WO2009149882A1 - Deposition einer solldosisverteilung in einem zyklisch bewegten zielgebiet - Google Patents

Deposition einer solldosisverteilung in einem zyklisch bewegten zielgebiet Download PDF

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WO2009149882A1
WO2009149882A1 PCT/EP2009/004096 EP2009004096W WO2009149882A1 WO 2009149882 A1 WO2009149882 A1 WO 2009149882A1 EP 2009004096 W EP2009004096 W EP 2009004096W WO 2009149882 A1 WO2009149882 A1 WO 2009149882A1
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irradiation
target
passes
movement
dose distribution
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PCT/EP2009/004096
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Christoph Bert
Eike Rietzel
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Gsi Helmholtzzentrum Für Schwerionenforschung Gmbh
Siemens Ag
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    • A61N5/1064—Monitoring, verifying, controlling systems and methods for adjusting radiation treatment in response to monitoring
    • A61N5/1065—Beam adjustment

Definitions

  • the present invention relates to a method and apparatus for depositing a target dose distribution in a cyclically moving target area by multiple irradiation with a halftone dot approaching beam, and to a method for determining control parameters for the apparatus.
  • the irradiation of a target area with a beam approaching different points is known per se.
  • beam scanning for example, in the irradiation of tumors, for example, particle beams, in particular with protons, ⁇ -particles and carbon nuclei, are used. Parts of the target area are approached sequentially with the beam (scanning).
  • Such particle beams are particularly advantageous for the irradiation of spatial target areas, since at their end they pass through a maximum in the energy deposition (Bragg peak). For example, even embedded spatial structures can be effectively irradiated without damaging the surrounding environment too much.
  • spatial target areas are irradiated in layers, whereby the penetration energy determining beam energy per layer is chosen to be constant (isoenergy layer).
  • the invention also relates to embodiments in which the beam is formed by electromagnetic waves. Furthermore, the invention basically also relates to embodiments for irradiating a flat target area.
  • the beam usually has a smaller cross section than the target area.
  • the beam travels several grid points in a target grid one behind the other.
  • the raster points approached one after the other are also called path (scanpath). If an overlap between the target grid and the target area encompasses the entire target area, the target area can be irradiated in total by successively approaching the grid points. In this respect, a subdivision of the target area into several grid points is also spoken of.
  • the measures described can be used in various scanning methods.
  • spot scanning method the particle beam dwells at each halftone dot for a predetermined time and / or deposits a predetermined number of particles at each halftone dot and is turned off while deflecting magnets, etc., are set to a next halftone dot.
  • the particle beam dwells at each raster point for a predetermined period of time, or deposits a predetermined number of particles at each raster point, but is not or not always turned off between raster points.
  • the halftone dots form continuous lines, thus forming continuous (or quasicontinuous) quantities, the number of which can be approximately infinitely infinite.
  • the particle beam is continuously deflected in a continuous scanning process, at least within a line or line in an isoenergy layer and sweeps over the halftone dots, without dwelling in individual locations.
  • a continuous scanning method can also be carried out in which the penetration depth of the particle beam is continuously modulated.
  • the path can run approximately within an isoenergetic layer by deflecting the beam only in its direction, ie laterally, or it can also run between isoenergetic layers, for example, by changing the energy of the beam.
  • a certain distribution of the dose that is to say a desired dose distribution, should be achieved via the target area.
  • the target dose distribution is quantified approximately as deposited energy per unit area or per unit volume.
  • An indication of a dose in joules per kilogram (Gray) is widespread.
  • multiple irradiation with a different points approaching beam is the target dose during a session in several, possibly separated by short breaks, scans (one behind the other) applied.
  • several of the grid points are irradiated sequentially.
  • the total dose per grid point to be applied for the session is divided among the individual passes, ie evenly distributed or possibly also with different weightings.
  • the target areas to be irradiated are not in motion relative to the irradiating device.
  • Cyclic movements include approximately periodic and deviating from a mathematically exact periodicity quasi-periodic movements. In particular, those movements that are temporarily in one phase are also considered cyclical.
  • the present invention has for its object to provide an advantageous method and an advantageous apparatus for depositing a target dose distribution in a cyclically moving target area by multiple irradiation with a grid point approaching beam, and a method for determining control parameters for the device.
  • This object is achieved by methods for depositing a desired dose distribution in a cyclically moving target area by multiple irradiation with a grid point of a target grid approaching beam in at least two passes, in which halftone dots are sequentially scanned in each of the passages. It is characterized by the steps of: setting a maximum tolerated local deviation from the target dose distribution, desynchronizing the course of the irradiation and the cyclic movement of the target area, and dividing the irradiation of the target area in a sufficient number of passes, so that local deviations from the target dose distribution at most the maximum tolerated deviation from the target dose distribution.
  • the invention is based on the finding that the timing of the irradiation, in particular the approach of the screen dots, and the cyclic movement can interact with one another in such a way that such local incorrect metering can occur.
  • local deviations from the target dosage can arise or be intensified by an interference or synchronization between the course of the irradiation and the cyclical movement of the target area.
