DE102013205876B4

DE102013205876B4 - Verfahren zum Planen einer Bestrahlung eines Zielvolumens und Strahlentherapie-Anlage

Info

Publication number: DE102013205876B4
Application number: DE102013205876.4A
Authority: DE
Inventors: Johann Kim; Bernd Schweizer; Dusan Fiolek; Oliver Thilmann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2013-04-03
Filing date: 2013-04-03
Publication date: 2016-06-02
Anticipated expiration: 2033-04-04
Also published as: DE102013205876A1

Abstract

Verfahren zum Planen einer Bestrahlung eines Zielvolumens (260) mittels Partikeltherapie, umfassend folgende Schritte: – Erhalten eines Bestrahlungsplans mit mindestens zwei Bestrahlungsfeldern (210, 210-1), die jeweils mehrere Dosispunkte (230, 230-1, ..., 230-4) in dem Zielvolumen (260) umfassen und mit unterschiedlichen Einstrahlrichtungen (211, 211-1) assoziiert sind, wobei die mehreren Dosispunkte (230, 230-1, ..., 230-4) für jedes der mindestens zwei Bestrahlungsfelder in Isoenergieschichten (240) mit gleicher Energie von Partikeln gruppiert sind, – für mindestens ein ausgewähltes Bestrahlungsfeld (210, 210-1): Bestimmen solcher Dosispunkte (230, 230-1, ..., 230-4) des ausgewählten Bestrahlungsfelds (210, 210-1), in deren Umgebung (239) kein weiterer Dosispunkt (230, 230-1, ..., 230-4) des restlichen mindestens einen Bestrahlungsfelds (210, 210-1) liegt, als isolierte Dosispunkte (230-3), wobei die Umgebung bezüglich eines geometrischen Abstands und/oder bezüglich eines dosimetrischen Abstands festgelegt ist, – für das mindestens eine ausgewählte Bestrahlungsfeld (210, 210-1): in Abhängigkeit von der bestimmten isolierten Dosispunkte (230-3), Entfernen von mindestens einer Isoenergieschicht (240) aus dem Bestrahlungsplan.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Planen einer Bestrahlung eines Zielvolumens und eine Strahlentherapie-Anlage. Es werden Techniken diskutiert, bei denen Isoenergieschichten in Abhängigkeit von zugehörigen isolierten Dosispunkten, in deren Umgebung kein weiterer Dosispunkt liegt, aus einem Bestrahlungsplan entfernt werden.
Strahlentherapie ist ein therapeutischer Ansatz auf der Grundlage von ionisierender Strahlung. Bei der Strahlentherapie wird eine therapeutische Strahlendosis (Gesamtdosis) einem Zielvolumen, etwa einem erkrankten Gewebe oder einem Tumor, zugeführt bzw. appliziert. Es sind verschiedene Techniken der Strahlentherapie bekannt. Zum Beispiel ist die sogenannte intensitätsmodulierte Photonentherapie (IMRT) bekannt, bei der eine integrale Bestrahlung des Zielvolumens unter Verwendung von Multilamellenkollimatoren (MLC), die einen Umfang eines Photonenstrahls definieren, erreicht wird. Eine weitere Technik der Strahlentherapie ist die Partikeltherapie. Bei der Partikeltherapie werden zum Beispiel positive Ionen, etwa Protonen oder Kohlenstoffionen, in dem Zielvolumen appliziert. Hierzu wird typischerweise ein vergleichsweise stark fokussierter Strahl der Ionen (englisch: „pencil beam”) Punkt für Punkt über das Zielvolumen gerastert (Raster-Scanning-Technik).
Ein Vorteil der Partikeltherapie, zum Beispiel gegenüber der IMRT, ist die Möglichkeit, die charakteristische applizierte Dosis der Partikel als Funktion der Eindringtiefe auszunutzen. Die applizierte Dosis weist typischerweise ein scharfes Maximum bei einer bestimmten Eindringtiefe auf (Bragg-Peak). Unter Ausnutzung des Bragg-Peaks kann einem Dosispunkt eine genaue Raumlage in drei Dimensionen, d. h. x-, y- und z-Koordinaten, zugewiesen werden. Dadurch kann es möglich sein, die Applikation von Dosis ganz überwiegend in dem Zielvolumen durchzuführen und umliegendes Gewebe zu schonen. Jedoch kann gleichzeitig der benötigte Zeitaufwand zum Durchführen der Raster-Scanning-Technik gegenüber integralen Techniken, wie zum Beispiel der IMRT, erhöht sein. Dadurch kann eine Behandlung mittels Partikeltherapie vergleichsweise kostenintensiv sein.
Typischerweise werden die in der Partikeltherapie verwendeten Partikel in einem Zyklotron oder einem Synchrotron beschleunigt. Bei der Partikeltherapie mittels Beschleunigern mit aktiver Energievariation wird für die Bestrahlung des Zielvolumens eine bestimmte Anzahl an Energien in sogenannten Isoenergieschichten verwendet. Die Anzahl und die räumliche Lage der verschiedenen Isoenergieschichten ist zum Beispiel Parameter eines sogenannten Bestrahlungsplans, der vor der eigentlichen Bestrahlung erstellt wird und alle wesentlichen Steuerungsparameter für die nachfolgende Bestrahlung beinhaltet. Die für die Durchführung der Bestrahlung benötigte Zeit (Bestrahlungszeit) korreliert typischerweise signifikant mit der Anzahl an Isoenergieschichten in dem Bestrahlungsplan. Typischerweise wird die Bestrahlungszeit umso länger, je mehr Isoenergieschichten vorhanden sind. Dies kann der Fall sein, da für das Abstrahlen einer Isoenergieschicht jeweils ein Beschleunigerzyklus (Befüllen des Beschleunigers, Beschleunigen der Partikel und Extrahieren der beschleunigten Partikel) vollständig durchlaufen werden muss. Aufgrund von technischen und/oder physikalischen Beschränkungen kann die Zeit, die für einen Beschleunigerzyklus benötigt wird, nicht beliebig reduziert werden. Dadurch wird die Bestrahlungszeit verlängert.
Gleichzeitig kann es erstrebenswert sein, eine hohe dosimetrische Qualität des Bestrahlungsplans zu erreichen. Die dosimetrische Qualität kann hierbei ein Maß für die zielgerichtete Applikation der Gesamtdosis in dem Zielvolumen bei gleichzeitiger Schonung von umliegendem Gewebe und insbesondere von Risikoorganen sein. Eine größere dosimetrische Qualität kann typischerweise dann erzielt werden, wenn die Auflösung, mit der die Raster-Scanning-Technik der Partikeltherapie durchgeführt wird, vergleichsweise hoch gewählt wird. Darüber hinaus kann die Anzahl der verwendeten Isoenergieschichten in dem Bestrahlungsplan mit der Auflösung korrelieren.
Vorbekannte Techniken zum Planen einer Bestrahlung eines Zielvolumens mittels Partikeltherapie weisen daher typischerweise den Nachteil auf, dass eine gleichzeitige Optimierung der dosimetrischen Qualität einerseits und eine Minimierung der Bestrahlungszeit andererseits nicht oder nur eingeschränkt möglich ist. Typischerweise muss eine Abwägung zwischen der dosimetrischen Qualität und der Bestrahlungszeit getroffen werden.
Deshalb besteht ein Bedarf für verbesserte Techniken zum Planen einer Bestrahlung eines Zielvolumens mittels Partikeltherapie. Insbesondere besteht ein Bedarf für solche Techniken, welche eine kurze Bestrahlungszeit ermöglichen. Darüber hinaus besteht ein Bedarf für solche Techniken, welche die kurze Bestrahlungszeit bei gleichzeitig hoher dosimetrischer Qualität des Bestrahlungsplans ermöglichen.
Diese Aufgabe wird von den Gegenständen nach den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren Ausführungsformen.
Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Planen einer Bestrahlung eines Zielvolumens mittels Partikeltherapie. Das Verfahren umfasst das Erhalten eines Bestrahlungsplans mit mindestens zwei Bestrahlungsfeldern, die jeweils mehrere Dosispunkte in dem Zielvolumen umfassen und mit unterschiedlichen Einstrahlrichtungen assoziiert sind. Die mehreren Dosispunkte für jedes der mindestens zwei Bestrahlungsfelder sind in Isoenergieschichten mit gleicher Energie von Partikeln gruppiert. Das Verfahren umfasst weiterhin für mindestens ein ausgewähltes Bestrahlungsfeld: Bestimmen solcher Dosispunkte des ausgewählten mindestens einen Bestrahlungsfelds, in deren Umgebung kein weiterer Dosispunkt des restlichen mindestens eines Bestrahlungsfelds liegt, als isolierte Dosispunkte. Das Verfahren umfasst weiterhin für das mindestens eine ausgewählte Bestrahlungsfeld: in Abhängigkeit von bestimmten isolierten Dosispunkten Entfernen von mindestens einer Isoenergieschicht aus dem Bestrahlungsplan.
Die Einstrahlrichtung kann durch eine Position einer Quelle der Partikel gegenüber dem Zielvolumen definiert sein. Das Zielvolumen kann zum Beispiel zu behandelndes Gewebe einer Untersuchungsperson bzw. eines Patienten beinhalten, etwa einen Tumor oder anderes erkranktes Gewebe.
Der Dosispunkt kann einen bestimmten Punkt im dreidimensionalen Raum bezeichnen, an dem eine zugehörige Dosis appliziert wird. Die Position des Dosispunkts kann unter Berücksichtigung von dosimetrischen Effekten festgelegt sein. Dies wird im Folgenden erläutert. Typischerweise kann das Bestrahlungsfeld eine Menge von sogenannten Scan-Punkten bezeichnen, die in einer Ebene angeordnet sind, deren Normale parallel zu der assoziierten Einstrahlrichtung des jeweiligen Bestrahlungsfelds ist, und die ein Isozentrum, also ein Zentrum der Bestrahlung, umfasst. Das Isozentrum kann z. B. einen Überschneidungsbereich der Achsen mehrerer Bestrahlungsfelder bezeichnen. Das Isozentrum liegt typischerweise im zu behandelnden Bereich, jedoch nicht notwendigerweise in der Ebene der Scan-Punkte. Diesen Scan-Punkten kann eine bestimmte Energie der Partikel zugewiesen werden, z. B. durch entsprechendes Einstellen der Energie der Partikel. Typischerweise wird die Energie den Scan-Punkten z. B. aus technischen Gründen nicht kontinuierlich zugewiesen, sondern vielmehr gruppiert, nämlich in den Isoenergieschichten.
