 bereitgestellt wird. Zur Veranschaulichung soll angenommen werden, dass die in 3a und 3b dargestellte, vorab beschriebene Korrektur bei einem bestimmten Teilchenfluss Φ1 erfolgt. Bei diesem Teilchenfluss Φ1 erfolgt der Scan-Fortschritt mit einer gewissen Geschwindigkeit, was in 3c veranschaulicht ist (in 3c erfolgt aus Veranschaulichungsgründen keine Bewegung des Materialausschnitts 16).In addition, a third parameter for the direction and size of the correction rectifier is also the actual particle flux (irradiation intensity) emitted by the irradiation device 1 provided. By way of illustration, it should be assumed that the in 3a and 3b shown, previously described correction at a certain particle flux Φ 1 takes place. In this particle flux Φ 1 , the scan progress takes place at a certain speed, which results in 3c is illustrated (in 3c For reasons of illustration, there is no movement of the material section 16 ).

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 3a und 3b ersichtlich, muss bereits zum Zeitpunkt t0 die zukünftige Lage des Materialausschnitts 16b zum in der Zukunft liegenden Zeitpunkt t1 bekannt sein, damit ein geeigneter Korrekturvektor bestimmt werden kann, und die geeigneten Steuersignale erzeugt werden können. Es ist daher erforderlich, dass eine Zeitspanne Δt = t1 – t0 „in die Zukunft gesehen” werden muss, wobei die Zeitspanne Δt in unterschiedlichen Richtungen unterschiedlich groß sein kann (wie bereits erläutert wurde) und gegebenenfalls auch vom (sich verändernden) Teilchenfluss abhängen kann.As in particular from 3a and 3b can be seen, already at time t 0, the future position of the material section 16b for the future time t 1 , so that a suitable correction vector can be determined, and the appropriate control signals can be generated. It is therefore necessary that a period of time Δt = t 1 -t 0 must be "seen in the future", wherein the time interval Δt may be different in different directions (as already explained) and possibly also on the (changing) particle flux can depend.

Um derart „in die Zukunft schauen” zu können, ist es erforderlich, den aktuellen Bewegungszustand zum Zeitpunkt t0 zu extrapolieren (siehe 4), sodass die Lage des Zielvolumenbereichs 3 zum Zeitpunkt t1 (zumindest näherungsweise) bekannt ist. Zur Extrapolation können unterschiedlichste Algorithmen verwendet werden. Als vielleicht einfachste Möglichkeit bietet sich dabei die lineare Extrapolation an. Deutlich bessere Ergebnisse können jedoch erzielt werden, wenn beispielsweise bei einem zyklisch wiederkehrenden Bewegungsmuster ein vollständiger, typischer Bewegungszyklus ermittelt, und zur Extrapolation genutzt wird. Dies ist insbesondere deshalb leicht möglich, weil das Bewegungsmuster des Zielvolumenbereichs 3 ohnehin zur Erstellung der Gesamtbestrahlungsplanung 15 (siehe 2) vorab ermittelt werden muss.In order to be able to "look into the future" in this way, it is necessary to extrapolate the current state of motion at time t 0 (see 4 ), so the location of the target volume range 3 at time t 1 (at least approximately) is known. For extrapolation a wide variety of algorithms can be used. Perhaps the simplest option is linear extrapolation. Significantly better results can, however, be achieved if, for example, a cyclic pattern of movement determines a complete, typical cycle of motion and is used for extrapolation. This is particularly easy because the movement pattern of the target volume range 3 anyway for the creation of the total irradiation planning 15 (please refer 2 ) must be determined in advance.