  • the path of the beam may be temporarily moved in unison with the moving target area, resulting in an overdose, or at times in the opposite direction, resulting in underdosing.
  • synchronization also refers to a temporal consequences in the sense of repeating a misdosing in different passes at the same location or in the same region of the destination area.
  • the invention is based on the idea that deviations from the desired dosage can be reduced by desynchronization, it is also possible to say decoupling, the course of the irradiation and the course of the cyclical movement. Due to the desynchronization, the occurrence of a synchronization is disturbed or even prevented; Thus, local incorrect dosages can be kept comparatively small, for example by statistical means over the passages or by targeted counteracting.
  • the maximum tolerable deviation from the target dose distribution is determined. This can vary from application to application and is determined empirically or based on model calculations (see below); the corresponding information can be stored in a table in the memory of a controlling computer (see below). In particular, in patient treatments, the consideration of the target dose may also represent the biologically effective dose. It is not necessary to specify the tolerable deviation for each irradiation. The information does not have to be expressed explicitly quantitatively; it is sufficient if, for example, the method is configured or the parameters determining the method are selected such that the deviations from the desired dose distribution are smaller than, for example, in previous cases, empirical studies, reference cases or in model calculations; the determination can therefore also be made by the specific design of the process.
  • the "setting" can also be implemented by "laying out” the irradiation device to fall below a maximum tolerated error.
  • a maximum tolerated error Preferably, local deviations from the target dose distribution amount to a maximum of 30%. Increasingly preferred are deviations of at most 20%, 10%, 5% or even only 2% in the order given. In principle, it is also possible to determine the incorrect dosage online in order to adjust the parameters for the irradiation procedure during the irradiation.
  • Desynchronization of the multiple irradiation and cyclic motion can be achieved by various means. Such measures may be based, for example, on the recruitment and / or modification of:
  • Path of the beam in the target area in particular within layers or volumes within a correspondingly divided target area.
  • the irradiation is divided into so many passes that local deviations from the target dose distribution correspond at most to the above deviations.
  • the larger the number of passes the less the result of a wrong dosage resulting from a single pass on the total dose distribution. Wrong dosages of individual passes can be compensated or compensated.
  • experiments or model calculations may be carried out in advance in order to determine the sufficient number of passes.
  • Such experiments are usually carried out on so-called phantoms, for example based on a body of Plexiglas or water; the results obtained on a phantom allow conclusions to be drawn on the irradiation parameters to be used for other purposes, in particular the number of passes.
  • model calculations for individual or groups of patients can also be carried out.
  • the interaction between a halftone dot approaching beam and a cyclic movement of the target can also be better understood, thus contributing to the improvement of methods and apparatus for such multiple exposure;
  • the parameters determining the multiple irradiation can also be checked or adjusted.
  • the irradiation of organic material in general, especially of cells, or the irradiation of inorganic materials, such as plastics relevant.
  • the invention may also contribute to the study of material properties; For example, the above-mentioned phantoms can be studied and improved. It is advisable to check or determine the irradiation parameters with the help of such phantoms and possibly embedded detectors.
  • At least one property of the multiple irradiation depends on at least one property of the cyclic movement.
  • the parameters determining the multiple irradiation can be adapted to the properties characterizing the cyclic movement.
  • a property of the movement of an organ such as the respiratory movement of the lungs and the surrounding organs of a person, can be converted into a signal and fed to a control device for controlling the multiple irradiation.
  • the multiple exposure may depend on the average cycle time or the mean amplitude of the movement.
  • the properties of the irradiation can be matched to the cycle duration or the current phase.
  • the starting times of the individual passes can be distributed approximately
  • They can be selected, for example, so that irradiation takes place above all, in particular more frequently, in a state of the object to be irradiated, in which the cyclic movement is stronger or weaker than in another state (see below).
  • Such a state of the target to be irradiated or a property of the cyclic movement can be converted into a signal which can be used for controlling the starting times, for example of the individual passes. These starting times can be distributed approximately evenly or randomly.
  • the signal can be determined several times or continuously during the cyclic movement (online). However, the signal can also be monitored and / or determined within the scope of a planning phase prior to the actual irradiation, and from this a specific movement, such as a patient-specific organ movement, can be derived.
  • a signal which also influences the cyclic movement may be specified.
  • a person to be irradiated may be instructed with a signal to keep their breathing cycle constant or to make a change in breathing. So this person can be given about when to inhale and when to exhale.
  • the choice of the properties of the irradiation depends on the signal and thus indirectly on the properties of the cyclic motion.
  • a multiple irradiation determining parameter is changed during the multiple irradiation. This can be done on a regular basis; Preferably, this happens at random times.
  • the jet velocity and / or beam intensity applied during a pass can be changed.
  • pause times between individual passes can also be varied or else the path of the beam can be varied during a multiple irradiation session.
  • Such a change may occur, for example, during a radiotherapy session, from session to session, or during a multi-session session, from session to session; in the latter case, in particular, the deposited radiation dose and the number of passes per session can be changed.
  • Preference is given to a change within the session.