Zum Beispiel kann eine transversale Position des Scan-Punkts gegenüber der Einstrahlrichtung, d. h. in der voranstehend diskutierten Ebene, durch eine Ablenkung des fokussierten Partikelstrahls im Rahmen der Raster-Scanning-Technik festgelegt sein. Die Position des Scan-Punkts in Längsrichtung entlang der Einstrahlrichtung kann über die Bragg-Peak-Position, die zum Beispiel von der Energie und weiteren dosimetrischen Effekten der Partikel abhängt, festgelegt sein. Diesbezüglich kann der Dosispunkt definiert sein.
Die Umgebung kann eine örtliche Nachbarschaft der jeweiligen Dosispunkte bezeichnen. Hierbei kann die örtliche Nachbarschaft bezüglich einer charakteristischen Längenskala definiert sein, die vergleichbar ist mit einer charakteristischen Längenskala, auf der benachbarte bzw. nächstgelegene Dosispunkte, d. h. solche Dosispunkte mit minimalem Abstand zueinander, liegen. Z. B. können die Umgebungen nächstgelegener Dosispunkte aneinander angrenzen, sich jedoch nicht überschneiden. Diese charakteristische Längenskala kann wiederum indikativ für eine Ortsauflösung der Partikeltherapie sein. Bei einem größeren Abstand (kleineren Abstand) zwischen zwei benachbarten Dosispunkten kann eine geringere Dichte (größere Dichte) an Dosispunkten erreicht werden, so dass die applizierte Dosisverteilung eine niedrigere (größere) Homogenität aufweisen kann. Mit anderen Worten kann eine zu applizierende Gesamtdosis, die in dem Bestrahlungsplan beinhaltet ist, auf eine größere oder geringere Anzahl von Dosispunkten verteilt werden.
Das Entfernen von mindestens einer Isoenergieschicht aus dem Bestrahlungsplan kann mit anderen Worten bedeuten: Entfernen aller Dosispunkte, die zu der jeweiligen Isoenergieschicht gehören, aus dem Bestrahlungsplan. Solche Dosispunkte können auch als entfernte Dosispunkte bezeichnet werden; im Gegensatz zu Dosispunkten, die nicht von dem Entfernen der mindestens einer Isoenergieschicht aus dem Bestrahlungsplan betroffen sind, die auch als nicht-entfernte Dosispunkte bezeichnet werden können. Die nicht-entfernten Dosispunkte gehören typischerweise zu solchen Isoenergieschichten, die nicht entfernt werden. Mittels der zuvor beschriebenen Techniken kann erreicht werden, dass die Menge der entfernten Dosispunkte keine oder nur wenige isolierte Dosispunkte umfasst.
Durch das Entfernen der mindestens einen Isoenergieschicht aus dem Bestrahlungsplan kann die Anzahl aller zur Bestrahlung verwendeten Dosispunkte verringert werden und damit grundsätzlich die dosimetrische Qualität herabgesetzt werden. Jedoch kann durch Berücksichtigen der bestimmten isolierten Datenpunkte das Entfernen derart durchgeführt werden, dass die dosimetrische Qualität nur sehr geringfügig oder gar nicht herabgesetzt wird.
Gleichzeitig kann der Effekt einer kürzeren Bestrahlungszeit erzielt werden. Dieser Effekt der verkürzten Bestrahlungszeit kann zumindest zwei Ursachen haben: erstens kann durch das Verringern der verwendeten Isoenergieschichten eine geringere Menge von Entnahmezyklen aus dem Beschleuniger realisiert werden; zweitens kann durch das Verringern der Gesamtzahl an Dosispunkten auch das Raster-Scannen verkürzt werden.
Es sind verschiedene Kriterien zum Entfernen der mindestens einen Isoenergieschicht in Abhängigkeit von den bestimmten isolierten Dosispunkten denkbar. Zum Beispiel können solche Isoenergieschichten entfernt werden, die keine oder nur eine geringe Anzahl an isolierten Dosispunkten aufweisen. Die geringe Anzahl an isolierten Dosispunkten kann bedeuten: Anzahl an isolierten Dosispunkten klein gegenüber der Gesamtzahl an Dosispunkten im Bestrahlungsplan bzw. in der zu entfernenden Isoenergieschicht. Zum Beispiel kann die Anzahl an isolierten Dosispunkten klein gegenüber der Gesamtzahl an Dosispunkten des Bestrahlungsplans sein, wenn die Anzahl an isolierten Dosispunkten weniger als 5%, vorzugsweise weniger als 0,5%, besonders vorzugsweise weniger als 0,1% der Gesamtzahl an Dosispunkten in dem Bestrahlungsplan beträgt.
Werden vorzugsweise solche Isoenergieschichten entfernt, welche keine oder nur eine geringe Anzahl an isolierten Dosispunkten aufweisen, so kann eine vergleichsweise hohe dosimetrische Qualität sichergestellt werden. Dies kann der Fall sein, weil trotz des Entfernens von Dosispunkten aus dem Bestrahlungsplan ein gleichmäßiges und homogenes Applizieren von Dosis in dem Zielvolumen möglich ist.
Zum Beispiel können solche Isoenergieschichten entfernt werden, die eine Anzahl an isolierten Dosispunkten aufweisen, die geringer als ein vorgegebener Schwellenwert ist. Alternativ oder zusätzlich können solche Isoenergieschichten entfernt werden, die eine Anzahl an isolierten Dosispunkten aufweisen, die eine akkumulierte Dosis haben, die geringer als ein vorgegebener Dosis-Schwellenwert ist.
Diese vorgegebenen Schwellenwerte können zum Beispiel Maschinenparameter sein oder über eine Benutzer-Schnittstelle von einem Benutzer vorgegeben werden. Sie können auch auf historischen Daten beruhen.
Typischerweise weisen unterschiedliche Dosispunkte eine unterschiedliche zugehörige Dosis auf. Deshalb kann es möglich sein, dass eine gleiche Anzahl an isolierten Dosispunkten für jeweils unterschiedliche zugehörige Isoenergieschichten jeweils eine unterschiedliche akkumulierte Dosis aufweist, d. h. eine unterschiedliche Summe der zugehörigen Dosen der jeweiligen isolierten Dosispunkte. Hierbei kann es erstrebenswert sein, diejenige Isoenergieschicht zu entfernen, bei denen die isolierten Dosispunkte eine geringere akkumulierte Dosis aufweisen. In einem solchen Fall kann der dosimetrische Effekt vergleichsweise gering ausfallen.
Im Allgemeinen kann also das Kriterium zum Entfernen einer Isoenergieschicht aus dem Bestrahlungsplan hinsichtlich geometrischer Aspekte, zum Beispiel bezüglich der Anzahl an isolierten Dosispunkten, und/oder hinsichtlich dosimetrischer Effekte, zum Beispiel hinsichtlich der akkumulierten Dosen, definiert sein, wobei jeweils Abwandlungen zu den oben genannten Beispielen möglich sind. Hierbei sind Variationen bzw. Misch-Ansätze möglich, die den einen oder anderen Aspekt stärker oder schwächer berücksichtigen. Mittels solcher Techniken kann eine besonders hohe dosimetrische Qualität erzielt werden.
Voranstehend wurden vornehmlich Techniken beschrieben, die das Kriterium zum Entfernen der mindestens einen Isoenergieschicht aus dem Bestrahlungsplan betreffen. Nachfolgend werden vornehmlich solche Techniken diskutiert, die das Bestimmen der isolierten Dosispunkte betreffen. Diesbezüglich sind verschiedenste Szenarien möglich.
Zum Beispiel kann das Bestimmen der isolierten Dosispunkte für solche Dosispunkte durchgeführt werden, welche in einer Nachbarschaft zu Rasterpunkten eines vordefinierten Referenzrasters liegen.
Zum Beispiel kann das Referenzraster ein regelmäßiges oder ein unregelmäßiges Gitter sein. Zum Beispiel kann das Referenzraster ein regelmäßiges kartesisches Gitter sein. Das Referenzraster kann zweidimensional oder dreidimensional definiert sein. Das Referenzraster kann zum Beispiel vorgegeben sein, etwa planungstechnisch bedingt im Rahmen des Bestrahlungsplans oder aus einem vorangehenden Computertomographie(CT)-Scan. Alternativ oder zusätzlich kann das Referenzraster oder Teile davon manuell durch einen Benutzer definiert sein. Zum Beispiel können die Rasterpunkte sogenannte Punkte von Interesse (englisch: „points of interest”) sein, welche besonders relevante Regionen der nachfolgenden Bestrahlung identifizieren. Solche besonders relevanten Regionen können zum Beispiel das Zielvolumen und/oder Risikoorgane betreffen. Die Punkte von Interesse können manuell festgelegt sein. Es ist auch möglich, dass das Referenzraster den gesamten von der Partikeltherapie betroffenen Bereich gleichmäßig abdeckt.
Durch das Verwenden des vordefinierten Referenzrasters in Bezug auf das Bestimmen der isolierten Dosispunkte kann ein besonders effizientes Bestimmen der isolierten Dosispunkte gewährleistet werden. Zum Beispiel kann es in verschiedenen Szenarien entbehrlich sein, das Bestimmen der isolierten Dosispunkte für alle Dosispunkte des Bestrahlungsplans durchzuführen; vielmehr kann es ausreichend sein, das Bestimmen der isolierten Dosispunkte lediglich für bestimmte Dosispunkte durchzuführen, die in der Nachbarschaft zu den Rasterpunkten des vordefinierten Referenzrasters liegen. So kann z. B. die Anzahl der Berechnungsschritte im Rahmens des Bestimmens der isolierten Dosispunkte mit der Anzahl an Rasterpunkten des Referenzrasters skalieren – und nicht notwendigerweise mit der Anzahl an Dosispunkten. Dies kann einen Effizienzgewinn ermöglichen.
