DE102016100638B4 - Verfahren und Vorrichtung - Google Patents

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Abstract

Verfahren (200), aufweisend:• Erzeugen (201) eines Magnetfeldes in einem Bestrahlungsbereich, in dem ein Material angeordnet ist, wobei das Magnetfeld eine Larmorfrequenz des Materials definiert;• Bestrahlen (203) des Materials mittels eines Partikelstrahls, wobei der Partikelstrahl ein weiteres Magnetfeld erzeugt, welches das Magnetfeld überlagert;• Erfassen (205) einer Veränderung der Larmorfrequenz, welche durch das weitere Magnetfeld bewirkt wird, wobei das Erfassen der Veränderung der Larmorfrequenz phasenwinkelsensitiv erfolgt; und• Ermitteln (207) einer räumlichen Charakteristik des Partikelstrahls auf Grundlage der phasenwinkelsensitiv erfassten Veränderung der Larmorfrequenz.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung.
  • Im Allgemeinen kann ein Material bestrahlt werden, um das Material zu bearbeiten. Die Strahlung wird teilweise von dem Material absorbiert und gibt dabei Energie an das Material ab. Mittels der abgegebenen Energie kann das Material erwärmt, ionisiert sowie chemisch und/oder physikalisch verändert werden.
  • Zum Bestrahlen werden herkömmlicherweise vorwiegend elektromagnetischen Wellen (z.B. Gammastrahlung und Röntgenstrahlung) verwendet. Alternativ können auch Partikel (z.B. Neutronen, Protonen und schwere Ionen, z.B. Kohlenstoffatome) zum Bestrahlen verwendet werden. Im Gegensatz zu elektromagnetischen Wellen nimmt für Partikel der Energieverlust pro Weglängeneinheit im Material mit sinkender Energie des Partikels zu. Dies hat zur Folge, dass ein Großteil der Energie am Ende des Strahlweges in das Material abgegeben wird (der so genannte Bragg-Peak). Dadurch ergibt sich die Möglichkeit, das Material punktuell und räumlich präzise zu bearbeiten, z.B. einen zu bestrahlenden Bereich (der so genannten Zielbereich) im Inneren des Materials (z.B. ein Tumor). Diese Eigenschaft kann in der Strahlentherapie ausgenutzt werden, um das Gewebe, welches den Zielbereich umgibt, zu schonen, d.h. so wenig wie möglich mit Strahlung zu belasten.
  • Herkömmliche Strahlentherapie (z.B. Tumortherapie) mittels Protonenstrahlen bietet somit aufgrund der physikalischen Eigenschaften der Partikel eine sehr viel höhere Tiefensteuerbarkeit und -spezifität der Dosisapplikation als herkömmliche Strahlentherapie mit hochenergetischen Röntgenstrahlen (z.B. Megavolt Photonen). In der Strahlentherapie ist neben der genauen Planung der angestrebten Dosisverteilung im Zielbereich vor allem die Treffsicherheit während der Bestrahlung entscheidend für den Therapieerfolg und die Schonung des gesunden Gewebes. Insbesondere kann die Partikeltherapie (z.B. die Protonentherapie) aufgrund der steilen distalen Dosisgradienten am sogenannten Bragg-Peak und der Empfindlichkeit für Dichteveränderungen entlang der Strahlstrecke anfällig sein für anatomische Variationen wie z.B. Organbewegung oder Atmung. Dies erschwert bei der herkömmlichen Strahlentherapie eine präzise Dosisapplikation.
  • In der EP 2379172 B1 werden drei Methoden beschrieben, mittels denen auf die Trajektorie eines Partikelstrahls geschlossen wird, von denen in Methode 1 der Partikelstrahl selbst mit der Larmorfrequenz gepulst wird zum Anregen einer Larmorpräzession in der Nähe des Partikelstrahls; in Methode 2 zwei Aufnahmen mit und ohne Partikelstrahl miteinander verglichen werden, um einen BOLD-Kontrast zu visualisieren; und in Methode 3 ein paramagnetisches Reaktionsprodukt des Partikelstrahls geortet wird.
  • J. Seco, et al.: „The application of MRI pulse sequences in the verification of proton beam radiotherapy“ in Proceedings of the ISMRM 17th Annual Scientific Meeting & Exhibition beschreibt ein Verfahren, um mittels eines Magnet-Resonanz-Tomographen eine Eindringtiefe von Protonen in ein Phantom darzustellen.
  • US 2011 / 0 218 420 A1 beschreibt eine medizinische Elektronen-Bestrahlungsvorrichtung, die eine MRT-Bildgebung und einen Linearbeschleuniger aufweist.
  • J. Schüth, et al.: „NMR on protons from a polarized cyclotron beam" in Chemical physics letters (303.5-6, 1999, S. 453-457) beschreibt ein Verfahren zur Implantation von polarisierten Protonen in flüssige Proben.
  • WO 2015/ 169 655 A1 beschreibt ein Therapiesystem, das ein MRI-modul und Mittel zur Bestimmung der Position einer RFspule enthält.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird anschaulich eine ortsaufgelöste und/oder zeitaufgelöste Messung der Position des Partikelstrahls relativ zu den, sich z.B. verändernden, anatomischen Verhältnisse während der Bestrahlung bereitgestellt. Die ermöglicht es, die Reichweite des Partikelstrahls und damit die eingebrachte (applizierte oder deponierte) Dosisverteilung (auch bezeichnet als bewirkte Dosisverteilung) zu steuern und/oder regeln. Mit anderen Worten kann eine räumliche und/oder zeitliche Verteilung der bewirkten Bestrahlungsdosis im Zielbereich gemessen, gesteuert und/oder geregelt werden, z.B. auf Grundlage der anatomischen Verhältnisse.
  • Anschaulich wird eine Kombination der Magnetresonanztomographie (MRT) mit der Partikelbestrahlung (z.B. zur Protonentherapie) zur Echtzeit-Bildführung, Echtzeit-Strahlungsführung und/oder deren Überwachung bereitgestellt. Beispielsweise wird eine bildgeführte Strahlentherapie bereitgestellt. Die ermöglicht eine Echtzeit-Bildgebung des bestrahlten Bereichs (z.B. in der Position von Tumor und Normalgewebe), z.B. zur adaptiven Bestrahlung, zur direkten Messung, zur Visualisierung des Partikelstrahls (z.B. Protonenstrahls) im Gewebe (z.B. im Patienten) und/oder zur Echtzeit-Reichweiteverifikation.
  • Beispielhaft wird ein Verfahren beschrieben, das Folgendes aufweisen kann: Erzeugen eines (z.B. magnetinduzierten) Magnetfeldes in einem Bestrahlungsbereich; Bestrahlen des Bestrahlungsbereichs mittels eines Partikelstrahls, welcher spinpolarisierte Partikel aufweist; Erfassen einer Anregung der spinpolarisierten Partikel, welche durch das Magnetfeld bewirkt wird; und Ermitteln einer räumlichen Charakteristik des Partikelstrahls auf Grundlage der Anregung.
  • Die Anregung kann beispielsweise bewirken, dass der Partikelstrahl ein magnetisches Wechselfeld (kann auch als magnetisches Antwortfeld bezeichnet werden) emittiert, welches erfasst werden kann. Das magnetische Antwortfeld kann beispielsweise ein elektromagnetisches Signal in einer Sensoranordnung, mittels der das Erfassen erfolgt, hervorrufen.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die Partikel auch als Teilchen bezeichnet werden.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die Partikel eine elektrische Ladung aufweisen (Ladungspartikel). Mit anderen Worten können die Partikel (z.B. Protonen oder Ionen) elektrisch geladen sein.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Spin (anschaulich Drehung oder Drall) als ein Eigendrehimpuls der Partikel verstanden werden. Der Spin eines elektrisch geladenen Partikels (auch vereinfacht als geladene Partikel bezeichnet) kann ein magnetisches Moment entlang des Spins (d.h. in dessen Richtung) bewirken, beispielsweise bei Ionen oder Protonen. Ebenso können elektrisch neutrale Partikel (auch vereinfacht als neutrale Partikel bezeichnet) einen Spin und ein diesem zugeordnetes magnetisches Moment aufweisen, z.B. Neutronen.
  • Als Spinpolarisation kann verstanden werden, wenn der Spin aller Partikel des Partikelstrahls eine Vorzugsrichtung (kann auch als Polarisationsrichtung bezeichnet werden) aufweist, d.h. wenn der Spin nicht statistisch (z.B. zufällig) verteilt ist. Mit anderen Worten kann der Spin der Partikel eine zumindest teilweise (teilweise oder vollständig) geordnete Ausrichtung aufweisen. Dadurch kann der Partikelstrahl im räumlichen und/oder zeitlichen Mittel ein magnetisches Moment (Dipolmoment) parallel zu der Vorzugsrichtung aufweisen. Vereinfacht kann die Spinpolarisation hierin auch als Polarisation bezeichnet werden.
  • In einem Magnetfeld wirkt auf den Spin ein Drehmoment, welches danach strebt, das magnetische Moment des Spins parallel zur Feldrichtung des Magnetfelds auszurichten. Das Drehmoment kann von dem vektoriellen Produkt aus dem magnetischen Moment des Partikels und der magnetischen Flussdichte des Magnetfelds definiert sein oder werden. Das Drehmoment kann senkrecht zum Spin und zu der Feldrichtung des Magnetfelds stehen, wodurch eine Präzession (anschaulich Kreiselbewegung) des Spins bewirkt wird. Die Präzession kann mit der Larmorfrequenz erfolgen, welche sich aus dem Produkt des gyromagnetischen Verhältnisses mit der Flussdichte des Magnetfelds (als Kreisfrequenz) ergibt. Das gyromagnetische Verhältnis kann als Proportionalitätsfaktor zwischen dem Drehimpuls (oder Spin) eines Partikels und dem dazugehörigen magnetischen Moment verstanden werden.
  • Anschaulich kann das Magnetfeld eine Anregung der spinpolarisierten Partikel bewirken, z.B. ähnlich zu der Anregung der Atomkerne eines Materials im Sinne einer Magnetresonanz. Mittels der Anregung der Partikel kann eine Präzession (z.B. transversal magnetisiert) des Spins bewirkt werden, welche die Emission des magnetischen Antwortfeldes bewirken kann. Dazu kann die Richtung des Spins der Partikel (bzw. die Spinpolarisation) eine Komponente senkrecht zu einer Feldrichtung des Magnetfelds (z.B. zur Flussrichtung des Magnetfelds) aufweisen. Beispielsweise kann die Spinpolarisation senkrecht zur Feldrichtung des Magnetfelds ausgerichtet sein oder werden. Das magnetische Antwortfeld kann erfasst werden, z.B. mittels der Sensoranordnung (z.B. mittels einer Hochfrequenz-Spule). Das Magnetfeld (z.B. dessen Flussdichte) kann die Frequenz des emittierten magnetischen Antwortfeldes (d.h. die Larmorfrequenz der Partikel) definieren.
  • Unter einer Larmorpräzession kann eine Präzession des Spins (anschaulich Drehimpulses mit einem magnetischen Dipolmoment) um die magnetische Feldrichtung herum verstanden werden. Die Frequenz der Larmorpräzession kann als Larmorfrequenz bezeichnet sein. Die Larmorpräzession kann durch eine Wechselwirkung zwischen dem magnetischen Moment des Spins und dem Magnetfeld bewirkt werden. Dies kann auch für elektrisch neutrale Partikel (z.B. ein Neutron oder ein elektrisch neutrales Atom, z.B. Deuterium) zutreffen, die aus geladenen Partikeln zusammengesetzt sind, aber deren magnetische Momente sich nicht zu Null addieren, z.B. die Atome eines Materials.
  • Mit anderen Worten können die spinpolarisierten Partikel zu einer Präzession angeregt werden, d.h. zu einer Larmorpräzession der Partikel und/oder mit einer Larmorfrequenz der Partikel. Analog dazu kann ein Material zur Larmorpräzession angeregt werden, d.h. zu einer Larmorpräzession des Materials und/oder mit einer Larmorfrequenz des Materials. Die Larmorfrequenz der spinpolarisierten Partikel kann sich von der Larmorfrequenz des Materials unterscheiden.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Erfassen der Anregung aufweisen, eine physikalische Größe zu erfassen, welche die Anregung (z.B. die Spinpräzession der Partikel und/oder die Kernspinpräzession des Materials) repräsentiert. Die physikalische Größe kann beispielsweise eine magnetische Größe (z.B. des magnetischen Antwortfeldes) sein, z.B. eine Flussdichte, eine magnetische Feldstärke und/oder einen magnetischen Fluss, z.B. deren räumliche und/oder zeitliche Veränderung (z.B. deren Frequenz und/oder deren Spektrum). Alternativ oder zusätzlich kann die physikalische Größe eine elektrische Größe sein, z.B. eine elektrische Stromstärke, eine elektrische Spannung und/oder eine elektrische Energie, z.B. deren räumliche und/oder zeitliche Veränderung (z.B. deren Frequenz und/oder deren Spektrum). Die elektrische Größe kann beispielsweise eine Wechselwirkung der Anregung mit der Sensoranordnung repräsentieren. Anschaulich kann die Präzession eines Spins zur Erzeugung des zeitlich veränderlichen magnetischen Antwortfeldes führen, welches in der Sensoranordnung einen elektrischen Strom induziert, der gemessen werden kann.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das (z.B. magnetinduzierte) Magnetfeld zumindest eines von Folgendem aufweisen: ein statisches (d.h. zeitlich und/oder räumlich im Wesentlichen konstantes) erstes Magnetfeld (kann auch als magnetisches Hintergrundfeld bezeichnet werden); ein zeitlich veränderliches zweites Magnetfeld (kann auch als anregendes Magnetfeld oder magnetisches Anregungsfeld bezeichnet werden); und/oder ein räumlich und/oder zeitlich veränderliches drittes Magnetfeld (welches z.B. einen räumlichen Gradienten aufweist, kann dann auch als magnetisches Störfeld bezeichnet werden).
  • Beispielhaft wird ein Verfahren beschrieben, das Folgendes aufweisen kann: Erzeugen eines Magnetfeldes (kann auch als magnetinduziertes Magnetfeld bezeichnet werden) in einem Bestrahlungsbereich, in dem ein Material angeordnet ist, wobei das Magnetfeld eine Larmorfrequenz des Materials (z.B. der Atomkerne des Materials) definiert (z.B. mit dem das Material angeregt wird); Bestrahlen des Materials mittels eines Partikelstrahls, wobei der Partikelstrahl ein weiteres Magnetfeld (kann auch als strahlinduziertes Magnetfeld bezeichnet werden) erzeugt, welches das Magnetfeld überlagert; Erfassen einer Veränderung der Larmorfrequenz (des Materials), welche durch das weitere Magnetfeld bewirkt wird; und Ermitteln einer räumlichen Charakteristik des Partikelstrahls auf Grundlage der Veränderung; wobei das Erfassen der Veränderung der Larmorfrequenz phasensensitiv erfolgt.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein von dem Partikelstrahl bewirkter elektrischer Ladungsfluss das weitere Magnetfeld definieren. Das weitere Magnetfeld kann erzeugt werden, wenn die Partikel eine elektrische Ladung aufweisen (d.h. wenn der Partikelstrahl einen elektrischen Ladungsfluss bewirkt). Das weitere Magnetfeld kann von der elektrischen Stromstärke des Partikelstrahls definiert sein oder werden. Die elektrische Stromstärke des Partikelstrahls kann von der elektrischen Ladung und der Geschwindigkeit der Partikel definiert sein oder werden und/oder von dessen Fluenz. Mit anderen Worten kann das weitere Magnetfeld (z.B. dessen magnetischer Fluss) von dem elektrischen Strom des Partikelstrahls definiert sein oder werden.
  • Die Bestrahlungsdosis kann von der Fluenz des Partikelstrahls definiert sein oder werden. Die Fluenz kann die Anzahl von Partikel bezeichnen, die durch eine vorgegebene Fläche (z.B. die Querschnittsfläche des Partikelstrahls) hindurchtreten.
  • Das weitere Magnetfeld kann einen Gradienten aufweisen (kann dann auch als magnetisches Gradientenfeld bezeichnet werden). Mit anderen Worten kann das weitere Magnetfeld inhomogen sein. Das weitere Magnetfeld kann ein zirkulares Magnetfeld sein.
