EP2453983A1 - Device and method for controlling an irradiation system - Google Patents

Device and method for controlling an irradiation system

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Publication number
EP2453983A1
EP2453983A1 EP10724865A EP10724865A EP2453983A1 EP 2453983 A1 EP2453983 A1 EP 2453983A1 EP 10724865 A EP10724865 A EP 10724865A EP 10724865 A EP10724865 A EP 10724865A EP 2453983 A1 EP2453983 A1 EP 2453983A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
image data
irradiation
evaluation
target volume
recorded
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP10724865A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Christoph Bert
Eike Rietzel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
GSI Helmholtzzentrum fuer Schwerionenforschung GmbH
Original Assignee
Siemens AG
GSI Helmholtzzentrum fuer Schwerionenforschung GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, GSI Helmholtzzentrum fuer Schwerionenforschung GmbH filed Critical Siemens AG
Publication of EP2453983A1 publication Critical patent/EP2453983A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00—Radiation therapy
    • A61N5/10—X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy
    • A61N5/1048—Monitoring, verifying, controlling systems and methods
    • A61N5/1049—Monitoring, verifying, controlling systems and methods for verifying the position of the patient with respect to the radiation beam
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
    • A61B6/54—Control of apparatus or devices for radiation diagnosis
    • A61B6/541—Control of apparatus or devices for radiation diagnosis involving acquisition triggered by a physiological signal
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    • A61N5/1048—Monitoring, verifying, controlling systems and methods
    • A61N5/1049—Monitoring, verifying, controlling systems and methods for verifying the position of the patient with respect to the radiation beam
    • A61N2005/1061—Monitoring, verifying, controlling systems and methods for verifying the position of the patient with respect to the radiation beam using an x-ray imaging system having a separate imaging source
    • A—HUMAN NECESSITIES
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    • A61N5/10—X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy
    • A61N2005/1085—X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy characterised by the type of particles applied to the patient
    • A61N2005/1087—Ions; Protons
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    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00—Radiation therapy
    • A61N5/10—X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy
    • A61N5/1048—Monitoring, verifying, controlling systems and methods
    • A61N5/1064—Monitoring, verifying, controlling systems and methods for adjusting radiation treatment in response to monitoring
    • A61N5/1065—Beam adjustment
    • A61N5/1067—Beam adjustment in real time, i.e. during treatment

Definitions

  • the invention relates to a device for controlling an irradiation system for irradiating a moving target volume and to a method for controlling an irradiation system for irradiating a moving target volume.
  • Such devices and methods serve to avoid false irradiation caused by movement of the target volume.
  • Particle therapy is an established procedure for the treatment of tissue, especially tumor diseases.
  • Irradiation methods such as those used in particle therapy, are also used in non-therapeutic areas. These include, for example, research work, for example on product development, in the context of particle therapy, which are performed on non-living phantoms or bodies, irradiation of materials, etc.
  • charged particles such as e.g. Protons or carbon ions or other ions accelerated to high energies, formed into a particle beam and passed through a high-energy beam transport system to one or more irradiation rooms.
  • the object to be irradiated is irradiated with a target volume with the particle beam.
  • the target volume to be irradiated moves.
  • a movement of the tumor to be irradiated can be caused.
  • Such a movement can, for example, also be modeled on the basis of model objects known as phantoms for research purposes.
  • a known way to deal with the movement of the target volume are irradiation methods, which are known by the term "gating". This is understood to mean that the movement of the target volume is monitored and the beam with which the irradiation of the target volume takes place is switched on or off depending on the monitoring. In this way it can be achieved that the beam is activated for irradiation only when the target volume is at the appropriate location.
  • Methods are known in which an external replacement motion signal is recorded that provides information about the state of motion of the target volume. For example, the movement of the abdominal wall can be measured and closed on the position of the internal target volume.
  • Target volume under light load of the patient and the irradiation system allowed.
  • the device according to the invention for controlling an irradiation system for irradiating a moving target volume comprises:
  • an evaluation device for evaluating a substitute movement signal, wherein the substitute movement signal is a signal which changes depending on the movement of the target volume
  • an imaging device for recording image data of the moving target volume with a control device for controlling the imaging device, wherein the control device is designed to activate or deactivate the imaging device depending on the evaluation of the substitute motion signal,
  • an image evaluation device for evaluating the image data recorded by the imaging device
  • an irradiation device with an irradiation control device, wherein the irradiation control device is designed to control the irradiation process in dependence on the evaluation of the image data and / or the substitute movement signal, in particular for activating or deactivating the irradiation device.
  • the invention is based on the recognition that the use of a replacement motion signal to control the irradiation facility is problematic, although the use of a replacement movement signal can be performed with comparatively simple and inexpensive means.
  • the replacement motion signal is a signal that indirectly characterizes the movement of the target volume, in contrast to imaging methods that directly map the target volume and thus can directly represent the movement or the position of the target volume.
  • the use of the replacement motion signal to control the irradiation system assumes that there is a correlation between the position of the target volume and the replacement motion signal.
  • this may result in the replacement motion signal incorrectly reflecting the movement of the target volume and the target volume not being irradiated at all.
  • a phase shift in the periodic change between inhalation and exhalation may occur between internal movement of the lung tumor and externally detected substitute size.
  • this means that the extreme positions of the target volume no longer correspond to the extremes of the externally detected substitute variable.
  • the invention is based on the finding that the use of an imaging device which continuously or quasi-continuously records image data of the moving target volume, on the one hand advantageous because this accurately reproduces the position of the target volume, but on the other hand incurred a variety of image data whose evaluation is expensive.
  • a continuous or quasi-continuous fluoroscopy of the patient with X-rays is associated with a high radiation exposure.
  • the imaging device can be an X-ray imaging device which transilluminates the target volume to be irradiated. With the imaging device can be obtained image data that correlate with the state of the target volume. It is not necessarily necessary to obtain images of the target volume from the image data. It may already be sufficient to use the image data without reconstruction of an image in order to obtain data on the state of the target volume, which are then used to control the irradiation process.
  • the present invention advantageously combines both methods.
  • the evaluation device evaluates the replacement movement signal. With the replacement motion signal, a reasonably good prediction can be made about the trajectory of the target volume.
  • the imaging device is triggered, so that the imaging device no longer continuously records image data, but only at certain times in the movement cycle of the target volume.
  • the image data in turn are now evaluated and the irradiation device is activated or deactivated based on this evaluation, for example. In this way, image data arrives during a movement cycle only at specific times, so that overall fewer image data have to be evaluated in order to control the irradiation.
  • the imaging device is active only at certain times in the movement cycle, so that for a patient less radiation exposure occurs.
  • the image data recorded with the imaging device can therefore be used in a gating process by activation or deactivation of the irradiation device for controlling the irradiation device.
  • image data (optionally together with the substitute motion signal) can also be used to control a tracing process and / or a rescanning process.
  • the beam tracks the movement of the target volume, which can be tracked, for example, using the recorded image data.
  • an irradiation dose is applied multiple times, so that any erroneous irradiations of the target volume are reduced by averaging out the multiply applied irradiation doses.
  • the individual rescanning passes, For example, their start times can be determined using the recorded image data.
  • the device also comprises a detection device for recording the substitute motion signal at a sampling rate of at least 10 Hz, in particular at least 30 or 100 Hz, up to a few kHz.
  • the replacement movement signal in particular an external replacement movement signal, can be recorded with various known, in particular external, sensors. Potential sensors that can be used to monitor respiratory motion, for example, are sensors for measuring respiratory temperature, respiratory flow, abdominal wall motion, or thorax movement. From the replacement motion signal can be closed only indirectly to the movement of the most internal target volume.
  • the image evaluation device is designed to perform a comparison of the recorded image data with further image data recorded at an earlier point in time.
  • the image evaluation device is preferably designed such that the image data are evaluated immediately after their acquisition. Based on the comparison with previously recorded image data, it can be comparatively easily determined what the actual position of the target volume at the time of recording the image data is and / or whether the position of the target volume corresponds to the expected position.
  • image data from a planning data set are suitable as possible further image data.
  • a DRR Digital Reconstruction Radiogram
  • a DRR Digital Reconstruction Radiogram
  • An adjustment can be done easily. It can also be a comparison of fluoroscopic image data to other planar images, For example, cuts are made by an associated magnetic resonance data set.
  • the comparison can be carried out, for example, with known image registration methods. These image registration methods can be used on fast computer systems, e.g. with fast GPUs, and are able to perform a comparison essentially in real time.
  • the comparison of the captured image data can be used to determine whether the irradiation device can be activated or not. If deviations from the planned internal anatomy are detected, the irradiation device will not be switched on.
  • the image evaluation device is designed to determine a difference between the recorded image data and the further image data.
  • the irradiation control device is designed such that the irradiation device is activated only when the determined difference lies below a threshold value.
  • the threshold for allowable deviations - or possibly also several threshold values - makes it possible to adapt the method flexibly, since an exact coincidence of the recorded image data with the further image data is usually not to be expected.
  • the irradiation control device may be designed such that a time window during which the irradiation device can be activated is changed and / or adjusted as a function of the evaluation of the image data.
  • the method according to the invention for controlling an irradiation system for irradiating a moving target volume comprises the following steps:
  • the replacement motion signal is a signal that varies in response to movement of the target volume
  • the replacement motion signal is recorded at a sampling rate of at least 10 Hz. This is usually possible without any problems, since the replacement motion signal is usually a simple signal, which allows a high sample rate.
  • the evaluation of the recorded image data can be performed by performing a comparison of the recorded image data with other image data recorded at an earlier time.
  • a difference can be determined, for example by subtraction.
  • the irradiation device can be activated. However, if the difference is above the threshold, activation of the irradiation device is prevented because then the risk of mistreatment is too great.
  • the evaluation of the image data can be used to modify the time window during which the irradiation device is activated, ie to influence a gating to be performed.
  • the method can be used in therapeutic treatments in which an actual irradiation of a human or animal body takes place.
  • the method can also be used as a non-therapeutic method, for example by merely simulating the irradiation or by irradiating objects other than a human or animal body, such as the irradiation of a phantom or the irradiation of materials in general.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a particle therapy system with various components for monitoring the movement of a target volume to be irradiated
  • FIGS. 2 to 6 each show a flow chart of various embodiments of the method according to the invention.
  • 1 shows a highly schematic representation of a structure of a particle therapy system 10.
  • the particle therapy system 10 is used for irradiating a body arranged on a positioning device with a jet of particles, which is referred to below as particle beam 12.