  • at least a portion of the halftone dots in different passes is specifically approached in different phases of the cyclical movement with the beam. This can be achieved, for example, by the targeted start of different passes in different phases of the cyclic movement.
  • An incorrect dosage given in one of the phases will be at least partially corrected by irradiation in the other phases. It is particularly preferred to start at least 50%, better still 80%, even better, 90% of the passes in different phases of the cyclic movement.
  • the cyclic movement is preferably monitored, in particular the movement period or phase determined several times or continuously.
  • Periodic movements are assigned a unique period, or period for short. In quasi-periodic movements, at least approximately one period can be specified, for example a middle period over several cycles or even a typical period. If a cyclical movement deviates from a periodic movement, for instance motionless, time segments, then such a movement can be assigned, at least temporarily, approximately one period, for example by evaluating certain time segments.
  • a system-specific or person-specific time can be used.
  • the respiratory period of an adult human at rest is typically about four seconds.
  • values greater than 100%, for example 140% of the mean measured or empirical or person-specific period is used.
  • the period before and / or during irradiation is determined, if appropriate, approximately, and at least a portion of the passageways are spread over a time which is between 50% and 140%, more preferably between 75% and 140% of the determined period equivalent. Other times from 50% or 75% may be beneficial; as well as times up to 100%.
  • all passes are distributed over the specified time intervals or the selected time interval. A distribution over at least two cycles or over another selectable, possibly also longer, time may be advantageous. This ensures distribution over different phases.
  • the passages can also be randomly distributed. Two important parameters that determine the distribution of passes over time are the number of passes and the start times of the passes. In particular, it is preferred, as already mentioned, to distribute the starting times of the passages uniformly or randomly over time.
  • the movement period before the start of the irradiation is particularly simple in terms of apparatus.
  • measures are also taken to keep the period of the cyclic movement during the irradiation at least approximately constant. For example, if a person is irradiated, they may try to keep their respiratory motion constant. The success of such efforts can be improved by preparatory measures such as breath coaching.
  • the patient can specify a desired trajectory, for example via a monitor.
  • the period may preferably be determined multiple times or continuously by monitoring the movement during the irradiation.
  • irradiation parameters such as the number or start times of the passageways, may be adjusted to a period changing during the irradiation.
  • the period is continuously monitored and determined, allowing rapid adaptation of the irradiation parameters.
  • the target area can be turned off in the monitoring of the breathing movement of a person on the raising and lowering of the chest, which is easily feasible metrologically. It is also possible to directly measure the movement of the target area, for example by continuous X-ray images recorded at intervals or similar measuring methods that can detect internal movements. It is basically also advantageous to predict the future movement on the basis of the determined period or the observed movement; Thus, radiation parameters can also be adjusted with a view to the future.
  • the cyclic motion can be monitored as shown above. It is preferable to stop the irradiation when the movement is rested for more than 50% of the movement period, because when the movement is at rest, it is not averaged over different states of motion. Even short periods of rest compared to the time of irradiation can already result in increased incorrect dosage. It can be turned off, for example, to a current estimate or approximation of the period of motion before resting the movement. It is increasingly preferred to stop the radiation already when the movement is at rest for more than 30%, 20% or even only 10% of the movement period. It is advantageous if this results in a distribution of the passages over several or even many cycles.
  • a desynchronization of the sequence of irradiation from the cyclical movement can also be achieved by the fact that the beam approaching the halftone dots does not "see" the cyclical movement of the target area at all.
  • the irradiation can take place within these time periods.
  • the total cyclically moving target area is virtually stationary within these periods. This results in a reduction of the interaction between multiple irradiation and the movement and additionally a reduction of the movement during the irradiation.
  • the sequence of starting the halftone dots within the target grid, ie the path is changed from one of the passes to another of the passes.
  • the path is changed from one passage to another. This is preferred for area as well as spatial target areas as well as for both stratified and volumetric approach. Even if there should be a synchronization between the movement and the starting of the runs, different local incorrect dosages result, which can be compensated or compensated again.
  • the cyclical movement can be influenced, which may be the case, for example, with the breathing movement of a person
  • desynchronization can also be achieved by influencing the cyclical movement.
  • the duration of the cycle can be changed regularly or randomly, or the cyclic movement can rest in certain time periods or start at selected, approximately evenly distributed or even random times.
  • information about the cyclic movement is preferably given via a communication device.
  • This information can be used to influence the cyclic motion as shown above. For example, a person may be prompted via the message facility at regular or randomly spaced intervals to change their respiratory period. Particularly suitable here is audio-visual feedback.
  • the irradiation incl. All passes can be designed so that the target dose results for a certain movement. With the help of the message device, this particular movement can also be specified.
  • each of the passes is started with a time delay of random duration after each preceding passage.
  • each of the passes is started with a time delay of random duration.
  • Even such random time delays can cause a desynchronization, since the passes are not repeated with an identical time interval, ie periodically. The formation of a synchronization is disturbed accordingly.
  • Each exactly the same random Time delays with respect to the movement are unlikely.