In 4 ist exemplarisch eine Atembewegungskurve 17 dargestellt. In der Realität wird es zwar üblicherweise zu leichten Abweichungen zwischen der typischen „durchschnittlichen” Atembewegungskurve und der tatsächlichen Atembewegungskurve kommen. Dennoch ist der hierdurch ermittelte Nährungswert typischerweise für praktische Zwecke ausreichend genau. Für den Fall, dass die tatsächliche Atembewegungskurve vom typischen Wert sehr stark abweicht (beispielsweise weil der Patient hustet), so ist es im Übrigen möglich, eine (kurzzeitige) Schnellabschaltung des Teilchenstrahls 9 vorzunehmen, um eine (zu starke) Fehlbestrahlung des Zielkörpers 2 zu vermeiden.In 4 is exemplarily a respiratory movement curve 17 shown. In reality, there will usually be slight deviations between the typical "average" respiratory movement curve and the actual respiratory movement curve. Nevertheless, the nutritional value determined thereby is typically sufficiently accurate for practical purposes. In the event that the actual respiratory movement curve deviates very much from the typical value (for example, because the patient is coughing), it is otherwise possible, a (short-term) rapid shutdown of the particle beam 9 to make (too strong) mistreatment of the target body 2 to avoid.

Die Bestimmung des anzusteuernden Zielpunkt, um den Zielvolumenbereich 3 im Zielkörpers 2 zu bestrahlen, erfolgt dann durch eine Faltung der zum eigentlichen Bestrahlungszeitpunkt zu erwartenden Bestrahlungsplanung 14a, 14b, 14c... und des oben beschriebenen Korrekturvektors. Da die Berechnung des Korrekturvektors üblicherweise zu komplex ist, um online durchgeführt werden zu können, wird gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel vorgeschlagen, für sämtliche realistischerweise möglichen Parameterkombinationen der Bestrahlungsvorrichtung 1 jeweils einen zu applizierenden Korrekturwert zu berechnen und in einer Korrekturmatrix geeigneter Größe und Dimension zu speichern. Während der Bestrahlung kann der Korrekturvektor dann aus der Matrix ausgelesen werden.The determination of the target point to be controlled, around the target volume range 3 in the target body 2 To irradiate, then carried out by a convolution of the expected to the actual time of irradiation treatment planning 14a . 14b . 14c ... and the correction vector described above. Since the calculation of the correction vector is usually too complex to be carried out online, it is proposed according to a preferred embodiment, for all realistically possible parameter combinations of the irradiation device 1 in each case to calculate a correction value to be applied and to store it in a correction matrix of suitable size and dimension. During the irradiation, the correction vector can then be read out of the matrix.