  • particle beam 12 a jet of particles
  • a tumor-damaged tissue of a patient can be irradiated with the particle beam 12 as target volume 14.
  • the irradiation of the water phantom can be carried out, for example, for purposes of checking and verifying irradiation parameters before and / or after irradiation of a patient. It is also intended, others Body, in particular experimental setups such as cell cultures or bacterial cultures for research purposes with the particle beam 12 to irradiate. In all cases, they can be moving bodies.
  • the target volume is usually not visible within a target object 18 and usually moves quasi-cyclically within the target object 18.
  • the particle therapy system 10 typically comprises a loading unit 16, e.g. a synchrotron, a cyclotron or other accelerator that provides a particle beam 12 with the energy necessary for irradiation.
  • the particles used are primarily particles such as, for example, protons, pions, helium ions, carbon ions or ions of other elements.
  • a particle beam 12 has a beam diameter of 3-10 mm half width.
  • isoenergy layers and target points are schematically indicated, which are scanned successively during the irradiation in a raster scan method.
  • a scanning method a raster scan method is preferably used in which the particle beam 12 is guided from target point to target point without inevitable disconnection during a transition from one target point to the next.
  • Other scanning methods can also be used.
  • Embodiments of the invention are applicable even to wholly other methods of irradiation, such as therapeutic X-ray irradiation, electron beam or particle beam irradiation involving passive beam application, i. Expansion of the particle beam 12 and shaping the same, be applied.
  • the particle beam 12 shown here is influenced in its lateral deflection by means of scan magnets 30, ie deflected in its position perpendicular to the beam path direction, also referred to as the x and y direction.
  • a detection device 32 is provided with which an external replacement movement signal can be recorded.
  • this may be a waist belt, from the elongation of a waveform can be recorded, the conclusion of the course of the respiratory cycle of a patient allows and thus indirectly to the position of a moving with the breathing tumor.
  • a fluoroscopy device is further provided, comprising a
  • Radiation source 20 and a radiation detector 22 which can make continuous or individual radiographs of the target volume 14.
  • the irradiation system 10 also has a sequence controller 36 and detectors 34 for monitoring the beam parameters.
  • the sequence control 36 ie the control system of the system, controls the individual components of the system, such as the accelerator 16, the scan magnets 30 and collects measurement data such as the data of the detectors 34 for monitoring the beam parameters.
  • the control is based on an irradiation plan 40, which is determined and provided by means of an irradiation planning device 38.
  • the sequence control 36 is in particular designed to switch the particle beam 12 on or off.
  • an evaluation device 46 is also integrated with which the substitute motion signal recorded with the detection device 32 can be evaluated.
  • the evaluation device 46 can determine a gating window, for example, by means of the substitute movement signal.
  • an image evaluation device 42 is integrated in the sequence control 36, with which the image data of the fluoroscopy device is evaluated and with other image data can be compared.
  • the control device 44 with which the fluoroscopy device is controlled, with which the recording of image data is thus initiated, is also integrated in the sequence controller 36.
  • Fig. 2 shows, by way of a schematic flow diagram, how the external replacement movement signal can be used to generate the imaging device, e.g. a fluoroscopy device.
  • a fluoroscopy dataset is prepared as a reference data record immediately before the beginning of an irradiation session with the fluoroscopy device, which completely maps an entire movement cycle of the target volume (step 50).
  • a comparison can be made with a planning dataset to match the movement cycle of the target volume as it was just prior to the start of irradiation with a movement cycle as it was in the planning.
  • the external replacement motion signal can be recorded.
  • a correlation between the substitute motion signal and the motion cycle can be determined or one already determined in the planning phase Correlation modified and adapted to the current situation.
  • the irradiation session is started (step 52).
  • a replacement motion signal is recorded (step 54).
  • the beginning of a gating window is determined, i. the time window during which, in principle, an irradiation of the target volume can take place (step 56).
  • this gating window lies in the movement cycle of the target volume is usually already determined during planning and can optionally be checked in step 50 and / or adapted to the current situation.
  • the beginning of the gating window does not yet trigger the turning on of the treatment beam. Instead, at the beginning of the gating window with the fluoroscopy device
  • Transmitted image that reflects the location of the target volume at the beginning of the gating window (step 58).
  • the fluoroscopic image is compared with the fluoroscopic data set immediately after acquisition, so that it can be determined whether the target volume is at the desired position in the movement cycle (step 60).
  • the treatment beam can be switched on (step 62). It is thus determined in this case that irradiation of the target volume can be performed with the required accuracy. However, if it is determined in the comparison that the target volume deviates too far from the ideal position, this indicates that the replacement motion signal can not be used to correctly determine the gating window. Thieves- Radiation may then be interrupted before there is a mis-irradiation of the target volume (step 64). Ideally, one or more thresholds are set for allowable deviations since an exact match of the image data to be compared is usually not expected.
  • the irradiation is interrupted (step 68). Alternatively, the irradiation is interrupted once the entire target volume has been irradiated.
  • step 70 another fluoroscopic image is taken at the end of the gating window (step 70), so that the location of the target volume can also be checked at the end of the gating window in comparison to the fluoroscopy dataset
  • Step 72 If this comparison is positive, the irradiation is continued, that is, the next gating window is detected and the algorithm described is repeated until the irradiation has either ended or been interrupted. If the comparison is negative, the irradiation session is interrupted (step 64).
  • Fig. 3 shows a schematic flow diagram of a slightly modified method.
  • the fluoroscopic image that was recorded at the beginning of a gating window is not compared to a reference shot, but to the previous fluoroscopic image that was recorded during the previous gating window (step 60 ').
  • the fluoroscopic image of the first gating window can be compared with a planning data record or with a reference fluoroscopic dataset as in FIG. 2.
  • step 72 is replaced by step 72 'so that the fluoroscopic image recorded at the end of the gating window is compared to a previous corresponding fluoroscopic image.
  • a gradual shift in the position of the target volume in comparison to the substitute motion signal that is to say a so-called drift
  • drift can be easily determined. For example, if a lung tumor is to be irradiated, it may happen that the tumor movement is drifting relative to the replacement motion signal, for example, caused by a gradual relaxation of the patient's musculature.
  • This drift of the tumor movement can now be detected, even without the fluoroscopy device being constantly active.
  • it can be checked whether the gradual change in tumor movement is still covered by the original planning, e.g. in terms of safety margins, overlap with organs to be preserved, etc.
  • Step 4 shows a slightly modified method compared to FIG.
  • one or more DRRs are generated before the start of the irradiation instead of the reference recording with the fluoroscopy device from the planning data set, usually a three- or four-dimensional CT data set, namely from a virtual direction corresponding to the image recording direction of the fluoroscopy device (Step
  • the fluoroscopic images recorded at the beginning of the gating window with the fluoroscopy device are then compared to or with the corresponding DRRs (step 60 "). The same applies to the transmitted image recorded at the end of the gating window (step 72 ").
  • a comparison of fluoroscopy image data to other planar recordings, for example, sections through an associated magnetic resonance dataset, can take place.
  • the described embodiments can also be combined with one another; for example, the different embodiments can alternate from gating window to garage door. ting windows, or in parallel using two evaluation computers, or serially per gating window.
  • Fig. 5 shows a further modification.
  • the comparison of a recorded fluoroscopic image of a further exposure described in the exemplary embodiments can also be designed in such a way that the recorded fluoroscopic image is compared with a plurality of images recorded at different times, for example with all previously recorded fluoroscopic images or with a plurality of DRRs (step 60 ''). 'and step 72' ''). In this way it can be detected in particular whether the gating window shifts. If such a drift has been detected, the gating window predefined in the irradiation planning can be actively adapted (step 64 '). This can be done, for example, by adjusting and shifting the trigger times of the external spare motion signal.
  • the fluoroscopic images recorded at the end of the gating windows offer the possibility of including the width of the gating window, i. the length of the respective irradiation windows to be adapted.
  • the beam on and off is triggered by the replacement motion signal, regardless of the current comparison of the fluoroscopic image (step 60 "").
  • the fluoroscopic images are used to check the validity, ie whether the existing gating window is still valid in comparison to the assumptions from the planning phase.
  • the next beam activations to be performed during the next gating window may then either be inhibited or the gating window adjusted (step 64 "").
  • the next gating window will be executed without modify the gating window or interrupt the irradiation.
  • the fluoroscopic images which are recorded at the end of the gating window step 72 "").
  • the fluoroscopy device upon detection of deviations, can be controlled so that continuous or at least several fluoroscopy images are performed, so that the gating window for the external movement detection can be redetermined based on the internal movement data of the target volume.

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Abstract

The invention relates to a device for controlling an irradiation system for irradiating a moved target volume. Said device comprises an evaluation device for evaluating a substitute movement signal; an imaging device for recording image data of the moving target volume, which is activated or deactivated by a control device according to the evaluation of the substitute movement signal; an image evaluation device for evaluating the image data recorded by the imaging device; and an irradiation device that is activated or deactivated by means of an irradiation control device according to the evaluation of the image data. The invention also relates to a method for controlling an irradiation system, carried out on such a device.

Description

Beschreibung description
Vorrichtung und Verfahren zur Steuerung einer Bestrahlungsanlage Device and method for controlling an irradiation system
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung einer Bestrahlungsanlage zum Bestrahlen eines bewegten Zielvolumens sowie ein Verfahren zur Steuerung einer Bestrahlungsanlage zur Bestrahlung eines sich bewegenden Zielvolumens. Derartige Vorrichtungen und Verfahren dienen zur Vermeidung von Fehlbestrahlungen, die durch eine Bewegung des Zielvolumens hervorgerufen werden. The invention relates to a device for controlling an irradiation system for irradiating a moving target volume and to a method for controlling an irradiation system for irradiating a moving target volume. Such devices and methods serve to avoid false irradiation caused by movement of the target volume.
Die Partikeltherapie ist ein etabliertes Verfahren zur Be- handlung von Gewebe, insbesondere von Tumorerkrankungen. Bestrahlungsverfahren, wie sie in der Partikeltherapie eingesetzt werden, finden jedoch auch in nicht-therapeutischen Gebieten Anwendung. Hierzu gehören beispielsweise Forschungsarbeiten, etwa zur Produktentwicklung, im Rahmen der Partikel- therapie, die an nicht-lebenden Phantomen oder Körpern durchgeführt werden, Bestrahlungen von Materialien, etc. Particle therapy is an established procedure for the treatment of tissue, especially tumor diseases. Irradiation methods, such as those used in particle therapy, are also used in non-therapeutic areas. These include, for example, research work, for example on product development, in the context of particle therapy, which are performed on non-living phantoms or bodies, irradiation of materials, etc.