  • the random time delays are chosen so that the passes are spread over one, possibly variable, time. By way of example, this time can correspond to 50% better 100% or even 150% of the period so that, for example, at 100% it is ensured that a passage has taken place for all phases of the movement. But even a distribution over at least two cycles or another selectable longer time can be useful.
  • the method can, as already mentioned above, in particular also advantageously with a spatial target area, so a target volume, are used.
  • the desired dose distribution is then correspondingly a spatial distribution;
  • the target grid is then spatially designed.
  • particle beams are particularly advantageous in spatial target areas.
  • a first partial volume of the target volume is irradiated in more passes than a second partial volume.
  • more than two partial volumes are irradiated, each with different number of passes.
  • the occupation of individual halftone dots, each with different number of passes, for example from halftone dot to halftone dot, can also be advantageous; In this case, the halftone dots can also lie within a layer or within a partial volume.
  • Pre-irradiation to occupy distal sub-volumes or layers or grid points with more passes than proximal sub-volumes.
  • a subdivision may be useful in which partial volumes / layers / halftone dots are successively occupied from distal to proximal with fewer passes.
  • a target volume, or the associated spatial target grid are often irradiated in layers. It is advantageous here to carry out the beginning of the irradiation for at least a part of the layers within a passage after a random time delay. It is even better to start irradiating all layers within a pass after a random time delay; ideally, this will be done in all passes. Thus, an unfavorable synchronization between the passes in successive layers of the volume is made more difficult.
  • the random time delays between the start of irradiation of individual layers also assist in desynchronizing the process of total irradiation from cyclic motion.
  • each delay corresponds to a phase difference with respect to the cyclic movement, so that a compensation of the influence of the layers on the deposited dose over the phases of the movement is also supported.
  • the passages have different durations of random length, which desynchronizes, as with the random time delays between passes. Each exactly the same random time delays in motion are extremely unlikely.
  • the path is changed from a first of the layers to a second of the layers. More preferably, the path is changed from layer to layer, ideally every time the layer is changed. Even if there is a synchronization between movement and passes per layer, this results in each other interaction patterns that lead to an averaging. If the target volume is not scanned in layers but along a volumetric rescanning or depth scanning path, it is also preferable to change the path from one passage to another.
  • a desynchronization according to the invention can also be achieved by a modulation of the jet velocity, which is preferably realized with a modulation of the intensity of the jet.
  • the higher the intensity of the jet the higher the jet velocity can be chosen. If the jet velocity varies, delays and accelerations are incorporated into the irradiation of the layers or into the sequence of the passages, which basically have the same effect, such as a variation of the start times of layers or passages. A change in the motion parameters synchronously with the change in intensity is extremely unlikely, which in turn affects in particular an averaging over incorrect dosages.
  • the period can be determined and possibly also predicted as described above, in order to adjust the scanning speed by adjusting the beam intensity such that the passages are distributed over one of the abovementioned times.
  • the intensity of the beam may be changed during extraction from an accelerator, such as a synchrotron or a cyclotron.
  • this intensity change is tuned with the other irradiation parameters; for example, it may be aimed not to deviate from the dose to be deposited for the halftone dots.
  • it is also a random modulation of the beam intensity to influence the speed at which the grid points are approached.
  • the scanning speed (depth scanning or volumetric scanning) can be adjusted for example by an absorber pair or a modulator wheel.
  • a target volume can also be approached both in layers and volumetrically, for example successively, alternately or else in combination.
  • the target volume can first be irradiated several times volumetrically and then several times in layers.
  • the irradiation may be distributed over several sessions (also called fractionated irradiation);
  • the total desired dose distribution should not result within one session, but after all sessions have been completed. The result is an averaging of incorrect dosages over several sessions.
  • the embodiment of the multiple irradiation can also be changed from session to session;
  • One pass of a multiple irradiation corresponds in extreme cases to a single irradiation during a session.
  • Particularly preferred is the application of the method to a single, in particular to each individual session, in which a multiple irradiation is performed during this single session, ie at least a portion of the points is approached several times.
  • the invention further relates to an irradiation device for depositing a target dose distribution in a cyclically moving target area by multiple irradiation with a beam generating device and a control device, which steel generating device and control device are adapted to approach with a beam halftone dots of a target grid in at least two passes, wherein in each of the passages halftone dots be approached consecutively.
  • the irradiation device is characterized in that it comprises a determination unit, via which the maximum tolerated local deviation from the target dose distribution is determined, the control device is designed to desynchronize the course of the irradiation and the cyclical movement of the target area and to divide the irradiation of the target area allowed in a sufficient number of passes, so that local deviations from the target dose distribution at most the maximum tolerated deviation from the target dose distribution correspond.
  • a beam generating devices is about an accelerator, in particular a synchrotron or a cyclotron into consideration.
  • the control device is designed to determine the course of the irradiation and can also act as a fixing unit.
  • the computer may comprise, for example, the definition unit, for example in such a way that the programming of the computer is based on the maximum tolerated deviation from the nominal dose distribution, in particular is explicitly stored or coded.