Es wäre zum Beispiel möglich, dass der Abstand zwischen zwei nächstgelegenen Rasterpunkten des Referenzrasters gleich einem Bruchteil einer Bragg-Peak-Breite der Partikel ist. Mit anderen Worten kann die charakteristische Längenskala des Referenzrasters korrelieren mit der charakteristischen Längenskala des Bragg-Peaks. Zum Beispiel kann die Bragg-Peak-Breite definiert sein als die Breite bei halbem Maximum des Bragg-Peaks. Typischerweise kann eine solche Breite bei halbem Maximum im Bereich von Millimetern liegen, je nach Energie und Intensität der Partikel. Die Bragg-Peak-Breite kann darüber hinaus mit der Ortsauflösung, die in der Partikeltherapie erzielt werden kann, korrelieren. Gleichzeitig kann ein Abstand zwischen nächstgelegenen Dosispunkten mit der Bragg-Peak-Breite korrelieren. Es ist auch möglich, die Bragg-Peak-Breite durch Energieaufweitung bzw. Fokussierung zu beeinflussen.
Es ist möglich, dass die Umgebung bezüglich eines Rasterpunktvolumens des jeweiligen Rasterpunkts des vordefinierten Rasters festgelegt ist. Zum Beispiel kann das Bestimmen der isolierten Dosispunkte berücksichtigen, ob in einem Rasterpunktvolumen des jeweiligen nächstgelegenen Rasterpunkts des vordefinierten Rasters kein weiterer Dosispunkt des restlichen mindestens einen Bestrahlungsfelds liegt. Das Rasterpunktvolumen kann zum Beispiel jeweils in Bezug auf den nächstgelegenen Rasterpunkt des vordefinierten Rasters festgelegt sein. Zum Beispiel kann eine Außengrenze des Rasterpunktvolumens des jeweiligen Rasterpunkts unmittelbar angrenzend sein an Außengrenzen der nächstgelegenen Rasterpunkte des vordefinierten Rasters. Mit anderen Worten kann der relevante Raum z. B. vollständig in verschiedene Rasterpunktvolumen eingeteilt sein.
Mittels der voranstehend diskutierten Techniken kann also das vordefinierte Raster zum Bestimmen der isolierten Dosispunkte verwendet werden, insbesondere zum Überprüfen, ob in der Umgebung kein weiterer Dosispunkt liegt. Die Umgebung kann also hinsichtlich des vordefinierten Referenzrasters festgelegt sein. Durch die Verwendung des Referenzrasters kann eine besonders effiziente und wenig rechenintensive Bestimmung der isolierten Dosispunkte durchgeführt werden.
Nachfolgend werden vornehmlich Techniken erläutert, die das Bestimmen der isolierten Dosispunkte ohne Berücksichtigung eines Referenzrasters betreffen. Zum Beispiel kann das Bestimmen der isolierten Dosispunkte weiterhin umfassen: für mindestens einen bestimmten Dosispunkt, Durchführen eines Schwellenwert-Vergleichs eines Abstands des mindestens einen bestimmten Dosispunkts zu mindestens einem nächstgelegenen Dosispunkt des restlichen mindestens einen Bestrahlungsfelds, mit einem vorgegebenen Abstands-Schwellenwert, um zu bestimmen, ob in der Umgebung des bestimmten Dosispunkts ein weiterer Dosispunkt liegt.
Mit anderen Worten kann also über den Abstands-Schwellenwert etwa ein Kugelvolumen definiert werden, welches die für das Bestimmen der isolierten Dosispunkte relevante Umgebung definiert. Liegt innerhalb des über den Abstands-Schwellenwert festgelegten Volumens ein (kein) nächstgelegener Dosispunkt der anderen Bestrahlungsfelder, so ist der bestimmte Dosispunkt kein (ein) isolierter Dosispunkt. Z. B. kann der Abstands-Schwellenwert für alle Dosispunkte gleich gewählt werden oder selbst eine Ortsabhängigkeit aufweisen. Z. B. kann der Abstands-Schwellenwert in der Nähe von Risikoorganen kleiner gewählt werden, als weiter entfernt von Risikoorganen.
Mittels solcher Techniken kann es also möglich sein, die isolierten Dosispunkte lediglich anhand der Dosispunkte des Bestrahlungsplans selbst zu bestimmen. Dies kann ein besonders genaues Bestimmen der isolierten Dosispunkte ermöglichen. Dies kann der Fall sein, da die Position der verschiedenen Dosispunkte, die zum Bestimmen der isolierten Dosispunkte in Betracht gezogen werden kann, unmittelbar korreliert mit der nachfolgenden Bestrahlung im Rahmen der Partikeltherapie. Dosimetrische Aspekte können derart besonders gut berücksichtigt werden.
Im Allgemeinen ist die Umgebung bezüglich eines geometrischen Abstands und/oder bezüglich eines dosimetrischen Abstands festgelegt. Zum Beispiel kann der dosimetrische Abstand nicht-linear mit dem geometrischen Abstand korrelieren und bezeichnen, wie stark der dosimetrische Einfluss eines Dosispunkts an einer bestimmten Position ist. Deshalb kann sich der dosimetrische Abstand zum Beispiel auf das charakteristische Tiefenprofil der applizierten Dosis im Rahmen der Partikeltherapie und/oder auf eine Fokussierung des Strahls in der Ebene senkrecht zur Einfallsrichtung, d. h. den Strahldurchmesser, beziehen.
Es ist möglich, dass das Bestimmen von isolierten Dosispunkten und das Entfernen der mindestens einen Isoenergieschicht sooft wiederholt werden, bis ein Abbruchkriterium erfüllt ist. Mit anderen Worten kann nach dem Entfernen der mindestens einen Isoenergieschicht aus dem Bestrahlungsplan erneut das Bestimmen von isolierten Dosispunkten durchgeführt werden und, basierend auf diesen erneut bestimmten isolierten Dosispunkten, das Entfernen der mindestens einen Isoenergieschicht aus dem Bestrahlungsplan wiederum durchgeführt werden. Diese Schritte können solange wiederholt werden, bis das Abbruchkriterium erfüllt ist.
In einem einfachen Szenario kann das Abbruchkriterium das Verstreichen einer bestimmten vorgegebenen Zeitspanne ab dem Erhalten des Bestrahlungsplans bezeichnen. Ein weiteres Abbruchkriterium wäre das Erreichen einer bestimmten vorgegebenen Anzahl an Wiederholungsschritten des Durchführens des Bestimmens der isolierten Dosispunkte und des Entfernens der mindestens einen Isoenergieschicht. Ein weiteres Abbruchkriterium wäre, dass keine Isoenergieschichten aus dem Bestrahlungsplan das Kriterium zum Entfernen erfüllen, zum Beispiel wenn keine Isoenergieschicht keine oder nur eine geringe Anzahl an isolierten Dosispunkten aufweist. Ein weiteres Kriterium wäre, dass die Anzahl an entfernten Isoenergieschichten und/oder der entfernten Dosispunkte einen bestimmten vorgegebenen Schwellenwert überschreitet. Ein weiteres Abbruchkriterium wäre, dass eine akkumulierte Dosis von entfernten Dosispunkten größer als ein vorgegebener Dosis-Schwellenwert ist. Es ist möglich, verschiedene der vorgenannten Abbruchkriterien zu einem kombinierten Abbruchkriterium zu kombinieren, möglicherweise gewichtet und/oder hierarchisch.
Durch das wiederholte Durchführen des Bestimmens von isolierten Dosispunkten und des Entfernens der mindestens einen Isoenergieschicht aus dem Bestrahlungsplan kann eine besonders verkürzte Bestrahlungszeit erreicht werden. Durch das Berücksichtigen des Abbruchkriteriums kann gleichzeitig der für solche Techniken benötigte Rechenaufwand begrenzt werden. Darüber hinaus kann eine bestimmte dosimetrische Qualität durch geeignete Wahl des Abbruchkriteriums sichergestellt werden, zum Beispiel insbesondere dann, wenn das Abbruchkriterium auch dosimetrische Aspekte wie etwa die akkumulierte Dosis der entfernten Dosispunkte berücksichtigt.
Pro einmaligem Durchführen des Entfernens können eine oder mehrere Isoenergieschichten aus dem Bestrahlungsplan entfernt werden. Es ist zum Beispiel möglich, dass dann mehrere Isoenergieschichten entfernt werden, wenn diese Isoenergieschichten Kriterien erfüllen, die aus folgender Gruppe ausgewählt sind: Isoenergieschichten berühren sich nicht; Isoenergieschichten haben einen kürzesten Abstand zueinander, der größer als ein vorgegebener Schwellenwert ist; Isoenergieschichten gehören zu demselben Bestrahlungsfeld; Isoenergieschichten gehören zu unterschiedlichen Bestrahlungsfeldern. Mittels solcher Techniken kann es also möglich sein, mehrere Isoenergieschichten basierend auf dem einmaligen Durchführen des Bestimmens von isolierten Dosispunkten zu entfernen. Mittels der vorgenannten Kriterien kann darüber hinaus sichergestellt werden, dass das Entfernen einer ersten der mehreren Isoenergieschichten keinen oder nur einen geringen Einfluss auf das nachfolgende Entfernen einer zweiten der mehreren Isoenergieschichten hat.
Zum Beispiel können durch das Entfernen der ersten Isoenergieschicht ein oder mehrere neue isolierte Dosispunkte entstehen. Solche neuen isolierten Dosispunkte können insbesondere dann für das nachfolgende Entfernen weiterer Isoenergieschichten in Betracht gezogen werden, wenn das Bestimmen von isolierten Dosispunkten zwischenzeitlich erneut ausgeführt wird. Andererseits kann mittels der voranstehend diskutierten Kriterien sichergestellt werden, dass diese neuen isolierten Dosispunkte nicht oder nur geringfügig relevant sind für die zweite der mehreren Isoenergieschichten, die ohne erneutes Durchführens des Bestimmens von isolierten Dosispunkten entfernt werden.
Werden mehrere Isoenergieschichten pro einmaligem Bestimmen von isolierten Dosispunkten entfernt, so kann ein benötigter Rechenaufwand zum Durchführen der erfindungsgemäßen Techniken vergleichsweise gering sein. Durch Berücksichtigen der oben genannten Kriterien kann gleichzeitig eine dosimetrische Qualität des Bestrahlungsplans sichergestellt werden.
Es ist möglich, weitere Kriterien beim dem Entfernen der mindestens einen Isoenergieschicht zu berücksichtigen. Zum Beispiel kann das Entfernen der mindestens einen Isoenergieschicht weiterhin in Abhängigkeit von mindestens einem der folgenden Kriterien geschehen: bestimmte geometrische Beziehung zwischen der mindestens einen Isoenergieschicht und einem Risikoorgan; bestimmte geometrische Beziehung des zur mindestens einen Isoenergieschicht zugehörigen Bestrahlungsfelds zu einem Risikoorgan; Dosis von isolierten Dosispunkten der mindestens einen Isoenergieschicht; Abstand von isolierten Dosispunkten der mindestens einen Isoenergieschicht zu weiteren Dosispunkten; Dosisbeitrag der mindestens einen Isoenergieschicht zu einem Risikoorgan; Dosisbeitrag der mindestens einen Isoenergieschicht zu einem weiteren Zielvolumen; geometrische Nähe der mindestens einen Isoenergieschicht zu vorgegebenen Punkten.