Hierbei werden geladene Partikel wie z.B. Protonen oder Kohlenstoffionen oder andere Ionen auf hohe Energien beschleu- nigt, zu einem Partikelstrahl geformt und über ein Hochener- giestrahltransportsystem zu einem oder mehreren Bestrahlungsräumen geführt. In einem dieser Bestrahlungsräume wird das zu bestrahlende Objekt mit einem Zielvolumen mit dem Partikelstrahl bestrahlt. Here, charged particles such as e.g. Protons or carbon ions or other ions accelerated to high energies, formed into a particle beam and passed through a high-energy beam transport system to one or more irradiation rooms. In one of these irradiation rooms, the object to be irradiated is irradiated with a target volume with the particle beam.
Es kann dabei vorkommen, dass sich das zu bestrahlende Zielvolumen bewegt. Beispielsweise kann bei der Bestrahlung eines Patienten durch die Atembewegung eine Bewegung des zu bestrahlenden Tumors verursacht werden. Eine derartige Bewegung kann beispielsweise auch anhand von als Phantomen bezeichneten Modellobjekten für Forschungszwecke nachgebildet werden. Eine bekannte Möglichkeit, mit der Bewegung des Zielvolumens umzugehen, sind Bestrahlungsverfahren, die unter dem Begriff "Gating" bekannt sind. Hierunter wird verstanden, dass die Bewegung des Zielvolumens überwacht wird und der Strahl, mit dem die Bestrahlung des Zielvolumens erfolgt, abhängig von der Überwachung ein- bzw. ausgeschaltet wird. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass der Strahl nur dann zur Bestrahlung aktiviert wird, wenn sich das Zielvolumen an der passenden Stelle befindet. It may happen that the target volume to be irradiated moves. For example, during the irradiation of a patient by the respiratory movement, a movement of the tumor to be irradiated can be caused. Such a movement can, for example, also be modeled on the basis of model objects known as phantoms for research purposes. A known way to deal with the movement of the target volume, are irradiation methods, which are known by the term "gating". This is understood to mean that the movement of the target volume is monitored and the beam with which the irradiation of the target volume takes place is switched on or off depending on the monitoring. In this way it can be achieved that the beam is activated for irradiation only when the target volume is at the appropriate location.
Es sind Methoden bekannt, bei denen ein externes Ersatzbewegungssignal aufgezeichnet wird, das Aufschluss über den Bewegungszustand des Zielvolumens gibt. Beispielsweise kann die Bewegung der Bauchdecke gemessen werden und hierüber auf die Lage des intern liegenden Zielvolumens geschlossen werden. Methods are known in which an external replacement motion signal is recorded that provides information about the state of motion of the target volume. For example, the movement of the abdominal wall can be measured and closed on the position of the internal target volume.
Weiterhin sind Methoden bekannt, bei denen die tatsächliche Bewegung des Zielvolumens direkt überwacht wird, beispielsweise durch Röntgenaufnahmen, durch fluoroskopische Aufnah- men, Ultraschallbildgebung oder aktive, implantiere Transpon- der . Furthermore, methods are known in which the actual movement of the target volume is directly monitored, for example by X-ray recordings, by fluoroscopic recordings, ultrasound imaging or active, implanted transponders.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung bzw. ein Verfahren zur Steuerung einer Bestrahlungsanlage anzugeben, das eine genaue Anpassung der Bestrahlung an ein bewegtesIt is the object of the invention to provide a device or a method for controlling an irradiation system, which is a precise adaptation of the irradiation to a moving
Zielvolumen bei geringer Belastung des Patienten und der Bestrahlungsanlage erlaubt. Target volume under light load of the patient and the irradiation system allowed.
Die Aufgabe wird gelöst durch die unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Merkmale der abhängigen Ansprüche. The object is solved by the independent claims. Advantageous developments are the subject of the features of the dependent claims.
Die vorangehende und die folgende Beschreibung der einzelnen Merkmale bezieht sich sowohl auf die Vorrichtungskategorie als auch auf die Verfahrenskategorie, ohne dass dies im Einzelnen in jedem Fall explizit erwähnt ist; die dabei offenbarten Einzelmerkmale können auch in anderen als den gezeigten Kombinationen erfindungswesentlich sein. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Steuerung einer Bestrahlungsanlage zum Bestrahlen eines bewegten Zielvolumens um- fasst : The preceding and following description of the individual features relates both to the device category and to the process category, without this being explicitly mentioned in each case explicitly; The individual features disclosed in this case can also be essential to the invention in combinations other than those shown. The device according to the invention for controlling an irradiation system for irradiating a moving target volume comprises:
- eine Auswertungsvorrichtung zur Auswertung eines Ersatzbewegungssignal, wobei das Ersatzbewegungssignal ein sich abhängig von der Bewegung des Zielvolumens änderndes Signal ist, an evaluation device for evaluating a substitute movement signal, wherein the substitute movement signal is a signal which changes depending on the movement of the target volume,
- eine Bildgebungsvorrichtung zur Aufzeichnung von Bilddaten des sich bewegenden Zielvolumens mit einer Steuerungsvorrichtung zur Steuerung der Bildgebungsvorrichtung, wobei die Steuerungsvorrichtung ausgebildet ist zum Aktivieren bzw. Deaktivieren der Bildgebungsvorrichtung abhängig von der Auswertung des Ersatzbewegungssignals,  an imaging device for recording image data of the moving target volume with a control device for controlling the imaging device, wherein the control device is designed to activate or deactivate the imaging device depending on the evaluation of the substitute motion signal,
- eine Bildauswertungsvorrichtung zum Auswerten der von der Bildgebungsvorrichtung aufgezeichneten Bilddaten, an image evaluation device for evaluating the image data recorded by the imaging device,
- eine Bestrahlungsvorrichtung mit einer Bestrahlungsteuerungsvorrichtung, wobei die Bestrahlungsteuerungsvorrichtung ausgebildet ist zum Steuern des Bestrahlungsvorgangs in Abhängigkeit von der Auswertung der Bilddaten und/oder des Ersatzbewegungssignals, insbesondere zum Aktivieren bzw. Deaktivieren der Bestrahlungsvorrichtung.  an irradiation device with an irradiation control device, wherein the irradiation control device is designed to control the irradiation process in dependence on the evaluation of the image data and / or the substitute movement signal, in particular for activating or deactivating the irradiation device.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die Verwendung eines Ersatzbewegungssignals zur Steuerung der Bestrahlungsanlage problematisch ist, obwohl die Verwendung eines Ersatzbewegungssignals mit vergleichsweise einfachen und kostengünstigen Mitteln durchgeführt werden kann. Das Ersatzbewegungssignal ist dabei ein Signal, das die Bewegung des Zielvolumens indirekt kennzeichnet, im Gegensatz zu bildgebenden Verfahren, welche das Zielvolumen direkt abbilden und somit direkt die Bewegung oder die Lage des Zielvolumens darstellen können. Die Verwendung des Ersatzbewegungs- Signals zur Steuerung der Bestrahlungsanlage setzt jedoch voraus, das eine Korrelation zwischen der Position des Zielvolumens und dem Ersatzbewegungssignal vorliegt. Diese Korre- lation, die üblicherweise vor einer Bestrahlungssitzung bestimmt wird, kann sich jedoch im Laufe der Zeit ändern. The invention is based on the recognition that the use of a replacement motion signal to control the irradiation facility is problematic, although the use of a replacement movement signal can be performed with comparatively simple and inexpensive means. The replacement motion signal is a signal that indirectly characterizes the movement of the target volume, in contrast to imaging methods that directly map the target volume and thus can directly represent the movement or the position of the target volume. However, the use of the replacement motion signal to control the irradiation system assumes that there is a correlation between the position of the target volume and the replacement motion signal. These corrections However, lation, which is usually determined before an irradiation session, may change over time.
Wenn nun beispielsweise ein Gating-Verfahren anhand des Er- satzbewegungssignals durchgeführt wird, führt dies nur dann zu dem gewünschten Bestrahlungserfolg, wenn die Korrelation nach wie vor gilt. Wenn jedoch eine Änderung der Korrelation zwischen Ersatzbewegungssignal und Bewegung des Zielvolumens aufgetreten ist, kann dies dazu führen, dass die Dosis nicht wie geplant im Zielvolumen deponiert wird. If, for example, a gating process is carried out on the basis of the replacement movement signal, this will only lead to the desired irradiation success if the correlation still applies. However, if a change in the correlation between the replacement motion signal and movement of the target volume has occurred, this may result in the dose not being deposited in the target volume as planned.
Im schlimmsten Fall kann dies dazu führen, dass das Ersatzbewegungssignal die Bewegung des Zielvolumens falsch wiedergibt und dass das Zielvolumen gar nicht bestrahlt wird. Bei einer Bestrahlung eines Lungentumors kann beispielsweise zwischen interner Bewegung des Lungentumors und extern erfasster Ersatzgröße eine Phasenverschiebung im periodischen Wechsel zwischen Einatmung und Ausatmung auftreten. Anschaulich bedeutet dies, dass die Extrempositionen des Zielvolumens nicht mehr mit den Extrema der extern detektierten Ersatzgröße übereinstimmen . In the worst case, this may result in the replacement motion signal incorrectly reflecting the movement of the target volume and the target volume not being irradiated at all. In the case of irradiation of a lung tumor, for example, a phase shift in the periodic change between inhalation and exhalation may occur between internal movement of the lung tumor and externally detected substitute size. Illustratively, this means that the extreme positions of the target volume no longer correspond to the extremes of the externally detected substitute variable.
Weiterhin beruht die Erfindung auf der Erkenntnis, dass die Verwendung einer Bildgebungsvorrichtung, welche kontinuier- lieh oder quasi-kontinuierlich Bilddaten des sich bewegenden Zielvolumens aufzeichnet, einerseits vorteilhaft ist, da dies die Lage des Zielvolumens genau wiedergibt, dass andererseits aber eine Vielzahl von Bilddaten anfallen, deren Auswertung aufwändig ist. Zudem ist eine kontinuierliche oder quasi- kontinuierliche Durchleuchtung des Patienten mit Röntgenstrahlen mit einer hohen Strahlenbelastung verbunden. Furthermore, the invention is based on the finding that the use of an imaging device which continuously or quasi-continuously records image data of the moving target volume, on the one hand advantageous because this accurately reproduces the position of the target volume, but on the other hand incurred a variety of image data whose evaluation is expensive. In addition, a continuous or quasi-continuous fluoroscopy of the patient with X-rays is associated with a high radiation exposure.