  • Anschaulich kann das weitere Magnetfeld die Larmorpräzession des Materials stören (z.B. in der Umgebung des Partikelstrahls). Das weitere Magnetfeld kann eine zeitliche Veränderung langsamer als mit der Larmorfrequenz aufweisen. Mit anderen Worten kann das weitere Magnetfeld (z.B. das Gradientenfeld) mit einer Frequenz verändert werden, welche kleiner ist, als die Larmorfrequenz (z.B. zumindest eine Größenordnung) und/oder kleiner ist als ungefähr 1 MHz (d.h. niederfrequent). In dem Fall kann das weitere Magnetfeld als strahlinduziertes magnetisches Störfeld bezeichnet sein. Die Störung aufgrund des strahlinduzierten magnetischen Störfelds kann eine Veränderung der Larmorfrequenz des Materials bewirken, welche erfasst werden kann.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Larmorfrequenz des Materials in einem Bereich von ungefähr 10 MHz (Megahertz) bis ungefähr 500 MHz liegen (hochfrequent), z.B. in einem Bereich von ungefähr 30 MHz bis ungefähr 300 MHz (mit anderen Worten Ultrakurzwellen-Bereich), z.B. in einem Bereich von ungefähr 30 MHz bis ungefähr 100 MHz. Die Larmorfrequenz kann von dem Magnetfeld definiert sein oder werden, z.B. von dessen magnetischer Flussdichte. Ein Proportionalitätsfaktor zwischen der Larmorfrequenz des Materials und der magnetischen Flussdichte des Magnetfelds kann in einem Bereich von ungefähr 10 MHz/T (Megahertz/Tesla) bis ungefähr 100 MHz/T liegen, z.B. in einem Bereich von ungefähr 25 MHz/T bis ungefähr 75 MHz/T, z.B. ungefähr 42,6 MHz/T.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Material ein organisches Material aufweisen oder daraus gebildet sein, z.B. organisches Gewebe. Das organische Material kann lebendes Material aufweisen oder daraus gebildet sein.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren ferner aufweisen: Identifizieren eines Zielbereichs des Materials, welcher mittels des Partikelstrahls bestrahlt werden soll, auf Grundlage der räumlichen Charakteristik des Materials; und Bestrahlen des Zielbereichs mit dem Partikelstrahl.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das erste Magnetfeld zeitlich konstant (d.h. statisch) sein. Das zweite Magnetfeld und/oder das weitere Magnetfeld können zeitlich und/oder räumlich veränderlich sein (oder zumindest zeitlich und/oder räumlich veränderliche Komponenten aufweisen), z.B. schneller als das erste Magnetfeld und/oder als das dritte Magnetfeld.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das erste Magnetfeld eine magnetische Flussdichte (z.B. in dem Bestrahlungsbereich, in dem Material und/oder in dem Zielbereich) von größer als ungefähr 0,35 T (Tesla) aufweisen, z.B. in einem Bereich von ungefähr 0,35 T bis ungefähr 5 T aufweisen, z.B. in einem Bereich von ungefähr 1 T bis ungefähr 3 T (kann auch als klinischer Bereich bezeichnet werden). Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können das zweite Magnetfeld, das weitere Magnetfeld (z.B. das strahlinduzierte magnetische Störfeld) und/oder das dritte Magnetfeld (z.B. das magnetinduzierte magnetische Störfeld) eine kleinere magnetische Flussdichte als das erste Magnetfeld aufweisen.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können das zweite Magnetfeld, das dritte Magnetfeld und/oder das weitere Magnetfeld eine magnetische Flussdichte (z.B. in dem Bestrahlungsbereich, in dem Material und/oder in dem Zielbereich) von kleiner als ungefähr 0,5 T aufweisen, z.B. von kleiner als ungefähr 0,1 T (z.B. in einem Bereich von ungefähr 1 mT (Millitesla) bis ungefähr 100 mT), z.B. von kleiner als ungefähr 1 mT, z.B. von kleiner als ungefähr 100 pT (Mikrotesla), z.B. in einem Bereich von ungefähr 0,1 pT bis ungefähr 10 pT oder bis ungefähr 100 µT.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das weitere Magnetfeld (z.B. das strahlinduzierte Störfeld und/oder das strahlinduzierte Anregungsfeld) einen größeren Gradienten aufweisen als das Magnetfeld (z.B. als das erste Magnetfeld und/oder als das zweite Magnetfeld), z.B. in der magnetischen Flussdichte.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das dritte Magnetfeld (z.B. das magnetinduzierte Störfeld) einen größeren Gradienten aufweisen als das erste Magnetfeld und/oder als das zweite Magnetfeld, z.B. in der magnetischen Flussdichte.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Erfassen der Veränderung der Larmorfrequenz des Materials in einem räumlichen Volumen erfolgen, in dem die Larmorfrequenz (im Wesentlichen) räumlich gleich verteilt ist. Anschaulich kann die Ausdehnung des räumlichen Volumens, in dem erfasst wird, derart klein eingerichtet sein, dass eine Verschiebung der Larmorfrequenz erfasst werden kann. Damit kann ein quantitatives Ermitteln von Eigenschaften des Partikelstrahls erfolgen, z.B. im Gegensatz dazu, als wenn lediglich die Anwesenheit einer Störung erfasst wird.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Erfassen der Veränderung der Larmorfrequenz aufweisen, die Larmorfrequenz des Materials über ein vordefiniertes räumliches Volumen zu mitteln. Mit anderen Worten kann eine räumlich gemittelte Abweichung der Larmorfrequenz erfasst werden. Die Larmorfrequenz des Materials kann im Allgemeinen durch äußere Einflüsse, wie Gradienten oder andere Effekte, räumlich und/oder zeitlich veränderlich sein. Durch das strahlinduzierte magnetische Störfeld kann eine weitere Änderung bewirkt werden, die erfasst werden kann (z.B. indem Messdaten und/oder Bilddaten mit und ohne Partikelstrahl aufgenommen und miteinander verglichen werden).
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Verfahren Folgendes aufweisen: Erzeugen eines Magnetfeldes (kann auch als magnetinduziertes Magnetfeld bezeichnet werden) in einem Bestrahlungsbereich, in dem ein Material angeordnet ist, wobei das Magnetfeld eine Larmorfrequenz des Materials definiert (d.h. eine Larmorfrequenz, mit der das Material angeregt wird); Erzeugen eines Partikelstrahls, wobei der Partikelstrahl mehrere Pulse aufweist, deren Häufigkeit eine Frequenz des Partikelstrahls (kann auch als Pulsfrequenz bezeichnet werden) definiert, welche verschieden ist von der Larmorfrequenz; Bestrahlen des Materials mittels des Partikelstrahls, wobei der Partikelstrahl ein weiteres Magnetfeld (kann auch als strahlinduziertes Magnetfeld bezeichnet werden) erzeugt, welches das Magnetfeld überlagert; Modulieren des Partikelstrahls mit der Larmorfrequenz; Erfassen einer Anregung des Materials, welche durch das weitere Magnetfeld bewirkt wird; und Ermitteln einer räumlichen Charakteristik des Partikelstrahls auf Grundlage einer Anregung.
  • Anschaulich kann das weitere Magnetfeld mit der Larmorfrequenz des Materials moduliert werden. Dadurch kann das Material zur Larmorpräzession angeregt werden. Wird das weitere Magnetfeld mit der Larmorfrequenz des Materials moduliert, kann das weitere Magnetfeld auch als strahlinduziertes magnetisches Anregungsfeld bezeichnet werden.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Frequenz (Pulsfrequenz) eine Umlauffrequenz (im Fall eines Zyklotrons eine Zyklotronfrequenz) sein, mit der der Partikelstrahl erzeugt wird. Die Umlauffrequenz kann größer sein als die Larmorfrequenz. Anschaulich kann die Frequenz beispielsweise durch eine Partikelstrahlquelle (z.B. ein Zyklotron) definiert sein (kann dann auch als Umlauffrequenz bezeichnet werden), mittels dessen der Partikelstrahl erzeugt wird. Anschaulich kann der Partikelstrahl unabhängig von der Konfiguration der Erzeugung mit der Larmorfrequenz moduliert sein oder werden. Damit kann erreicht werden, dass eine kleinere magnetische Flussdichte für das erste Magnetfeld benötigt wird und/oder leichter auf Veränderungen reagiert werden kann.
  • Anschaulich liegt die Frequenz eines gepulsten Partikelstrahls, welcher z.B. mittels eines Zyklotrons erzeugt wird, in einem Bereich, welche nicht oder nur schwer zur Anregung des Materials geeignet ist, ohne technisch aufwändige Veränderungen vorzunehmen. Daher müssten herkömmlich besonders starke Magneten zur Erzeugung des ersten Magnetfeldes verwendet werden, um die Larmorfrequenz des Materials an die Pulsfrequenz der Partikelstrahlquelle anzupassen und/oder es müsste eine energetisch ineffektive Partikelstrahlquelle verwendet werden, um deren Pulsfrequenz an die Larmorfrequenz anpassen zu können. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können hingegen die technische Konfiguration der Partikelstrahlquelle und/oder die technische Konfiguration der MRT-Komponenten beibehalten werden, was Kosten und Aufwand spart.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Erzeugen des Partikelstrahls aufweisen, den Partikelstrahl zum Bilden der mehreren Pulse mit der Frequenz (Ausblendfrequenz) auszublenden, wobei das Ausblenden des Partikelstrahls und das Erfassen der Anregung abwechselnd erfolgen. Die Ausblendfrequenz kann kleiner sein als die Larmorfrequenz.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Modulieren aufweisen, den Partikelstrahl mit der Larmorfrequenz zu pulsen.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Modulieren aufweisen, eine Amplitude des Partikelstrahls (z.B. des Partikelstrahlstroms) mit der Larmorfrequenz zu variieren.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Verfahren Folgendes aufweisen: Erzeugen eines Magnetfeldes in einem Bestrahlungsbereich, in dem ein Material angeordnet ist; Erzeugen eines Partikelstrahls, wobei der Partikelstrahl mehrere Pulse aufweist, deren Häufigkeit eine Frequenz des Partikelstrahls definiert und/oder wobei der Partikelstrahl mit der Frequenz moduliert ist; Bestrahlen des Materials mittels des Partikelstrahls, wobei der Partikelstrahl ein weiteres Magnetfeld erzeugt, welches das Magnetfeld überlagert; Modulieren des Partikelstrahls mit einer weiteren Frequenz, welche verschieden ist von der Frequenz (des Partikelstrahls); Erfassen einer (z.B. magnetischen) Anregung des Materials (z.B. dessen Kernspinresonanz), welche durch das weitere Magnetfeld bewirkt wird; und Ermitteln einer räumlichen Charakteristik des Partikelstrahls auf Grundlage einer Anregung.
  • Die Frequenz des Partikelstrahls kann gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einem Bereich von ungefähr 10 MHz (Megahertz) bis ungefähr 500 MHz liegen, z.B. in einem Bereich von ungefähr 50 MHz bis ungefähr 200 MHz, z.B. ungefähr 106 MHz. Die Frequenz kann beispielsweise eine Zyklotronfrequenz (kann auch als Gyrationsfrequenz bezeichnet werden) sein, z.B. wenn der Partikelstrahl mittels eines Zyklotrons erzeugt wird (z.B. mittels eines isochronen Zyklotrons welches eine zeitlich konstante Gyrationsfrequenz aufweist). Die Zyklotronfrequenz kann eine Umlauffrequenz der Partikel im Magnetfeld des Zyklotrons bezeichnen.
  • Optional kann das Material alternativ oder zusätzlich optisch und/oder elektrisch angeregt werden.
  • Beispielsweise kann das Modulieren des Partikelstrahls mit mehreren Frequenzen (z.B. einem Frequenzspektrum) erfolgen, von denen zumindest eine Frequenz die weitere Frequenz ist.
  • Alternativ kann der Partikelstrahl zeitlich konstant sein.
  • Die Pulse des Partikelstrahls können eine zeitliche Ausdehnung aufweisen (kann auch als Pulsbreite bezeichnet werden). Die Pulsbreite kann von der Energie des Teilchenstrahls definiert sein oder werden, beispielsweise unabhängig von der Frequenz des Partikelstrahls.
  • Die Pulsbreite kann weitere harmonische Frequenzen des Partikelstrahls definieren, welche verschieden von der Larmorfrequenz sind. Anschaulich kann für das Ermitteln der räumlichen Charakteristik des Partikelstrahls die Energie in der Modulation relevant sein, welche mit der Larmorfrequenz erfolgt.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Frequenz des Partikelstrahls verschieden von der (z.B. größer als die) Larmorfrequenz sein. Alternativ oder zusätzlich kann die weitere Frequenz (kann auch als Modulationsfrequenz bezeichnet werden) die Larmorfrequenz sein. Anschaulich kann ein gepulster Partikelstrahl mit der Larmorfrequenz moduliert sein oder werden.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Partikelstrahl sinusoidal moduliert sein oder werden.
  • Das Modulieren des Partikelstrahls kann aufweisen, den Partikelstrahl kontinuierlich zu modulieren (z.B. sinusoidal), d.h. unterbrechungsfrei. Beispielsweise kann der Partikelstrahl kontinuierlich (d.h. ungepulst) und moduliert sein. Beispielsweise kann der Partikelstrahl amplitudenmoduliert sein oder werden.
  • Alternativ kann das Modulieren des Partikelstrahls aufweisen, den Partikelstrahl diskret zu modulieren, z.B. binär (z.B. zu pulsen). Beispielsweise kann der Partikelstrahl mit der Larmorfrequenz gepulst sein oder werden (z.B. mittels Ausblendens). Beispielsweise können ein erstes Pulsen des Partikelstrahls mit der Frequenz und ein zweites Pulsen des Partikelstrahls mit der weiteren Frequenz einander überlagert werden.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Modulieren des Partikelstrahls aufweisen, eine räumliche und/oder zeitliche Verteilung eines Ladungsstroms des Partikelstrahls (z.B. dessen elektrische Stromstärke) zu modulieren.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Frequenz die Larmorfrequenz sein und/oder die weitere Frequenz kann kleiner sein als die Larmorfrequenz. Anschaulich kann der Partikelstrahl mit einer kleineren Frequenz als der Larmorfrequenz moduliert werden, z.B. ein- und ausgeblendet werden (dann kann die weitere Frequenz auch als Ausblendfrequenz bezeichnet werden).
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Modulieren des Partikelstrahls aufweisen, den Partikelstrahl mit der weiteren Frequenz (z.B. der Ausblendfrequenz) auszublenden, wobei das Ausblenden des Partikelstrahls und das Erfassen der Anregung abwechselnd erfolgen können.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Ausblenden periodisch erfolgen, z.B. mit einer Frequenz verschieden von der Larmorfrequenz, z.B. kleiner als der Larmorfrequenz.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Verfahren Folgendes aufweisen: Erzeugen eines Magnetfeldes in einem Bestrahlungsbereich, in dem ein Material angeordnet ist, wobei das Magnetfeld eine Larmorfrequenz des Materials definiert; Bestrahlen des Materials mittels eines Partikelstrahls, wobei der Partikelstrahl ein weiteres Magnetfeld erzeugt, welches das Magnetfeld überlagert; Anregen des Materials mittels des weiteren Magnetfeldes, indem der Partikelstrahl mit der Larmorfrequenz moduliert wird; und Ausblenden des Partikelstrahls; Erfassen der Anregung des Materials während der Partikelstrahl ausgeblendet ist; und Ermitteln einer räumlichen Charakteristik des Partikelstrahls auf Grundlage der Anregung des Materials.
  • Der modulierte Partikelstrahl kann kontinuierlich (d.h. unterbrechungsfrei) sein. Beispielsweise kann der Partikelstrahl amplitudenmoduliert sein. Beispielsweise kann ein kontinuierlicher Partikelstrahl mittels eines Zyklotrons (z.B. eines Synchrozyklotrons) erzeugt sein oder werden.
  • Alternativ kann der Partikelstrahl auch gepulst sein oder werden. Beispielsweise kann ein gepulster Partikelstrahl mittels eines Zyklotrons (z.B. eines isochronen Zyklotrons) erzeugt sein oder werden. Optional kann der gepulste Partikelstrahl amplitudenmoduliert sein oder werden.
  • Zum Anregen des Materials können das zweite Magnetfeld und/oder das weitere Magnetfeld die Larmorfrequenz des Materials aufweisen, d.h. mit der Larmorfrequenz zeitlich veränderlich sein.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Erfassen der Anregung (z.B. der Partikel) aufweisen einen Doppler-Effekt (kann auch als Doppler-Verschiebung bezeichnet werden) des Partikelstrahls zu erfassen, wobei die räumliche Energieverteilung des Partikelstrahls auf Grundlage des Doppler-Effekts ermittelt wird. Beispielsweise kann der Doppler-Effekt erfasst werden, wenn der Partikelstrahl selbst ein ausreichendes Signal bewirkt (z.B. wenn dieser polarisiert ist).
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die räumliche Charakteristik des Partikelstrahls eine räumliche Energieverteilung des Partikelstrahls repräsentieren. Alternativ oder zusätzlich kann die räumliche Charakteristik eine räumliche Position eines Bragg-Peaks des Partikelstrahls; eine Reichweite des Partikelstrahls; eine Trajektorie des Partikelstrahls und/oder eine räumliche Stromdichte-Verteilung repräsentieren.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren ferner aufweisen: Erzeugen eines Satzes von ersten Bilddaten, z.B. auf Grundlage der Anregung (der spinpolarisierten Partikel und/oder des Materials), welcher die räumliche Charakteristik des Partikelstrahls repräsentiert; Erzeugen eines Satzes von zweiten Bilddaten, welcher die räumliche Charakteristik eines Materials repräsentiert; und Überlagern der ersten Bilddaten und der zweiten Bilddaten.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Erfassen der Anregung (der spinpolarisierten Partikel und/oder des Materials) aufweisen, eine elektromagnetische Emission zu erfassen, welche durch die Anregung bewirkt wird. Die elektromagnetische Emission kann aufweisen, ein elektromagnetisches Wechselfeld zu emittieren (anschaulich ein magnetisches Antwortfeld). Dazu kann der Teilchenstrahl zumindest teilweise (teilweise oder vollständig) senkrecht zum Magnetfeld polarisiert sein oder werden.
  • Eine erste elektromagnetische Emission (erstes magnetisches Antwortfeld) kann von der Anregung des Materials bewirkt werden (Materialanregung). Die erste elektromagnetische Emission kann auch als materialinduzierte Emission (materialinduziertes magnetisches Antwortfeld) bezeichnet werden.
  • Eine zweite elektromagnetische Emission (zweites magnetisches Antwortfeld) kann von der Anregung der Partikel bewirkt werden (Partikelanregung). Die zweite elektromagnetische Emission kann auch als partikelinduzierte Emission (partikelinduziertes magnetisches Antwortfeld) bezeichnet werden.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die räumliche Charakteristik des Partikelstrahls auf Grundlage einer elektromagnetischen Emission (z.B. der partikelinduzierten Emission und/oder der materialinduzierten Emission) ermittelt werden.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren ferner aufweisen: Ermitteln einer räumlichen Charakteristik eines Materials, welches in dem Bestrahlungsbereich angeordnet ist.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die räumliche Charakteristik des Materials auf Grundlage einer elektromagnetischen Emission (z.B. der materialinduzierten Emission) ermittelt werden.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren ferner aufweisen: Steuern und/oder Regeln des Bestrahlens und/oder des Partikelstrahls auf Grundlage der räumlichen Charakteristik des Partikelstrahls.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Steuern und/oder Regeln aufweisen, einen oder mehrere Strahlführung-Parameter auf Grundlage der räumlichen Charakteristik des Partikelstrahls zu ermitteln und den Partikelstrahl gemäß dem einen oder den mehreren Strahlführung-Parametern zu führen.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Steuern und/oder Regeln aufweisen, einen oder mehrere Abschwächung-Parameter auf Grundlage der räumlichen Charakteristik des Partikelstrahls zu ermitteln und den Partikelstrahl gemäß dem einen oder den mehreren Abschwächung-Parametern abzuschwächen. Beispielsweise kann der Partikelstrahl mit einer ersten Energie (z.B. einer elektrischen Energie und/oder einer Partikelenergie) und/oder einer ersten Leistung (z.B. elektrischen Leistung) erzeugt werden und gemäß dem einen oder den mehreren Abschwächung-Parametern auf eine zweite Energie und/oder eine zweite Leistung abgeschwächt werden. Alternativ oder zusätzlich können die Partikel des Partikelstrahls mit einer ersten Energie (z.B. kinetischen Energie) erzeugt werden und gemäß dem einen oder den mehreren Abschwächung-Parametern auf eine zweite Energie abgeschwächt werden. Die kinetische Energie der Partikel (auch als Partikelenergie bezeichnet) kann eine Eindringtiefe des Partikelstrahls in das Material definieren. Anschaulich kann beispielsweise eine Anfangsenergie (und damit die Eindringtiefe im Material) und/oder die räumliche Charakteristik (z.B. Strahlposition) des Partikelstrahls verändert (z.B. erhöht oder erniedrigt) werden mittels des Abschwächens.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Steuern und/oder Regeln aufweisen, eine oder mehrere Bestrahlungsdauer-Parameter auf Grundlage der räumlichen Charakteristik des Partikelstrahls zu ermitteln und den Bestrahlungsbereich (bzw. das Material darin) gemäß der einen oder den mehreren Bestrahlungsdauer-Parametern zu bestrahlen.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren ferner aufweisen: Ermitteln einer räumlichen Charakteristik eines Materials, welches in dem Bestrahlungsbereich angeordnet ist; wobei das Steuern und/oder Regeln auf Grundlage einer Relation zwischen der räumlichen Charakteristik des Partikelstrahls und der räumlichen Charakteristik des Materials erfolgt. Beispielsweise kann eine Abweichungsgröße ermittelt werden, welche eine Abweichung der räumlichen Charakteristik des Partikelstrahls von einem Kriterium repräsentiert, wobei das Kriterium von der räumlichen Charakteristik des Materials definiert wird. Anschaulich kann das Kriterium beispielsweise den zu bestrahlenden Bereich (Zielbereich) repräsentieren, dessen Lage (Ausrichtung und/oder Position) von der räumlichen Charakteristik des Materials definiert wird. Alternativ oder zusätzlich kann das Kriterium eine Ziel-Bestrahlungsdosis (z.B. deren räumliche Verteilung) repräsentieren.