Zum Beispiel kann die geometrische Beziehung zwischen der mindestens einen Isoenergieschicht bzw. des zugehörigen Bestrahlungsfelds zu dem Risikoorgan bezeichnen, ob das Risikoorgan in einem Einfallskanal des Strahlenfelds liegt. Derart kann eine dosimetrische Wirkung des Entfernens der mindestens einen Isoenergieschicht auf die in dem Risikoorgan applizierte Dosis berücksichtigt werden.
Die Dosis von isolierten Dosispunkten der mindestens einen Isoenergieschicht kann zum Beispiel besonders dann relevant sein, wenn eine bestimmte Anzahl von isolierten Dosispunkten in der Isoenergieschicht vorhanden ist. Deren akkumulierte Dosis kann dann ein Maß für die dosimetrische Wichtigkeit dieser isolierten Dosispunkte sein. Ist diese Dosis vergleichsweise hoch (vergleichsweise niedrig), so kann der dosmetrische Effekt durch das Entfernen dieser isolierten Dosispunkte vergleichsweise groß (vergleichsweise niedrig) sein und die dosimetrische Qualität des Bestrahlungsplans durch das Entfernen vergleichsweise stark (vergleichsweise wenig) herabgesetzt werden. Entsprechende Effekte bezüglich Bewahrung einer hohen dosimetrischen Qualität können durch das Berücksichtigen des Dosisbeitrags, d. h. des Dosisanteils aller Dosispunkte einer Isoenergieschicht an der jeweiligen Gesamtdosis, erzielt werden.
Die verschiedenen obengenannten Kriterien, zusammen mit den bestimmten isolierten Dosispunkten, können einzeln oder kombiniert berücksichtigt werden, z. B. gewichtet.
Voranstehend wurden Techniken erläutert, welche es erlauben, unter Berücksichtigung von isolierten Dosispunkten Isoenergieschichten aus dem Bestrahlungsplan zu entfernen. Die zu der mindestens einen entfernten Isoenergieschicht zugehörigen Dosispunkte, d. h. die entfernten Dosispunkte, werden dann gemäß verschiedener Ausführungsformen aus dem Bestrahlungsplan entfernt; andere Dosispunkte, d. h. die nicht entfernten Dosispunkte, werden gemäß verschiedener Ausführungsformen nicht aus dem Bestrahlungsplan entfernt. Typischerweise legt der Bestrahlungsplan die Gesamtdosis fest. Der Dosisbeitrag der entfernten Dosispunkte fehlt typischerweise nach dem Entfernen der Isoenergieschichten in Bezug auf die Gesamtdosis. Deshalb kann es erstrebenswert sein, diesen fehlenden Bruchteil auf die nicht entfernten Dosispunkte zu verteilen.
Zum Beispiel kann das Verfahren weiterhin für mindestens einen nicht entfernten Dosispunkt umfassen: Anpassen der zugehörigen Dosis unter Berücksichtigung der Dosen von Dosispunkten, die zu der mindestens einen entfernten Isoenergieschicht gehören. Zum Beispiel kann das Anpassen der zugehörigen Dosis derart erfolgen, dass die etwa aus dem Bestrahlungsplan erhaltene Gesamtdosis konstant bleibt. Das Anpassen der zugehörigen Dosis kann insbesondere derart erfolgen, dass eine über einen bestimmten Volumenbereich gemittelte Dosis konstant bleibt. Die Größenordnung dieses maßgeblichen Volumenbereichs kann in der Größenordnung der Umgebung der jeweiligen Dosispunkte oder leicht darüber liegen. Dies kann möglich sein, da das Entfernen der mindestens einen Isoenergieschicht die isolierten Dosispunkte berücksichtigt und deshalb zum Beispiel vorzugsweise nur eine geringe Anzahl an isolierten Dosispunkten entfernt wird. Deshalb kann in einem Volumenbereich, in dem ein entfernter Dosispunkt liegt, häufig ein nicht entfernter Dosispunkt liegen. Dieser kann dann dazu benutzt werden, die Dosis des entfernten Dosispunkts zu kompensieren.
Zum Beispiel kann das Verfahren weiterhin das Durchführen eines Optimierungsalgorithmus, der eine Gesamtdosis des Bestrahlungsplans auf die nicht entfernten Dosispunkte verteilt, umfassen. Der Optimierungsalgorithmus kann zum Beispiel als Startwert die zu den Dosispunkten vor dem Entfernen zugehörigen Dosen berücksichtigen.
Dem Fachmann sind verschiedenste, z. B. iterativ operierende Optimierungsalgorithmen bekannt, die die Gesamtdosis auf einen Satz von Dosispunkten verteilen. Der Optimierungsalgorithmus kann hierbei eine Optimierung der Dosisverteilung hinsichtlich der dosimetrischen Qualität erreichen. Deshalb ist es nicht notwendig, gegenwärtig weitere Details zu dem Optimierungsalgorithmus zu diskutieren. Berücksichtigt der Optimierungsalgorithmus als Startwert die Dosen des erhaltenen Bestrahlungsplans, so kann ein besonders wenig rechenintensives und effizientes Durchführen des Optimierungsalgorithmus erreicht werden. Z. B. kann eine schnelle Konvergenz des Optimierungsergebnisses erreicht werden. Da typischerweise nur eine begrenzte Anzahl an Dosispunkten entfernt wird, kann der Startwert eine gute Ausgangslage für den Optimierungsalgorithmus darstellen.
Das Anpassen für mindestens einen nicht entfernten Dosispunkt kann weiterhin umfassen: Überprüfen, ob innerhalb einer weiteren Umgebung des mindestens einen nicht entfernten Dosispunkts ein entfernter Dosispunkt liegt; und, in Abhängigkeit von dem Überprüfen, selektives Zuweisen der Dosis des entfernten Dosispunkts zu dem jeweiligen mindestens einen nicht entfernten Dosispunkt.
Mit anderen Worten kann die zu einem entfernten Dosispunkt zugehörige Dosis in einer besonders einfachen Ausführungsform einem nächstgelegenen und nicht entfernten Dosispunkt zugewiesen werden. Die zu diesem nicht entfernten Dosispunkt zugehörige Dosis kann also um einen Betrag erhöht werden, welcher der zu dem entfernten Dosispunkt zugehörigen Dosis entspricht. Z. B. kann die weitere Umgebung gleich oder auf einer vergleichbaren Längenskala sein, wie die Umgebung. Dann kann für nicht isolierte Dosispunkte immer ein nicht-entfernter Dosispunkt in der weiteren Umgebung liegen.
Ein solches selektives Zuweisen kann vergleichsweise schnell und wenig rechenintensiv durchgeführt werden. Insbesondere kann es in verschiedenen Szenarien entbehrlich sein, das Durchführen des Optimierungsalgorithmus durchzuführen. Typischerweise kann nämlich das Durchführen des Optimierungsalgorithmus vergleichsweise zeit- und rechenintensiv sein, so dass durch das selektive Zuweisen eine besonders einfache und effiziente Möglichkeit eröffnet werden kann, die Gesamtdosis trotz des Entfernens der Isoenergieschichten konstant zu halten.
Zum Beispiel wäre es auch möglich, die zu den nicht entfernten Dosispunkten zugehörigen Dosen, nach Zuweisen der Dosen von entfernten Dosispunkten, als Startwert für das Durchführen des Optimierungsalgorithmus zu berücksichtigen.
Das selektive Zuweisen der Dosen kann auch von weiteren Kriterien abhängen. Solche weiteren Kriterien wären gleiche oder unterschiedliche Bestrahlungsverhältnisse des entfernten und nicht entfernten Dosispunkts, Risikoorgane im Einfallskanal des Bestrahlungsfelds, Intensitäten der verschiedenen beteiligten Dosispunkte, Eigenschaften der Bragg-Peaks der jeweiligen Dosispunkte. Dies kann es erlauben, auch eine dem Fachmann bekannte Korrelation zwischen applizierter Dosis, Intensität des Dosispunkts und Position des Bragg-Peaks bei dem Zuweisen zu berücksichtigen.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Strahlentherapie-Anlage zur Bestrahlung eines Zielvolumens mittels Partikeltherapie. Die Strahlentherapie-Anlage umfasst einen Anlagenrechner, der eingerichtet ist, um die folgenden Schritte durchzuführen: Erhalten eines Bestrahlungsplans mit mindestens zwei Bestrahlungsfeldern, die jeweils mehrere Dosispunkte in dem Zielvolumen umfassen und mit unterschiedlichen Einstrahlrichtungen assoziiert sind, wobei die mehreren Dosispunkte für jedes der mindestens zwei Bestrahlungsfelder in Isoenergieschichten mit gleicher Energie von Partikeln gruppiert sind; und, für mindestens ein ausgewähltes Bestrahlungsfeld, Bestimmen solcher Dosispunkte des ausgewählten mindestens einen Bestrahlungsfelds, in deren Umgebung kein weiterer Dosispunkt des restlichen mindestens einen Bestrahlungsfelds liegt, als isolierte Dosispunkte; und, für das mindestens eine ausgewählte Bestrahlungsfeld, in Abhängigkeit der bestimmten isolierten Dosispunkte Entfernen von mindestens einer Isoenergieschicht aus dem Bestrahlungsplan.
Die Strahlentherapie-Anlage kann eingerichtet sein, um das Verfahren zum Planen einer Bestrahlung eines Zielvolumens gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung durchzuführen.
Für eine solche Strahlentherapie-Anlage können Effekte erzielt werden, die vergleichbar sind mit den Effekten, die für das Verfahren zum Planen einer Bestrahlung eines Zielvolumens gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung erzielt werden können.
Die oben dargelegten Merkmale und Merkmale, die nachfolgend beschrieben werden, können nicht nur in den entsprechenden explizit dargelegten Kombinationen verwendet werden, sondern auch in weiteren Kombinationen oder isoliert, ohne den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile der Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden.
1 ist eine schematische Ansicht einer Strahlentherapie-Anlage.
2 illustriert ein Bestrahlungsfeld mit Scan-Punkten einer Raster-Scanning-Technik.