Die Bildgebungsvorrichtung kann eine mit Röntgenstrahlen arbeitende Bildgebungsvorrichtung sein, welche das zu bestrah- lende Zielvolumen durchleuchtet. Mit der Bildgebungsvorrichtung lassen sich Bilddaten gewinnen, die mit dem Zustand des Zielvolumens korrelieren. Es ist dabei nicht zwangläufig notwendig, aus den Bilddaten Abbildungen des Zielvolumens zu er- zeugen, es kann bereits ausreichen, die Bilddaten ohne Rekonstruktion einer Abbildung zu verwenden, um Daten über den Zustand des Zielvolumens zu erhalten, die dann zur Steuerung des Bestrahlungsvorgangs verwendet werden. The imaging device can be an X-ray imaging device which transilluminates the target volume to be irradiated. With the imaging device can be obtained image data that correlate with the state of the target volume. It is not necessarily necessary to obtain images of the target volume from the image data. It may already be sufficient to use the image data without reconstruction of an image in order to obtain data on the state of the target volume, which are then used to control the irradiation process.
Die vorliegende Erfindung kombiniert beide Verfahren in vorteilhafter Weise. Die Auswertungsvorrichtung wertet das Ersatzbewegungssignal aus. Mit dem Ersatzbewegungssignal kann eine einigermaßen ausreichend gute Vorhersage über die Bewe- gungstraj ektorie des Zielvolumens erstellt werden. Auf Basis des Ersatzbewegungssignals wird die Bildgebungsvorrichtung getriggert, so dass die Bildgebungsvorrichtung nun nicht mehr kontinuierlich Bilddaten aufgezeichnet, sondern lediglich zu bestimmten Zeitpunkten im Bewegungszyklus des Zielvolumens. Die Bilddaten wiederum werden nun ausgewertet und die Bestrahlungsvorrichtung basierend auf dieser Auswertung beispielsweise aktiviert bzw. deaktiviert. Auf diese Weise fallen während eines Bewegungszyklus nur zu dezidierten Zeitpunkten Bilddaten an, so dass insgesamt weniger Bilddaten ausgewertet werden müssen, um die Bestrahlung zu steuern. Weiterhin ist die Bildgebungsvorrichtung nur zu bestimmten Zeitpunkten im Bewegungszyklus aktiv, so dass für einen Patienten insgesamt weniger Strahlenbelastung anfällt. Die mit der Bildgebungsvorrichtung aufgezeichneten Bilddaten können also bei einem Gating-Verfahren durch Aktivierung bzw. Deaktivierung der Bestrahlungsvorrichtung zur Steuerung der Bestrahlungsvorrichtung verwendet werden. Alternativ oder zusätzlich können Bilddaten (gegebenenfalls gemeinsam mit dem Ersatzbewegungssignal) auch dazu verwendet werden, ein Tra- cking-Verfahren und/oder ein Rescanning-Verfahren zu steuern. Bei einem Tracking-Verfahren wird der Strahl der Bewegung des Zielvolumens nachgeführt, die sich z.B. unter Verwendung der aufgezeichneten Bilddaten verfolgen lässt. Bei einem Rescan- ning-Verfahren wird eine Bestrahlungsdosis mehrfach appliziert, sodass etwaige Fehlbestrahlungen des Zielvolumens durch Ausmittelung der mehrfach applizierten Bestrahlungsdosen reduziert werden. Die einzelnen Rescanning-Durchgänge, z.B. deren Startzeitpunkte, können unter Verwendung der aufgezeichneten Bilddaten bestimmt werden. The present invention advantageously combines both methods. The evaluation device evaluates the replacement movement signal. With the replacement motion signal, a reasonably good prediction can be made about the trajectory of the target volume. On the basis of the substitute movement signal, the imaging device is triggered, so that the imaging device no longer continuously records image data, but only at certain times in the movement cycle of the target volume. The image data in turn are now evaluated and the irradiation device is activated or deactivated based on this evaluation, for example. In this way, image data arrives during a movement cycle only at specific times, so that overall fewer image data have to be evaluated in order to control the irradiation. Furthermore, the imaging device is active only at certain times in the movement cycle, so that for a patient less radiation exposure occurs. The image data recorded with the imaging device can therefore be used in a gating process by activation or deactivation of the irradiation device for controlling the irradiation device. Alternatively or additionally, image data (optionally together with the substitute motion signal) can also be used to control a tracing process and / or a rescanning process. In a tracking method, the beam tracks the movement of the target volume, which can be tracked, for example, using the recorded image data. In a resuscitation method, an irradiation dose is applied multiple times, so that any erroneous irradiations of the target volume are reduced by averaging out the multiply applied irradiation doses. The individual rescanning passes, For example, their start times can be determined using the recorded image data.
Vorteilhafterweise umfasst die Vorrichtung ebenso eine Detek- tionsvorrichtung zum Aufzeichnen des Ersatzbewegungssignals mit einer Abtastungsrate von mindestens 10 Hz, insbesondere mindestens 30 oder 100 Hz, bis hinzu einigen kHz. Je höher die Abtastungsrate ist, desto genauer kann das Ersatzbewegungssignal erfasst werden. Das Ersatzbewegungssignal, insbe- sondere ein externes Ersatzbewegungssignal, kann mit verschiedenen bekannten, insbesondere externen Sensoren aufgezeichnet werden. Mögliche Sensoren, mit denen beispielsweise eine Atembewegung überwacht werden kann, sind Sensoren zur Messung der Atemtemperatur, des Atemflusses, der Bewegung der Bauchdecke, oder der Bewegung des Brustkorbs. Aus dem Ersatzbewegungssignal kann lediglich indirekt auf die Bewegung des meist intern liegenden Zielvolumens geschlossen werden. Advantageously, the device also comprises a detection device for recording the substitute motion signal at a sampling rate of at least 10 Hz, in particular at least 30 or 100 Hz, up to a few kHz. The higher the sampling rate, the more accurate the replacement motion signal can be detected. The replacement movement signal, in particular an external replacement movement signal, can be recorded with various known, in particular external, sensors. Potential sensors that can be used to monitor respiratory motion, for example, are sensors for measuring respiratory temperature, respiratory flow, abdominal wall motion, or thorax movement. From the replacement motion signal can be closed only indirectly to the movement of the most internal target volume.
In vorteilhafter Weise ist die Bildauswertungsvorrichtung da- zu ausgebildet, einen Vergleich der aufgezeichneten Bilddaten mit weiteren, an einem früheren Zeitpunkt aufgezeichneten Bilddaten durchzuführen. Die Bildauswertungsvorrichtung ist bevorzugt derart ausgebildet, dass die Bilddaten unmittelbar nach ihrer Aufnahme ausgewertet werden. Anhand des Vergleichs mit zuvor aufgezeichneten Bilddaten kann vergleichsweise einfach festgestellt werden, wie die tatsächliche Lage des Zielvolumens zum Zeitpunkt der Aufzeichnung der Bilddaten ist und/oder ob die Lage des Zielvolumens der erwarteten Lage entspricht . Advantageously, the image evaluation device is designed to perform a comparison of the recorded image data with further image data recorded at an earlier point in time. The image evaluation device is preferably designed such that the image data are evaluated immediately after their acquisition. Based on the comparison with previously recorded image data, it can be comparatively easily determined what the actual position of the target volume at the time of recording the image data is and / or whether the position of the target volume corresponds to the expected position.
Als mögliche weitere Bilddaten eignen sich beispielsweise Bilddaten aus einem Planungsdatensatz. Beispielsweise kann aus einem Planungs-CT ein DRR (für engl.: "digital re- constructed radiogramm") erzeugt werden in derselben Orien- tierung, in der auch die Bildgebungsvorrichtung Durchleuchtungsbilddaten von dem Zielvolumen aufzeichnet. Ein Abgleich kann damit einfach erfolgen. Es kann auch ein Abgleich von Durchleuchtungsbilddaten zu sonstigen planaren Aufnahmen, beispielsweise Schnitte durch einen zugehörigen Magnetresonanz-Datensatz erfolgen. For example, image data from a planning data set are suitable as possible further image data. For example, from a scheduling CT, a DRR (Digital Reconstruction Radiogram) can be generated in the same orientation in which the imaging device also records fluoroscopic image data from the target volume. An adjustment can be done easily. It can also be a comparison of fluoroscopic image data to other planar images, For example, cuts are made by an associated magnetic resonance data set.
Es ist aber ebenso möglich die Referenzaufnahme mit derselben Bildgebungsvorrichtung durchzuführen, mit der dann auch die vom Ersatzbewegungssignal getriggerten Bilddaten aufgezeichnet werden. However, it is also possible to carry out the reference recording with the same imaging device, which then also records the image data triggered by the substitute motion signal.
Der Vergleich kann beispielsweise mit bekannten Methoden aus der Bildregistrierung durchgeführt werden. Diese Bildregistrierungsverfahren können auf schnellen Rechnersystemen, z.B. mit schnellen GPUs, ausgeführt werden und sind im Stande, einen Vergleich im Wesentlichen in Echtzeit durchzuführen. Der Vergleich der aufgenommenen Bilddaten kann dazu verwendet werden, festzustellen, ob die Bestrahlungsvorrichtung aktiviert werden kann oder nicht. Werden Abweichungen zur geplanten internen Anatomie festgestellt, so wird die Bestrahlungsvorrichtung nicht angeschaltet. The comparison can be carried out, for example, with known image registration methods. These image registration methods can be used on fast computer systems, e.g. with fast GPUs, and are able to perform a comparison essentially in real time. The comparison of the captured image data can be used to determine whether the irradiation device can be activated or not. If deviations from the planned internal anatomy are detected, the irradiation device will not be switched on.