  • Verändert sich beispielsweise die räumliche Charakteristik des Materials, z.B. wenn ein Organ verschoben wird, kann sich die Lage des Zielbereichs verändern. Dann kann eine Anpassung der räumlichen Charakteristik des Partikelstrahls erfolgen (z.B. der Lage des Bragg-Peaks, so dass dieser in dem Zielbereich liegt). Alternativ oder zusätzlich kann eine bewirkte Bestrahlungsdosis an die räumliche Charakteristik des Materials angepasst werden.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die räumliche Charakteristik des Partikelstrahls und die räumliche Charakteristik des Materials aneinander angeglichen werden (z.B. derart, dass deren Unterschied voneinander verringert wird). Beispielsweise können das Material und/oder der Partikelstrahl verändert werden.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die räumliche Charakteristik des Partikelstrahls der räumlichen Charakteristik des Materials nachgeführt werden. Beispielsweise kann der Partikelstrahl an die Situation des Patienten angepasst sein oder werden. Alternativ oder zusätzlich kann die räumliche Charakteristik des Materials der räumlichen Charakteristik des Partikelstrahls nachgeführt werden. Beispielsweise kann der Patient an die Situation des Partikelstrahls angepasst sein oder werden, z.B. in dessen Lage. Anschaulich können der Partikelstrahl und/oder der Patient bewegt werden.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann alternativ oder zusätzlich zum Steuern und/oder Regeln des Partikelstrahls ein Steuern und/oder Regeln des Materials erfolgen (z.B. dessen räumlicher Charakteristik, beispielsweise dessen Lage, z.B. Ausrichtung und/oder Position).
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Steuern und/oder Regeln (z.B. des Partikelstrahls und/oder des Materials) aufweisen, eine Lage (z.B. Ausrichtung und/oder Position) zu steuern und/oder regeln (z.B. des Partikelstrahls und/oder des Materials).
  • Beispielsweise kann der Partikelstrahl mit einem normalen MR-Bild eines Patienten überlagert werden. Dies kann unabhängig oder zusätzlich zu einer adaptiven Bestrahlung (Steuerung und/oder Regeln des Partikelstrahls) erfolgen. Anschaulich kann zum Bestrahlen des Materials die räumliche Charakteristik des Partikelstrahls gemessen werden ohne diese anzupassen (z.B. für Dosimetrie).
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Steuern und/oder Regeln des Partikelstrahls auf Grundlage der räumlichen Charakteristik des Partikelstrahls und/oder auf Grundlage der räumlichen Charakteristik des Materials erfolgen, z.B. ein Steuern und/oder Regeln einer zeitlichen Dauer des Bestrahlens und/oder ein Steuern und/oder Regeln einer Intensität des Bestrahlens (welche die bewirkte Bestrahlungsdosis definieren).
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren ferner Folgendes aufweisen: Identifizieren eines Zielbereichs des Materials, welcher mittels des Partikelstrahls bestrahlt werden soll, auf Grundlage der räumlichen Charakteristik des Materials, wobei das Steuern und/oder Regeln aufweist, einen Bragg-Peak des Partikelstrahls in dem Zielbereich anzuordnen.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die räumliche Charakteristik des Materials eine räumliche Verteilung einer Eigenschaft des Materials repräsentieren. Die Eigenschaft des Materials kann eine physikalische Eigenschaft sein, z.B. eine Protonendichte, eine Relaxationszeit, eine Atommasse, eine Massendichte, eine magnetische Suszeptibilität und/oder eine Leitfähigkeit (z.B. eine elektrische Leitfähigkeit und/oder eine magnetische Leitfähigkeit). Alternativ oder zusätzlich kann die Eigenschaft des Materials eine chemische Eigenschaft des Materials sein. Beispielsweise kann die räumliche Charakteristik des Materials eine chemische Zusammensetzung des Materials repräsentieren. Die magnetische Leitfähigkeit kann auch als magnetische Permeabilität bezeichnet werden. Die magnetische Suszeptibilität kann auch als magnetische Materialantwort bezeichnet werden.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die räumliche Charakteristik des Materials mittels Radiographie und/oder Sonographie ermittelt werden.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die räumliche Charakteristik des Materials zumindest eines von Folgenden repräsentieren: eine chemische Zusammensetzung des Materials (z.B. deren räumliche Verteilung); eine räumliche Verteilung von Protonen des Materials (z.B. deren Dichte); eine räumliche Verteilung von Gewebeparametern (z.B. Längsrelaxationszeit T1 und/oder Querrelaxationzeit T2) des Materials; eine Position und/oder Ausrichtung eines Zielbereichs, welcher mittels des Partikelstrahls bestrahlt werden soll; und/oder eine räumliche Dichteverteilung des Materials. Beispielsweise kann die räumliche Charakteristik des Materials Gewebeparameter (T1, T2, ...) und/oder eine gewichtete Protonendichteverteilung repräsentieren.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren ferner Folgendes aufweisen: Erzeugen eines Satzes von ersten Bilddaten, z.B. auf Grundlage der Anregung, welcher die räumliche Charakteristik des Partikelstrahls repräsentiert, wobei das Steuern und/oder Regeln optional auf Grundlage des Satzes von ersten Bilddaten erfolgt.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren ferner Folgendes aufweisen: Erzeugen eines Satzes von zweiten Bilddaten, welcher die räumliche Charakteristik eines Materials in dem Bestrahlungsbereich repräsentiert, wobei das Steuern und/oder Regeln optional auf Grundlage des Satzes von zweiten Bilddaten erfolgt.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren ferner Folgendes aufweisen: Erzeugen eines Satzes von zweiten Bilddaten, welcher die räumliche Charakteristik des Materials in dem Bestrahlungsbereich repräsentiert; und Überlagern der ersten Bilddaten und der zweiten Bilddaten.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Steuern und/oder Regeln auf Grundlage der einander überlagerten ersten Bilddaten und zweiten Bilddaten erfolgen.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die zweiten Bilddaten zumindest Röntgenabsorptionsdaten aufweisen. Dazu kann das Material mittels Röntgenstrahlung durchdrungen werden (Radiographie). Alternativ oder zusätzlich können die zweiten Bilddaten zumindest Schallreflexionsdaten (z.B. Ultraschallreflexionsdaten) aufweisen. Dazu kann das Material mittels Schall (z.B. Ultraschall) durchdrungen werden (Sonographie).
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Ermitteln der räumlichen Charakteristik des Partikelstrahls in Echtzeit erfolgen.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Steuern und/oder Regeln des Partikelstrahls in Echtzeit erfolgen.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Anregungsmagnetfeld mittels einer Modulation (z.B. einer zeitlichen und/oder räumlichen Veränderung) des Partikelstrahls bewirkt werden, z.B. indem der Partikelstrahl mit der Larmorfrequenz moduliert wird. Alternativ oder zusätzlich kann das Anregen des Materials mittels eines extern (z.B. mittels Spulen) erzeugten Anregungsmagnetfelds erfolgen. Das Anregungsmagnetfeld kann die Larmorfrequenz des Materials aufweisen.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das magnetische Störfeld (zum räumlichen Stören der Larmorfrequenz des Materials) mittels des Partikelstrahls erzeugt werden, z.B. indem der Partikelstrahl mit einer Frequenz kleiner als die Larmorfrequenz oder gar nicht moduliert wird. Alternativ kann das magnetische Störfeld (zum räumlichen Stören der Larmorfrequenz des Materials) extern (z.B. mittels Spulen) erzeugt werden. Das magnetische Störfeld kann ein Gradientenfeld sein. Das magnetische Störfeld kann eine Frequenz kleiner als die Larmorfrequenz aufweisen.
  • Das Anregen des Materials kann aufweisen, dessen Atomkerne (z.B. deren statische Protonen) anzuregen, z.B. zu einer Präzession anzuregen. Die Präzession kann die Larmorfrequenz aufweisen.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Anregungsmagnetfeld mit der Larmorfrequenz zeitlich verändert werden.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Anregung eine präzedierende Transversalmagnetisierung (d.h. quer zur Feldrichtung des Hintergrundfelds) aufweisen.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können das dritte Magnetfeld und/oder das magnetische Störfeld räumlich und/oder zeitlich (z.B. mit einer noch weiteren Frequenz) verändert sein oder werden. Die noch weitere Frequenz kann weniger als 1 MHz betragen (niederfrequent), z.B. in einem Bereich von ungefähr 1 kHz bis ungefähr 500 kHz liegt, z.B. in einem Bereich von ungefähr 10 kHz bis ungefähr 100 kHz.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können das Erzeugen des zweiten Magnetfelds und das Erfassen der Anregung (z.B. der Anregung der Partikel und/oder des Materials) abwechselnd erfolgen, so dass diese einander nicht stören. Dies kann beispielsweise erfolgen, wenn das magnetische Anregungsfeld auf die Partikel des Partikelstrahls einen Einfluss hat.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können das Erzeugen des zweiten Magnetfelds und das Erfassen der Anregung (z.B. der Anregung der Partikel und/oder des Materials) gleichzeitig erfolgen. Dies kann beispielsweise erfolgen, wenn das zweite Magnetfeld auf die Partikel des Partikelstrahls keinen oder einen geringen Einfluss hat.
  • Alternativ oder zusätzlich können das Erzeugen des zweiten Magnetfelds und das Erfassen der Anregung räumlich voneinander getrennt erfolgen, z.B. in verschiedenen Teilbereichen des Bestrahlungsbereichs. Beispielsweise kann die Larmorfrequenz mittels des magnetischen Störfeldes räumlich verändert eingerichtet sein oder werden. Beispielsweise kann dem Hintergrundfeld das magnetische Störfeld überlagert sein oder werden, welches den Wert der Larmorfrequenz räumlich verteilt definiert.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Vorrichtung Folgendes aufweisen: einen Bestrahlungsbereich; eine Magnetanordnung zum Erzeugen eines Magnetfeldes in dem Bestrahlungsbereich; eine Partikelstrahlkanone, welche zum Bestrahlen des Bestrahlungsbereichs mittels eines Partikelstrahls eingerichtet ist; eine Sensoranordnung, welche zum Erfassen einer Anregung in dem Bestrahlungsbereich eingerichtet ist; eine Auswerteeinheit, welche zum Ermitteln einer räumlichen Charakteristik des Partikelstrahls auf Grundlage der Anregung eingerichtet ist; und eine Steuerung, welche zu Steuern und/oder Regeln der Magnetanordnung, der Partikelstrahlkanone, der Sensoranordnung und/oder der Auswerteeinheit eingerichtet ist gemäß einem der hierin beschriebenen Verfahren.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Vorrichtung Folgendes aufweisen: einen Bestrahlungsbereich; eine Magnetanordnung zum Erzeugen eines Magnetfeldes in dem Bestrahlungsbereich; eine Partikelstrahlkanone, welche zum Bestrahlen des Bestrahlungsbereichs mittels eines Partikelstrahls eingerichtet ist, wobei der Partikelstrahl polarisierte Partikel aufweist oder daraus gebildet ist; eine Sensoranordnung (kann auch als Empfangseinheit bezeichnet werden), welche zum Erfassen einer Anregung der polarisierten Partikel eingerichtet ist, wobei die Anregung durch das Magnetfeld bewirkt wird; und eine Auswerteeinheit, welche zum Ermitteln einer räumlichen Charakteristik des Partikelstrahls auf Grundlage der Anregung eingerichtet ist.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Sensoranordnung eingerichtet sein, eine räumliche Energieverteilung des Partikelstrahls zu erfassen.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Sensoranordnung eingerichtet sein, eine physikalische Größe zu erfassen, welche die Anregung repräsentiert.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Sensoranordnung eine oder mehrere elektrische Spulen (kann auch als Elektromagneten oder Empfangsantennen bezeichnet werden) aufweisen, z.B. zumindest zwei Spulen in Helmholtz-Konfiguration.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Anregung eine elektrische Größe, z.B. einen elektrischen Strom, in der Sensoranordnung (z.B. deren einen Spule oder mehreren Spulen) induzieren, z.B. mittels einer magnetischen Wechselwirkung zwischen der Anregung und Sensoranordnung (z.B. mittels eines magnetischen Wechselfeldes, welches durch die Anregung bewirkt wird).
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Sensoranordnung eine Messvorrichtung aufweisen, welche eingerichtet ist, die elektrische Größe zu erfassen.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Sensoranordnung eingerichtet sein, einen Doppler-Effekt des Partikelstrahls zu erfassen; wobei die Auswerteeinheit eingerichtet ist eine räumliche Energieverteilung des Partikelstrahls auf Grundlage des Doppler-Effekts zu ermitteln. Anschaulich kann sich die Frequenz der Anregung (und damit z.B. des Signals) des spinpolarisierten (z.B. hyperpolarisierten) Partikelstrahls verschieben. Die Verschiebung der Frequenz der Anregung kann erfasst werden.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Vorrichtung, Folgendes aufweisen: einen Bestrahlungsbereich zum Aufnehmen eines Materials; eine Magnetanordnung zum Erzeugen eines Magnetfeldes in dem Bestrahlungsbereich, wobei das Magnetfeld eine Larmorfrequenz des Materials definiert; eine Partikelstrahlkanone, welche zum Bestrahlen des Materials mittels eines Partikelstrahls eingerichtet ist, wobei der Partikelstrahl ein weiteres Magnetfeld erzeugt, welches das Magnetfeld überlagert; eine Sensoranordnung, welche zum Erfassen einer Veränderung der Larmorfrequenz eingerichtet ist, wobei die Veränderung durch das weitere Magnetfeld bewirkt wird; und eine Auswerteeinheit, welche zum Ermitteln einer räumlichen Charakteristik des Partikelstrahls auf Grundlage der Veränderung eingerichtet ist.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das erste Magnetfeld zeitlich konstant sein. Das zweite Magnetfeld und/oder das weitere Magnetfeld können zeitlich und/oder räumlich veränderlich sein.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Sensoranordnung zum Erfassen der Veränderung der Larmorfrequenz in einem räumlichen Volumen eingerichtet sein, in dem die Larmorfrequenz im Wesentlichen räumlich gleich verteilt ist. Im Wesentlichen kann verstanden werden, als dass eine Schwankung kleiner ist als ungefähr 20%, z.B. kleiner als ungefähr 10%, z.B. kleiner als ungefähr 5%, z.B. kleiner als ungefähr 1%, z.B. kleiner als ungefähr 0,1%, z.B. kleiner als ungefähr 0,01%, z.B. kleiner als ungefähr 0,001%, z.B. ungefähr 0.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren ferner aufweisen: Anzeigen von Bilddaten (z.B. der ersten Bilddaten und/oder der zweiten Bilddaten). Anschaulich kann eine Visualisierung des Teilchenstrahls (bzw. dessen Eigenschaften) und/oder des Materials (bzw. dessen Eigenschaften) mittels einer Bildgebung erfolgen.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Vorrichtung Folgendes aufweisen: einen Bestrahlungsbereich zum Aufnehmen eines Materials; eine Magnetanordnung zum Erzeugen eines Magnetfeldes in dem Bestrahlungsbereich, welches eine Larmorfrequenz des Materials definiert; eine Partikelstrahlkanone, welche zum Bestrahlen des Materials mittels eines Partikelstrahls eingerichtet ist, wobei der Partikelstrahl mehrere Pulse aufweist, deren Häufigkeit eine Frequenz des Partikelstrahls definiert, welche verschieden ist von der Larmorfrequenz; und wobei der Partikelstrahl ein weiteres Magnetfeld erzeugt, welches das Magnetfeld überlagert; eine Strahlmodulationsanordnung, welche zum Modulieren des Partikelstrahls mit der Larmorfrequenz eingerichtet ist; eine Sensoranordnung, welche zum Erfassen einer Anregung des Materials durch das weitere Magnetfeld eingerichtet ist; und eine Auswerteeinheit, welche zum Ermitteln einer räumlichen Charakteristik des Partikelstrahls auf Grundlage der Anregung eingerichtet ist.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Vorrichtung Folgendes aufweisen: einen Bestrahlungsbereich zum Aufnehmen eines Materials; eine Magnetanordnung zum Erzeugen eines Magnetfeldes in dem Bestrahlungsbereich; eine Partikelstrahlkanone, welche zum Bestrahlen des Materials mittels eines Partikelstrahls eingerichtet ist, wobei der Partikelstrahl mehrere Pulse aufweist, deren Häufigkeit eine Frequenz des Partikelstrahls definiert, und wobei der Partikelstrahl ein weiteres Magnetfeld erzeugt, welches das Magnetfeld überlagert; eine Strahlmodulationsanordnung, welche zum Modulieren des Partikelstrahls mit einer weiteren Frequenz eingerichtet ist, wobei die weitere Frequenz verschieden ist von der Frequenz; eine Sensoranordnung, welche zum Erfassen einer Anregung des Materials durch das weitere Magnetfeld eingerichtet ist; und eine Auswerteeinheit, welche zum Ermitteln einer räumlichen Charakteristik des Partikelstrahls auf Grundlage der Anregung eingerichtet ist.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Partikelstrahlkanone derart eingerichtet sein, dass die Frequenz größer ist als die Larmorfrequenz.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Strahlmodulationsanordnung derart eingerichtet sein, dass die weitere Frequenz die Larmorfrequenz ist.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Strahlmodulationsanordnung eingerichtet, eine räumliche und/oder zeitliche Verteilung eines Ladungsstroms des Partikelstrahls zu modulieren.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Partikelstrahlkanone derart eingerichtet sein, dass die Frequenz des Partikelstrahls die Larmorfrequenz ist
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Strahlmodulationsanordnung derart eingerichtet sein, dass die weitere Frequenz kleiner ist als die Larmorfrequenz.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Strahlmodulationsanordnung eine Strahlausblendung-Anordnung aufweist, welche eingerichtet ist, den Partikelstrahl auszublenden, wobei die Steuerung zum Steuern der Strahlausblendung-Anordnung und der Sensoranordnung eingerichtet ist derart, dass das Ausblenden des Partikelstrahls und das Erfassen der Anregung abwechselnd erfolgen, so dass diese sich nicht stören.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Sensoranordnung eingerichtet sein, eine elektromagnetische Emission (z.B. ein magnetisches Wechselfeld) zu erfassen, welche durch die Anregung bewirkt wird.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Vorrichtung Folgendes aufweisen: einen Bestrahlungsbereich zum Aufnehmen eines Materials; eine Magnetanordnung zum Erzeugen eines Magnetfeldes in dem Bestrahlungsbereich, wobei das Magnetfeld eine Larmorfrequenz des Materials definiert; eine Partikelstrahlkanone, welche zum Bestrahlen des Materials mittels eines Partikelstrahls eingerichtet ist, wobei der Partikelstrahl ein weiteres Magnetfeld erzeugt, welches das Magnetfeld überlagert; wobei die Partikelstrahlkanone zum Anregen des Materials mittels des weiteren Magnetfeldes eingerichtet ist, indem der Partikelstrahl mit der Larmorfrequenz moduliert wird; eine Strahlausblendung-Anordnung, welche zum Ausblenden des Partikelstrahls eingerichtet ist; eine Sensoranordnung, welche zum Erfassen der Anregung eingerichtet ist; eine Steuerung, welche zum Steuern der Strahlausblendung-Anordnung und der Sensoranordnung eingerichtet ist derart, dass die Sensoranordnung die Anregung erfasst während der Partikelstrahl ausgeblendet ist; und eine Auswerteeinheit, welche zum Ermitteln einer räumlichen Charakteristik des Partikelstrahls auf Grundlage der Anregung eingerichtet ist.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Sensoranordnung eingerichtet sein, eine elektromagnetische Emission zu erfassen, welche durch die Anregung bewirkt wird, und die Auswerteeinheit kann eingerichtet sein, die räumliche Charakteristik des Partikelstrahls auf Grundlage der elektromagnetischen Emission zu ermitteln.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann Auswerteeinheit eingerichtet sein zumindest eines von Folgenden zu ermitteln: eine räumliche Position eines Bragg-Peaks des Partikelstrahls; eine Reichweite des Partikelstrahls; und/oder eine Trajektorie des Partikelstrahls.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Vorrichtung ferner eine Steuerung aufweisen, welche zum Steuern und/oder Regeln der Partikelstrahlkanone auf Grundlage der räumlichen Charakteristik des Partikelstrahls eingerichtet ist.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Vorrichtung einen Halter zum Halten eines Materials in dem Bestrahlungsbereich aufweisen. Repräsentiert das Material beispielsweise einen Patienten, kann der Halter beispielsweise eine Patientenliege und/oder ein Patientenstuhl aufweisen oder daraus gebildet sein.