  • the irradiation device is also designed to carry out the method according to the invention in all preferred embodiments.
  • the invention also relates to a method for determining control parameters for the above irradiation device for carrying out the method for depositing a target dose distribution in a 2yclically moving target area, also in all preferred embodiments, by multiple irradiation with a grid point of a target grid approaching beam in at least two passes, in which grid points are approached consecutively in each of the passages.
  • This parameter determination method is characterized by the steps of: determining the maximum tolerated local deviation from the target dose distribution, determining the procedure for the desynchronization of the course of the irradiation and the cyclic movement of the target area, and determining the distribution of the irradiation of the target area in a sufficient number of passes, so that local deviations from the target dose distribution at most the maximum tolerated deviation from the target dose distribution correspond.
  • determining also includes “setting", for example, the maximum tolerated deviation from the nominal dose distribution can be determined.
  • the maximum tolerable local deviation from the target dose distribution can be determined approximately empirically; it results in particular from the properties of the target to be irradiated, the target dose distribution and the desired irradiation success.
  • the determination of the procedure for the desynchronization as a parameter characterizing the irradiation corresponds in the simplest case to the selection between the specified desynchronizing measures.
  • the determination of the division into a sufficient number of passes can be carried out empirically or on the basis of model calculations.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of an irradiation device according to the invention for carrying out the method according to the invention.
  • FIG. 2 shows a flow chart of the method according to the invention for the deposition of a desired dose distribution.
  • Fig. 3 shows a schematic representation of a path of a multiple halftone dots approaching beam.
  • FIG. 4 shows a second flow chart of the method according to the invention for the deposition of a desired dose distribution.
  • Fig. 5 shows a selection of desynchronizing measures.
  • FIG. 6 shows a flow chart of the method according to the invention for determining control parameters.
  • the irradiation device is designed to irradiate a target volume 102.
  • the target volume 102 is, for example, a tumor located near or in the lungs of a person. Alternatively, it may also be a phantom, based for example on water or Plexiglas, or other material.
  • the target volume moves cyclically up and down, which is indicated in Fig. 1 by the arrows above and below the target volume 102.
  • the irradiation device comprises a synchrotron, a cyclotron or other accelerator 104 for providing a particle beam 105, for example consisting of protons or C nuclei.
  • a particle beam 105 for example consisting of protons or C nuclei.
  • a beam has an extension of one or more millimeters, about 6 mm or 10 mm.
  • layers indicated which correspond to the depth of the Bragg peak for a given particle energy (isoenergetic layers).
  • the irradiation device moves on schematically as halftone dots shown in the target volume 102. It is, because of the simpler representation, shown schematically a layered approach of halftone dots; Alternatively, halftone dots can of course also be approached volumetrically (not shown).
  • a lateral influencing of the particle beam 105 can take place by means of scanning magnets 106. These are dipole magnets 106.
  • the irradiation device has a passive energy variation device, for instance in the form of a wedge system 108 for energy modulation.
  • the wedge system 108 includes wedges made of plastic, for example, which can be moved via a linear motor (not shown).
  • the wedge system 108 is preferably used in volumetric scans.
  • the energy is preferably changed via the accelerator or an energy modulation unit installed in front of the scanning magnet 105.
  • the irradiation device has a detection device 110, a control device 112, a raster scan 114 and a particle counter 116.
  • the detection device 110 is designed to detect a movement of the target volume 102; For this purpose, it has a detector system for recording the movement of the target area itself or, alternatively, another movement correlated therewith, for example a camera for detecting the breast surface movement.
  • the detection device 110 supplies the control device 112 with the data obtained via the movement of the target volume 102.
  • the particle counter 116 determines the number of particles in the particle beam 105 and also supplies the result to the control device 112.
  • the particle counter 116 may be an ionization chamber.
  • the control device 112, which also acts as a controller, is designed to control the accelerator 104, the scanning magnets 106 and the wedge system 108. For this purpose, the control device 112 determines the corresponding control parameters taking into account the data received by the detection device 110 and by the particle counter 16.
  • About a controlled by the control device 112 communication device 120 can be communicated about a person to be irradiated information.
  • the notification device 120 may emit tones and light signals, it may include somewhat an LCD screen and a voice output.
  • the irradiation device is used according to the invention to deposit a specific dose with a certain distribution in the target volume 102.
  • the irradiation is divided into several passes, wherein in each of the passages the halftone dots are approached partially or else all in succession.
  • the number of passes is chosen so that a certain deviation from the target dose distribution, of about 1.5%, is not exceeded.
  • one or more parameters relevant to the irradiation are changed according to the invention as a function of properties of the cyclic movement during the irradiation.
  • Multiple irradiation properties may depend on cyclic motion characteristics.
  • a characteristic of the cyclic movement is converted into a signal and supplied to the control device 112 for controlling the multiple irradiation.
  • the cyclically moving target is, for example, a tumor moved by the respiration of a person
  • the lifting and lowering of the person's chest can be detected via the detection device 110, the mean respiratory period and possibly also the mean amplitude determined and supplied to the control device 112 for controlling the multiple irradiation.