In 5 ist das Bestrahlungsverfahren 18 nochmals in Form eines schematischen Ablaufdiagramms dargestellt. Am Anfang 19 des Bestrahlungsverfahrens 18 wird die Bestrahlungsvorrichtung 1 initialisiert und die Gesamtbestrahlungsplanung 15 in den Steuerungsrechner (in 1 nicht dargestellt) der Bestrahlungsvorrichtung 1 eingelesen. Dies kann insbesondere die Ermittlung des aktuellen Extraktionsprofils der Beschleunlgervorrichtung 1 beinhalten. In einem ersten Schritt 20 des Bestrahlungsverfahrens 18 wird der jeweils nächste zu bestrahlende Punkt (bzw. am Anfang des Verfahrens der erste zu bestrahlende Punkt) unter Verwendung des jeweiligen Planungsdatensatzes 14a, 14b, 14c... der Gesamtbestrahlungsplanung 15 sowie des anzuwendenden Korrekturvektors ermittelt. (Die Ermittlung 20 des neuen zu bestrahlenden Punkts ist in 6 näher dargestellt.) Basierend auf dem derart ermittelten, zu bestrahlenden Punkt wird ein Steuersignal erzeugt 21, welches geeignete Werte zur Ansteuerung der Bestrahlungsvorrichtung 1 aufweist. Beispielsweise handelt es sich hier um die Sollstromstärken für die Ablenkvorrichtung 10 sowie die Sollpositionen für den Energiemodulator 11. Mit den derart ermittelten 21 Steuersignalen werden dementsprechend die einzelnen Maschinenkomponenten angesteuert 22. Mit der entsprechend eingerichteten Bestrahlungsvorrichtung 1 erfolgt somit die Bestrahlung 23 des entsprechenden Rasterpunkts. Ist im entsprechenden Rasterpunkt die gewünschte Dosis deponiert (nach Ablauf der entsprechenden Zeitspanne), so wird im Schritt 24 überprüft, ob die Bestrahlungsplanung bereits vollständig umgesetzt wurde (Zweig 25), oder ob noch weitere Punkte zu bestrahlen sind (Zweig 26). Wird im Überprüfungsschritt 26 festgestellt, dass die Bestrahlung bereits vollständig durchgeführt wurde 25, so wird das Bestrahlungsverfahren 18 im Verfahrensschritt 27 beendet. Wird dagegen festgestellt, dass das Bestrahlungsverfahren 18 noch nicht vollständig beendet ist (Zweig 26), so wird zum Anfang des Verfahrens zurückgesprungen und im Schritt 20 ein neuer zu bestrahlender Punkt ermittelt.In 5 is the irradiation procedure 18 again shown in the form of a schematic flow diagram. At the beginning 19 of the irradiation process 18 becomes the irradiation device 1 initialized and the overall treatment planning 15 into the control computer (in 1 not shown) of the irradiation device 1 read. This can in particular be the determination of the current extraction profile of the accelerator device 1 include. In a first step 20 of irradiation method 18 becomes the next point to be irradiated (or at the beginning of the process the first point to be irradiated) using the respective planning data set 14a . 14b . 14c ... the overall treatment planning 15 and the applicable correction vector. (The investigation 20 of the new spot to be irradiated is in 6 shown in more detail.) Based on the thus determined, to be irradiated point, a control signal is generated 21 , which values suitable for controlling the irradiation device 1 having. For example, these are the target currents for the deflection device 10 and the target positions for the energy modulator 11 , With the thus determined 21 Control signals are accordingly driven the individual machine components 22 , With the appropriately equipped irradiation device 1 thus the irradiation takes place 23 the corresponding grid point. If the desired dose is deposited in the corresponding grid point (after expiry of the corresponding period of time), then in step 24 checks whether the treatment planning has already been fully implemented (branch 25 ), or if there are other points to be irradiated (Zweig 26 ). Will in the verification step 26 determined that the irradiation has already been completed 25 so will the irradiation procedure 18 in the process step 27 completed. In contrast, it is found that the irradiation process 18 not yet completely finished (branch 26 ), then jump back to the beginning of the process and in the step 20 a new point to be irradiated is determined.

In 6 ist detaillierter ausgeführt, wie im Schritt 20 ein neuer, zu bestrahlender Punkt ermittelt wird. Dabei wird zunächst aus der Bestrahlungsplanung 15 der zum aktuellen Zeitpunkt zu bestrahlende Punkt ermittelt (Schritt 28).In 6 is done in more detail, as in the step 20 a new point to be irradiated is determined. It is initially from the treatment planning 15 determines the point to be irradiated at the current time (step 28 ).

Im anschließenden Schritt 29 wird (gegebenenfalls auch vorab oder parallel zum Schritt 28) die aktuelle Bewegungsphase des Zielvolumenbereichs 3 erfasst und ermittelt. Hierauf basierend wird eine Vorhersage über die zu erwartende Bewegung des Zielvolumenbereichs 3 gemacht. Dadurch ist es möglich, die zu erwartende Position zu einem späteren Zeitpunkt zu ermitteln, insbesondere zu einem Zeitpunkt, der um die zu erwartende Zeitverzögerung zwischen Anlegen eines Steuersignals und Umsetzung des Steuersignals in der Zukunft liegt, zu bestimmen.In the subsequent step 29 is (if necessary also in advance or parallel to the step 28 ) the current movement phase of the target volume range 3 recorded and determined. Based on this, a prediction is made about the expected movement of the target volume range 3 made. This makes it possible to determine the expected position at a later time, in particular at a time which is to determine the expected time delay between application of a control signal and implementation of the control signal in the future.