  • Der Halter (z.B. die Patientenliege und/oder der Patientenstuhl) kann stellbar eingerichtet sein, z.B. so dass eine Lage (Ausrichtung und/oder Position) des Materials in dem Bestrahlungsbereich gestellt und/oder geregelt werden können.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Vorrichtung ferner eine Steuerung aufweisen, welche zum Steuern und/oder Regeln des Halters eingerichtet ist.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Vorrichtung ferner eine Steuerung aufweisen, welche eingerichtet ist, die räumliche Charakteristik des Partikelstrahls und die räumliche Charakteristik des Materials aneinander anzugleichen (z.B. derart, dass deren Unterschied voneinander verringert wird). Beispielsweise können das Material und/oder der Partikelstrahl verändert werden.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Vorrichtung ferner eine Steuerung aufweisen, welche zum Steuern und/oder Regeln einer Lage des Materials eingerichtet ist.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Partikelstrahlkanone eine Strahlführungsanordnung aufweisen; wobei die Auswerteeinheit ferner eingerichtet ist, einen oder mehrere Strahlführung-Parameter auf Grundlage der räumlichen Charakteristik des Partikelstrahls zu ermitteln; wobei die Steuerung eingerichtet ist, den Partikelstrahl mittels der Strahlführungsanordnung gemäß dem einen oder den mehreren Strahlführung-Parametern zu führen.
  • Beispielsweise kann der Partikelstrahl gemäß der einen oder den mehreren Strahlführung-Parameter abgelenkt werden.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Partikelstrahlkanone eine Strahlabschwächung-Anordnung aufweisen; wobei die Auswerteeinheit ferner eingerichtet ist, einen oder mehrere Abschwächung-Parameter auf Grundlage der räumlichen Charakteristik des Partikelstrahls zu ermitteln; und wobei die Steuerung eingerichtet ist, den Partikelstrahl mittels der Strahlabschwächung-Anordnung gemäß dem einen oder den mehreren Abschwächung-Parametern abzuschwächen.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Strahlabschwächung-Anordnung einen beweglich gelagerten Abschwächer und einen Aktuator aufweisen. Gemäß dem einen oder den mehreren Abschwächung-Parametern kann der Abschwächer mittels des Aktuators in den Partikelstrahl hinein und/oder heraus bewegt werden. Der Abschwächer kann ein partikelabsorbierendes Material aufweisen oder daraus gebildet sein, z.B. Kohlenstoff in einer Kohlenstoffmodifikation (wie z.B. Graphit oder amorph).
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Partikelstrahlkanone eine Strahlausblendung-Anordnung aufweisen; wobei die Auswerteeinheit ferner eingerichtet ist, eine oder mehrere Bestrahlungsdauer-Parameter auf Grundlage der räumlichen Charakteristik des Partikelstrahls zu ermitteln, und wobei die Steuerung eingerichtet ist, den Partikelstrahl mittels der Strahlausblendung-Anordnung gemäß der einen oder den mehreren Bestrahlungsdauer-Parameter auszublenden.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Auswerteeinheit ferner zum Ermitteln einer räumlichen Charakteristik eines Materials eingerichtet sein, wenn das Material in dem Bestrahlungsbereich angeordnet ist; wobei die Steuerung ferner eingerichtet ist, die Partikelstrahlkanone auf Grundlage einer Relation zwischen der räumlichen Charakteristik des Partikelstrahls und der räumlichen Charakteristik des Materials zu steuern.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Auswerteeinheit ferner zum Identifizieren eines Zielbereichs des Materials auf Grundlage der räumlichen Charakteristik des Materials eingerichtet sein, wobei die Steuerung ferner eingerichtet ist, die Partikelstrahlkanone derart zu steuern und/oder zu regeln, dass ein Bragg-Peak des Partikelstrahls in dem Zielbereich angeordnet ist.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Auswerteeinheit eingerichtet sein, eine räumliche Verteilung von Eigenschaften des Materials zu ermitteln, z.B. zumindest eines von Folgenden: eine räumliche Verteilung einer chemischen Zusammensetzung des Materials; eine Position und/oder Ausrichtung eines Zielbereichs, welcher mittels des Partikelstrahls bestrahlt werden soll; eine räumliche Verteilung von Protonen des Materials; räumliche Verteilung von Gewebeparametern des Materials; eine räumliche Dichteverteilung des Materials.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Auswerteeinheit ferner zum Erzeugen eines Satzes von ersten Bilddaten, z.B. auf Grundlage der Anregung, eingerichtet sein, wobei der Satz von ersten Bilddaten die räumliche Charakteristik des Partikelstrahls repräsentiert.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Steuerung ferner eingerichtet sein, die Partikelstrahlkanone auf Grundlage des Satzes von ersten Bilddaten zu steuern.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Auswerteeinheit ferner zum Erzeugen eines Satzes von zweiten Bilddaten eingerichtet sein, wobei der Satz von zweiten Bilddaten die räumliche Charakteristik eines Materials in dem Bestrahlungsbereich repräsentiert.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Steuerung ferner eingerichtet sein, die Partikelstrahlkanone auf Grundlage des Satzes von zweiten Bilddaten zu steuern.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Auswerteeinheit ferner zum Überlagern der ersten Bilddaten und der zweiten Bilddaten eingerichtet sein.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Steuerung ferner eingerichtet sein, die Partikelstrahlkanone auf Grundlage der einander überlagerten ersten Bilddaten und zweiten Bilddaten zu steuern.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Auswerteeinheit zum Ermitteln der räumlichen Charakteristik des Partikelstrahls in Echtzeit eingerichtet sein.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Steuerung zum Steuern und/oder Regeln des Partikelstrahls in Echtzeit eingerichtet sein.
  • Anschaulich kann die Steuerung eine nach vorn gerichtete Steuerstrecke aufweisen und somit anschaulich eine Ablaufsteuerung implementieren, welche eine Eingangsgröße in eine Ausgangsgröße umsetzt. Die Steuerstrecke kann aber auch Teil eines Regelkreises sein, so dass eine Regelung implementiert wird. Die Regelung weist im Gegensatz zu der reinen Vorwärts-Steuerung eine fortlaufende Einflussnahme der Ausgangsgröße auf die Eingangsgröße auf, welche durch den Regelkreis bewirkt wird (Rückführung). Mit anderen Worten kann alternativ oder zusätzlich zu der Steuerung eine Regelung verwendet werden bzw. alternativ oder zusätzlich zu dem Steuern ein Regeln erfolgen.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Magnetanordnung zumindest eines von Folgendem aufweisen: eine erste Magnetanordnung zum Erzeugen ein statischen ersten Magnetfelds; eine zweite Magnetanordnung zum Erzeugen eines zeitlich und/oder räumlich veränderlichen zweiten Magnetfelds (magnetisches Anregungsfeld); und/oder eine dritte Magnetanordnung zum Erzeugen eines räumlich veränderliches dritten Magnetfelds (z.B. ein magnetisches Störfeld, welches einen räumlichen Gradienten aufweist, d.h. ein Gradientenfeld).
  • Das dritte Magnetfeld (z.B. das Gradientenfeld) kann räumlich und/oder zeitlich langsamer verändert werden als das zweite Magnetfeld (z.B. das magnetinduzierte magnetische Anregungsfeld) und/oder das weitere Magnetfeld (z.B. das strahlinduzierte magnetische Störfeld und/oder das strahlinduzierte magnetische Anregungsfeld).
  • Das strahlinduzierte magnetische Störfeld kann räumlich und/oder zeitlich langsamer verändert werden als das strahlinduzierte magnetische Anregungsfeld und/oder das zweite Magnetfeld (z.B. das magnetinduzierte magnetische Anregungsfeld).
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Steuerung zum Steuern der Sensoranordnung und der Magnetanordnung eingerichtet sein derart, dass das Erzeugen des zweiten Magnetfelds und das Erfassen der Anregung abwechselnd erfolgen, so dass diese einander nicht stören.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Steuerung zum Steuern der Sensoranordnung und der Magnetanordnung eingerichtet sein derart, dass das Erzeugen des zweiten Magnetfelds und das Erfassen der Anregung gleichzeitig erfolgen.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Steuerung zum Steuern und/oder Regeln einer Bestrahlungsdosis eingerichtet sein, welche mittels des Partikelstrahls bewirkt wird. Die Bestrahlungsdosis kann beispielsweise auf das Material übertragen werden.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Bestrahlungsdosis eine Auswirkung des Partikelstrahls in dem Material repräsentieren, z.B. eine Dosisenergie und/oder eine Dosisleistung. Die Dosisenergie kann die von dem Partikelstrahl pro Masseeinheit an das Material abgegebene Energie beschreiben. Die Dosisleistung kann die pro Masseeinheit an das Material abgegebene Leistung beschreiben. Alternativ oder zusätzlich kann die Bestrahlungsdosis eine Partikeldosis (z.B. Protonendosis) repräsentieren. Die Partikeldosis kann eine Anzahl der an das Material abgegebenen Partikel und/oder eine an das Material abgegebene elektrische Ladung beschreiben.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Vorrichtung ferner eine Anzeige aufweisen zu Anzeigen von Bilddaten (z.B. der ersten Bilddaten und/oder der zweiten Bilddaten).
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Partikelstrahl bzw. können die Partikel zumindest eines von Folgendem aufweisen oder daraus gebildet sein: Neutronen, Protonen, Atome und/oder Ionen.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Partikelstrahl einen Protonenstrahl aufweisen oder daraus gebildet sein.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können das zweite Magnetfeld (z.B. das magnetinduzierte magnetische Anregungsfeld), das weitere Magnetfeld (z.B. das strahlinduzierte magnetische Anregungsfeld und/oder das strahlinduzierte magnetische Störfeld) und/oder das dritte Magnetfeld (z.B. das magnetinduzierte magnetische Störfeld) eine magnetische Flussdichte aufweisen, welche kleiner ist als eine magnetische Flussdichte des ersten Magnetfeldes, z.B. kleiner als ungefähr 1 T (, z.B. kleiner als ungefähr 10-1 T, z.B. kleiner als ungefähr 10-3 T, z.B. kleiner als ungefähr 10-5 T) und/oder um mindestens eine Größenordnung (z.B. zwei, oder mehr als zwei, z.B. mehr als drei, z.B. mehr als vier, z.B. mehr als fünf Größenordnungen).
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können das zweite Magnetfeld und/oder ein magnetisches Anregungsfeld (kann auch als Anregungsmagnetfeld bezeichnet werden) eine größere Frequenz aufweisen als das erste Magnetfeld, das dritte Magnetfeld und/oder ein magnetisches Störfeld, z.B. um mindestens eine Größenordnung (z.B. zwei, oder mehr als zwei, z.B. mehr als drei, z.B. mehr als vier, z.B. mehr als fünf Größenordnungen).
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können das dritte Magnetfeld und/oder ein magnetisches Störfeld eine größere Frequenz aufweisen als das erste Magnetfeld, z.B. um mindestens eine Größenordnung (z.B. zwei, oder mehr als zwei, z.B. mehr als drei, z.B. mehr als vier, z.B. mehr als fünf Größenordnungen).
  • Eine Größenordnung kann als einen Faktor 10 zwischen zwei Größen verstanden werden. Zwei Größenordnungen können als eine Faktor 100 zwischen zwei Größen verstanden werden. Analog können mehr als zwei Größenordnungen verstanden werden.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.
  • Es zeigen
    • 1 bis 4 jeweils ein Verfahren gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einem schematischen Ablaufdiagram;
    • 5 bis 8 jeweils eine Vorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Querschnittsansicht oder Seitenansicht;
    • 9 und 10 jeweils ein Verfahren gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einem schematischen Ablaufdiagram;
    • 11 eine Bestrahlungsverteilung gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einem schematischen Diagramm;
    • 12 eine Partikelstrahlkanone gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Querschnittsansicht oder Seitenansicht;
    • 13 eine Vorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Perspektivansicht;
    • 14 eine Partikelstrahlquelle gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Querschnittsansicht oder Seitenansicht; und
    • 15 bis 17 jeweils ein Verfahren gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einem schematischen Ablaufdiagram.
  • In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die Teil dieser bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann. In dieser Hinsicht wird Richtungsterminologie wie etwa „oben“, „unten“, „vorne“, „hinten“, „vorderes“, „hinteres“, usw. mit Bezug auf die Orientierung der beschriebenen Figur(en) verwendet. Da Komponenten von Ausführungsformen in einer Anzahl verschiedener Orientierungen positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie zur Veranschaulichung und ist auf keinerlei Weise einschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es versteht sich, dass die Merkmale der hierin beschriebenen verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch anders angegeben. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die angefügten Ansprüche definiert.