  • one or more of the following parameters of the multiple irradiation can be adapted to the cyclic movement so as not to exceed the desired deviation from the nominal dose distribution:
  • the concrete measure for desynchronization depends i.a. from the target to be irradiated and can be determined approximately empirically or by means of model calculations.
  • the starting times of the individual passes may be distributed over a portion of the cyclic movement, over a cycle or over a time that is greater than one cycle duration.
  • the starting times can be about regularly sequential or randomly distributed.
  • the signal expressing a property of the cyclic movement can be determined, for example, within the framework of a planning phase before the actual irradiation.
  • a typical or object-specific, for example a person-specific, property of the cyclical movement is determined in advance.
  • the signal to be supplied to the control device 112 may also be determined multiple times or even continuously during the irradiation, if appropriate in addition (online). If a characteristic of the cyclic motion is determined before the actual irradiation, it is possible to focus on a medium or typical movement period.
  • the irradiation parameters can be adjusted accordingly, for example, the start times of the passes can be distributed evenly or randomly; or the scan speed can be adjusted so that the passages are distributed over the time periods explicitly mentioned again below.
  • the movement period remains constant over the irradiation. For example, a person can be trained in advance so that your respiratory period remains relatively constant (breath coaching).
  • the movement can also be detected with the detection device 110 shown in FIG. 1 during the irradiation and thus checked repeatedly or else continuously.
  • the current movement period or the phase of the movement can be determined, which is then transmitted to the control device 112.
  • a determination of the phase is easy to realize, for example, in a person about the raising and lowering of the chest.
  • the individual passages can be started specifically in different phases of the movement.
  • a person to be irradiated can also be given an instruction signal by way of example, that he or she has to change their respiratory period or phase at certain times or at random times during the irradiation.
  • the person is prompted in uniformly distributed over the irradiation time times by means of the communication device 120 to change the breathing movement.
  • the signals may be acoustic and / or optical in nature.
  • a property of the irradiation during the irradiation can be changed at regular or randomly distributed times.
  • the above parameters can be changed during a session.
  • pause times between individual passes or the path of the beam during a session can also be changed.
  • one or more of the parameters is changed from pass to pass.
  • the parameters are changed from session to session.
  • the irradiation is subdivided into a plurality of passages and the passages are distributed in such a way over the cyclical movement that the passages are applied in different phases of the cyclical movement.
  • the starting times may be chosen to be uniformly consecutive or random time delays may be introduced between the passes.
  • the passes may be distributed over a typical or medium period of motion or a time longer than one period of motion, for example 150% of the period of motion.
  • a total irradiation duration of two movement periods or three movement periods or another duration lasting more than one cycle may also be selected.
  • the target volume is divided into 50 layers. It typically takes 100ms to reach Is to start a shift. If a volume is approached, the starting time is typically in the range of seconds.
  • the number of passes can also be chosen differently for different isoenergy layers or other partial volumes. Thus, it is advisable to approach proximal layers less frequently than distal ones, since proximal layers are also irradiated when approaching the distal layers (this is also referred to as "pre-irradiation" of the proximal layers).
  • the irradiation can also be stopped when a rest of the cyclic movement is detected via the detection device 110. If the movement lasts for more than, for example, 10% of the determined movement period, the radiation is interrupted.
  • the period can also be forecasted; measured and predicted period does not sufficiently agree, for example, with a deviation of more than 10%, it is also advantageous to interrupt the irradiation.
  • a suspension of the cyclic motion may also be used to irradiate the target volume 102 within such a quiet phase.
  • the movement is also tracked via the detection device 110 and the further progress of the movement is predicted in a computer of the detection device 110 or the control device 112 (based on an evaluation of the preceding cycles, for example by extrapolation). If the prognosis that a passage of the irradiation can be carried out within the resting phase, it is started. Concerning this passage, an almost stationary target volume 102 is irradiated.
  • the beam irradiating the target volume 102 may have a three-dimensional (volumetric) path or may scan the target volume 102 in layers. In both cases, the path can be changed from one passage to another. When irradiated in layers, the sequence of halftone dots in one of the layers or in all layers can be changed from one passage to another.
  • Fig. 3 schematically shows a path in the same (isoenergetic) layer in two different passes. The arrows shown indicate the order of start of the grid points. In the left figure the path runs from bottom left to top right and in the right figure from top right to bottom left.
  • the starting times for the irradiation of the individual layers can be selected randomly distributed or time delays of random duration between the irradiations of the individual layers can be introduced.
  • the time delays may be selected to result in one of the above durations for a multiple irradiation session.
  • another path can also be selected from layer to layer, even within the same passage.
  • the scan speed can be modulated with a modulation of the beam intensity.
  • the intensity of the beam during the extraction from the accelerator can be defined, that is to say to the other irradiation parameters - including the per grid point depositing particle number - tuned, changed.
  • the intensity modulation may, for example, have a random course.
  • the intensity of the beam is adjusted so that the irradiation extends over the above-mentioned time intervals.