3 illustriert Dosispunkte in Bezug auf Bragg-Peaks.
4 illustriert Isoenergieschichten mit jeweils zugehörigen Dosispunkten für zwei Bestrahlungsfelder.
5 illustriert einen isolierten Dosispunkt, in dessen Umgebung keine weiteren Dosispunkte liegen.
6 zeigt ein vorgegebenes Referenzraster und Dosispunkte.
7 illustriert einen isolierten Dosispunkt, in dessen Umgebung kein weiterer Dosispunkt liegt, wobei die Umgebung hinsichtlich eines Rasterpunktvolumens eines Rasterpunkts des vorgegebenen Referenzrasters der 6 definiert ist.
8 illustriert einen geometrischen Abstand und einen dosimetrischen Abstand.
9 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Planen einer Bestrahlung eines Zielvolumens gemäß verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
10 ist ein Flussdiagramm, welches Details der 9 in Bezug auf das Bestimmen von isolierten Dosispunkten darstellt.
11 ist ein Flussdiagramm, welches Details der 9 in Bezug auf das Bestimmen von isolierten Dosispunkten mittels eines Referenzrasters darstellt.
12 zeigt Dosispunkte für zwei Bestrahlungsfelder vor dem Entfernen von Isoenergieschichten.
13 zeigt Dosispunkte der zwei Bestrahlungsfelder der 12 nachdem Isoenergieschichten entfernt wurden.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Elemente. Die Figuren sind schematische Repräsentationen verschiedener Ausführungsformen der Erfindung. In den Figuren dargestellte Elemente sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu dargestellt. Vielmehr sind die verschiedenen in den Figuren dargestellten Elemente derart wiedergegeben, dass ihre Funktion und ihr genereller Zweck dem Fachmann verständlich wird. In den Figuren dargestellte Verbindungen und Kopplungen zwischen funktionellen Einheiten und Elementen können auch als indirekte Verbindungen oder Kopplungen implementiert werden. Eine Verbindung oder Kopplung kann drahtverbunden oder drahtlos implementiert sein. Funktionale Einheiten können als Hardware, Software oder eine Kombination aus Hardware und Software implementiert werden.
Nachfolgend werden Techniken zum Planen einer Bestrahlung eines Zielvolumens mittels Techniken der Partikeltherapie diskutiert. Im Rahmen dieser Techniken wird ein Bestrahlungsplan derart angepasst, dass mindestens eine Isoenergieschicht aus dem Bestrahlungsplan entfernt wird. Das Entfernen der mindestens einen Isoenergieschicht geschieht nicht willkürlich, sondern in Abhängigkeit von isolierten Dosispunkten. Isolierte Dosispunkte sind solche Dosispunkte, in deren Umgebung kein weiterer Dosispunkt liegt. Mit anderen Worten sind isolierte Dosispunkte solche Dosispunkte, die alleine oder überwiegend alleine Dosis in einem bestimmten Raumbereich applizieren. Solche Dosispunkte können hinsichtlich der dosimetrischen Qualität besonders wichtig sein, da es nicht oder nur eingeschränkt möglich sein kann, deren Dosisbeitrag in den bestimmten Raumbereichen durch andere Dosispunkte zu kompensieren bzw. auf andere Dosispunkte zu verteilen. Deshalb werden vorzugsweise solche Isoenergieschichten entfernt, die keine oder nur eine geringe Anzahl an isolierten Dosispunkten aufweisen. Dann kann einerseits die Bestrahlungszeit signifikant verringert werden – bei gleichzeitiger Beibehaltung oder nur geringfügiger Verschlechterung der dosimetrischen Qualität des Bestrahlungsplans. Grundsätzlich kann also das Anpassen des Bestrahlungsplans derart erfolgen, dass eine mögliche dosimetrische Wirkung dieser Anpassung möglichst gering ausfällt. Mit anderen Worten erlauben es die erfindungsgemäßen Techniken, die Bestrahlungszeit zu verringern, ohne die dosimetrisch-therapeutischen Rahmenbedingungen des Bestrahlungsplans signifikant zu beeinträchtigen. Eine nachfolgend möglicherweise stattfindende Bestrahlung kann dann in der Art und Weise durchgeführt werden, wie sie von medizinischem Fachpersonal bei der Erstellung des jeweiligen Bestrahlungsplans angestrebt war. Zum Beispiel kann der Bestrahlungsplan auf CT-Bildern einer Untersuchungsperson beruhen, die in einer nachfolgenden Bestrahlung therapiert werden soll.
1 zeigt schematisch eine Strahlentherapie-Anlage 100, die eine Strahlenerzeugungsvorrichtung oder Strahlenquelle 200 umfasst. Die Quelle 200 dient zum Erzeugen eines Partikelstrahls 102 (in 1 gestrichelt dargestellt) zum Behandeln der in der Strahlentherapie-Anlage 200 auf einer Liege 107 angeordneten Untersuchungsperson 103. Die Liege 107 ist beweglich, zum Beispiel entlang der Richtung A. Die Strahlungsquelle 200 kann mit einem Beschleuniger mit aktiver Energievariation, etwa einem Synchrotron oder einem Linearbeschleuniger, gekoppelt sein. Der Beschleuniger stellt die Partikel mit wohldefinierter Energie zur Verfügung. Die Quelle 200 ist über einen Arm 101 um die Achse A rotierbar gelagert (in 1 durch einen Pfeil dargestellt). Dadurch können unterschiedliche Einstrahlrichtungen des Partikelstrahls 102 in Bezug auf ein zu behandelndes Zielgebiet 260 realisiert werden.
Die Partikeltherapie gliedert sich in zwei Phasen, nämlich zunächst die Planungsphase, in der der Bestrahlungsplan erstellt, verifiziert und angepasst wird; und anschließend die Bestrahlungsphase, in der die zu applizierende Dosis in dem Zielgebiet 260 appliziert wird. Nachfolgend wird vornehmlich Bezug auf Techniken genommen, die in der Planungsphase ansetzen.
Ein Anlagerechner 105 der Strahlentherapie-Anlage 100 ist eingerichtet, verschiedenste Aufgabe zu übernehmen, zum Beispiel: Erstellung, Anpassung und/oder Verifikation des Bestrahlungsplans, Benutzerinteraktion mit einem Bedienpersonal der Strahlentherapie-Anlage 100 über eine Benutzerschnittstelle 108, Steuern der Dosisapplikation während der Bestrahlungsphase, etc. Programme oder Software können mithilfe eines Datenträgers 106 in den Anlagenrechner 105 geladen werden. Der Anlagenrechner 105 ist voranstehend insbesondere auf seine funktionalen Merkmale beschrieben. Es sollte verstanden werden, dass es im Allgemeinen möglich ist, dass der Anlagenrechner 105 aus mehreren separaten Einheiten besteht, etwa einem Bestrahlungsplanungssystem und einer Recheneinheit zur Steuerung der Dosisapplikation.
Bezug nehmend auf 2: Der Bestrahlungsplan umfasst ein oder mehrere Bestrahlungsfelder 210, die mit einer bestimmten Einstrahlrichtung 211 zwischen Quelle 200 und Zielgebiet 260 assoziiert sind. Das Bestrahlungsfeld 210 ist eine Menge von Scan-Punkten 220, die innerhalb einer Ebene 221, die senkrecht zu der Einstrahlrichtung 211 liegt, angeordnet sind. Diese Scan-Punkte 220 bezeichnen die jeweiligen Zielpunkte einer Raster-Scanning-Technik, mit der der Partikelstrahl 102 über das Zielvolumen 260 gescannt wird. Der Partikelstrahl kann mittels aktiver Strahlenführung zum Beispiel durch Ablenkmagnetfelder in dieser Ebene 221 geführt werden. Es ist auch möglich, den Strahl mittels passiver Systeme zu formen oder die Energieverteilung zu verschieben bzw. aufzuweiten.
Typischerweise wird die Richtung z parallel zur Einfallsrichtung 211 als Längsrichtung bezeichnet. In der Ebene 221 angeordnete Richtungen x, y, d. h. Richtungen die senkrecht zu der Einfallsrichtung 211 liegen, werden als transversale Richtungen bezeichnet. Typischerweise ist die Position der Scan-Punkte 220 in den x- und y-Richtungen durch die Ablenkung des Partikelstrahls 102 z. B. durch die Ablenkmagnetfelder gegeben. Eine Eindringtiefe bzw. z-Komponente ist durch die Energie des Partikelstrahls 102 gegeben.
Bezug nehmend auf 3 ist die Dosis 300 als Funktion der z-Richtung für zwei Partikelstrahlen 102 mit unterschiedlicher Energie dargestellt. Je nach Energie des Partikelstrahls 102 liegt der Bragg-Peak 235 an unterschiedlichen z-Positionen. Typischerweise bezeichnet das Maximum des Bragg-Peaks 235 die Position eines Dosispunkts 230. Der Dosispunkt 230 kann also als ein mit einer bestimmten Energie bzw. z-Position assoziierter Scan-Punkt 220 bezeichnet werden. Der Dosispunkt 230 hat mit anderen Worten eine wohldefinierte Position im dreidimensionalen Raum.
Aufgrund technischer Limitationen der verwendeten Beschleuniger erfolgt typischerweise eine Gruppierung der verwendeten Energien von Partikeln in sogenannte Isoenergieschichten 240 (siehe 4). Dies bedeutet mit anderen Worten, dass die z-Positionen der Dosispunkte 230, 230-1 nicht kontinuierlich variieren, sondern nur bestimmte Werte annehmen, die den jeweiligen Energien der verschiedenen Isoenergieschichten 240 entsprechen. In 4 sind die Isoenergieschichten 240 (kurz gestrichelt und gestrichelt-gepunktet dargestellt in 4) für zwei Bestrahlungsfelder 210, 210-1 mit jeweils unterschiedlichen assoziierten Einstrahlrichtungen 211, 211-1 innerhalb des Zielvolumens 260 vergrößert dargestellt. Die Isoenergieschichten 240 umfassen in anderen Worten alle Dosispunkte 230, 230-1 derselben Energie für ein bestimmtes Bestrahlungsfeld 210, 210-1. Da die z-Position eines bestimmten Dosispunkts 230, 230-1 durch dosimetrische Effekte mitbestimmt wird, können die Isoenergieschichten im Allgemeinen eine komplexe Form aufweisen; diese Form kann gewellt und uneben sein und auch Sprünge zwischen benachbarten Dosispunkten beinhalten (in 4 nicht dargestellt).