  • Im Rahmen dieser Beschreibung werden die Begriffe „verbunden“, „angeschlossen“ sowie „gekoppelt“ verwendet zum Beschreiben sowohl einer direkten als auch einer indirekten Verbindung, eines direkten oder indirekten Anschlusses sowie einer direkten oder indirekten Kopplung. In den Figuren werden identische oder ähnliche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen, soweit dies zweckmäßig ist.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Messung und Visualisierung eines Partikelstrahls (z.B. eines Protonenstrahls) und/oder dessen Verlaufs bereitgestellt sein oder werden.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann anschaulich ausgenutzt werden, dass bewegte Ladungen ein Magnetfeld erzeugen. Die Protonen können (z.B. mit etwa halber Lichtgeschwindigkeit) in einen Patienten eindringen. Der von den Protonen bewirkte elektrische Ladungsfluss kann ein lokales Magnetfeld (kann auch als magnetisches Störfeld bezeichnet werden) generieren, welches lokal die Resonanzfrequenz des Materials gemäß der Larmorbeziehung stört. Mittels (z.B. phasensensitiver) MR-Messung kann eine extrem kleine Frequenzänderung der Resonanzfrequenz des Materials (Larmorfrequenz) gemessen werden. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann beispielsweise eine phasensensitive MR-Messung oder andere Methoden zur Frequenzbestimmung verwendet werden. Mit anderen Worten kann der Einfluss der magnetischen Feldänderung, welche am Ort des Partikelstrahls von diesem bewirkt wird, auf die stationären Materialprotonen (z.B. Gewebeprotonen) erfasst werden. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Sensoranordnung eingerichtet sein, eine (relative) Frequenzänderungen in einem Bereich von ungefähr 10-5 bis 10-7 zu erfassen, z.B. ungefähr 10-6. Die von dem Partikelstrahl bewirkte Frequenzänderung kann größer sein als ungefähr 10-6.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann anschaulich ausgenutzt werden, dass ein gepulster Partikelstrahl ein magnetisches Wechselfeld erzeugt. Der von einem Beschleuniger (z.B. einem isochronen Zyklotron) erzeugte Partikelstrahl kann mit einer Modulationsfrequenz (von z.B. ungefähr 106 MHz oder weniger) gepulst und/oder moduliert sein. Der sich mit der Modulationsfrequenz zeitlich verändernde Ladungsfluss (z.B. die Stromdichte) kann ein magnetisches Wechselfeld generieren. Die Grundfrequenz des magnetischen Wechselfelds kann die Modulationsfrequenz sein. Die Modulationsfrequenz kann im Bereich der Resonanzfrequenz von MR-Experimenten bei üblichen Magnetfeldstärken (magnetische Feldstärken) liegen (d.h. der Larmorfrequenz). Die üblichen Anregungspulse in der MRT, welche mit Hochfrequenzspulen erzeugt werden können, können magnetische Feldstärken von einigen Mikrotesla erreichen und z.B. in einem ähnlichen Bereich wie das von dem Partikelstrahl erzeugte magnetische Wechselfeld liegen. Das von dem Partikelstrahl erzeugte Magnetfeld kann alternativ eine magnetische Feldstärke aufweisen, welche niedriger ist als die Anregungspulse in der MRT (von den MRT-Spulen erzeugten Feldstärken). Optional kann eine Abstimmung von Modulationsfrequenz und erstem Magnetfeld (z.B. lokal im Bereich des Partikelstrahls) erfolgen. Damit kann eine kontinuierliche MR-Anregung bewirkt werden, so dass z.B. das Signal oder die Signaländerung des Materials (z.B. in dessen stationären Protonen, wie beispielsweise Wasserprotonen) verändert werden können. Durch weitere optionale Modulation des Partikelstrahls im Millisekundenbereich, z.B. synchron mit der MRT-Messung, kann dieser als alleinige Anregung genutzt werden. Die Anregung kann ein MR-Signal entlang der Trajektorie (Strahlverlauf) des Partikelstrahls bewirken. Das entlang des Strahlverlaufs bewirkte MR-Signal kann bildgebend dargestellt werden.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann anschaulich ausgenutzt werden, dass ein Partikelstrahl sich polarisieren lässt, z.B. ungefähr zu 100% (kann auch als hyperpolarisiert bezeichnet werden). Die Partikel des Partikelstrahls (z.B. eines Therapiestrahls) könnten anschaulich genutzt werden (und nicht nur deren Effekt auf das stationäre Material, z.B. Gewebe), um den Partikelstrahl zu erfassen. Während Materialprotonen bei klinisch üblichen Magnetfeldstärken (z.B. in einem Bereich von ungefähr 1,5 T bis ungefähr 3 T) nur eine Magnetisierung von etwa 10-5 (relativer Anteil der ausgerichteten Protonen) aufweisen, kann ein Partikelstrahl nach dem Prinzip des Stern-Gerlach Experiments außerhalb des Patienten bereits polarisiert werden, z.B. zu ungefähr 100%. Dies kann zu einer ungefähr 100.000-fachen Signalverstärkung gegenüber dem stationären Material führen. Durch die Polarisation kann eine sehr geringe Anzahl und Dichte der Partikel (z.B. Protonen) im Partikelstrahl ausreichen, um das dadurch bewirkte Signal zu erfassen (mit anderen Worten kann die geringe Partikeldichte zumindest teilweise kompensiert werden). Aufgrund der Geschwindigkeit der Partikel kann eine Anregung dieser innerhalb des Materials (z.B. innerhalb eines Patienten) gering sein oder gar nicht erfolgen. Allerdings kann außerhalb des Materials eine adiabatische Hochfrequenz-Anregung des Partikelstrahls erfolgen. Alternativ oder zusätzlich kann die Polarisationsrichtung (Polarisationsorientierung) senkrecht zum ersten Magnetfeld (d.h. dessen Feldrichtung) sein und kann z.B. zu einer Anregung des Partikelstrahls innerhalb des ersten Magnetfeldes (z.B. innerhalb des Materials) führen. Somit können alle Partikel des Partikelstrahls ein Signal liefern, welches bildgebend detektiert werden kann. Optional kann ausgenutzt werden, dass die Resonanzfrequenz des Partikelstrahls entsprechend des Doppler-Effektes verschoben wird. Damit kann die Energie des Partikelstrahls und/oder die Eindringtiefe des Partikelstrahls in das Material ermittelt werden.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Echtzeit-Reichweiteverifikation des Partikelstrahls, z.B. für eine Protonentherapie, bereitgestellt sein oder werden. Alternativ oder zusätzlich kann eine adaptive Bestrahlung erfolgen, welche Veränderungen, z.B. anatomische Veränderungen, während des Bestrahlens (z.B. während der Therapie) berücksichtigt.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Vorrichtung für eine Protonentherapie eingerichtet sein und ein MRT-Bildgebungssystem aufweisen.
  • l veranschaulicht ein Verfahren 100 gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einem schematischen Ablaufdiagram.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren 100 in 101 aufweisen: Erzeugen eines Magnetfeldes in einem Bestrahlungsbereich. Ferner kann das Verfahren 100 in 103 aufweisen: Bestrahlen des Bestrahlungsbereichs mittels eines Partikelstrahls, welcher spinpolarisierte Partikel aufweist. Ferner kann das Verfahren 100 in 105 aufweisen: Erfassen einer Anregung der spinpolarisierten Partikel, welche durch das Magnetfeld bewirkt wird. Ferner kann das Verfahren 100 in 107 aufweisen: Ermitteln einer räumlichen Charakteristik des Partikelstrahls auf Grundlage der Anregung.
  • Das Verfahren kann ferner eingerichtet sein, wie hierin beschrieben ist.
  • Das Verfahren kann optional in 101a aufweisen: Ionisieren der Partikel des Partikelstrahls, z.B. vor dem Bestrahlen. Beispielsweise kann das Ionisieren mittels der Partikelstrahlquelle erfolgen, z.B. für eine Protonentherapie. Die Protonenquelle kann im Zentrum der Partikelstrahlquelle (z.B. ein Zyklotron) angeordnet sein. Die Protonenquelle kann zwei Kathoden aufweisen, von denen jede an einem Ende eines vertikalen Hohlzylinders angeordnet ist. In den Hohlzylinder kann Wasserstoffgas hineingeleitet werden (anschaulich, so dass Wasserstoffgas hinein strömt). Die Ionisation des Wasserstoffgases kann mittels energetischer Elektronen in Form einer elektrischen Entladung (kann auch als Penning-Effekt bezeichnet werden) erfolgen. Wenn die Partikel die Partikelstrahlquelle (z.B. bereits beschleunigt) verlassen, sind diese in dem Fall schon ionisiert.
  • Alternativ oder zusätzlich können andere Gase zum Bilden ionisierter Partikel (Ionen) verwendet werden. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Partikelstrahl (z.B. für die Partikeltherapie) leichte (z.B. leichter als ein Kohlenstoffion) und/oder schwere (z.B. schwerer als ein oder gleich einem Kohlenstoffion) Ionen aufweisen oder daraus gebildet sein.
  • Alternativ können die Partikel elektrisch neutral sein. Dann kann der Partikelstrahl elektrisch neutrale Partikel aufweisen oder daraus gebildet sein.
  • Das Verfahren kann optional in 101b aufweisen: Polarisieren der Partikel des Partikelstrahls, z.B. vor dem Ionisieren.
  • Das Verfahren kann optional in 109 aufweisen: Darstellen von Daten, welche die räumliche Charakteristik des Partikelstrahls repräsentieren.
  • Anschaulich kann ein magnetisches Antwortfeld der Partikel erfasst werden, welches durch die Anregung der Partikel bewirkt wird.
  • 2 veranschaulicht ein Verfahren 200 gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einem schematischen Ablaufdiagram.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren 200 in 201 aufweisen: Erzeugen eines Magnetfeldes in einem Bestrahlungsbereich, in dem ein Material angeordnet ist, wobei das Magnetfeld eine Larmorfrequenz des Materials definiert. Ferner kann das Verfahren 200 in 203 aufweisen: Bestrahlen des Materials mittels eines Partikelstrahls, wobei der Partikelstrahl ein weiteres Magnetfeld erzeugt, welches das Magnetfeld überlagert. Ferner kann das Verfahren 200 in 205 aufweisen: Erfassen einer Veränderung der Larmorfrequenz, welche durch das weitere Magnetfeld bewirkt wird, wobei das Erfassen der Veränderung der Larmorfrequenz phasensensitiv erfolgt. Ferner kann das Verfahren 200 in 207 aufweisen: Ermitteln einer räumlichen Charakteristik des Partikelstrahls auf Grundlage der Veränderung.
  • Das Verfahren 200 kann ferner eingerichtet sein, wie hierin beschrieben ist.
  • Das Verfahren 200 kann optional in 201a aufweisen: Ionisieren der Partikel des Partikelstrahls, z.B. vor dem Bestrahlen.
  • Das Verfahren 200 kann optional in 205a aufweisen: Erzeugen eines (z.B. hochfrequenten) zweiten Magnetfeldes (z.B. eines magnetischen Anregungsfeldes) in dem Bestrahlungsbereich (z.B. mittels einer Magnetanordnung), welches zum Anregen des Materials mit der Larmorfrequenz moduliert wird.
  • Das Verfahren 200 kann optional in 209 aufweisen: Darstellen von Daten, welche die räumliche Charakteristik des Partikelstrahls repräsentieren.
  • 3 veranschaulicht ein Verfahren 300 gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einem schematischen Ablaufdiagram.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren 300 in 301 aufweisen: Erzeugen eines Magnetfeldes in einem Bestrahlungsbereich, in dem ein Material angeordnet ist. Ferner kann das Verfahren 300 in 303 aufweisen: Erzeugen eines Partikelstrahls, wobei der Partikelstrahl mehrere Pulse aufweist, deren Häufigkeit eine Frequenz (Pulsfrequenz) des Partikelstrahls definiert. Ferner kann das Verfahren 300 in 305 aufweisen: Bestrahlen des Materials mittels des Partikelstrahls, wobei der Partikelstrahl ein weiteres Magnetfeld erzeugt, welches das Magnetfeld überlagert. Ferner kann das Verfahren 300 in 307 aufweisen: Modulieren des Partikelstrahls mit einer weiteren Frequenz (Modulationsfrequenz), welche verschieden ist von der Frequenz (z.B. mit der Larmorfrequenz) des Partikelstrahls. Ferner kann das Verfahren 300 in 309 aufweisen: Erfassen einer Anregung des Materials, welche durch das weitere Magnetfeld bewirkt wird. Ferner kann das Verfahren 300 in 311 aufweisen: Ermitteln einer räumlichen Charakteristik des Partikelstrahls auf Grundlage einer Anregung.
  • Das Verfahren 300 kann ferner eingerichtet sein, wie hierin beschrieben ist.
  • Das Verfahren 300 kann optional in 301a aufweisen: Ionisieren der Partikel des Partikelstrahls, z.B. vor dem Bestrahlen. Das Ionisieren kann beispielsweise wie zu 101a beschrieben erfolgen.
  • Das Verfahren 300 kann optional aufweisen: Darstellen von Daten, welche die räumliche Charakteristik des Partikelstrahls repräsentieren.
  • Optional können ein drittes Magnetfeld (z.B. ein niederfrequentes magnetisches Störfeld) und/oder ein zweites Magnetfeld (z.B. ein hochfrequentes magnetisches Anregungsfeld) erzeugt werden, z.B. extern, z.B. mittels einer Magnetanordnung.
  • 4 veranschaulicht ein Verfahren 400 gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einem schematischen Ablaufdiagram.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren 400 in 401 aufweisen: Erzeugen eines Magnetfeldes in einem Bestrahlungsbereich, in dem ein Material angeordnet ist, wobei das Magnetfeld eine Larmorfrequenz des Materials definiert. Ferner kann das Verfahren 400 in 403 aufweisen: Bestrahlen des Materials mittels eines Partikelstrahls, wobei der Partikelstrahl ein weiteres Magnetfeld erzeugt, welches das Magnetfeld überlagert. Ferner kann das Verfahren 400 in 405 aufweisen: Anregen des Materials mittels des weiteren Magnetfeldes, indem der Partikelstrahl mit der Larmorfrequenz moduliert wird. Ferner kann das Verfahren 400 in 407 aufweisen: Ausblenden des Partikelstrahls. Ferner kann das Verfahren 400 in 409 aufweisen: Erfassen der Anregung des Materials während der Partikelstrahl ausgeblendet ist. Ferner kann das Verfahren 400 in 411 aufweisen: Ermitteln einer räumlichen Charakteristik des Partikelstrahls auf Grundlage der Anregung des Materials.
  • Das Verfahren 400 kann ferner eingerichtet sein, wie hierin beschrieben ist.
  • Das Verfahren 400 kann optional in 401a aufweisen: Ionisieren der Partikel des Partikelstrahls, z.B. vor dem Bestrahlen. Das Ionisieren kann beispielsweise wie zu 101a beschrieben erfolgen.
  • Das Verfahren 400 kann optional aufweisen: Darstellen von Daten, welche die räumliche Charakteristik des Partikelstrahls repräsentieren.
  • Optional können ein drittes Magnetfeld (z.B. ein magnetisches Störfeld) und/oder ein weiteres zweites Magnetfeld (z.B. ein magnetisches Anregungsfeld) erzeugt werden, z.B. extern, z.B. mittels einer Magnetanordnung.
  • 5 veranschaulicht eine Vorrichtung 500 gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Querschnittsansicht oder Seitenansicht in einem Verfahren gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
  • Die Vorrichtung 500 kann eine Magnetanordnung 502, eine Partikelstrahlkanone 504, eine Sensoranordnung 508 und eine Auswerteeinheit 510 aufweisen.
  • Die Magnetanordnung 502 kann zum (extern) Erzeugen eines Magnetfeldes 512 in dem Bestrahlungsbereich 501 eingerichtet sein. Das Magnetfeld 512 kann den Bestrahlungsbereich 501 vollständig durchdringen. Magnetanordnung 502 kann zumindest zwei magnetische Pole 502a, 502b aufweisen, zwischen denen der Bestrahlungsbereich 501 angeordnet ist. Jeder magnetische Pol 502a, 502b (Magnetpol) kann mittels eines oder mehrerer Permanentmagneten und/oder mittels einer oder mehrerer elektrischer Spulen bereitgestellt sein oder werden.
  • Die Magnetanordnung 502 kann beispielsweise zumindest zwei Spulen 502a, 502b aufweisen, zwischen denen der Bestrahlungsbereich 501 angeordnet ist. Alternativ oder zusätzlich kann die Magnetanordnung 502 zumindest zwei Permanentmagnetpole 502a, 502b aufweisen, zwischen denen der Bestrahlungsbereich 501 angeordnet ist.
    Das Magnetfeld 512 kann eine magnetische Flussrichtung 512 aufweisen, welche von einem ersten magnetischen Pol 502a der Magnetanordnung 502 zu einem zweiten magnetischen Pol 502b der Magnetanordnung 502 gerichtet ist. Das Magnetfeld 512 kann auch als magnetinduziertes (permanentmagnetinduziertes) Magnetfeld 502 bezeichnet sein.
  • Das Magnetfeld 512 kann z.B. eine magnetische Flussrichtung 512 aufweisen, welche von einer ersten Spule 502a der Magnetanordnung 502 zu einer zweiten Spule 502b der Magnetanordnung 502 gerichtet ist. Das Magnetfeld 512 kann auch als spuleninduziertes Magnetfeld 502 bezeichnet sein.
  • Das Magnetfeld 512 kann ein statisches (d.h. mit weniger als ungefähr 1 Hz oder gar nicht moduliertes) Hintergrundfeld, ein niederfrequentes (d.h. mit weniger als ungefähr 1 MHz moduliertes) magnetisches Störfeld und/oder ein hochfrequentes (d.h. mit mehr als ungefähr 1 MHz moduliertes) magnetisches Anregungsfeld aufweisen. Das Magnetfeld 512 kann eine magnetische Flussdichte von mehr als 0,35 T aufweisen.
  • Die Partikelstrahlkanone 504 kann zum Bestrahlen des Bestrahlungsbereichs 501 mittels eines Partikelstrahls 506 eingerichtet ist. Der Partikelstrahl 506 kann Partikel aufweisen, welche eine Spinpolarisation parallel zu (z.B. in oder entgegen) Richtung 506p aufweisen (z.B. quer zur magnetischen Flussrichtung 512).
  • Die Sensoranordnung 508 kann zum Erfassen einer Anregung der Partikel des Partikelstrahls 506 eingerichtet sein. Die Sensoranordnung 508 kann eine oder mehrere Spulen aufweisen (kann auch als Empfängerspulen bezeichnet werden).
  • Die Auswerteeinheit 510 kann zum Ermitteln einer räumlichen Charakteristik des Partikelstrahls 506 auf Grundlage einer Anregung der Partikel eingerichtet sein, z.B. einer Spinpräzession (z.B. um Richtung 512 herum).
  • 6 veranschaulicht eine Vorrichtung 600 gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Querschnittsansicht oder Seitenansicht in einem Verfahren gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen der Bestrahlungsbereich 501 zum Aufnehmen eines Materials 601 eingerichtet sein. Die Magnetanordnung 502 kann zum Erzeugen eines (z.B. statischen) Magnetfeldes 512 eingerichtet sein. Das Magnetfeld 512 kann eine Larmorfrequenz des Materials 601 definieren. Das Magnetfeld 512 kann eine magnetische Flussdichte von mehr als 0,35 T aufweisen.
  • Die Partikelstrahlkanone 504 kann zum Bestrahlen des Materials 601 mittels des Partikelstrahls 506 eingerichtet sein. Der Partikelstrahl 506 kann optional unpolarisierte Partikel aufweisen. Der Partikelstrahl 506 (bzw. dessen Ladungsfluss) kann ein weiteres (z.B. zirkulares) Magnetfeld 612 erzeugen, welches das Magnetfeld 512 überlagert. Das weitere Magnetfeld 612 kann ein niederfrequentes Magnetfeld sein. Das weitere Magnetfeld 612 kann eine magnetische Flussrichtung 612 aufweisen, welche senkrecht zu dem Partikelstrahl 506 (bzw. der Bestrahlungsrichtung 506r) verläuft. Das weitere Magnetfeld kann auch als strahlinduziertes Magnetfeld 612 bezeichnet werden.
  • Das Magnetfeld 512 und das weitere Magnetfeld 612 können einander überlagern, so dass sich deren magnetische Flusslinien addieren (vektoriell). Die sich daraus ergebende magnetische Flussdichte weicht anschaulich von der magnetischen Flussdichte des Magnetfeldes 512 ab. Die Abweichung kann mit sinkendem Abstand (z.B. senkrecht) zu dem Partikelstrahl 506 zunehmen (z.B. senkrecht zu dem Partikelstrahl 506 gemessen). Anschaulich kann die Abweichung als magnetischer Fingerabdruck verstanden werden, welcher den Verlauf des Partikelstrahls 506 repräsentiert.