  • the speed of depth modulation may be varied, for example, via the wedge-shaped absorber pair 108 or via a modulator wheel (not shown) with a specific course or with a random course.
  • an irradiation planning is carried out in advance, comprising the preparation or optimization of the treatment plan, the determination of whether to be irradiated in layers or volumetrically and the corresponding definition of the irradiation path. It is also possible first to determine an irradiation path and then to set it accordingly, whether it is irradiated in layers or volumetrically.
  • other parameters determining the irradiation may also be determined, for example regarding the passages per shift, which may have to be started randomly, the time delay between passes or whether a feedback is being sent to the person to be irradiated.
  • the respiratory period is determined, the jet speed adjusted, that is, the speed at which the halftone dots are approached, and the number of passes per layer determined.
  • the respiratory trajectory is measured and optionally used to adjust the number of passes or the start times of the passageways.
  • the time delays between passes may also be chosen randomly.
  • the person to be irradiated receives audio and / or visual feedback concerning the measured trajectory and / or the target trajectory.
  • the irradiation method according to the invention can also be carried out distributed over several sessions (so-called fractions).
  • the target dose distribution then refers to the total radiation to be applied in all sessions. Averaging over the fractions may aid desynchronization.
  • the course of the irradiation can in particular be chosen differently from session to session. 5 shows a selection of already mentioned desynchronizing measures for overview.
  • FIG. 6 shows a flow chart of the method for determining control parameters for the irradiation device. It comprises the steps: determining the parameter of the maximum tolerated local deviation from the target dose distribution, determining the procedure for the desynchronization of the course of the irradiation and the cyclical movement of the target area (102), and determining the distribution of the irradiation of the target area in a sufficient number of passes, so that local deviations from the target dose distribution correspond at most to the maximum tolerated deviation from the target dose distribution.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Deposition einer Solldosisverteilung in einem zyklisch bewegten Zielgebiet (102) durch Mehrfachbestrahlung mit einem Rasterpunkte eines Zielrasters anfahrenden Strahl (105) in zumindest zwei Durchgängen, bei dem in jedem der Durchgänge Rasterpunkte aufeinanderfolgend angefahren werden. Sie ist gekennzeichnet durch die Schritte: Festlegen der maximal tolerierten lokalen Abweichung von der Solldosisverteilung, Desynchronisieren des Ablaufs der Bestrahlung und der zyklischen Bewegung des Zielgebiets (102), und Aufteilen der Bestrahlung des Zielgebiets in hinreichend viele Durchgänge, so dass lokale Abweichungen von der Solldosisverteilung höchstens der maximal tolerierten Abweichung von der Solldosisverteilung entsprechen. Weiter betrifft die Erfindung auch eine Bestrahlungsvorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens und ein Verfahren zur Bestimmung der Steuerungsparameter für diese Bestrahlungsvorrichtung.

Description

Deposition einer Solldosisverteilung in einem zyklisch bewegten Zielgebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und auf eine Vorrichtung zur Deposition einer Solldosisverteilung in einem zyklisch bewegten Zielgebiet durch Mehrfachbestrahlung mit einem Rasterpunkte anfahrenden Strahl, sowie auf ein Verfahren zur Bestimmung von Steuerungsparametern für die Vorrichtung.
Die Bestrahlung eines Zielgebiets mit einem verschiedene Punkte anfahrenden Strahl (beam scanning) ist an sich bekannt. So werden etwa bei der Bestrahlung von Tumoren beispielsweise Partikelstrahlen, insbesondere mit Protonen, α-Teilchen und Kohlenstoffkernen, eingesetzt. Es werden Teile des Zielgebiets sequenziell nacheinander mit dem Strahl angefahren (scanning).
Solche Partikelstrahlen sind für die Bestrahlung räumlicher Zielgebiete besonders vorteilhaft, da sie zu ihrem Ende hin ein Maximum in der Energiedeposition durchlaufen (Bragg-Peak). So können etwa auch eingebettete räumliche Strukturen effektiv bestrahlt werden, ohne die einbettende Umgebung allzu stark zu schädigen. Oft werden räumliche Zielgebiete schichtweise bestrahlt, wobei die die Eindringtiefe bestimmende Strahlenergie je Schicht konstant gewählt wird (Isoenergieschicht). Die Erfindung betrifft grundsätzlich auch Ausführungsformen, bei denen der Strahl durch elektromagnetische Wellen gebildet wird. Weiter betrifft die Erfindung grundsätzlich auch Ausführungsformen zur Bestrahlung eines flächigen Zielgebiets.
Der Strahl hat üblicherweise einen kleineren Querschnitt als das Zielgebiet. Um das Zielgebiet insgesamt bestrahlen zu können, fährt der Strahl hintereinander mehrere Rasterpunkte in einem Zielraster an. Die hintereinander angefahrenen Rasterpunkte werden auch als Pfad (scanpath) bezeichnet. Umfasst ein Überlapp zwischen dem Zielraster und dem Zielgebiet das gesamte Zielgebiet, so kann durch sukzessives Anfahren der Rasterpunkte das Zielgebiet insgesamt bestrahlt werden. Insofern wird auch von einer Unterteilung des Zielgebiets in mehrere Rasterpunkte gesprochen.