In vorteilhafter Weise ist die Bildauswertungsvorrichtung dazu ausgebildet, einen Unterschied zwischen den aufgezeichneten Bilddaten und den weiteren Bilddaten zu ermitteln. Die Bestrahlungsteuerungsvorrichtung ist derart ausgebildet, dass die Bestrahlungsvorrichtung lediglich dann aktiviert wird, wenn der ermittelte Unterschied unterhalb eines Schwellenwertes liegt. Der Schwellenwert für zulässige Abweichungen - oder gegebenenfalls auch mehrere Schwellenwerte - erlaubt es, das Verfahren flexibel anzupassen, da eine exakte Überein- Stimmung der aufgezeichneten Bilddaten mit dem weiteren Bilddaten gewöhnlich nicht zu erwarten ist. Advantageously, the image evaluation device is designed to determine a difference between the recorded image data and the further image data. The irradiation control device is designed such that the irradiation device is activated only when the determined difference lies below a threshold value. The threshold for allowable deviations - or possibly also several threshold values - makes it possible to adapt the method flexibly, since an exact coincidence of the recorded image data with the further image data is usually not to be expected.
Die Bestrahlungsteuerungsvorrichtung kann derart ausgebildet sein, dass ein Zeitfenster, während dessen die Bestrahlungs- Vorrichtung aktivierbar ist, in Abhängigkeit von der Auswertung der Bilddaten geändert und/oder angepasst wird. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Steuerung einer Bestrahlungsanlage zur Bestrahlung eines sich bewegenden Zielvolumens umfasst folgende Schritte: The irradiation control device may be designed such that a time window during which the irradiation device can be activated is changed and / or adjusted as a function of the evaluation of the image data. The method according to the invention for controlling an irradiation system for irradiating a moving target volume comprises the following steps:
- Auswerten eines Ersatzbewegungssignals, wobei das Ersatzbe- wegungssignal ein sich abhängig von einer Bewegung des Zielvolumens änderndes Signal ist,  Evaluating a replacement motion signal, wherein the replacement motion signal is a signal that varies in response to movement of the target volume,
- abhängig von der Auswertung des Ersatzbewegungssignals Aufzeichnen von Bilddaten des sich bewegenden Zielvolumens, depending on the evaluation of the substitute motion signal, recording image data of the moving target volume,
- Auswerten der aufgezeichneten Bilddaten, - evaluating the recorded image data,
- Steuern des Bestrahlungsvorgangs abhängig von der Auswertung der aufgezeichneten Bilddaten Controlling the irradiation process depending on the evaluation of the recorded image data
In vorteilhafter Weise wird das Ersatzbewegungssignal mit einer Abtastungsrate von mindestens 10 Hz aufgezeichnet. Dies ist meist ohne Probleme möglich, da das Ersatzbewegungssignal üblicherweise ein einfaches Signal ist, welches eine hohe Samplerate erlaubt. Advantageously, the replacement motion signal is recorded at a sampling rate of at least 10 Hz. This is usually possible without any problems, since the replacement motion signal is usually a simple signal, which allows a high sample rate.
Das Auswerten der aufgezeichneten Bilddaten kann durchgeführt werden, indem ein Vergleich der aufgezeichneten Bilddaten mit weiteren, zu einem früheren Zeitpunkt aufgezeichneten Bilddaten durchgeführt wird. Bei dem Vergleich der aufgezeichneten Bilddaten mit den weiteren Bilddaten kann ein Unterschied ermittelt werden, beispielsweise durch Differenzbildung. The evaluation of the recorded image data can be performed by performing a comparison of the recorded image data with other image data recorded at an earlier time. When comparing the recorded image data with the further image data, a difference can be determined, for example by subtraction.
Sobald der ermittelte Unterschied unterhalb eines Schwellenwertes liegt, ist dies ein Hinweis darauf, dass eine angenommene Korrelation zwischen Ersatzbewegungssignal und tatsächlicher Bewegung des Zielvolumens noch gültig ist. In diesem Falle kann die Bestrahlungsvorrichtung aktiviert werden. Wenn der Unterschied jedoch oberhalb des Schwellenwertes liegt, wird eine Aktivierung der Bestrahlungsvorrichtung verhindert, da dann die Gefahr einer Fehlbestrahlung zu groß ist. Die Auswertung der Bilddaten kann dazu eingesetzt werden, dass Zeitfenster, während dessen die Bestrahlungsvorrichtung aktiviert wird, zu modifizieren, also Einfluss auf ein durchzuführendes "Gating" zu nehmen. Das Verfahren kann einerseits bei therapeutischen Behandlungen eingesetzt werden, bei denen eine tatsächliche Bestrahlung eines menschlichen oder tierischen Körpers stattfindet. Das Verfahren kann aber andererseits auch als nichttherapeutisches Verfahren eingesetzt werden, beispielsweise indem die Bestrahlung lediglich simuliert wird oder in dem eine Bestrahlung von anderen Gegenständen als einen menschlichen oder tierischen Körper durchgeführt wird, wie z.B. die Bestrahlung eines Phantoms oder die Bestrahlung von Materialien im Allgemeinen. Once the detected difference is below a threshold, this is an indication that an assumed correlation between the substitute motion signal and the actual movement of the target volume is still valid. In this case, the irradiation device can be activated. However, if the difference is above the threshold, activation of the irradiation device is prevented because then the risk of mistreatment is too great. The evaluation of the image data can be used to modify the time window during which the irradiation device is activated, ie to influence a gating to be performed. On the one hand, the method can be used in therapeutic treatments in which an actual irradiation of a human or animal body takes place. On the other hand, the method can also be used as a non-therapeutic method, for example by merely simulating the irradiation or by irradiating objects other than a human or animal body, such as the irradiation of a phantom or the irradiation of materials in general.
Ausführungsformen der Erfindung mit Weiterbildungen gemäß den Merkmalen der abhängigen Ansprüche werden anhand der folgen- den Zeichnung näher erläutert ohne jedoch darauf beschränkt zu sein. Es zeigen: Embodiments of the invention with developments according to the features of the dependent claims are explained in more detail with reference to the following drawing without, however, being limited thereto. Show it:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Partikeltherapieanlage mit verschiedenen Komponenten zur Überwachung der Be- wegung eines zu bestrahlenden Zielvolumens, und 1 shows a schematic representation of a particle therapy system with various components for monitoring the movement of a target volume to be irradiated, and
Fig. 2 bis Fig. 6 jeweils ein Ablaufdiagramm von verschiedenen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens. Fig. 1 zeigt in stark schematisierter Darstellung einen Aufbau einer Partikeltherapieanlage 10. Die Partikeltherapieanlage 10 wird zur Bestrahlung eines auf einer Positioniervorrichtung angeordneten Körpers mit einem Strahl aus Partikeln eingesetzt, der im Folgenden als Partikelstrahl 12 bezeichnet ist. Insbesondere kann als Zielvolumen 14 ein tumorerkranktes Gewebe eines Patienten mit dem Partikelstrahl 12 bestrahlt werden. Es ist ebenfalls vorgesehen, die Partikelstrahlanlage 10 zur Bestrahlung eines nicht-lebenden Körpers, insbesondere eines Wasserphantoms oder eines anderen Phantoms einzuset- zen. Die Bestrahlung des Wasserphantoms kann beispielsweise zu Zwecken der Überprüfung und Verifizierung von Bestrahlungsparametern vor und/oder nach einer erfolgten Bestrahlung eines Patienten erfolgen. Es ist aber auch vorgesehen, andere Körper, insbesondere Versuchsaufbauten wie beispielsweise Zellkulturen oder Bakterienkulturen zu Forschungszwecken mit dem Partikelstrahl 12 zu bestrahlen. In allen Fällen kann es sich um bewegte Körper handeln. Das Zielvolumen liegt übli- cherweise nicht sichtbar innerhalb eines Zielobjektes 18 und bewegt sich meist quasi-zyklisch innerhalb des Zielobjektes 18. FIGS. 2 to 6 each show a flow chart of various embodiments of the method according to the invention. 1 shows a highly schematic representation of a structure of a particle therapy system 10. The particle therapy system 10 is used for irradiating a body arranged on a positioning device with a jet of particles, which is referred to below as particle beam 12. In particular, a tumor-damaged tissue of a patient can be irradiated with the particle beam 12 as target volume 14. It is also provided to use the particle beam system 10 for irradiating a non-living body, in particular a water phantom or another phantom. The irradiation of the water phantom can be carried out, for example, for purposes of checking and verifying irradiation parameters before and / or after irradiation of a patient. It is also intended, others Body, in particular experimental setups such as cell cultures or bacterial cultures for research purposes with the particle beam 12 to irradiate. In all cases, they can be moving bodies. The target volume is usually not visible within a target object 18 and usually moves quasi-cyclically within the target object 18.
Die Partikeltherapieanlage 10 weist typischerweise eine Be- Schleunigereinheit 16 auf, z.B. ein Synchrotron, ein Zyklotron oder einen sonstigen Beschleuniger, der einen Partikelstrahl 12 mit der zur Bestrahlung notwendigen Energie bereitstellt. Als Partikel werden vornehmlich Teilchen wie beispielsweise Protonen, Pionen, Heliumionen, Kohlenstoffionen oder Ionen anderer Elemente eingesetzt. Typischerweise hat ein Partikelstrahl 12 einen Strahldurchmesser von 3-10 mm Halbwertsbreite . The particle therapy system 10 typically comprises a loading unit 16, e.g. a synchrotron, a cyclotron or other accelerator that provides a particle beam 12 with the energy necessary for irradiation. The particles used are primarily particles such as, for example, protons, pions, helium ions, carbon ions or ions of other elements. Typically, a particle beam 12 has a beam diameter of 3-10 mm half width.
In dem zu bestrahlenden Zielvolumen 14 sind Isoenergieschich- ten und Zielpunkte schematisiert angedeutet, welche bei der Bestrahlung in einem Rasterscan-Verfahren sukzessive abgescannt werden. Als Scanverfahren wird bevorzugt ein Rasterscan-Verfahren verwendet, bei dem der Partikelstrahl 12 von Zielpunkt zu Zielpunkt geführt wird ohne zwangsläufige Ab- Schaltung bei einem Übergang von einem Zielpunkt zum nächsten. Es können auch andere Scan-Verfahren eingesetzt werden. Ausführungsformen der Erfindung sind selbst bei gänzlich anderen Bestrahlungsverfahren anwendbar, wie beispielsweise bei der Bestrahlung mit therapeutischen Röntgenstrahlen, mit Elektronenstrahlen oder mit Partikelstrahlen, welche mit einer passiven Strahlapplikation, d.h. Aufweitung des Partikelstrahls 12 und Formung desselben, angewendet werden. In the target volume 14 to be irradiated, isoenergy layers and target points are schematically indicated, which are scanned successively during the irradiation in a raster scan method. As a scanning method, a raster scan method is preferably used in which the particle beam 12 is guided from target point to target point without inevitable disconnection during a transition from one target point to the next. Other scanning methods can also be used. Embodiments of the invention are applicable even to wholly other methods of irradiation, such as therapeutic X-ray irradiation, electron beam or particle beam irradiation involving passive beam application, i. Expansion of the particle beam 12 and shaping the same, be applied.