  • Durch die Abweichung von der magnetischen Flussdichte des Magnetfelds 512 in der Nähe des Partikelstrahls 506 kann sich dort die Larmorfrequenz des Materials 601 verändern.
  • Die Sensoranordnung 508 kann eingerichtet sein, eine räumliche Verteilung der Larmorfrequenz des Materials 601 zu erfassen. Anhand der räumlichen Verteilung der Larmorfrequenz des Materials 601 kann der Verlauf des Partikelstrahls 506 ermittelt werden. Beispielsweise die Position einer Abweichung in der Larmorfrequenz den Verlauf des Partikelstrahls 506 repräsentieren.
  • Optional kann der Partikelstrahl 506 spinpolarisierte Partikel aufweisen, so dass deren Anregung zusätzlich erfasst werden kann.
  • Das Magnetfeld 512 kann ein statisches (d.h. mit weniger als ungefähr 1 Hz oder gar nicht moduliertes) Hintergrundfeld sein. Optional kann ein niederfrequentes (d.h. mit weniger als ungefähr 1 MHz moduliertes) magnetisches Störfeld und/oder ein hochfrequentes (d.h. mit mehr als ungefähr 1 MHz moduliertes) magnetisches Anregungsfeld in dem Bestrahlungsbereich 501 erzeugt werden, z.B. mittels der Magnetanordnung 502.
  • 7 veranschaulicht eine Vorrichtung 700 gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Querschnittsansicht oder Seitenansicht in einem Verfahren gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Partikelstrahlkanone 504 eingerichtet sein, einen Partikelstrahl 506 zu erzeugen, welcher mehrere Pulse aufweist. Die Häufigkeit der mehreren Pulse kann eine Frequenz (Pulsfrequenz) des Partikelstrahls 506 definieren.
  • Beispielsweise kann der Partikelstrahl 506 mit der Frequenz gepulst sein.
  • Der Partikelstrahl 506 kann das weitere Magnetfeld 612 erzeugen, welches das Magnetfeld 512 überlagert.
  • Ferner kann die Vorrichtung 700 eine Strahlmodulationsanordnung 704 aufweisen, welche zum Modulieren des Partikelstrahls 506 mit einer weiteren Frequenz, z.B. der Larmorfrequenz, eingerichtet ist. Die Strahlmodulationsanordnung 704 kann Teil der Partikelstrahlkanone 504 sein. Alternativ kann die Strahlmodulationsanordnung 704 zusätzlich zu der Partikelstrahlkanone 504 bereitgestellt sein oder werden.
  • Die weitere Frequenz kann verschieden von der Frequenz des Partikelstrahls sein.
  • Die Sensoranordnung 508 kann zum Erfassen einer Anregung des Materials eingerichtet sein, welche durch das weitere Magnetfeld 612 bewirkt wird. Die Auswerteeinheit 510 kann zum Ermitteln einer räumlichen Charakteristik des Partikelstrahls 506 auf Grundlage der Anregung eingerichtet sein.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Partikelstrahlkanone 504 ein Zyklotron aufweisen, welches einen mit der Frequenz gepulsten Partikelstrahl 506 erzeugt.
  • Alternativ kann die Partikelstrahlkanone 504 ein Zyklotron aufweisen, welches einen kontinuierlichen Partikelstrahl 506 erzeugt. In dem Fall kann die Partikelstrahlkanone 504 eine Strahlausblendung-Anordnung aufweisen, welche eingerichtet ist, den kontinuierlichen Partikelstrahl 506 mit der Frequenz (kann dann auch als Ausblendfrequenz bezeichnet werden) des Partikelstrahls auszublenden. Die Strahlausblendung-Anordnung kann beispielsweise mittels der Strahlmodulationsanordnung bereitgestellt sein.
  • Das Magnetfeld 512 kann ein statisches (d.h. mit weniger als ungefähr 1 Hz oder gar nicht moduliertes) Hintergrundfeld sein. Optional kann ein niederfrequentes (d.h. mit weniger als ungefähr 1 MHz moduliertes) magnetisches Störfeld und/oder ein hochfrequentes (d.h. mit mehr als ungefähr 1 MHz moduliertes) magnetisches Anregungsfeld in dem Bestrahlungsbereich 501 erzeugt werden, z.B. mittels der Magnetanordnung 502.
  • 8 veranschaulicht eine Vorrichtung 800 gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Querschnittsansicht oder Seitenansicht in einem Verfahren gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Partikelstrahlkanone 504 einen modulierten Partikelstrahl 506 erzeugen, z.B. mit der Larmorfrequenz moduliert.
  • Beispielsweise kann die Partikelstrahlkanone 504 ein Zyklotron aufweisen, welches einen gepulsten Partikelstrahl 506 erzeugt, z.B. mit der Larmorfrequenz gepulst. Dann kann der Partikelstrahl 506 mittels Pulsen moduliert sein oder werden.
  • Alternativ kann die Partikelstrahlkanone 504 ein Zyklotron aufweisen, welches einen kontinuierlichen Partikelstrahl 506 erzeugt. In dem Fall und wenn das Zyklotron einen Partikelstrahl 506 erzeugt, welcher mit einer von der Larmorfrequenz verschiedenen Frequenz gepulst ist, kann die Partikelstrahlkanone 504 eine Strahlmodulationsanordnung aufweisen, welche eingerichtet ist, den Partikelstrahl 506 zu modulieren.
  • Beispielsweise kann ein kontinuierlicher Partikelstrahl 506 moduliert werden, z.B. amplitudenmoduliert. Mit anderen Worten kann der Partikelstrahl 506 kontinuierlich und moduliert sein, z.B. amplitudenmoduliert.
  • Erzeugt das Zyklotron einen kontinuierlichen oder einen mit einer von der Larmorfrequenz verschiedenen Frequenz gepulsten Partikelstrahl 506, kann die Strahlmodulationsanordnung die Strahlausblendung-Anordnung 804 aufweisen, mittels derer der Partikelstrahl 506 zum Modulieren gepulst sein oder werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann die Strahlausblendung-Anordnung 804 zum Ausblenden des Partikelstrahls 506 eingerichtet sein, z.B. mit einer Frequenz kleiner als die Larmorfrequenz.
  • Die Sensoranordnung 508 kann zum Erfassen einer Anregung des Materials 601 eingerichtet sein, welche durch das weitere Magnetfeld 612 bewirkt wird.
  • Die Vorrichtung 800 kann optional ein Steuerung 810 aufweisen, welche zum Steuern und/oder Regeln der Strahlausblendung-Anordnung 804 und der Sensoranordnung 508 eingerichtet ist. Die Steuerung 810 kann die Strahlausblendung-Anordnung 804 und die Sensoranordnung 508 derart steuern und/oder regeln, dass die Sensoranordnung 508 die Anregung erfasst während der Partikelstrahl 506 ausgeblendet ist.
  • Das Magnetfeld 512 kann ein statisches (d.h. mit weniger als ungefähr 1 Hz oder gar nicht moduliertes) Hintergrundfeld sein. Optional kann ein niederfrequentes (d.h. mit weniger als ungefähr 1 MHz moduliertes) magnetisches Störfeld und/oder ein hochfrequentes (d.h. mit mehr als ungefähr 1 MHz moduliertes) magnetisches Anregungsfeld in dem Bestrahlungsbereich 501 erzeugt werden, z.B. mittels der Magnetanordnung 502.
  • 9 veranschaulicht ein Verfahren 900 gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einem schematischen Ablaufdiagram.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Satz erster Bilddaten 902 erzeugt werden, z.B. auf Grundlage der Anregung der polarisierten Partikel und/oder auf Grundlage der Anregung des Materials 601. Die ersten Bilddaten 902 können die räumliche Charakteristik des Partikelstrahls 506 repräsentieren, z.B. dessen Trajektorie und/oder räumliche Intensitätsverteilung.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Satz zweiter Bilddaten 904 erzeugt werden, z.B. auf Grundlage der Anregung des Materials 601 auf Grundlage einer Schallreflexion des Materials 601 (z.B. einer Ultraschallreflektion) und/oder auf Grundlage einer Strahlungstransmission des Materials 601 (z.B. einer Röntgentransmission). Die Strahlungstransmission kann beispielsweise mittels Radiographie und/oder Sonographie ermittelt werden. Die zweiten Bilddaten 904 können die räumliche Charakteristik des Materials 601 repräsentieren.
  • Das Verfahren 900 kann aufweisen, die ersten Bilddaten 902 und die zweiten Bilddaten 904 zu überlagern 901, z.B. zum Korrelieren der räumlichen Charakteristik des Partikelstrahls 506 und der räumlichen Charakteristik des Materials 601.
  • Alternativ oder zusätzlich kann das Verfahren 900 aufweisen, einen Zielbereich 904z zu identifizieren 903, z.B. auf Grundlage der räumlichen Charakteristik des Materials 601. Der Zielbereich 904z kann beispielsweise anhand einer vorgegebenen räumlichen Charakteristik ermittelt 903 werden (z.B. anschaulich der Signatur eines Organs und/oder kranken Gewebes). Dann können die zweiten Bilddaten 904 alternativ oder zusätzlich den Zielbereich 904z repräsentieren.
  • Das Verfahren 900 kann aufweisen, die ersten Bilddaten 902 und die zweiten Bilddaten 904 zu überlagern 901, z.B. zum Korrelieren der räumlichen Charakteristik des Partikelstrahls 506 und der räumlichen Charakteristik des Zielbereichs 904z.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Auswerteeinheit 510 (vergleiche beispielsweise 5) eingerichtet sein, das Verfahren 900 durchzuführen.
  • 10 veranschaulicht ein Verfahren 1000 gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einem schematischen Ablaufdiagram.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren 1000 aufweisen, auf Grundlage der räumlichen Charakteristik des Materials 601 eine Ziel-Bestrahlungsdosis 1015 zu ermitteln, z.B. deren räumliche und/oder zeitliche Verteilung. Die Ziel-Bestrahlungsdosis 1015 kann eine Dosis definieren (z.B. eine Dosisenergie, d.h. Energie pro Masseeinheit [z.B. in Joule pro Kilogramm] oder z.B. eine Partikeldosis, d.h. Partikel pro Masseeinheit), welche mittels der Partikel deponiert, d.h. an das Material 601 abgegeben, wird. Beispielsweise kann eine räumliche Verteilung der Ziel-Bestrahlungsdosis 1015 auf Grundlage des Zielbereichs 904z und/oder der räumlichen Charakteristik des Materials 601 ermittelt werden. Der Zielbereich 904z kann beispielsweise erkranktes Gewebe repräsentieren, z.B. einen bösartigen Hirntumor.
  • Innerhalb des Zielbereich 904z kann die Ziel-Bestrahlungsverteilung 1005 die Ziel-Bestrahlungsdosis 1015 sein und außerhalb des Zielbereich 904z kann die Ziel-Bestrahlungsverteilung 1005 null sein (in einem schematischen Diagramm 1005, 1001 entlang eines Schnitts x1-x2 durch den Zielbereich 904z schematisch veranschaulicht).
  • Wird zum Bestrahlen gemäß der Ziel-Bestrahlungsdosis 1015 die räumliche Charakteristik des Partikelstrahls 506 und/oder die räumliche Charakteristik des Materials 601 (z.B. dessen zeitliche und/oder räumliche Schwankung) nicht ausreichend berücksichtigt, kann mittels Bestrahlens des Materials 601 eine erste Bestrahlungsdosis 1002 bewirkt werden, was schematisch stark übertrieben in A veranschaulicht ist. Anschaulich kann die erste Bestrahlungsdosis 1002 unpräzise sein, d.h. eine hohe Abweichung von der Ziel-Bestrahlungsdosis 1015 aufweisen.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Material 601 bestrahlt werden, z.B. auf Grundlage der räumlichen Charakteristik des Partikelstrahls 506 und/oder der räumlichen Charakteristik des Materials 601, z.B. gemäß der Ziel-Bestrahlungsdosis 1015 gesteuert und/oder geregelt, was schematisch in B veranschaulicht ist. Mit anderen Worten kann der Partikelstrahl 506 geführt werden, z.B. mittels der Strahlführungseinheit, so dass dessen Bragg-Peak innerhalb des Zielbereichs 904z liegt. Eine dadurch bewirkte zweite Bestrahlungsdosis 1004 kann größer sein als die erste Bestrahlungsdosis 1002, z.B. zumindest in dem Zielbereich 904z. Alternativ oder zusätzlich kann die zweite Bestrahlungsdosis 1004 kleiner sein als die erste Bestrahlungsdosis 1002, z.B. zumindest außerhalb des Zielbereichs 904z. Dadurch kann das den Zielbereich 904z umgebende Material 601 geschont werden.
  • Im Fall einer Partikelstrahltherapie in der Medizin kann es schwierig sein, den Patienten zu verlagern. In dem Fall kann es einfacher und präziser sein, den Partikelstrahl zu steuern und/oder zu regeln. Optional kann auch ein Steuern und/oder Regeln einer Lages des Patienten, z.B. einzelner Körperteile, erfolgen.
  • Werden (z.B. für technologische Bearbeitungsverfahren) andere Materialien (z.B. nichtlebendiges Materialien) bestrahlt, z.B. ein technologisches Material, kann alternativ oder zusätzlich zum Partikelstrahl eine räumliche Lage (z.B. Ausrichtung und/oder Position) des Materials geregelt und/oder gesteuert werden. Beispielsweise kann damit eine thermische Ausdehnung des Materials beim Bestrahlen ausgeglichen werden.
  • Anschaulich kann eine minimalinvasive Tumortherapie mittels eines Partikelstrahls 506 (z.B. Protonen oder Schwerionen) bereitgestellt sein oder werden. Diese kann aufgrund der physikalischen Eigenschaften des Energieübertrags von schnellen Partikeln, insbesondere auf Elektronen des Materials 601, anschaulich eine sehr viel höhere Tiefensteuerbarkeit und -spezifität der Dosisapplikation als eine herkömmliche Strahlentherapie (z.B. mit hochenergetischen Photonen) aufweisen. In der Strahlentherapie kann neben der genauen Planung der angestrebten Dosisverteilung (räumliche Verteilung der Ziel-Bestrahlungsdosis 1015, kann auch als Ziel-Bestrahlungsverteilung bezeichnet werden) im Zielbereich 904z die Treffsicherheit dessen während der Bestrahlungsausführung erhöht werden, z.B. für den Therapieerfolg und die Schonung des gesunden Gewebes. Insbesondere kann für die Protonentherapie eine Anfälligkeit der bewirkten Dosisverteilung für Dichteveränderungen entlang der Trajektorie des Partikelstrahls 506 (d.h. entlang der Strahlstrecke) verringert werden, d.h. eine Abweichung der Ist-Dosisverteilung von einer Soll-Dosisverteilung (auch als Ziel-Dosisverteilung bezeichnet) kann verringert werden. Die Dichteveränderungen können beispielsweise durch anatomische Variationen wie z.B. Organbewegung und/oder Atmung hervorgerufen werden.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die zweiten Bilddaten 904 die Ziel-Bestrahlungsdosis 1015 und/oder die bewirkte Bestrahlungsdosis 1004 repräsentieren. Beispielsweise können die Ziel-Bestrahlungsdosis 1015 (anschaulich die angestrebte Bestrahlungsdosis 1015) und/oder die bewirkte Bestrahlungsdosis 1004 (anschaulich die tatsächlich deponierte Bestrahlungsdosis 1004) abgebildet werden.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Kombination der minimalinvasiven Protonentherapie mit Echtzeit-Bildführung und/oder -Überwachung bereitgestellt sein oder werden. Dazu kann das Steuern und/oder Regeln auf Grundlage der Bilddaten (der ersten Bilddaten 902 und/oder der zweiten Bilddaten 904) erfolgen. Anschaulich kann eine minimalinvasive bildgeführte Bestrahlungstherapie bereitgestellt sein oder werden.
  • 11 veranschaulicht eine Bestrahlungsverteilung gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einem schematischen Diagramm 1100. In dem Diagramm 1100 sind die relative Bestrahlungsdosis 1103 (auf ein Maximum der Bestrahlungsdosis normiert) über der Eindringtiefe 1101 (d.h. der in dem Material zurückgelegten Strecke) des Partikelstrahls dargestellt.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eines der hierin beschriebenen Verfahren aufweisen, die bewirkte Bestrahlungsverteilung (räumliche Verteilung der Bestrahlungsdosis) zu steuern und/oder zu regeln, z.B. auf Grundlage der räumlichen Charakteristik des Partikelstrahls 506 und/oder der räumlichen Charakteristik des Materials 601.
  • Im Gegensatz zu herkömmlicher Röntgenstrahlung 1102 kann ein Partikelstrahl 1104, z.B. ein Protonenstrahl, einen steilen distalen Dosisgradienten am sogenannten Bragg-Peak 1104p aufweisen. Der Bragg-Peak 1104p kann das Maximum in der Bestrahlungsverteilung bezeichnen.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Partikelstrahl 1104, z.B. dessen Bragg-Peak 1104p und/oder dessen Querausdehnung (Ausdehnung quer zum Strahlengang, z.B. Durchmesser im Falle eines runden Querschnitts des Partikelstrahls 1104) gestellt und/oder geregelt (z.B. kollimiert, d.h. mittels Kollimation gestellt und/oder geregelt) werden, z.B. mittels der Strahlführungsanordnung und/oder mittels einer Nozzle. Beispielsweise kann der Partikelstrahl 1104 eine Querausdehnung (z.B. Durchmesser) kleiner als ungefähr 2 cm (Zentimeter) aufweisen, z.B. kleiner als ungefähr 1 cm (ein so genannter Stiftstrahl oder „Pencil-Beam“), z.B. in einem Bereich von ungefähr 9 mm (Millimeter) bis ungefähr 5 mm oder bis ungefähr 1 mm. Alternativ oder zusätzlich kann die Halbwertsbreite (entspricht einer räumlichen Ausdehnung) des Bragg-Peaks 1104p gestellt und/oder geregelt werden (z.B. mittels Kollimation). Die Halbwertsbreite des Bragg-Peaks 1104p kann beispielsweise kleiner sein als ungefähr 4 cm, z.B. kleiner als ungefähr 2 cm (z.B. kleiner als ungefähr 1 cm), z.B. in einem Bereich von ungefähr 0,1 cm bis ungefähr 2 cm, z.B. ungefähr 1 cm. Alternativ oder zusätzlich zur Halbwertsbreite und/oder zur Querausdehnung kann die Eindringtiefe des Partikelstrahls 1104 gestellt und/oder geregelt werden (z.B. mittels Abschwächens), z.B. unabhängig von dessen Halbwertsbreite und/oder dessen Querausdehnung. Die Eindringtiefe des Partikelstrahls 1104 kann in einem Bereich von ungefähr 1 mm bis ungefähr 1 m liegen, z.B. in einem Bereich von ungefähr 1 cm bis ungefähr 0,5 m, z.B. in einem Bereich von ungefähr 4 cm bis ungefähr 38 cm. Je stärker das Material den Partikelstrahl absorbiert und/oder je kleiner die Partikelenergie des Partikelstrahls 1104 ist, desto kleiner kann die Eindringtiefe des Partikelstrahls in das Material sein. Die Partikelenergie des Partikelstrahls 1104 kann in einem Bereich von ungefähr 50 MeV (Megaelektronenvolt) bis ungefähr 500 MeV liegen, z.B. in einem Bereich von ungefähr 70 MeV bis ungefähr 230 MeV.