Gleichzeitig wird im Schritt 29 der aktuelle Teilchenfluss (die aktuelle Bestrahlungsintensität) ermittelt. Basierend auf dem aktuellen sowie den vergangenen Werten des Teilchenflusses wird auf die Lage im Extraktionsspektrum geschlossen, so dass die in (näherer) Zukunft liegenden Teilchenflüsse zumindest abgeschätzt werden können. Darauf basierend wird die Geschwindigkeit des Scan-Fortschritts ermittelt.At the same time, in step 29 the current particle flux (the current irradiation intensity) is determined. Based on the current and past values of the particle flow, the position in the extraction spectrum is deduced, so that the (near) future particle fluxes can at least be estimated. Based on this, the speed of the scan progress is determined.

Unter Berücksichtigung beider Einflüsse werden die anzuwendenden Korrekturwerte (Korrekturvektoren) ermittelt (Schritt 30) und auf die aus der Bestrahlungsplanung 15 ausgelesenen Zielwerte angewendet.Taking into account both influences, the correction values to be applied (correction vectors) are determined (step 30 ) and on the from the radiation planning 15 applied target values.

Hierdurch erhält man im Schritt 31 die tatsächlich anzuwendenden, korrigierten Bestrahlungskoordinaten. Diese Koordinaten werden nun für das Bestrahlungsverfahren 18 (5) verwendet.This gives you in the step 31 the actually applied, corrected irradiation coordinates. These coordinates will now be used for the irradiation procedure 18 ( 5 ) used.

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

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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)