Der hier dargestellte Partikelstrahl 12 wird in seiner late- ralen Auslenkung mithilfe von Scan-Magneten 30 beeinflusst, d.h. in seiner Position senkrecht zu Strahlverlaufsrichtung, auch als x- und y-Richtung bezeichnet, abgelenkt. Zur Detektion der Bewegung des Zielvolumens 14 ist sowohl eine Detektionsvorrichtung 32 vorgesehen, mit der ein externes Ersatzbewegungssignal aufgezeichnet werden kann. Beispielsweise kann dies ein Bauchgurt sein, aus dessen Dehnung ein Signalverlauf aufgezeichnet werden kann, der Rückschluss auf den Verlauf des Atemzyklus eines Patienten erlaubt und damit indirekt auf die Position eines sich mit der Atmung bewegenden Tumors . Zur Detektion der Bewegung 24 des Zielvolumens 14 ist ferner eine Fluoroskopievorrichtung vorgesehen, umfassend eine The particle beam 12 shown here is influenced in its lateral deflection by means of scan magnets 30, ie deflected in its position perpendicular to the beam path direction, also referred to as the x and y direction. To detect the movement of the target volume 14, both a detection device 32 is provided with which an external replacement movement signal can be recorded. For example, this may be a waist belt, from the elongation of a waveform can be recorded, the conclusion of the course of the respiratory cycle of a patient allows and thus indirectly to the position of a moving with the breathing tumor. For detecting the movement 24 of the target volume 14, a fluoroscopy device is further provided, comprising a
Strahlenquelle 20 und einen Strahlendetektor 22, die kontinuierliche oder einzelne Röntgenaufnahmen des Zielvolumens 14 anfertigen kann. Radiation source 20 and a radiation detector 22, which can make continuous or individual radiographs of the target volume 14.
Die Bestrahlungsanlage 10 weist ferner eine Ablaufsteuerung 36 und Detektoren 34 zur Überwachung der Strahlparameter auf. Die Ablaufsteuerung 36, also das Kontrollsystem der Anlage, steuert die einzelnen Komponenten der Anlage, wie beispiels- weise den Beschleuniger 16, die Scan-Magnete 30 und sammelt Messdaten wie beispielsweise die Daten der Detektoren 34 zur Überwachung der Strahlparameter. Üblicherweise erfolgt die Steuerung basierend auf einem Bestrahlungsplan 40, der mit- hilfe einer Bestrahlungsplanungseinrichtung 38 ermittelt und bereitgestellt wird. Die Ablaufsteuerung 36 ist insbesondere dazu ausgebildet, den Partikelstrahl 12 an- bzw. auszuschalten . The irradiation system 10 also has a sequence controller 36 and detectors 34 for monitoring the beam parameters. The sequence control 36, ie the control system of the system, controls the individual components of the system, such as the accelerator 16, the scan magnets 30 and collects measurement data such as the data of the detectors 34 for monitoring the beam parameters. Usually, the control is based on an irradiation plan 40, which is determined and provided by means of an irradiation planning device 38. The sequence control 36 is in particular designed to switch the particle beam 12 on or off.
In der Ablaufsteuerung ist ferner eine Auswertungsvorrichtung 46 integriert, mit der das Ersatzbewegungssignal, das mit der Detektionsvorrichtung 32 aufgezeichnet wurde, ausgewertet werden kann. Die Auswertungsvorrichtung 46 kann beispielsweise mithilfe des Ersatzbewegungssignals ein Gating-Fenster ermittelt. In the sequence control, an evaluation device 46 is also integrated with which the substitute motion signal recorded with the detection device 32 can be evaluated. The evaluation device 46 can determine a gating window, for example, by means of the substitute movement signal.
Weiterhin ist in der Ablaufsteuerung 36 eine Bildauswertungsvorrichtung 42 integriert, mit der die Bilddaten der Fluoroskopievorrichtung ausgewertet und mit anderen Bilddaten verglichen werden können. In der Ablaufsteuerung 36 ist ferner die Steuerungsvorrichtung 44 integriert, mit der die FIu- oroskopievorrichtung gesteuert wird, mit der also die Aufzeichnung von Bilddaten veranlasst wird. Furthermore, an image evaluation device 42 is integrated in the sequence control 36, with which the image data of the fluoroscopy device is evaluated and with other image data can be compared. The control device 44, with which the fluoroscopy device is controlled, with which the recording of image data is thus initiated, is also integrated in the sequence controller 36.
In einer hier gezeigten Partikeltherapieanlage 10 können Ausführungsformen der Erfindung implementiert werden. Mögliche Ausführungsformen werden anhand der nachfolgenden Zeichnung näher erläutert. In a particle therapy system 10 shown here embodiments of the invention can be implemented. Possible embodiments will be explained in more detail with reference to the following drawing.
Fig. 2 zeigt anhand eines schematischen Ablaufdiagramms, wie das externe Ersatzbewegungssignal eingesetzt werden kann, um die Bildgebungsvorrichtung, z.B. eine Fluoroskopievorrich- tung, zu steuern. Fig. 2 shows, by way of a schematic flow diagram, how the external replacement movement signal can be used to generate the imaging device, e.g. a fluoroscopy device.
Diese Ausführungsform und nachfolgende Ausführungsformen werden anhand eines auf ein Gating-Verfahren bezogene Beispiele näher erläutert demonstriert. Andere Ausführungsformen des Verfahrens können sich jedoch in analoger Weise auf ein Tra- cking-Verfahren beziehen (Nachführen des Strahls der Bewegung des Zielvolumens) oder auf ein Rescanning-Verfahren (mehrfache Applikation der Bestrahlungsdosis unmittelbar hintereinander zur Reduktion etwaiger Fehlbestrahlungen des Zielvolumens durch Ausmittelung) . This embodiment and subsequent embodiments are demonstrated in more detail with reference to an example related to a gating method. However, other embodiments of the method may relate analogously to a tracing method (tracking the beam of the movement of the target volume) or to a rescanning method (multiple application of the irradiation dose immediately after one another to reduce any erroneous irradiation of the target volume by averaging).
In einem ersten Schritt wird unmittelbar vor Beginn einer Bestrahlungssitzung mit der Fluoroskopievorrichtung ein Fluo- roskopiedatensatz als Referenzdatensatz angefertigt, der einen gesamten Bewegungszyklus des Zielvolumens vollständig ab- bildet (Schritt 50) . Es kann ein Vergleich mit einem Planungsdatensatz stattfinden, um den Bewegungszyklus des Zielvolumens, wie er unmittelbar vor Bestrahlungsbeginn vorliegt, mit einem Bewegungszyklus abzugleichen, wie er bei der Planung vorgelegen hat. Parallel hierzu kann das externe Ersatz- bewegungssignal aufgezeichnet werden. Eine Korrelation zwischen dem Ersatzbewegungssignal und dem Bewegungszyklus kann ermittelt bzw. eine bereits in der Planungsphase ermittelte Korrelation modifiziert und an die aktuelle Situation ange- passt werden. In a first step, a fluoroscopy dataset is prepared as a reference data record immediately before the beginning of an irradiation session with the fluoroscopy device, which completely maps an entire movement cycle of the target volume (step 50). A comparison can be made with a planning dataset to match the movement cycle of the target volume as it was just prior to the start of irradiation with a movement cycle as it was in the planning. In parallel, the external replacement motion signal can be recorded. A correlation between the substitute motion signal and the motion cycle can be determined or one already determined in the planning phase Correlation modified and adapted to the current situation.
Anschließend wird die Bestrahlungssitzung gestartet (Schritt 52). Während der Bestrahlungssitzung wird ein Ersatzbewegungssignal aufgezeichnet (Schritt 54) . Aus dem Ersatzbewegungssignal wird der Beginn eines Gating-Fensters ermittelt, d.h. das Zeitfenster, während dem prinzipiell eine Bestrahlung des Zielvolumens erfolgen kann (Schritt 56) . An welcher Stelle dieses Gating-Fenster im Bewegungszyklus des Zielvolumens liegt, wird üblicherweise bereits während der Planung festgelegt und kann gegebenenfalls im Schritt 50 überprüft und/oder an die aktuelle Situation angepasst werden. Der Beginn des Gating-Fensters triggert noch nicht das Einschalten des Behandlungsstrahls. Stattdessen wird zu Beginn des Gating-Fensters mit der Fluoroskopievorrichtung ein Subsequently, the irradiation session is started (step 52). During the irradiation session, a replacement motion signal is recorded (step 54). From the replacement motion signal, the beginning of a gating window is determined, i. the time window during which, in principle, an irradiation of the target volume can take place (step 56). At which point this gating window lies in the movement cycle of the target volume is usually already determined during planning and can optionally be checked in step 50 and / or adapted to the current situation. The beginning of the gating window does not yet trigger the turning on of the treatment beam. Instead, at the beginning of the gating window with the fluoroscopy device
Durchleuchtungsbild aufgezeichnet, das die Lage des Zielvolumens zu Beginn des Gating-Fensters widerspiegelt (Schritt 58) . Transmitted image that reflects the location of the target volume at the beginning of the gating window (step 58).
Das Durchleuchtungsbild wird unmittelbar nach Aufnahme mit dem Fluoroskopiedatensatz verglichen, so dass festgestellt werden kann, ob sich das Zielvolumen an der gewünschten Posi- tion im Bewegungszyklus befindet (Schritt 60). The fluoroscopic image is compared with the fluoroscopic data set immediately after acquisition, so that it can be determined whether the target volume is at the desired position in the movement cycle (step 60).