In verschiedenen Referenzimplementierungen erfolgt das Erstellen des Bestrahlungsplans individuell und separat für die verschiedenen Bestrahlungsfelder 210, 210-1. Korrelationen und Wechselwirkungen zwischen den verschiedenen Bestrahlungsfeldern 210, 210-1 werden nicht oder nur geringfügig in dem Bestrahlungsplan berücksichtigt. Deshalb kann es insbesondere vorkommen, dass Dosispunkte 230, die zu einem ersten Bestrahlungsfeld 210 gehören, an gleichen oder benachbarten Positionen, z. B. in einem globalen Koordinatensystem, liegen, an denen auch Dosispunkte 230-1 eines zweiten Bestrahlungsfelds 210-1 liegen. Dies bedeutet, dass in der Bestrahlungsphase in ein und demselben Raumbereich Dosis im Rahmen von zwei oder mehr Bestrahlungsfeldern bzw. Bestrahlungszyklen appliziert werden kann. Gleichzeitig erhöht sich aber eine räumliche Homogenität bzw. Auflösung der Bestrahlung nicht oder nicht signifikant, so dass die dosimetrische Qualität von dieser redundanten Bestrahlung nicht oder nur geringfügig profitiert. Auf dieser Erkenntnis bauen verschiedene Szenarien der vorliegenden Erfindung auf. Da die redundante Bestrahlung ein und desselben Bereichs die Bestrahlungszeit verlängert, ohne die dosimetrische Qualität signifikant zu beeinflussen, werden in verschiedenen erfindungsgemäßen Szenarien ein oder mehrere Isoenergieschichten 240 entfernt, die ausschließlich oder überwiegend solche redundanten Dosispunkte 230, 230-1 bzw. keine oder nur wenige isolierte Dosispunkte umfassen.
Diesbezüglich erfolgt das Bestimmen von isolierten Dosispunkten, wie es in Bezug auf die 5 nachfolgend beschrieben wird. In 5 sind drei Dosispunkte 230-1, 230-2, 230-3 dargestellt. Für die drei Dosispunkte 230-1, 230-2, 230-3 ist jeweils eine Umgebung 239 dargestellt (mit einem gestrichelten Kreis in 5), die eine örtliche Nachbarschaft zu dem jeweiligen Dosispunkt 230-1, 230-2, 230-3 bezeichnet und die zum Beispiel in Bezug auf einen vorgegebenen Abstands-Schwellenwert 239a definiert ist. Im Rahmen des Bestimmens von isolierten Dosispunkten wird überprüft, ob innerhalb der Umgebung 239 eines bestimmten Dosispunkts 230-1, 230-2, 230-3 ein weiterer Dosispunkt, zum Beispiel von einem anderen Bestrahlungsfeld 210, 210-1, liegt. Ist dies nicht der Fall, wie es zum Beispiel in 5 nur für den Dosispunkt 230-3 der Fall ist, so handelt es sich um einen isolierten Dosispunkt.
Es ist dann zum Beispiel möglich, solche Isoenergieschichten 240 zu entfernen, die eine Anzahl von isolierten Dosispunkten aufweisen, die geringer als ein vorgegebener Schwellenwert ist. Es wäre auch möglich, die akkumulierte Dosis 300 für alle isolierten Dosispunkte eines bestimmten Bestrahlungsfelds 210, 210-1 zu berechnen, und diese mit einem vorgegebenen Dosis-Schwellenwert zu vergleichen. Liegt die akkumulierte Dosis 300 unterhalb des vorgegebenen Dosis-Schwellenwerts, so kann die entsprechende Isoenergieschicht 240 entfernt werden. Andernfalls kann es unter Beachtung der dosimetrischen Qualität nicht erstrebenswert sein, die entsprechende Isoenergieschicht 240 zu entfernen.
Voranstehend wurde in Bezug auf die 5 eine bestimmte Technik zum Bestimmen isolierter Dosispunkte 230-3 diskutiert. Andere Techniken zum Bestimmen von isolierten Dosispunkten 230-3 sind möglich, und eine von ihnen wird nachfolgend in Bezug auf die 6 und 7 diskutiert. In 6 ist das Zielvolumen 260 dargestellt, das von einem gleichmäßigen, kartesischen vorgegebenen Referenzraster 270, das aus einer Vielzahl von Rasterpunkten 271 besteht, überdeckt ist. Auch in 6 sind Dosispunkte 230, 230-1 der Bestrahlungsfelder 210, 210-1 dargestellt. Das Referenzraster 270 im Falle der 6 entspricht den Bildpunkten eines CT-Bilds, das zur Erstellung des Bestrahlungsplans verwendet wurde. Die einzelnen Bildpunkte oder Voxel weisen ein bestimmtes Volumen auf, das dem Rasterpunktvolumen 275 des Referenzrasters 270 entspricht. Die Ortsauflösung des CT-Bilds ist invers proportional zu dem Rasterpunktvolumen 275.
Es wäre im Allgemeinen auch möglich, ein Referenzraster 270 zu verwenden, das nicht in einem Zusammenhang mit einem CT-Bild steht. Zum Beispiel kann im Rahmen der Erstellung des Bestrahlungsplans ein inhärentes Referenzraster verwendet werden, das zur Optimierung der Dosisverteilung verwendet wird. Es wäre auch möglich, einzelne oder alle Rasterpunkte 271 manuell durch den Benutzer mittels der Benutzschnittstelle 108 vorzugeben.
7 ist eine Detailansicht des Szenarios der 6. Es sind die Dosispunkte 230, 230-1, 230-2, 230-3, die in jeweils einem Rasterpunktvolumen 275 liegen, dargestellt. In einem solchen Szenario ist die Umgebung 239 eines der Rasterpunkte 230, 230-1, 230-2, 230-3 als das jeweilige Rasterpunktvolumen 275 definiert, in dem sich ein Dosispunkt 230, 230-1, 230-2, 230-3 befindet. Im Rahmen einer solchen Definition der Umgebung 239 ergibt sich, dass in der Ausführungsform der 7 lediglich der Dosispunkt 230-3 ein isolierter Dosispunkt ist.
Aus einem Vergleich der 5 und 7 ergibt sich, dass bei unterschiedlichen Definitionen der Umgebung 239 eines Dosispunkts 230, 230-1, 230-2, 230-3 eine unterschiedliche Menge von isolierten Dosispunkten 230-3 erhalten werden kann.
Es sind Szenarien möglich, bei denen die Definition des Referenzrasters 270 basierend auf anatomischen Merkmalen der Untersuchungsperson 103 und/oder durch manuelle Benutzereingabe erfolgt. Zum Beispiel können solche Bereiche durch Rasterpunkte 271 des Referenzrasters 270 abgedeckt werden, welche besonders sensibel hinsichtlich einer möglicherweise verringerten dosimetrischen Qualität sind. Insbesondere in einem solchen Fall kann dann das Bestimmen der isolierten Dosispunkte 230-3 für solche Dosispunkte durchgeführt werden, die in einer Nachbarschaft zu den Rasterpunkten 271 liegen. Derart können zweierlei Effekte erzielt werden: Einerseits kann der zum Bestimmen der isolierten Dosispunkte 230-3 benötigte Rechenaufwand und die benötigte Zeit reduziert werden; andererseits kann das Entfernen der mindestens einen Isoenergieschicht 240 aus dem Bestrahlungsplan lediglich in Abhängigkeit solcher isolierter Dosispunkte 230-3 geschehen, die hinsichtlich der dosimetrischen Qualität des Bestrahlungsplans besonders relevant sind.
In Bezug auf die oben stehend diskutierten verschiedenen Szenarien zum Bestimmen der isolierten Dosispunkte 230-3 sind auch Kombinationen der verschiedenen Techniken möglich. Zum Beispiel kann eine kombiniert manuelle und automatische Festlegung des Referenzrasters 270 erfolgen. Es könnte etwa manuell die Dichte der Rasterpunkte 271 lokal angepasst werden. Zusätzlich können auch anhand von Techniken, wie sie voranstehend in Bezug auf die 5 diskutiert wurden, isolierte Dosispunkte 230-3 bestimmt werden.
Voranstehend wurde die Umgebung 239 in Bezug auf den geometrischen Abstand zu dem jeweiligen Dosispunkt 230, 230-1, 230-2, 230-3 diskutiert. In der 8, obenstehend, ist dies durch die von einem Rasterpunkt 271 des Referenzrasters 270 ausgehenden Pfeile dargestellt. Jedoch kann es möglich sein, die Umgebung 239 alternativ oder zusätzlich auch bezüglich eines dosimetrischen Abstands 307 festzulegen. In 8, links unten, ist die von einem Dosispunkt 230 applizierte Dosis als Funktion des geometrischen Abstands 305 zu dem Dosispunkt 230 dargestellt. Wie ersichtlich ist, weist die Dosis 300 einen nicht linearen Zusammenhang mit dem Abstand 305 auf. Entsprechend ist, wie in 8, rechts unten, dargestellt ist, der dosimetrische Abstand 307 eine nicht lineare Funktion vom geometrischen Abstand 305. Ortspunkte, an denen eine größere (geringere) Dosis 300 appliziert wird, weisen einen größeren (geringeren) dosimetrischen Abstand 307 zu dem Dosispunkt 230 auf.
Im Allgemeinen kann der dosimetrische Abstand 307 eine komplizierte Funktion des geometrischen Abstands 305 sein (in 8, rechts unten, durch die gestrichelte Linie dargestellt). Dies kann zum Beispiel dann der Fall sein, wenn eine Absorptionsrate eines Gewebes der Untersuchungsperson 103 in dem entsprechenden Bereich starke Variationen aufweist. Deshalb kann es hinsichtlich einer möglichst guten dosimetrischen Qualität des Bestrahlungsplans erstrebenswert sein, den dosimetrischen Abstand 307 in Betracht zu ziehen.
In 9 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Planen einer Bestrahlung des Zielvolumens 260 mittels Partikeltherapie gemäß verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dargestellt. Das Verfahren beginnt in Schritt S1. In Schritt S2 wird ein Bestrahlungsplan, der mindestens zwei Bestrahlungsfelder 210, 210-1 umfasst, erhalten. In Schritt S3 werden isolierte Dosispunkte 230-3 bestimmt. Dann werden in Schritt S4 solche Isoenergieschichten 240 aus dem Bestrahlungsplan entfernt, die keine oder nur eine geringe Anzahl an isolierten Dosispunkten 230-3 aufweisen.