  • Die Halbwertsbreite des Bragg-Peaks 1104p kann auf einer kleineren Größenskala sein als die Eindringtiefe (selbst bei stark absorbierenden Materialien). Die Halbwertsbreite des Bragg-Peaks 1104p kann kleiner als die maximale Eindringtiefe 1104e (z.B. ungefähr 50% dieser, z.B. ungefähr 25% dieser) des Partikelstrahls sein (kann auch als Reichweite 1104e des Partikelstrahls bezeichnet werden).
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die räumliche Charakteristik des Partikelstrahls 506 (z.B. eine räumliche Position des Bragg-Peaks 1104p) auf Grundlage der räumlichen Charakteristik des Materials 601 (z.B. des Zielbereichs 904z) gesteuert und/oder geregelt werden. Beispielsweise kann das Bestrahlen mittels des Partikelstrahls derart gesteuert und/oder geregelt erfolgen, so dass das Maximum 1104p der Bestrahlungsverteilung (der Bragg-Peak 1104p) innerhalb des Zielbereichs 904z angeordnet ist.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können mehrere Partikelstrahlen (z.B. zeitlich nacheinander oder auch gleichzeitig) einander überlagert werden, wobei sich die mehreren Partikelstrahlen in zumindest ihrer räumlichen Charakteristik voneinander unterscheiden. Die einander überlagerten mehreren Partikelstrahlen können eine homogen verteilte Bestrahlungsdosis 1106 in dem Zielbereich 904z bewirken. Anschaulich können die Bragg-Peaks 1104p der mehreren Partikelstrahlen zu einem breiten Maximum überlagert werden (kann auch als Spread-out Bragg peak bezeichnet werden). Alternativ oder zusätzlich kann die räumliche Charakteristik eines Partikelstrahls (z.B. der mehreren Partikelstrahlen oder genau ein Partikelstrahl) derart gesteuert und/oder geregelt werden, dass der Zielbereich 904z mittels des Bragg-Peaks 1104p des Partikelstrahls abgerastert wird.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die räumliche Charakteristik des Materials orts- und/oder zeitaufgelöste Eigenschaften des Materials repräsentieren. Anschaulich können sich ändernde anatomische Verhältnisse während der Bestrahlung des Materials mit dem Partikelstrahl berücksichtigt werden. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Reichweite 1104e des Partikelstrahls (z.B. Protonenstrahls) geregelt und/oder gesteuert werden.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine räumliche Verteilung der bewirkten Bestrahlungsdosis ermittelt werden, z.B. auf Grundlage der räumlichen Charakteristik des Partikelstrahls. Anschaulich kann die bewirkte (applizierte) Dosisverteilung bestimmt werden. Das Steuern und/oder Regeln des Bestrahlens kann in dem Fall alternativ oder zusätzlich anhand der räumlichen Verteilung der bewirkten Bestrahlungsdosis erfolgen.
  • 12 veranschaulicht eine Partikelstrahlkanone 504 gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Querschnittsansicht oder Seitenansicht.
  • Die Partikelstrahlkanone 504 kann eine Partikelstrahlquelle 1202 aufweisen, z.B. eine Beschleuniger-Partikelstrahlquelle wie ein Zyklotron. Die Partikelstrahlquelle 1202 kann eine Partikelquelle, z.B. eine Protonenquelle, aufweisen, welche zum Bereitstellen von freien Partikeln eingerichtet ist. Optional kann die Partikelstrahlquelle 1202 einen Strahlbündler aufweisen, welcher die freien Protonen zu einem Strahl 506 (Partikelstrahl 506) bündelt. Der Strahlbündler kann beispielsweise ein elektrisches Feld und/oder ein magnetisches Feld erzeugen, welches die Partikel zu einem Strahl konzentriert (d.h. z.B. kollimiert).
  • Ferner kann die Partikelstrahlkanone 504 eine Strahlführungsanordnung 1204 aufweisen, welche den Partikelstrahl 506 entlang eines vordefinierten Pfads 1204p führt, z.B. auf Grundlage von Strahlführung-Parametern. Die Strahlführungsanordnung 1204 kann beispielsweise zum Führen des Partikelstrahls 506 ein elektrisches Feld und/oder ein magnetisches Feld erzeugen.
  • Optional kann die Partikelstrahlkanone 504 eine Strahlmodulationsanordnung 1206 aufweisen, welche zum Modulieren des Partikelstrahls 506 eingerichtet ist, z.B. kontinuierlich oder diskret.
  • Die Strahlmodulationsanordnung 1206 kann eingerichtet sein, den Partikelstrahl 506, z.B. eine Energie (z.B. eine elektrische Energie und/oder eine Partikelenergie), eine Stromstärke (z.B. eine elektrische Stromstärke und/oder eine Partikelstromstärke) und/oder eine Fluenz des Partikelstrahls 506, abzuschwächen, z.B. auf Grundlage von Abschwächung-Parametern. Die Partikelenergie (kinetische Energie) des Partikelstrahls kann von der Geschwindigkeit der Partikel des Partikelstrahls definiert sein oder werden. Die Partikelenergie kann die Eindringtiefe des Partikelstrahls in ein Material definieren. Mit anderen Worten kann die Strahlmodulationsanordnung 1206 eingerichtet sein, die Eindringtiefe des Partikelstrahls zu verändern. Alternativ oder zusätzlich kann die Strahlmodulationsanordnung 1206 eingerichtet sein, den Partikelstrahls 506 auszublenden (d.h. zu unterbrechen), z.B. auf Grundlage von Bestrahlungsdauer-Parameter und/oder während eine Anregung des Materials erfasst wird.
  • Zum Abschwächen des Partikelstrahls 506 kann die Strahlmodulationsanordnung 1206 eine Strahlabschwächung-Anordnung 1206a aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann die Strahlmodulationsanordnung 1206 zum Ausblenden des Partikelstrahls 506 eine Strahlausblendung-Anordnung 1206b aufweisen.
  • Die Abschwächung-Parameter, die Strahlführung-Parameter, und/oder die Bestrahlungsdauer-Parameter können mittels der Auswerteeinheit 510 bereitgestellt sein oder werden.
  • Alternativ zu der in 12 veranschaulichten Anordnung kann die Strahlmodulationsanordnung 1206 zwischen die Partikelstrahlquelle 1202 und die Strahlführungsanordnung 1204 geschaltet sein.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Partikelstrahlquelle 1202 eine Ionenquelle aufweisen. Mittels der Ionenquelle kann ein elektrisches Feld erzeugt werden, welches ein Gas ionisiert (z.B. Wasserstoffmoleküle in Elektronen und Protonen trennt), z.B. mittels eines Plasmas. Die Ionisierung des Gases (z.B. Wasserstoff) kann in der Mitte der Partikelstrahlquelle 1202 erfolgen. Die Partikelstrahlquelle 1202 kann zwei Elektromagneten aufweisen, zwischen denen ein Vakuumbereich (kann auch als Beschleunigungsspalt bezeichnet werden) angeordnet ist. In dem Vakuumbereich kann mittels einer Pumpenanordnung ein Vakuum (d.h. weniger als 0,3 bar, z.B. weniger als ungefähr 1 Millibar, z.B. weniger als ungefähr 10-6 Millibar) bereitgestellt sein oder werden.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können aus dem Gas einzelne Atome und/oder Ionen herausgelöst werden, z.B. mittels einer Dissoziiereinheit. In dem Vakuum können beispielsweise aus dem Gas herausgelöste Protonen beschleunigt werden, z.B. mittels eines weiteren elektrischen Feldes zwischen den zwei Elektromagneten.
  • 13 veranschaulicht eine Vorrichtung 1300 gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Perspektivansicht in einem Verfahren gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Partikelstrahlquelle 1202 von dem Bestrahlungsbereich 501 räumlich separiert angeordnet sein, z.B. mittels einer Wand (z.B. einer Gebäudewand) separiert.
  • Die Strahlführungsanordnung 1204 kann mehrere Strahlführungseinheiten 1204e aufweisen, welche einen Pfad 1204p (anschaulich der Strahlengang) definieren, entlang dessen der Partikelstrahl geführt wird. Jede Strahlführungseinheit 1204e kann einen oder mehrere Magneten (z.B. Dipolmagneten und/oder Quadrupolmagneten) aufweisen (zum Erzeugen eines magnetischen Feldes im Strahlengang).
  • Die Strahlführungsanordnung 1204 kann ein Vakuumsystem (z.B. ein oder mehrere Rohre) aufweisen innerhalb dessen der Pfad 1204p verläuft. Strahlführungsanordnung 1204 kann zum Erzeugen eines Vakuums in dem Vakuumsystem eingerichtet sein.
  • Die einen oder mehreren Magneten können mittels elektrischer Spulen (kann auch als Elektromagneten bezeichnet werden) bereitgestellt sein oder werden (so genannte Ablenkspulen).
  • Die Vorrichtung 1300 kann optional eine Bestrahlungskammer 1204k aufweisen, in welcher der Bestrahlungsbereich 501 angeordnet ist.
  • Die Strahlführungsanordnung 1204 kann ferner eine Strahlaustrittsöffnung (kann auch als Nozzle bezeichnet werden) aufweisen, aus welcher der Partikelstrahl in den Bestrahlungsbereich 501 eintritt. Die Strahlaustrittsöffnung kann beispielsweise mittels eines vakuumdichten Fensters, z.B. aus Kunststoff (z.B. Kapton) bereitgestellt sein oder werden.
  • Die Strahlführungsanordnung 1204 kann derart eingerichtet sein, dass die Lage (Ausrichtung und/oder Position) der Strahlaustrittsöffnung relativ zu dem Bestrahlungsbereich 501 verändert werden kann, z.B. gesteuert und/oder geregelt. Damit kann die räumliche Charakteristik des Partikelstrahls, z.B. eine Richtung aus welcher der Partikelstrahl in den Bestrahlungsbereich 501 eintritt und/oder eine Position an der der Partikelstrahl in den Bestrahlungsbereich 501 eintritt, angepasst sein oder werden. Beispielsweise kann die Bestrahlungskammer 1204k drehbar gelagert sein.
  • Die Strahlführungsanordnung 1204 kann optional, z.B. an der Strahlaustrittsöffnung, eine Strahldefokussiereinheit aufweisen, welche zum Defokussieren des Partikelstrahls eingerichtet ist. Anschaulich kann der Partikelstrahl mittels der Strahldefokussiereinheit aufgeweitet werden bevor dieser in den Bestrahlungsbereich 501 eintritt.
  • Anschaulich kann der Partikelstrahl entlang des Strahlengangs einen Durchmesser (z.B. von weniger als 10 Millimeter) aufweisen, welcher zu gering ist, um einen größeren Zielbereich 904z flächendeckend zu bestrahlen. Mittels der Strahldefokussiereinheit kann der Durchmesser des Partikelstrahls vergrößert werden, z.B. auf Grundlage einer räumlichen Ausdehnung des Zielbereichs 904z. Die Strahldefokussiereinheit kann einen oder mehrere Folien aufweisen, durch welche der Partikelstrahl hindurch geführt wird.
  • Optional kann die Strahldefokussiereinheit eine Blendenanordnung aufweisen, welche einen Strahlquerschnitt des Partikelstrahls begrenzt. Mittels der Blendenanordnung kann die Form des Strahlquerschnitts und/oder dessen Querschnittsfläche eingestellt werden, z.B. auf Grundlage einer räumlichen Ausdehnung des Zielbereichs 904z.
  • Alternativ oder zusätzlich kann zur Aufweitung des Partikelstrahls ein Abrastern mittels des Partikelstrahls erfolgen. Dazu kann der Partikelstrahl mittels eines elektromagnetischen Feldes abgelenkt werden. Anschaulich kann der Partikelstrahl den Zielbereich 904z Zeile-für-Zeile und/oder Schicht für Schicht abtasten. Bei welcher Eindringtiefe (Reichweite) der Partikelstrahl seine Energie an das Material abgibt, kann mittels der Geschwindigkeit der Partikel gesteuert und/oder geregelt werden. Je größer die Geschwindigkeit (d.h. kinetische Energie) der Partikel, desto größer ist die Reichweite des Partikelstrahls.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können Bilddaten erzeugt werden, welche das Bestrahlen (z.B. zeitlich und/oder räumlich) mittels des Partikelstrahls repräsentieren, z.B. die bewirkte Bestrahlungsverteilung. Alternativ oder zusätzlich kann die räumliche Charakteristik des aus der Strahlaustrittsöffnung austretenden Partikelstrahls mit der vordefinierten Ziel-Bestrahlungsverteilung verglichen werden.
  • Anschaulich kann eine Echtzeitbildgebung des bestrahlten Volumens (z.B. an einer Position eines Tumors) bereitgestellt sein oder werden, zur adaptiven Bestrahlung und insbesondere der direkten Messung des Protonenstrahls im Material. Damit kann eine Echtzeit-Reichweiteverifikation und demzufolge eine adaptive Bestrahlung bereitgestellt sein oder werden.
  • 14 veranschaulicht eine Partikelstrahlquelle 1202 gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Querschnittsansicht oder Seitenansicht.
  • Die Partikelstrahlquelle 1202 kann eine Partikelquelle 1404 aufweisen. Ferner kann die Partikelstrahlquelle 1202 einen Polarisator 1402 aufweisen. Der Polarisator 1402 kann eingerichtet sein, den von der Partikelquelle 1404 emittierten Partikelstrahl 506 zu polarisieren. Der von der Partikelquelle 1404 emittierte Partikelstrahl 506 kann geladene Partikel (z.B. Protonen oder Ionen) aufweisen oder ungeladene Partikel (z.B. Atome). Mit anderen Worten kann die Partikelquelle 1404 eine Ionenquelle, eine Protonenquelle oder eine Atomquelle sein.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Polarisator 1402 von dem emittierten Partikelstrahl 506 einen ersten Partikelstrahl 506a und/oder einen zweiten Partikelstrahl 506b abspalten.
  • Der erste Partikelstrahl 506a und/oder der zweite Partikelstrahl 506b können eine größere Polarisation aufweisen, als der von der Partikelstrahlquelle 1202 emittierte Partikelstrahl 506. Der erste Partikelstrahl 506a und der zweite Partikelstrahl 506b können sich in ihrer Polarisation unterscheiden, z.B. in ihrer Polarisationsrichtung. Genau zwei Partikelstrahlen 506a, 506b können bei Partikeln gebildet werden, welche einen Spin ½ aufweisen. Bei Partikeln, welche einen höheren Spin als Spin ½ aufweisen, können mehr als zwei Partikelstrahlen 506a, 506b gebildet werden.
  • Der Polarisator 1402 kann zum Erzeugen eines Magnetfelds 1402m eingerichtet sein, durch welches der Partikelstrahl 506 hindurch geführt wird. Das Magnetfeld 1402m kann beispielsweise eingerichtet sein, den Partikelstrahl 506 in den ersten Partikelstrahl 506a und den zweiten Partikelstrahl 506b (anschaulich zwei getrennte Teilstrahlen) aufzuspalten. Das Magnetfeld 1402m kann einen Gradienten (z.B. in der magnetischen Flussdichte) aufweisen, welcher quer zu dem Partikelstrahl 506 ausgerichtet ist.
  • Zum Erzeugen des Magnetfelds 1402m kann der Polarisator 1402 einen ersten magnetischen Pol 1402a und einen zweiten magnetischen Pol 1402b aufweisen, zwischen denen das Magnetfeld 1402m gebildet wird. Optional kann der Polarisator 1402 mehr als zwei magnetische Pole aufweisen, z.B. vier oder sechs. Beispielsweise kann der Polarisator einen Sechspolmagnet aufweisen. Der Partikelstrahl 506 kann auch in mehr als zwei Teilstrahlen aufgespalten werden.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können der erste Partikelstrahl 506a und/oder der zweite Partikelstrahl 506b in den Bestrahlungsbereich geführt werden. Mit anderen Worten können der erste Partikelstrahl 506a und/oder der zweite Partikelstrahl 506b zum Bestrahlen verwendet werden.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können der erste Partikelstrahl 506a und/oder der zweite Partikelstrahl 506b hyperpolarisiert sein.
  • Beispielsweise kann mittels der Partikelquelle 1404 (z.B. einer Atomquelle) eine Vielzahl Atome als neutraler (ungeladener) Partikelstrahl 506 (d.h. Atomstrahl 506) bereitgestellt sein oder werden. Der Atomstrahl 506 kann mittels des Polarisators 1402 in zumindest zwei Atomstrahlen 506a, 506b aufgespalten werden, welche sich in ihrer Polarisation unterscheiden (d.h. diese weisen polarisierte Atome auf). Mittels einer Ionisiereinheit 1406 können die polarisierten Atome (z.B. des ersten Atomstrahls 506a und/oder des zweiten Atomstrahls 506b) ionisiert werden. Mit anderen Worten kann ein geladener (z.B. polarisierter) erster Partikelstrahl 506a und/oder ein geladener (z.B. polarisierter) zweiter Partikelstrahl 506a bereitgestellt sein oder werden.
  • Wird ein Wasserstoffgas als Atomquelle verwendet, können mittels des Ionisierens der Atome (z.B. polarisierte) Protonen bereitgestellt werden. Alternativ kann ein anderes Gas als Wasserstoffgas als Atomquelle verwendet werden. Dann können mittels des Ionisierens der Atome (z.B. polarisierte) Ionen bereitgestellt werden.
  • Zum Erhöhen des Wirkungsgrads können die Partikel mittels einer Kryostatkammer gekühlt werden, z.B. vor dem Polarisieren mittels des Polarisators 1402.