Falls der Vergleich positiv ausfällt, d.h. falls sich das Zielvolumen in etwa an der Stelle befindet, an der es sich laut Annahme bei der Planung befinden soll, kann der Behand- lungsstrahl eingeschaltet werden (Schritt 62) . Es wird in diesem Fall also festgestellt, dass eine Bestrahlung des Zielvolumens mit der gebotenen Genauigkeit durchgeführt werden kann. Falls jedoch bei dem Vergleich festgestellt wird, dass das Zielvolumen zu weit von der Idealposition abweicht, deutet dies daraufhin, dass aus dem Ersatzbewegungssignal das Gating-Fenster nicht korrekt ermittelt werden kann. Die Be- Strahlung kann daraufhin unterbrochen werden, bevor es zu einer Fehlbestrahlung des Zielvolumens kommt (Schritt 64) . Idealerweise sind ein oder mehrere Schwellwerte für zulässige Abweichungen festgelegt, da eine exakte Übereinstimmung der zu vergleichenden Bilddaten gewöhnlich nicht zu erwarten ist. If the comparison is positive, ie if the target volume is approximately at the point where it is supposed to be at the planning stage, the treatment beam can be switched on (step 62). It is thus determined in this case that irradiation of the target volume can be performed with the required accuracy. However, if it is determined in the comparison that the target volume deviates too far from the ideal position, this indicates that the replacement motion signal can not be used to correctly determine the gating window. Thieves- Radiation may then be interrupted before there is a mis-irradiation of the target volume (step 64). Ideally, one or more thresholds are set for allowable deviations since an exact match of the image data to be compared is usually not expected.
Sobald das Ende des Gating-Fensters erreicht wird (Schritt 66) wird die Bestrahlung unterbrochen (Schritt 68). Alternativ wird die Bestrahlung unterbrochen, sobald das gesamte Zielvolumen bestrahlt worden ist. Once the end of the gating window is reached (step 66), the irradiation is interrupted (step 68). Alternatively, the irradiation is interrupted once the entire target volume has been irradiated.
Idealerweise wird am Ende des Gating-Fensters ein weiteres Durchleuchtungsbild angefertigt (Schritt 70), so dass die Lage des Zielvolumens im Vergleich zum Fluoroskopiedatensatz auch am Ende des Gating-Fensters kontrolliert werden kannIdeally, another fluoroscopic image is taken at the end of the gating window (step 70), so that the location of the target volume can also be checked at the end of the gating window in comparison to the fluoroscopy dataset
(Schritt 72) . Falls dieser Vergleich positiv ausfällt, wird die Bestrahlung fortgesetzt, d.h., es wird das nächste Ga- ting-Fenster ermittelt und der beschriebene Algorithmus wird solange wiederholt, bis die Bestrahlung entweder beendet oder unterbrochen worden ist. Falls der Vergleich negativ ausfällt, wird die Bestrahlungssitzung unterbrochen (Schritt 64) . (Step 72). If this comparison is positive, the irradiation is continued, that is, the next gating window is detected and the algorithm described is repeated until the irradiation has either ended or been interrupted. If the comparison is negative, the irradiation session is interrupted (step 64).
Fig. 3 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines leicht modifizierten Verfahrens. Fig. 3 shows a schematic flow diagram of a slightly modified method.
Bei dem modifizierten Verfahren wird das Durchleuchtungsbild, das zu Beginn eines Gating-Fensters aufgezeichnet worden ist, nicht mit einer Referenzaufnahme verglichen, sondern mit dem vorigen Durchleuchtungsbild, das während des vorhergehenden Gating-Fensters aufgezeichnet worden ist (Schritt 60'). Das Durchleuchtungsbild des ersten Gating-Fensters kann - falls gewünscht - mit einem Planungsdatensatz oder mit einem Refe- renz-Fluoroskopiedatensatz wie in Fig. 2 verglichen werden. Ebenfalls wird Schritt 72 durch Schritt 72' ersetzt, so dass das Durchleuchtungsbild, das am Ende des Gating-Fensters aufgezeichnet wird, mit einem früheren entsprechenden Durchleuchtungsbild verglichen wird. Durch den Vergleich der Durchleuchtungsbilder von Gating- Fenster zu Gating-Fenster kann eine graduelle Verschiebung der Lage des Zielvolumens im Vergleich zum Ersatzbewegungs- signal, also ein so genannter Drift, einfach festgestellt werden. Wenn beispielsweise ein Lungentumor bestrahlt werden soll, kann es geschehen, dass die Tumorbewegung die gegenüber dem Ersatzbewegungssignal eine Drift aufweist, beispielsweise verursacht durch eine graduell verlaufende Entspannung der Muskulatur des Patienten. In the modified method, the fluoroscopic image that was recorded at the beginning of a gating window is not compared to a reference shot, but to the previous fluoroscopic image that was recorded during the previous gating window (step 60 '). If desired, the fluoroscopic image of the first gating window can be compared with a planning data record or with a reference fluoroscopic dataset as in FIG. 2. Also, step 72 is replaced by step 72 'so that the fluoroscopic image recorded at the end of the gating window is compared to a previous corresponding fluoroscopic image. By comparing the fluoroscopic images of gating window to gating window, a gradual shift in the position of the target volume in comparison to the substitute motion signal, that is to say a so-called drift, can be easily determined. For example, if a lung tumor is to be irradiated, it may happen that the tumor movement is drifting relative to the replacement motion signal, for example, caused by a gradual relaxation of the patient's musculature.
Diese Drift der Tumorbewegung kann nun detektiert werden, auch ohne dass die Fluoroskopievorrichtung ständig aktiv ist. Parallel dazu kann überprüft werden, ob die graduelle Verän- derung der Tumorbewegung noch durch die ursprüngliche Planung abgedeckt ist, z.B. hinsichtlich Sicherheitssäume, Überlapp mit zu schonenden Organen, usw. This drift of the tumor movement can now be detected, even without the fluoroscopy device being constantly active. In parallel, it can be checked whether the gradual change in tumor movement is still covered by the original planning, e.g. in terms of safety margins, overlap with organs to be preserved, etc.
Fig. 4 zeigt ein im Vergleich zu Fig. 2 leicht modifiziertes Verfahren. Diesem Fall wird vor Beginn der Bestrahlung anstelle der Referenzaufnahme mit der Fluoroskopievorrichtung aus dem Planungsdatensatz, üblicherweise ein drei- oder vier- dimensionaler CT-Datensatz, ein oder mehrere DRRs generiert, und zwar aus einer virtuellen Richtung, die der Bildaufnahme- richtung der Fluoroskopievorrichtung entspricht (Schritt4 shows a slightly modified method compared to FIG. In this case, one or more DRRs are generated before the start of the irradiation instead of the reference recording with the fluoroscopy device from the planning data set, usually a three- or four-dimensional CT data set, namely from a virtual direction corresponding to the image recording direction of the fluoroscopy device (Step
50 ' ' ) . Die Durchleuchtungsbilder, die zu Beginn des Gating- Fensters mit der Fluoroskopievorrichtung aufgezeichnet werden, werden dann mit dem oder mit den entsprechenden DRRs verglichen (Schritt 60''). Das gleiche gilt für das Durch- leuchtungsbild, dass zum Ende des Gating-Fensters aufgezeichnet wird (Schritt 72''). Alternativ oder zusätzlich kann auch ein Abgleich von Durchleuchtungsbilddaten zu sonstigen plana- ren Aufnahmen, beispielsweise Schnitte durch einen zugehörigen Magnetresonanz-Datensatz erfolgen. 50 ''). The fluoroscopic images recorded at the beginning of the gating window with the fluoroscopy device are then compared to or with the corresponding DRRs (step 60 "). The same applies to the transmitted image recorded at the end of the gating window (step 72 "). Alternatively or additionally, a comparison of fluoroscopy image data to other planar recordings, for example, sections through an associated magnetic resonance dataset, can take place.
Die geschilderten Ausführungsformen können auch miteinander kombiniert werden, beispielsweise können die unterschiedlichen Ausführungsformen alternierend von Gating-Fenster zu Ga- ting-Fenster eingesetzt werden, oder parallel mithilfe von zwei Auswertungsrechnern, oder seriell pro Gating-Fenster . The described embodiments can also be combined with one another; for example, the different embodiments can alternate from gating window to garage door. ting windows, or in parallel using two evaluation computers, or serially per gating window.
Fig. 5 zeigt eine weitere Modifikation. Der in den Ausfüh- rungsbeispielen geschilderte Vergleich eines aufgezeichneten Durchleuchtungsbildes einer weiteren Aufnahme kann auch derart gestaltet werden, dass das aufgezeichneten Durchleuchtungsbild mit mehreren, zu unterschiedlichen Zeitpunkten aufgezeichneten Aufnahmen verglichen wird, beispielsweise mit allen zuvor aufgezeichneten Durchleuchtungsbildern oder mit mehreren DRRs (Schritt 60 ' ' ' und Schritt 72 ' ' ' ) . Auf diese Weise kann insbesondere detektiert werden, ob sich das Gating-Fenster verschiebt. Falls eine derartige Drift festgestellt wurde, kann das in der Bestrahlungsplanung vorgegebene Gating-Fenster aktiv an- gepasst werden (Schritt 64'). Dies kann beispielsweise erfolgen, indem die Triggerzeitpunkte des externen Ersatzbewegungssignals angepasst und verschoben werden. Dies bietet den Vorteil, dass die Bestrahlung nicht unterbrochen oder im schlechtesten Fall sogar abgebrochen werden muss. Die am Ende der Gating-Fenster aufgezeichneten Durchleuchtungsbilder bieten die Möglichkeit, auch die Breite des Gating-Fensters, d.h. die Länge der jeweiligen Bestrahlungsfenster, anzupas- sen. Fig. 5 shows a further modification. The comparison of a recorded fluoroscopic image of a further exposure described in the exemplary embodiments can also be designed in such a way that the recorded fluoroscopic image is compared with a plurality of images recorded at different times, for example with all previously recorded fluoroscopic images or with a plurality of DRRs (step 60 ''). 'and step 72' ''). In this way it can be detected in particular whether the gating window shifts. If such a drift has been detected, the gating window predefined in the irradiation planning can be actively adapted (step 64 '). This can be done, for example, by adjusting and shifting the trigger times of the external spare motion signal. This offers the advantage that the irradiation does not have to be interrupted or in the worst case even stopped. The fluoroscopic images recorded at the end of the gating windows offer the possibility of including the width of the gating window, i. the length of the respective irradiation windows to be adapted.