In Schritt S4 kann eine oder mehrere Isoenergieschicht(en) entfernt werden. In verschiedenen Szenarien ist es möglich, dass in Schritt S4 immer nur eine Isoenergieschicht 240 entfernt wird. Es wäre auch möglich, dass in Schritt S4 mehrere Isoenergieschichten 240 entfernt werden. Dies kann zum Beispiel insbesondere dann der Fall sein, wenn weitere Kriterien erfüllt werden. Zum Beispiel können diese Kriterien betreffen, dass sich die zu entfernenden Isoenergieschichten 240 nicht berühren oder einen möglichst großen Abstand zueinander haben. Solche Kriterien können auch betreffen, dass die zu entfernenden Isoenergieschichten zu gleichen oder zu unterschiedlichen Bestrahlungsfeldern 210, 210-1 gehören. Das Berücksichtigen solcher weiteren Kriterien beim Entfernen von mehreren Isoenergieschichten 240 kann deshalb erstrebenswert sein, weil durch das Entfernen einer ersten Isoenergieschicht 240 neue isolierte Dosispunkte 230-3 geschaffen werden können, so dass ein erneutes Durchführen des Schritts S3 vor dem Entfernen weiterer Isoenergieschichten 240 grundsätzlich erstrebenswert sein kann. Anhand der voranstehend diskutierten Kriterien kann aber sichergestellt werden, dass möglicherweise neu geschaffene isolierte Dosispunkte 230-3 keinen oder nur einen geringen Einfluss auf weitere im Rahmen von Schritt S4 entfernte Isoenergieschichten 240 haben.
In dem optionalen Schritt S5 erfolgt das Anpassen der Dosen 300, die zu nicht entfernten Dosispunkten 230, 230-1, ..., 230-4 gehören. In Schritt S5 erfolgt das Anpassen der Dosen 300 durch Umverteilen derjenigen Dosen, die zu entfernten Dosispunkten 230, 230-1, ..., 230-4 gehören, auf nicht entfernte Dosispunkte 230, 230-1, ..., 230-4, die vorzugsweise innerhalb einer weiteren Umgebung des jeweiligen nicht entfernten Dosispunkts 230, 230-1, ..., 230-4 liegen. Mit anderen Worten wird die Dosis von entfernten Dosispunkten 230, 230-1, ..., 230-4 auf nächstgelegene, nicht entfernte Dosispunkte 230, 230-1, ..., 230-4 umverteilt. Hierbei kann die weitere Umgebung, die bestimmt, ob zwei Dosispunkte nächstgelegen sind, hinsichtlich ähnlicher Kriterien definiert sein, wie die Umgebung 239.
Das Durchführen des Schritts S5 kann eine vergleichsweise geringe Rechenkapazität benötigen und dementsprechend schnell durchgeführt werden. Schritt S5 gewährleistet, dass die Gesamtdosis des Bestrahlungsplans trotz des Entfernens der Isoenergieschichten 240 und der zugehörigen entfernten Dosispunkte 230, 230-1, ..., 230-4 konstant oder im Wesentlichen konstant bleibt.
In Schritt S6 wird überprüft, ob ein Abbruchkriterium erfüllt ist. Verschiedene Abbruchkriterien sind möglich, zum Beispiel eine bestimmte Zeitspanne, die seit Schritt S1 abgelaufen ist. Weitere Abbruchkriterien, die alternativ oder zusätzlich in Schritt S6 überprüft werden können, wären zum Beispiel: eine akkumulierte Dosis aller zuvor entfernter Dosispunkte 230, 230-1, ..., 230-4 übersteigt einen bestimmten vorgegebenen Dosis-Schwellwert; Anzahl an entfernten Isoenergieschichten 240 übersteigt einen bestimmten vorgegebenen Schwellenwert; Anzahl entfernter Dosispunkte 230, 230-1, ..., 230-4 übersteigt einen bestimmten vorgegebenen Schwellenwert.
Sind das oder die Abbruchkriterien in Schritt S6 nicht erfüllt, so werden die Schritte S3–S5 erneut durchgeführt. Andernfalls wird das Verfahren mit Schritt S7 fortgesetzt. In dem optionalen Schritt S7 erfolgt eine Anpassung der Dosen durch Durchführen eines Optimierungsalgorithmus. Der Optimierungsalgorithmus operiert auf der Menge der nicht entfernten Dosispunkte 230, 230-1, ..., 230-4 und stellt sicher, dass die Gesamtdosis des Bestrahlungsplans hinsichtlich der dosimetrischen Qualität optimiert auf die Dosispunkte 230, 230-1, ..., 230-4 verteilt ist. Der Optimierungsalgorithmus legt also die Dosis der verschiedenen Dosispunkte 230, 230-1, ..., 230-4 fest bzw. passt diese an. Der Optimierungsalgorithmus kann zum Beispiel einen bestimmten Startwert berücksichtigen, der sich zum Beispiel aus den Dosen des Bestrahlungsplans, wie er in Schritt S2 erhalten wird, ergibt, oder aber aus den durch Schritt S5 angepassten Dosen 300 des Bestrahlungsplans. Das Verfahren endet in Schritt S8.
Es wäre z. B. auch möglich, Schritt S5 nach Schritt S6 durchzuführen; und/oder Schritt S7 vor Schritt S6. Es wäre auch möglich, nur einen oder keinen der Schritte S5 und S7 durchzuführen.
In Bezug auf die 10 und 11 ist das Bestimmen der isolierten Dosispunkte 230-3 aus Schritt S3 der 9 näher illustriert.
Hierbei bezieht sich 10 auf eine Ausführungsform, wie sie voranstehend in Bezug auf die 5 diskutiert wurde. In Schritt U1 erfolgt das Selektieren eines Bestrahlungsfelds 210, 210-1 also einer Menge von Dosispunkten 230, 230-1, ..., 230-4 mit gleicher Einstrahlrichtung. In Schritt U2 wird ein bestimmter Dosispunkt 230, 230-1, ..., 230-4 des in Schritt U1 selektierten Bestrahlungsfelds 210, 210-1 selektiert. Dann wird in Schritt U3 überprüft, ob sich in der Umgebung 239 des in Schritt U2 selektierten Dosispunkts 230, 230-1, ..., 230-4 ein weiterer Dosispunkt 230, 230-1, ..., 230-4, zum Beispiel von einem anderen Bestrahlungsfeld 210, 210-1 befindet. Ist dies nicht der Fall, so handelt es sich bei dem gegenwärtig selektierten Dosispunkt um einen isolierten Dosispunkt 230-3 (Schritt U4). In Schritt U5 wird überprüft, ob das in Schritt U1 selektierte Bestrahlungsfeld 210, 210-1 einen weiteren Dosispunkt 230, 230-1, ..., 230-4 beinhaltet. Ist dies der Fall, so werden die Schritte U2, U3 und U4 für diesen weiteren Dosispunkt erneut durchgeführt. Andernfalls wird in Schritt U6 überprüft, ob ein weiteres Bestrahlungsfeld in dem Bestrahlungsplan beinhaltet ist. Ist dies der Fall, werden die Schritte U1–U5 erneut durchgeführt. Andernfalls wird das Verfahren in Schritt S4 der 9 fortgesetzt.
In 11 ist ein weiteres Szenario zum Bestimmen von isolierten Dosispunkten 230-3 für Schritt S3 der 9 dargestellt. In Schritt T1 wird ein Rasterpunkt 271 des vorgegebenen Referenzrasters 270 selektiert. Dann wird in Schritt T2 überprüft, ob lediglich ein Dosispunkt 230, 230-1, ..., 230-4 z. B. von unterschiedlichen Bestrahlungsfeldern 210, 210-1 innerhalb des Rastervolumens 275 des in Schritt T1 selektierten Rasterpunkts 271 liegt. Ist dies der Fall, so handelt es sich hierbei um einen isolierten Dosispunkt 230-3 (Schritt T3). Andernfalls wird in Schritt T4 überprüft, ob ein weiterer Rasterpunkt 271 in dem vorgegebenen Referenzraster 270 vorhanden ist. Ist dies der Fall, so werden die Schritte T1–T3 erneut durchgeführt. Andernfalls wird das Verfahren mit Schritt S4 der 9 fortgesetzt. Die Überprüfung in Schritt T2 kann der Überprüfung entsprechen, ob von mindestens zwei Bestrahlungsfeldern 210, 210-1 jeweils mindestens ein Dosispunkt 230, 230-1, ..., 230-4 in dem Rastervolumen 275 liegt.
In 12 sind in der x-y-Ebene 221 Dosispunkte 230, 230-1 für zwei Bestrahlungsfelder 210, 210-1 mit unterschiedlichen assoziieren Einstrahlrichtungen 211, 211-1 dargestellt. In 12 sind die Dosispunkte 230 des Bestrahlungsfelds 210 als Kreise dargestellt und die Dosispunkte 230-1 des Bestrahlungsfelds 210-1 als Kreuze. Für die beiden Bestrahlungsfelder 210, 210-1 ist jeweils eine Isoenergieschicht 240 dargestellt. Nach dem Durchführen eines Verfahrens, wie es voranstehend in Bezug auf die 9–11 diskutiert wurde, sind diese Isoenergieschichten 240 entfernt. 13 stellt die nicht entfernten Dosispunkte 230, 230-1 dar.
Voranstehend wurden also Techniken erläutert, die es mittels des Bestimmens der isolierten Dosispunkte 230-3 ermöglichen, solche Energieschichten zu identifizieren, die entfernt werden können. Durch das Entfernen der Isoenergieschichten 240 und der jeweils zugehörigen Dosispunkte 230, 230-1, ..., 230-4 kann die Bestrahlungszeit signifikant verringert werden, während gleichzeitig die dosimetrische Qualität des Bestrahlungsplans nicht oder nur geringfügig eingeschränkt wird. Insbesondere können dadurch z. B. ursprünglich isoliert erstellte Bestrahlungsfelder auf Redundanzen überprüft werden und miteinander in Bezug gesetzt werden.
Selbstverständlich können die Merkmale der vorher beschriebenen Ausführungsformen und Aspekte der Erfindung miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale nicht nur in den beschriebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder für sich genommen verwendet werden, ohne das Gebiet der Erfindung zu verlassen.