Verfahren (18, 20) zum Betreiben einer Bestrahlungsvorrichtung (1) zur Bestrahlung zumindest eines Zielvolumenbereichs (3) eines Zielkörpers (2), wobei der zu bestrahlende Zielvolumenbereich (3) des Zielkörpers (2) durch eine Steuereingabe (21) der Bestrahlungsvorrichtung (1) verändert werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Erzeugung (20, 21) der Steuereingabe (21) zumindest eine zwischen einer Steuereingabe und einer Reaktion der Bestrahlungsvorrichtung (1) liegende Verzögerungszeitspanne (Δt) zumindest zeitweise und/oder zumindest bereichsweise berücksichtigt wird (30).Procedure ( 18 . 20 ) for operating an irradiation device ( 1 ) for irradiating at least one target volume range ( 3 ) of a target body ( 2 ), wherein the target volume range to be irradiated ( 3 ) of the target body ( 2 ) by a control input ( 21 ) of the irradiation device ( 1 ), characterized in that during production ( 20 . 21 ) the control input ( 21 ) at least one between a control input and a response of the irradiation device ( 1 ) lying delay period (At) at least temporarily and / or at least partially considered ( 30 ). Verfahren (18, 20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Verzögerungszeitspannen (Δt), insbesondere von Verzögerungszeitspannen (Δt) mit zumindest zeitweise und/oder zumindest teilweise unterschiedlicher und/oder variierender Länge berücksichtigt wird.Procedure ( 18 . 20 ) according to claim 1, characterized in that a plurality of delay periods (.DELTA.t), in particular of delay periods (.DELTA.t) with at least temporarily and / or at least partially different and / or varying length is taken into account. Verfahren (18, 20) nach Anspruch 1 oder 2, insbesondere nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Verzögerungszeitspanne (Δt) bei einer Bestrahlungsanpassung in zumindest einer lateral zur Bestrahlungsrichtung (z) liegenden Richtung (x-y) und/oder zumindest eine Verzögerungszeitspanne (Δt) in einer longitudinal zur Bestrahlungsrichtung (z) liegenden Richtung (z) berücksichtigt wird.Procedure ( 18 . 20 ) according to claim 1 or 2, in particular according to claim 2, characterized in that at least one delay time span (Δt) in an irradiation adaptation in at least one laterally to the irradiation direction (z) lying direction (xy) and / or at least one delay time period (.DELTA.t) in one is taken into account in the direction (z) lying longitudinally to the direction of irradiation (z). Verfahren (18, 20) nach einem der vorangehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Verzögerungszeitspanne (Δt) bei einer Bestrahlungsanpassung in zumindest einer lateral zur Bestrahlungsrichtung (z) liegenden Richtung (x-y) zumindest zeitweise und/oder zumindest teilweise in einem Bereich zwischen 0 und 5 ms, insbesondere in einem Bereich zwischen 0,2 und 4 ms, bevorzugt in einem Bereich zwischen 0,5 und 3 ms, besonders bevorzugt in einem Bereich zwischen 0,7 und 2 ms liegt, und/oder dass zumindest eine Verzögerungszeitspanne (Δt) bei einer Bestrahlungsanpassung in einer longitudinal zur Bestrahlungsrichtung (z) liegenden Richtung (z) zumindest zeitweise und/oder zumindest teilweise in einem Bereich zwischen 10 und 40 ms, insbesondere in einem Bereich zwischen 15 und 35 ms, bevorzugt in einem Bereich zwischen 20 und 30 ms, besonders bevorzugt in einem Bereich zwischen 22 und 27 ms liegt.Procedure ( 18 . 20 ) according to one of the preceding claims, in particular according to claim 3, characterized in that at least one delay time span (Δt) at an irradiation adjustment in at least one laterally to the irradiation direction (z) lying direction (xy) at least temporarily and / or at least partially in a range between 0 and 5 ms, in particular in a range between 0.2 and 4 ms, preferably in a range between 0.5 and 3 ms, particularly preferably in a range between 0.7 and 2 ms, and / or that at least one delay period (Δt) at an irradiation adjustment in a direction (z) lying longitudinally to the irradiation direction (z) at least temporarily and / or at least partially in a range between 10 and 40 ms, in particular in a range between 15 and 35 ms, preferably in a range between 20 and 30 ms, more preferably in a range between 22 and 27 ms. Verfahren (18, 20) nach einem der vorangehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Verzögerungszeitspanne (Δt) Signalaufbereitungseffekte und/oder Signalweiterleitungseffekte berücksichtigt.Procedure ( 18 . 20 ) according to one of the preceding claims, in particular according to claim 3 or 4, characterized in that at least one delay time period (Δt) takes into account signal conditioning effects and / or signal propagation effects. Verfahren (18, 20) nach Anspruch nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereingabe (21) der Bestrahlungsvorrichtung (1) zumindest zeitweise und/oder zumindest teilweise dazu genutzt wird, um die Bewegung (A) eines sich zumindest zeitweise und/oder zumindest bereichsweise bewegenden Zielkörpers (2, 3) zu kompensieren.Procedure ( 18 . 20 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the control input ( 21 ) of the irradiation device ( 1 ) is used at least temporarily and / or at least partially for the movement (A) of a target body moving at least intermittently and / or at least in some areas ( 2 . 3 ) to compensate. Verfahren (18, 20) nach einem der vorangehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zeitweise und/oder zumindest bereichsweise ein zeitlicher Vorhersagealgorithmus (17) verwendet wird.Procedure ( 18 . 