  • 15 veranschaulicht ein Verfahren 1500 gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einem schematischen Ablaufdiagram.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren 1500 in 1501 aufweisen: Erzeugen eines Magnetfeldes in einem Bestrahlungsbereich, in dem ein Material angeordnet ist, wobei das Magnetfeld eine Larmorfrequenz des Materials definiert. Ferner kann das Verfahren 1500 in 1503 aufweisen: Erzeugen eines Partikelstrahls, wobei der Partikelstrahl mehrere Pulse aufweist, deren Häufigkeit eine Frequenz (Pulsfrequenz) des Partikelstrahls definiert, welche verschieden ist von der Larmorfrequenz. Ferner kann das Verfahren 1500 in 1505 aufweisen: Bestrahlen des Materials mittels des Partikelstrahls, wobei der Partikelstrahl ein weiteres Magnetfeld erzeugt, welches das Magnetfeld überlagert. Ferner kann das Verfahren 1500 in 1507 aufweisen: Modulieren des Partikelstrahls mit der Larmorfrequenz. Ferner kann das Verfahren 1500 in 1509 aufweisen: Erfassen einer Anregung des Materials, welche durch das weitere Magnetfeld bewirkt wird. Ferner kann das Verfahren 1500 in 1511 aufweisen: Ermitteln einer räumlichen Charakteristik des Partikelstrahls auf Grundlage der Anregung.
  • Das Verfahren kann ferner eingerichtet sein, wie hierin beschrieben ist.
  • Das Verfahren kann optional aufweisen: Ionisieren der Partikel des Partikelstrahls, z.B. vor dem Bestrahlen.
  • Das Verfahren kann optional aufweisen: Darstellen von Daten, welche die räumliche Charakteristik des Partikelstrahls repräsentieren.
  • Optional können ein drittes Magnetfeld (z.B. ein niederfrequentes magnetisches Störfeld) und/oder ein zweites Magnetfeld (z.B. ein hochfrequentes magnetisches Anregungsfeld) erzeugt werden, z.B. extern, z.B. mittels einer Magnetanordnung.
  • 16 veranschaulicht ein Verfahren 1600 gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einem schematischen Ablaufdiagram.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Satz erster Bilddaten 902 erzeugt werden, z.B. auf Grundlage der Anregung der polarisierten Partikel und/oder auf Grundlage der Anregung des Materials 601. Die ersten Bilddaten 902 können die räumliche Charakteristik des Partikelstrahls 506 repräsentieren, z.B. dessen Trajektorie und/oder räumliche Intensitätsverteilung. Der Satz erste Bilddaten 902 kann mehrere erste Bilddaten aufweisen, welche sich voneinander in zumindest einer räumlichen Dimension 1603 und/oder zumindest einer zeitlichen Dimension 1603 unterscheiden.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Satz zweiter Bilddaten 904 erzeugt werden. Die zweiten Bilddaten 904 können die räumliche Charakteristik des Materials 601 repräsentieren. Der Satz zweite Bilddaten 904 kann mehrere zweite Bilddaten aufweisen, welche sich voneinander in zumindest einer räumlichen Dimension 1603 und/oder zumindest einer zeitlichen Dimension 1603 unterscheiden.
  • Beispielsweise können die Bilddaten des Satzes von ersten Bilddaten 902 und/oder des Satzes von zweiten Bilddaten 904 einen zeitlichen Verlauf repräsentieren, z.B. kann den Bilddaten jeweils ein Zeitpunkt zugeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich können die Bilddaten einen räumlichen Verlauf repräsentieren, z.B. kann den Bilddaten jeweils eine Position im Raum zugeordnet sein. Beispielsweise können die Bilddaten einen Querschnitt durch den Bestrahlungsbereich 501 repräsentieren. Die Dimensionen 1601, 1605 der ersten Bilddaten und der zweiten Bilddaten können paarweise einander gleichen. Mit anderen Worten können den Bilddaten des Satzes erster Bilddaten 902 jeweils Bilddaten des Satzes zweiter Bilddaten 904 zugeordnet sein, z.B. gemäß der Dimensionen 1601, 1605.
  • Die Bilddaten können jeweils eine räumliche erste Dimension 1601 und eine räumliche zweite Dimension 1605 repräsentieren. Die räumliche erste Dimension 1601 und die räumliche zweite Dimension 1605 können beispielsweise zwei Richtungen im Ortsraum sein, welche z.B. eine Fläche aufspannen (entlang derer der Querschnitt verläuft). Die Bilddaten können eine dritte Dimension repräsentieren, welche eine räumliche dritte Dimension (z.B. eine dritte Richtung im Ortsraum, anschaulich ein Tiefe) sein kann oder eine zeitliche dritte Dimension (z.B. ein Zeitpunkt).
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können der erste Satz Bilddaten 902 und/oder der zweite Satz Bilddaten 904 dreidimensionale Informationen repräsentieren. Beispielsweise können die Bilddaten des ersten Satzes Bilddaten 902 und/oder des zweiten Satz Bilddaten 904 jeweils zweidimensionale Informationen repräsentieren.
  • Das Verfahren 1600 kann aufweisen, die ersten Bilddaten 902 und die zweiten Bilddaten 904 zu überlagern 901, z.B. zum Korrelieren der räumlichen Charakteristik des Partikelstrahls 506 und der räumlichen Charakteristik des Materials 601. Das Überlagern kann unter Berücksichtigung der Dimensionen der ersten Bilddaten und der zweiten Bilddaten erfolgen. Anschaulich können jeweils die Bilddaten, welche in deren Dimensionen 1601, 1605 übereinstimmen, miteinander überlagert werden.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Auswerteeinheit 510 eingerichtet sein, das Verfahren 1600 durchzuführen.
  • 17 veranschaulicht ein Verfahren 1700 gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einem schematischen Ablaufdiagram.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die Bilddaten, z.B. die ersten Bilddaten, die zweiten Bilddaten und/oder deren Überlagerung, mittels einer Anzeige 1702 (z.B. ein Monitor) dargestellt 1701 werden. Mit anderen Worten kann die Anzeige 1702 zum Anzeigen 1701 der Bilddaten eingerichtet sein.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Auswerteeinheit 510 eingerichtet sein, das Verfahren 1700 durchzuführen. Die Anzeige 1702 kann beispielsweise eine Flüssigkristallanzeige oder eine Leuchtdiodenanzeige aufweisen oder daraus gebildet sein.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Anregung der Partikel eine Spinresonanz der Partikel repräsentieren.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Anregung des Materials eine Kernspinresonanz des Materials repräsentieren.
  • Anschaulich kann ein hierin beschriebenes Verfahren zum Durchführen einer Kernspintomographie (kann auch als Magnetresonanztomographie bezeichnet werden) eingerichtet sein.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann neben einer Lage und Form des Materials (z.B. von Organen) auch Informationen über dessen Mikrostruktur und Funktion (z.B. einer Durchblutung) ermittelt und/oder dargestellt werden.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Echtzeit-Magnetresonanztomographie erfolgen, z.B. zum Ermitteln und/oder filmischen Darstellen bewegter Gelenke oder Organe (z. B. eines Herzens).
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Magnetresonanzangiographie (MRA) erfolgen, z.B. zum Ermitteln und/oder Darstellen von Gefäßen.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRT oder fMRI) erfolgen, z.B. zum Ermitteln und/oder Darstellen von Funktionen des Gehirns.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Perfusions-MRT erfolgen, z.B. zum Ermitteln und/oder Darstellen von Gewebedurchblutung.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Diffusions- bzw. Diffusions-Tensor-Bildgebung (DTI) erfolgen, z.B. zum Ermitteln und/oder Darstellen einer virtuellen Rekonstruktion von Nervenfaserverbindungen.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das statische Magnetfeld mittels eines oder mehrerer Permanentmagnete und/oder mittels eines oder mehrerer Elektromagnete erzeugt werden, z.B. für magnetische Flussdichten bis zu 0,5 Tesla (T). Zum Erzeugen größerer magnetischer Flussdichten können z.B. supraleitende Magnetspulen verwendet werden.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die Atomkerne im untersuchten Material (z.B. Gewebe) durch eine Kombination eines statischen Magnetfelds (kann auch als erstes Magnetfeld oder Hintergrundfeld bezeichnet werden) und eines hochfrequenten Magnetfelds (kann auch als magnetisches Anregungsfeld bezeichnet werden, z.B. das zweite Magnetfeld und/oder das weitere Magnetfeld) angeregt werden, z.B. phasensynchron. Durch die Anregung kann eine messbare Emission in Form eines magnetischen Wechselfeldes (kann auch als magnetisches Antwortfeld bezeichnet werden) erzeugt werden, welche z.B. andauert, bis die Anregung abgeklungen ist. Die Anregung kann eine Larmorpräzession sein. Sowohl zum Anregen des Materials als auch zum Erfassen der Emission kann eine Resonanzbedingung erfüllt sein oder werden. Aufgrund der Resonanzbedingung kann mittels eines inhomogenen (z.B. statischen oder niederfrequenten) Magnetfelds (kann auch als drittes Magnetfeld oder magnetisches Störfeld bezeichnet werden) der Ort der präzedierenden Atomkerne ermittelt werden.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die spinpolarisierten Partikel (z.B. Protonen) durch ein Magnetfeld angeregt werden, z.B. phasensynchron. Durch die Anregung kann eine messbare Emission in Form eines magnetischen Wechselfeldes erzeugt werden, welche z.B. andauert, bis die Anregung abgeklungen ist. Die Anregung kann eine Spinpräzession der Partikel sein (und kann analog zur Larmorpräzession erfolgen). Sowohl zum Anregen der Partikel als auch zum Erfassen der Emission kann eine Resonanzbedingung erfüllt sein oder werden. Aufgrund der Resonanzbedingung kann mittels eines inhomogenen (z.B. statischen oder niederfrequenten) Magnetfelds (kann auch als drittes Magnetfeld oder magnetisches Störfeld bezeichnet werden) der Ort der präzedierenden Partikel ermittelt werden.
  • Einige Atomkerne (wie etwa die Wasserstoffkerne) des Materials, z.B. in dessen Molekülen, und/oder die Partikel können einen Eigendrehimpuls (kann auch als Spin bezeichnet werden) aufweisen, d.h. magnetisch sein. Eine Wechselwirkung des Spins mit dem statischen Magnetfeld kann eine longitudinale Magnetisierung (d.h. entlang der Feldrichtung des Magnetfelds) bewirken. Optional kann ein zusätzliches magnetisches (z.B. hochfrequentes) Wechselfeld (magnetisches Anregungsfeld) den Spin entlang der Feldrichtung des Magnetfelds auslenken (anschaulich kippen). Eine Wechselwirkung des Spins mit dem magnetischen Wechselfeld kann eine zumindest teilweise (teilweise oder vollständige) transversale Magnetisierung (d.h. quer zur Feldrichtung des Magnetfelds) bewirken. Das magnetische Wechselfeld kann beispielsweise eine Frequenz im Radiofrequenzbereich aufweisen.
  • Die transversale Magnetisierung kann um die Feldrichtung des Magnetfeldes präzedieren (Larmorpräzession), d.h. die Magnetisierungsrichtung kann rotieren. Diese Präzessionsbewegung der Magnetisierung kann in der Sensoranordnung (z.B. deren Spule) eine elektrische Spannung induzieren, welche erfasst werden kann. Die Amplitude der elektrischen Spannung kann proportional zur transversalen Magnetisierung sein.
  • Nach Abschalten des magnetischen Wechselfeldes kann die transversale Magnetisierung abnehmen, d.h. die Spins richten sich also wieder parallel zum statischen Magnetfeld aus. Diese sogenannte Relaxation kann eine charakteristische Relaxationszeit definieren. Die Relaxationszeit kann Rückschlüsse auf chemische Verbindungen und/oder die molekulare Umgebung ermöglichen, in der sich der präzedierende Spin befindet.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das magnetische Anregungsfeld mittels eines modulierten Partikelstrahls erzeugt werden. In dem Fall kann der Partikelstrahl eine Larmorpräzession des Materials anregen (anschaulich nur in der Umgebung des Partikelstrahls), welche erfasst werden kann. Auf Grundlage der räumlichen Verteilung der Larmorpräzession des Materials kann die räumliche Charakteristik des Partikelstrahls ermittelt werden. Anschaulich emittiert das Material nur in der Umgebung des Partikelstrahls.
  • Alternativ oder zusätzlich kann das statische Magnetfeld mit einem magnetischen Störfeld überlagert werden, welches mittels des Partikelstrahls erzeugt werden kann. Ferner kann ein extern erzeugtes Anregungsfeld eine Larmorpräzession des Materials anregen. Anschaulich wird in der Umgebung des Partikelstrahls die Larmorpräzession des Materials von dem magnetischen Störfeld gestört. Auf Grundlage der räumlichen Verteilung der Störung der Larmorpräzession des Materials kann die räumliche Charakteristik des Partikelstrahls ermittelt werden. Anschaulich wird die Larmorpräzession des Materials nur in der Umgebung des Partikelstrahls gestört.
  • Alternativ oder zusätzlich kann ein spinpolarisierter Partikelstrahl angeregt werden und dessen Emission erfasst werden. Anschaulich kann nur entlang des Partikelstrahls ein entsprechendes magnetisches Antwortfeld der Partikel entstehen.

Claims (13)

  1. Verfahren (200), aufweisend: • Erzeugen (201) eines Magnetfeldes in einem Bestrahlungsbereich, in dem ein Material angeordnet ist, wobei das Magnetfeld eine Larmorfrequenz des Materials definiert; • Bestrahlen (203) des Materials mittels eines Partikelstrahls, wobei der Partikelstrahl ein weiteres Magnetfeld erzeugt, welches das Magnetfeld überlagert; • Erfassen (205) einer Veränderung der Larmorfrequenz, welche durch das weitere Magnetfeld bewirkt wird, wobei das Erfassen der Veränderung der Larmorfrequenz phasenwinkelsensitiv erfolgt; und • Ermitteln (207) einer räumlichen Charakteristik des Partikelstrahls auf Grundlage der phasenwinkelsensitiv erfassten Veränderung der Larmorfrequenz.
  2. Verfahren (1500), aufweisend: • Erzeugen (1501) eines Magnetfeldes in einem Bestrahlungsbereich, in dem ein Material angeordnet ist, wobei das Magnetfeld eine Larmorfrequenz des Materials definiert; • Erzeugen (1503) eines Partikelstrahls, wobei der Partikelstrahl mehrere Pulse aufweist, deren Häufigkeit eine Frequenz des Partikelstrahls definiert, welche verschieden ist von der Larmorfrequenz; • Bestrahlen (1505) des Materials mittels des Partikelstrahls, wobei der Partikelstrahl ein weiteres Magnetfeld erzeugt, welches das Magnetfeld überlagert; • Modulieren (1507) des Partikelstrahls mit der Larmorfrequenz; • Erfassen (1509) einer Anregung des Materials, welche durch das weitere Magnetfeld bewirkt wird; und • Ermitteln (1511) einer räumlichen Charakteristik des Partikelstrahls auf Grundlage der Anregung.
  3. Verfahren (1500) gemäß Anspruch 2, wobei die Frequenz eine Umlauffrequenz ist, mit der der Partikelstrahl erzeugt wird.
  4. Verfahren (1500) gemäß Anspruch 2, wobei das Erzeugen des Partikelstrahls aufweist, den Partikelstrahl zum Bilden der mehreren Pulse mit der Frequenz auszublenden, und wobei das Ausblenden des Partikelstrahls und das Erfassen der Anregung abwechselnd erfolgen.
  5. Verfahren (1500) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei das Modulieren aufweist, eine Amplitude des Partikelstrahls mit der Larmorfrequenz zu variieren.
  6. Verfahren (100, 200, 1500) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die räumliche Charakteristik des Partikelstrahls eine räumliche Energieverteilung des Partikelstrahls repräsentiert.
  7. Verfahren (100, 200, 1500) gemäß Anspruch 6, wobei das Erfassen der Anregung aufweist einen DopplerEffekt des Partikelstrahls zu erfassen, und wobei die räumliche Energieverteilung des Partikelstrahls auf Grundlage des Doppler-Effekts ermittelt wird.
  8. Verfahren (100, 200, 1500) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, ferner aufweisend: Ermitteln einer räumlichen Charakteristik des Materials, welches in dem Bestrahlungsbereich angeordnet ist.
  9. Verfahren (100, 200, 1500) gemäß Anspruch 8, ferner aufweisend: Identifizieren eines Zielbereichs des Materials, welcher mittels des Partikelstrahls bestrahlt werden soll, auf Grundlage der räumlichen Charakteristik des Materials; und Bestrahlen des Zielbereichs mittels des Partikelstrahls.
  10. Verfahren (100, 200, 1500) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, ferner aufweisend: Erzeugen eines Satzes von ersten Bilddaten, welcher die räumliche Charakteristik des Partikelstrahls repräsentiert, und Erzeugen eines Satzes von zweiten Bilddaten, welcher eine räumliche Charakteristik des Materials in dem Bestrahlungsbereich repräsentiert; und Überlagern der ersten Bilddaten und der zweiten Bilddaten.
  11. Verfahren (100, 200, 1500) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, ferner aufweisend: Steuern und/oder Regeln des Partikelstrahls auf Grundlage der räumlichen Charakteristik des Partikelstrahls; und/oder Steuern und/oder Regeln des Materials auf Grundlage der räumlichen Charakteristik des Partikelstrahls.
  12. Verfahren (100, 200, 1500) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das Ermitteln der räumlichen Charakteristik des Partikelstrahls in Echtzeit erfolgt.
  13. Vorrichtung, aufweisend: • einen Bestrahlungsbereich; • eine Magnetanordnung zum Erzeugen eines Magnetfeldes in dem Bestrahlungsbereich; • eine Partikelstrahlkanone, welche zum Bestrahlen des Bestrahlungsbereichs mittels eines Partikelstrahls eingerichtet ist; • eine Sensoranordnung, welche zum Erfassen einer Anregung in dem Bestrahlungsbereich eingerichtet ist; • eine Auswerteeinheit, welche zum Ermitteln einer räumlichen Charakteristik des Partikelstrahls auf Grundlage der Anregung eingerichtet ist; und • eine Steuerung, welche zum Steuern und/oder Regeln der Magnetanordnung, der Partikelstrahlkanone, der Sensoranordnung und/oder der Auswerteeinheit eingerichtet ist, wenn die Steuerung ausgeführt wird, ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12 auszuführen.
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Wikipediartikel "Larmorpräzession" vom 08.01.2016

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