Zum Beispiel wurden voranstehend Techniken insbesondere auf solche Bestrahlungspläne diskutiert, die mittels Optimierungsalgorithmen erstellt wurden, bei denen die einzelnen Bestrahlungsfelder isoliert optimiert werden. Jedoch können entsprechende Techniken zum Beispiel auch im Zusammenhang mit der sogenannten Intensität-modulierten Protonentherapie (IMPT) angewendet werden, bei der alle Bestrahlungsfelder nicht isoliert, sondern gemeinsam optimiert werden. Dabei kann zum Beispiel die von einem einzelnen Bestrahlungsfeld applizierte Dosis sehr inhomogen sein. Erst die Summe aller Einzeldosen ergibt eine homogene Dosisabdeckung des Zielvolumens. Vorteil ist eine hierdurch bessere mögliche Schonung von besonders strahlensensitivem Gewebe, zum Beispiel Risikoorganen. Die vorab diskutierten Techniken eignen sich auch für die IMPT, wobei es hier zum Beispiel erstrebenswert sein kann, dass lediglich eine begrenzte Zahl von Isoenergieschichten entfernt wird. Dies kann zum Beispiel durch ein entsprechendes Abbruchkriterium realisiert werden.
Weiterhin wurde voranstehend das Entfernen der mindestens einen Isoenergieschicht hauptsächlich in Abhängigkeit von den bestimmten isolierten Dosispunkten diskutiert. Es ist aber auch möglich, dass weitere Kriterien bei dem Entfernen der mindestens einen Isoenergieschicht berücksichtigt werden. Zum Beispiel können solche Kriterien geometrische Beziehungen zu Risikoorganen und/oder dosimetrische Überlegungen hinsichtlich der isolierten Dosispunkte betreffen. Durch solche weitere, bei dem Entfernen der mindestens einen Isoenergieschicht berücksichtigte Kriterien kann eine verbesserte Einschätzung hinsichtlich des Effekts des Entfernens der entsprechenden Isoenergieschicht auf die dosimetrische Qualität des Bestrahlungsplans getroffen werden.

Claims

Verfahren zum Planen einer Bestrahlung eines Zielvolumens (260) mittels Partikeltherapie, umfassend folgende Schritte: – Erhalten eines Bestrahlungsplans mit mindestens zwei Bestrahlungsfeldern (210, 210-1), die jeweils mehrere Dosispunkte (230, 230-1, ..., 230-4) in dem Zielvolumen (260) umfassen und mit unterschiedlichen Einstrahlrichtungen (211, 211-1) assoziiert sind, wobei die mehreren Dosispunkte (230, 230-1, ..., 230-4) für jedes der mindestens zwei Bestrahlungsfelder in Isoenergieschichten (240) mit gleicher Energie von Partikeln gruppiert sind, – für mindestens ein ausgewähltes Bestrahlungsfeld (210, 210-1): Bestimmen solcher Dosispunkte (230, 230-1, ..., 230-4) des ausgewählten Bestrahlungsfelds (210, 210-1), in deren Umgebung (239) kein weiterer Dosispunkt (230, 230-1, ..., 230-4) des restlichen mindestens einen Bestrahlungsfelds (210, 210-1) liegt, als isolierte Dosispunkte (230-3), wobei die Umgebung bezüglich eines geometrischen Abstands und/oder bezüglich eines dosimetrischen Abstands festgelegt ist, – für das mindestens eine ausgewählte Bestrahlungsfeld (210, 210-1): in Abhängigkeit von der bestimmten isolierten Dosispunkte (230-3), Entfernen von mindestens einer Isoenergieschicht (240) aus dem Bestrahlungsplan.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei solche Isoenergieschichten (240) entfernt werden, die keine oder nur eine geringe Anzahl an isolierten Dosispunkten (230-3) aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei solche Isoenergieschichten (240) entfernt werden, die eine Anzahl an isolierten Dosispunkten (230-3) aufweisen, die geringer als ein vorgegebener Schwellenwert ist, und/oder die eine akkumulierte Dosis (300) haben, die geringer als ein vorgegebener Dosis-Schwellenwert ist.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei das Bestimmen der isolierten Dosispunkte (230-3) für solche Dosispunkte (230, 230-1, ..., 230-4) durchgeführt wird, welche in einer Nachbarschaft zu Rasterpunkten (271) eines vorgegebenen Referenzrasters (270) liegen.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Umgebung (239) bezüglich eines Rasterpunktvolumens (275) des jeweiligen Rasterpunkts (271) des Referenzrasters (270) festgelegt ist.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei das Bestimmen der isolierten Dosispunkte (230-3) weiterhin umfasst: – für mindestens einen bestimmten Dosispunkt (230, 230-1, ..., 230-4): Durchführen eines Schwellenwert-Vergleichs des Abstands des mindestens einen bestimmten Dosispunkts (230, 230-1, ..., 230-4) zu mindestens einem nächstgelegenen Dosispunkt (230, 230-1, ..., 230-4) des restlichen mindestens einen Bestrahlungsfelds (210, 210-1), mit einem vorgegebenen Abstands-Schwellenwert (239a), um zu bestimmen, ob in der Umgebung (239) des bestimmten Dosispunkts (230, 230-1, ..., 230-4) ein weiterer Dosispunkt (230, 230-1, ..., 230-4) liegt.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche wobei die Umgebung (239) bezüglich eines geometrischen Abstands (305) und/oder bezüglich eines dosimetrischen Abstands (307) festgelegt ist.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei das Bestimmen von isolierten Dosispunkten (230-3) und das Entfernen der mindestens einen Isoenergieschicht (240) sooft wiederholt wird, bis ein Abbruchkriterium erfüllt ist.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei mehrere Isoenergieschichten (240) entfernt werden, wenn diese Isoenergieschichten (240) Kriterien erfüllen, die aus folgender Gruppe ausgewählt sind: – die Isoenergieschichten (240) berühren sich nicht; – die Isoenergieschichten (240) haben einen kürzesten Abstand zueinander, der größer als ein vorgegebener Schwellenwert ist; – die Isoenergieschichten (240) gehören zu demselben Bestrahlungsfeld (210, 210-1); – die Isoenergieschichten (240) gehören zu unterschiedlichen Bestrahlungsfeldern (210, 210-1).
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei das Entfernen der mindestens einen Isoenergieschicht (240) weiterhin in Abhängigkeit von mindestens einem der folgenden Kriterien geschieht: – bestimmte geometrische Beziehung zwischen der mindestens einen Isoenergieschicht (240) und einem Risikoorgan; – bestimmte geometrische Beziehung des zur mindestens einen Isoenergieschicht (240) zugehörigen Bestrahlungsfelds (210, 210-1) zu einem Risikoorgan; – Dosis (300) von isolierten Dosispunkten (230-3) der mindestens einen Isoenergieschicht (240); – Abstand von isolierten Dosispunkten (230-3) der mindestens einen Isoenergieschicht (240) zu weiteren Dosispunkten (230, 230-1, ..., 230-4); – Dosisbeitrag der mindestens einen Isoenergieschicht (240) zu einem Risikoorgan; – Dosisbeitrag der mindestens einen Isoenergieschicht (240) zu einem weiteren Zielvolumen; – geometrische Nähe der mindestens einen Isoenergieschicht (240) zu vorgegebenen Punkten.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, weiterhin umfassend: – für mindestens einen nicht entfernten Dosispunkt (230, 230-1, ..., 230-4): Anpassen der zugehörigen Dosis (300) unter Berücksichtigung der Dosen von Dosispunkten (230, 230-1, ..., 230-4), die zu der mindestens einen entfernten Isoenergieschicht (240) gehören.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Anpassen weiterhin umfasst: – Durchführen eines Optimierungsalgorithmus, der eine Gesamtdosis des Bestrahlungsplans auf die nicht entfernten Dosispunkte (230, 230-1, ..., 230-4) verteilt, wobei der Optimierungsalgorithmus optional als Startwert die zu den Dosispunkten (230, 230-1, ..., 230-4) vor dem Entfernen zugehörigen Dosen berücksichtigt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12, wobei das Anpassen für den mindestens einen nicht entfernten Dosispunkt (230, 230-1, ..., 230-4) weiterhin umfasst: – Überprüfen, ob innerhalb einer weiteren Umgebung des jeweiligen mindestens einen nicht entfernten Dosispunkts (230, 230-1, ..., 230-4) ein entfernter Dosispunkt (230, 230-1, ..., 230-4) liegt, – in Abhängigkeit von dem Überprüfen, selektives Zuweisen der Dosis (300) des entfernten Dosispunkts (230, 230-1, ..., 230-4) zu dem jeweiligen mindestens einen nicht entfernten Dosispunkt (230, 230-1, ..., 230-4).
Strahlentherapie-Anlage zur Bestrahlung eines Zielvolumens (260) mittels Partikeltherapie, umfassend folgende Merkmale: – einen Anlagenrechner, der eingerichtet ist, um die folgenden Schritte durchzuführen: – Erhalten eines Bestrahlungsplans mit mindestens zwei Bestrahlungsfeldern (210, 210-1), die jeweils mehrere Dosispunkte (230, 230-1, ..., 230-4) in dem Zielvolumen (260) umfassen und mit unterschiedlichen Einstrahlrichtungen (211, 211-1) assoziiert sind, wobei die mehreren Dosispunkte (230, 230-1, ..., 230-4) für jedes der mindestens zwei Bestrahlungsfelder in Isoenergieschichten (240) mit gleicher Energie von Partikeln gruppiert sind, – für mindestens ein ausgewähltes Bestrahlungsfeld (210, 210-1): Bestimmen solcher Dosispunkte (230, 230-1, ..., 230-4) des ausgewählten mindestens einen Bestrahlungsfelds (210, 210-1), in deren Umgebung (239) kein weiterer Dosispunkt (230, 230-1, ..., 230-4) des restlichen mindestens einen Bestrahlungsfelds (210, 210-1) liegt, als isolierte Dosispunkte (230-3), wobei die Umgebung bezüglich eines geometrischen Abstands und/oder bezüglich eines dosimetrischen Abstands festgelegt ist, – für das mindestens eine ausgewählte Bestrahlungsfeld (210, 210-1): in Abhängigkeit von den bestimmten isolierten Dosispunkten (230-3), Entfernen von mindestens einer Isoenergieschicht (240) aus dem Bestrahlungsplan.
Strahlentherapie-Anlage nach Anspruch 14, wobei die Strahlentherapie-Anlage weiterhin eingerichtet ist, um ein Verfahren nach einem der Ansprüche 2–13 durchzuführen.