20 ) according to one of the preceding claims, in particular according to claim 6, characterized in that at least temporarily and / or at least partially a temporal prediction algorithm ( 17 ) is used. Verfahren (18, 20) nach einem der vorangehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zeitweise und/oder zumindest bereichsweise die Steuereingabe (21) derart erfolgt, dass unter Berücksichtigung zumindest einer Verzögerungszeitspanne (Δt) (3) ein zu bestrahlender Zielvolumenbereich eines Zielkörpers (2) ausgewählt wird.Procedure ( 18 . 20 ) according to one of the preceding claims, in particular according to claim 7, characterized in that at least temporarily and / or at least partially the control input ( 21 ) such that, taking into account at least one delay period (Δt) ( 3 ) a target volume range of a target body to be irradiated ( 2 ) is selected. Verfahren (18, 20) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Steuereingabe (21) zumindest zeitweise und/oder zumindest teilweise eine zeitlich variable und/oder sich zeitlich verändernde Strahlungsintensität der Bestrahlungsvorrichtung (1) berücksichtigt wird.Procedure ( 18 . 20 ) according to one of the preceding claims, characterized in that at the control input ( 21 ) at least temporarily and / or at least partially a temporally variable and / or time-varying radiation intensity of the irradiation device ( 1 ) is taken into account. Verfahren (18, 20) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine bereits erfolgte Bestrahlung eines Volumenbereichs des Zielkörpers einen Einfluss auf die Steuereingabe (21) einer noch zu erfolgenden Bestrahlung eines Volumenbereichs des Zielkörpers hat.Procedure ( 18 . 20 ) according to one of the preceding claims, characterized in that an already irradiated irradiation of a volume region of the target body has an influence on the control input ( 21 ) has yet to be irradiated a volume range of the target body. Verfahren (18, 20) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestrahlung zumindest teilweise und/oder zumindest bereichsweise als ein Scanning-Verfahren, insbesondere als ein Raster-Scanning-Verfahren (18), bevorzugt als ein intensitätsgesteuertes Raster-Scanning-Verfahren (18) durchgeführt wird.Procedure ( 18 . 20 ) according to any one of the preceding claims, characterized in that the irradiation at least partially and / or at least partially as a scanning method, in particular as a raster scanning method ( 18 ), preferably as an intensity-controlled raster scanning method ( 18 ) is carried out. Verfahren (18, 20) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erzeugung der Steuereingabe (21) zumindest zeitweise und/oder zumindest teilweise unter Verwendung einer Bestrahlungsplanung (14, 15), insbesondere zumindest zeitweise und/oder zumindest teilweise unter Verwendung einer vorab erstellten und/oder einer im Verlauf der Bestrahlung erstellten und/oder angepassten Bestrahlungsplanung (14, 15) erfolgt.Procedure ( 18 . 20 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the generation of the control input ( 21 ) at least temporarily and / or at least partially using irradiation planning ( 14 . 15 ), in particular at least temporarily and / or at least partially using a previously prepared and / or created during the irradiation and / or adapted irradiation planning ( 14 . 15 ) he follows. Verfahren (18, 20) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Bestrahlungsvorrichtung (1) zumindest teilweise um eine Teilchenstrahlvorrichtung (4), insbesondere um eine Schwerionen-Beschleunigervorrichtung (4), Protonen-Beschleunigervorrichtung, Hadronen-Beschleunigervorrichtung (4), Pionen-Beschleunigervorrichtung, Heliumionen-Beschleunigervorrichtung (4), lineare Beschleunigervorrichtung (6), Synchrotron-Beschleunigervorrichtung (4), Leptonen-Beschleunigervorrichtung und/oder Elektronen-Beschleunigervorrichtung handelt.Procedure ( 18 . 20 ) according to one of the preceding claims, characterized in that it is in the irradiation device ( 1 ) at least partially around a particle beam device ( 4 ), in particular a heavy ion accelerator device ( 4 ), Proton accelerator device, hadron accelerator device ( 4 ), Pion accelerator device, helium ion accelerator device ( 4 ), linear accelerator device ( 6 ), Synchrotron accelerator device ( 4 ), Lepton accelerator device and / or electron accelerator device. Bestrahlungsvorrichtung (1) zur Bestrahlung zumindest eines Zielvolumenbereichs (3) eines Zielkörpers (2), aufweisend zur zumindest eine Bestrahlungs-Anpassvorrichtung (10, 11), gekennzeichnet durch zumindest eine insbesondere elektronische Steuervorrichtung, welche derart ausgebildet und eingerichtet ist, dass sie ein Verfahren (18, 20) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 durchführt.Irradiation device ( 1 ) for irradiating at least one target volume range ( 3 ) of a target body ( 2 ), comprising at least one irradiation adjusting device ( 10 . 11 ), characterized by at least one in particular electronic control device, which is designed and arranged such that it has a method ( 18 . 20 ) according to one of claims 1 to 13 performs.
DE102010021119A 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 Withdrawn DE102010021119A1 (en)

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Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

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