In einer anderen Ausführungsform (Fig. 6) wird das Ein- und Ausschalten des Strahls (Schritt 62) durch das Ersatzbewegungssignal getriggert, und zwar unabhängig vom jeweils aktu- eilen Vergleich des Durchleuchtungsbildes (Schritt 60 ''''). Die Durchleuchtungsbilder werden allerdings dazu verwendet, die Validität zu prüfen, d.h., ob das bestehende Gating- Fenster noch im Vergleich zu den Annahmen aus der Planungsphase gültig ist. Die nächsten, während der nächsten Gating- Fenster durchzuführenden Strahlaktivierungen können dann entweder unterbunden werden oder das Gating-Fenster angepasst werden (Schritt 64 ''''). Falls die Lage des Zielvolumens jedoch passt, wird das nächste Gating-Fenster ausgeführt, ohne das Gating-Fenster zu modifizieren oder die Bestrahlung zu unterbrechen. Gleiches gilt für die Durchleuchtungsbilder, welche am Ende Gating-Fensters aufgezeichnet werden (Schritt 72" ") . In another embodiment (Figure 6), the beam on and off (step 62) is triggered by the replacement motion signal, regardless of the current comparison of the fluoroscopic image (step 60 ""). However, the fluoroscopic images are used to check the validity, ie whether the existing gating window is still valid in comparison to the assumptions from the planning phase. The next beam activations to be performed during the next gating window may then either be inhibited or the gating window adjusted (step 64 ""). However, if the location of the target volume matches, the next gating window will be executed without modify the gating window or interrupt the irradiation. The same applies to the fluoroscopic images which are recorded at the end of the gating window (step 72 "").
In einer weiteren Ausgestaltung kann beim Feststellen von Abweichungen die Fluoroskopievorrichtung so gesteuert werden, dass kontinuierliche oder zumindest mehrere Fluoroskopieauf- nahmen durchgeführt werden, so dass das Gating-Fenster für die externe Bewegungsdetektion basierend auf dem internen Bewegungsdaten des Zielvolumens neu bestimmt werden kann. In a further embodiment, upon detection of deviations, the fluoroscopy device can be controlled so that continuous or at least several fluoroscopy images are performed, so that the gating window for the external movement detection can be redetermined based on the internal movement data of the target volume.
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
10 Partikeltherapieanlage 10 particle therapy system
12 Partikelstrahl  12 particle beam
14 Zielvolumen 14 target volume
16 Beschleunigereinheit  16 accelerator unit
18 Zielobjekt  18 target object
20 Strahlungsquelle  20 radiation source
22 Strahlungsdetektor  22 radiation detector
24 Bewegung 24 exercise
30 Scan-Magnete  30 scan magnets
32 Detektionsvorrichtung  32 detection device
34 Detektor  34 detector
36 Ablaufsteuerung  36 sequence control
38 Bestrahlungsplanungsvorrichtung38 irradiation planning device
40 Bestrahlungsplan 40 treatment plan
42 Bildauswertungsvorrichtung 42 image evaluation device
44 Steuerungsvorrichtung 44 control device
46 Auswertungsvorrichtung  46 evaluation device
50 - 72 jeweiliger Schritt 50 - 72 respectively step

Claims

Patentansprüche claims
1. Vorrichtung zur Steuerung einer Bestrahlungsanlage (10) zum Bestrahlen eines bewegten Zielvolumens (14), umfassend - eine Auswertungsvorrichtung (46) zur Auswertung eines Ersatzbewegungssignals, wobei das Ersatzbewegungssignal ein sich abhängig von der Bewegung des Zielvolumens (14) änderndes Signal ist, 1. A device for controlling an irradiation system (10) for irradiating a moving target volume (14), comprising - an evaluation device (46) for evaluating a substitute movement signal, wherein the substitute movement signal is a signal that changes depending on the movement of the target volume (14),
- eine Bildgebungsvorrichtung (20, 22) zur Aufzeichnung von Bilddaten des sich bewegenden Zielvolumens (14) mit einer - An imaging device (20, 22) for recording image data of the moving target volume (14) with a
Steuerungsvorrichtung (44) zur Steuerung der Bildgebungsvorrichtung (20, 22), wobei die Steuerungsvorrichtung (44) ausgebildet ist zum Aktivieren bzw. Deaktivieren der Bildgebungsvorrichtung (20, 22) abhängig von der Auswertung des Ersatzbewegungssignals, Control device (44) for controlling the imaging device (20, 22), wherein the control device (44) is designed to activate or deactivate the imaging device (20, 22) as a function of the evaluation of the substitute motion signal,
- eine Bildauswertungsvorrichtung (42) zur Auswertung der von der Bildgebungsvorrichtung (20, 22) aufgezeichneten Bilddaten,  an image evaluation device (42) for evaluating the image data recorded by the imaging device (20, 22),
- eine Bestrahlungsvorrichtung (10) mit einer Bestrahlungs- teuerungsvorrichtung (36) , wobei die Bestrahlungssteue- rungsvorrichtung (36) ausgebildet ist Steuern des Bestrahlungsvorgangs in Abhängigkeit von der Auswertung der Bilddaten und/oder des Ersatzbewegungssignals, insbesondere zum Aktivieren bzw. Deaktivieren der Bestrahlungsvorrich- tung (10) , .  an irradiation device having an irradiation control device, wherein the irradiation control device is designed to control the irradiation process as a function of the evaluation of the image data and / or the substitute movement signal, in particular for activating or deactivating the irradiation device (10),.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, weiterhin umfassend 2. Apparatus according to claim 1, further comprising
eine Detektionsvorrichtung (32) zum Aufzeichnen des Ersatzbewegungssignals mit einer Abtastungsrate von mindestens 10 Hz. a detection device (32) for recording the substitute motion signal at a sampling rate of at least 10 Hz.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei 3. Apparatus according to claim 1 or 2, wherein
die Bildauswertungsvorrichtung (42) ausgebildet ist für das Durchführen eines Vergleichs der aufgezeichneten Bilddaten mit weiteren, an einem früheren Zeitpunkt aufgezeichneten Bilddaten. the image evaluation device (42) is adapted to perform a comparison of the recorded image data with further image data recorded at an earlier time.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei 4. Apparatus according to claim 3, wherein
die Bildauswertungsvorrichtung (42) ausgebildet ist zum Ermitteln eines Unterschiedes der aufgezeichneten Bilddaten mit den weiteren Bilddaten und wobei die Bestrahlungsteuerungs- Vorrichtung (36) ausgebildet ist zum Aktivieren der Bestrahlungsvorrichtung (10) lediglich dann, wenn der ermittelte Unterschied unterhalb eines Schwellenwertes liegt. the image evaluation device (42) is adapted to determine a difference of the recorded image data with the further image data and wherein the irradiation control device (36) is adapted to activate the irradiation device (10) only when the detected difference is below a threshold value.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, wobei die Bildauswertungsvorrichtung (42) derart ausgebildet ist, dass als weitere Bilddaten Planungsbilddaten für den Vergleich verwendet werden. 5. Device according to one of claims 3 or 4, wherein the image evaluation device (42) is designed such that are used as further image data planning image data for the comparison.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die Bildauswertungsvorrichtung (42) derart ausgebildet ist, dass als weitere Bilddaten Bilddaten, welche mit der Bildgebungs- vorrichtung (20, 22) aufgezeichnet worden sind, für den Vergleich verwendet werden. 6. Device according to one of claims 3 to 5, wherein the image evaluation device (42) is designed such that as further image data image data which has been recorded with the imaging device (20, 22) are used for the comparison.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die7. Device according to one of claims 1 to 6, wherein the
Bestrahlungsteuerungsvorrichtung (36) ausgebildet ist zum Anpassen eines Zeitfensters, während dessen die Bestrahlungsvorrichtung (10) aktivierbar ist, in Anhängigkeit von der Auswertung der Bilddaten. Irradiation control device (36) is adapted to adjust a time window during which the irradiation device (10) is activatable, depending on the evaluation of the image data.
8. Verfahren zur Steuerung einer Bestrahlungsanlage (10) zur Bestrahlung eines sich bewegenden Zielvolumens (14) mit folgenden Schritten: 8. A method for controlling an irradiation system (10) for irradiating a moving target volume (14), comprising the following steps:
- Auswerten eines Ersatzbewegungssignals, wobei das Ersatzbe- wegungssignal ein sich abhängig von einer Bewegung des Evaluating a replacement motion signal, wherein the replacement motion signal depends on a movement of the
Zielvolumens (14) änderndes Signal ist, Target volume (14) is the changing signal
- abhängig von der Auswertung des Ersatzbewegungssignals Aufzeichnen von Bilddaten des sich bewegenden Zielvolumens (14),  depending on the evaluation of the substitute motion signal, recording image data of the moving target volume (14),
- Auswerten der aufgezeichneten Bilddaten, - evaluating the recorded image data,
- Steuern des Bestrahlungsvorgangs abhängig von der Auswertung der aufgezeichneten Bilddaten und/oder Steuern des Be- Strahlungsvorgangs abhängig von der Auswertung eines Er- satzbewegungssignaIs Controlling the irradiation process depending on the evaluation of the recorded image data and / or controlling the irradiation Radiation process dependent on the evaluation of a replacement movement signal
9. Verfahren nach Anspruch 8, zusätzlich umfassend: The method of claim 8, further comprising:
- Aufzeichnen und/oder Auswerten des Ersatzbewegungssignals mit einer Abtastungsrate von mindestens 10 Hz. Recording and / or evaluating the substitute motion signal with a sampling rate of at least 10 Hz.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei das Auswerten der aufgezeichneten Bilddaten durchgeführt wird, indem ein Ver- gleich der aufgezeichneten Bilddaten mit weiteren, zu einem früheren Zeitpunkt aufgezeichneten Bilddaten durchgeführt wird, insbesondere mit Bilddaten aus einem Planungsdatensatz. 10. The method according to claim 8, wherein the evaluation of the recorded image data is carried out by performing a comparison of the recorded image data with further image data recorded at an earlier time, in particular with image data from a planning data record.
11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei bei dem Vergleich der aufgezeichneten Bilddaten mit weiteren Bilddaten ein Unterschied ermittelt wird, und dass die Bestrahlungsvorrichtung (10) lediglich dann aktiviert wird, wenn der ermittelte Unterschied innerhalb eines Toleranzbereiches liegt. 11. The method of claim 10, wherein in the comparison of the recorded image data with further image data, a difference is determined, and that the irradiation device (10) is activated only when the determined difference is within a tolerance range.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei in Abhängigkeit von der Auswertung der Bilddaten ein Zeitfenster, während dessen die Bestrahlungsvorrichtung (10) aktiviert wird, modifiziert wird. 12. The method according to any one of claims 8 to 11, wherein depending on the evaluation of the image data, a time window during which the irradiation device (10) is activated, is modified.
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