Die beschriebenen Maßnahmen sind bei verschiedenen Scanverfahren verwendbar. Bei dem so genannten Spotscanverfahren verweilt der Partikelstrahl an jedem Rasterpunkt für eine vorbestimmte Zeit und/oder deponiert an jedem Rasterpunkt eine vorbestimmte Anzahl Partikel und wird ausgeschaltet, während Ablenkmagnete etc. auf einen nächsten Rasterpunkt eingestellt werden.
Bei dem so genannten Rasterscan- Verfahren verweilt der Partikelstrahl an jedem Rasterpunkt während einer vorbestimmten Zeitdauer oder deponiert an jedem Rasterpunkt eine vorbestimmte Anzahl Partikel, wird aber zwischen den Rasterpunkten nicht oder nicht immer ausgeschaltet.
Bei so genannten kontinuierlichen Scanverfahren bilden die Rasterpunkte zusammenhängende Linien, bilden also kontinuierliche (oder quasikontinuierliche) Mengen, wobei ihre Anzahl etwa abzahlbar unendlich sein kann. Der Partikelstrahl wird bei einem kontinuierlichen Scanverfahren zumindest innerhalb einer Linie bzw. Zeile in einer Isoenergieschicht kontinuierlich abgelenkt und überstreicht die Rasterpunkte, ohne an einzelnen Orten zu verweilen.
Mit einer Tiefenmodulationsvorrichtung kann auch ein kontinuierliches Scanverfahren durchgeführt werden, bei dem kontinuierlich die Eindringtiefe des Partikelstrahls moduliert wird.
Der Pfad kann etwa innerhalb einer isoenergetischen Schicht verlaufen, indem der Strahl lediglich in seiner Verlaufsrichtung, also lateral, abgelenkt wird, oder er kann etwa auch zwischen isoenergetischen Schichten verlaufen, indem die Energie des Strahls geändert wird.
Üblicherweise soll, etwa bei der Bestrahlung eines Tumors, eine bestimmte Verteilung der Dosis, also eine Solldosisverteilung, über das Zielgebiet erzielt werden. Die Solldosisverteilung wird etwa als deponierte Energie pro Flächeneinheit beziehungsweise pro Volumeneinheit quantifiziert. Verbreitet ist eine Angabe einer Dosis in Joule pro Kilogramm (Gray).
Bei der an sich ebenfalls bekannten Mehrfachbestrahlung mit einem verschiedene Punkte anfahrenden Strahl (rescanning) wird die Solldosis während einer Sitzung in mehreren, gegebenenfalls durch kurze Pausen getrennten, Durchgängen (scans) hintereinander appliziert. Innerhalb der einzelnen Durchgänge werden dabei mehrere der Rasterpunkte, nicht notwendigerweise alle, sequenziell bestrahlt. Im Laufe einer Sitzung wird üblicherweise ein Großteil der Rasterpunkte beziehungsweise werden sämtliche Rasterpunkte und damit ein Großteil des Zielgebiets beziehungsweise das gesamte Zielgebiet mehrfach bestrahlt. Die für die Sitzung zu applizierende Gesamtdosis pro Rasterpunkt wird auf die einzelnen Durchgänge aufgeteilt, und zwar etwa gleichverteilt oder gegebenenfalls auch mit unterschiedlicher Gewichtung.
Oft sind die zu bestrahlenden Zielgebiete relativ zu der bestrahlenden Vorrichtung nicht in Bewegung. Bekannt ist aber auch das Bestrahlen eines sich zyklisch bewegenden Zielgebiets, etwa eines sich durch die Atmung oder aufgrund einer sonstigen Organbewegung einer Person bewegenden Tumors.
Zyklische Bewegungen umfassen etwa periodische und von einer mathematisch exakten Periodizität abweichende quasiperiodische Bewegungen. Insbesondere werden auch solche Bewegungen als zyklisch betrachtet, die zeitweise in einer Phase verweilen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein vorteilhaftes Verfahren und eine vorteilhafte Vorrichtung zur Deposition einer Solldosisverteilung in einem zyklisch bewegten Zielgebiet durch Mehrfachbestrahlung mit einem Rasterpunkte anfahrenden Strahl anzugeben, sowie ein Verfahren zur Bestimmung von Steuerungsparametern für die Vorrichtung.
Diese Aufgabe wird gelöst durch Verfahren zur Deposition einer Solldosisverteilung in einem zyklisch bewegten Zielgebiet durch Mehrfachbestrahlung mit einem Rasterpunkte eines Zielrasters anfahrenden Strahl in zumindest zwei Durchgängen, bei dem in jedem der Durchgänge Rasterpunkte aufeinanderfolgend abgetastet werden. Es ist gekennzeichnet durch die Schritte: Festlegen einer maximal tolerierten lokalen Abweichung von der Solldosisverteilung, Desynchronisieren des Ablaufs der Bestrahlung und der zyklischen Bewegung des Zielgebiets, und Aufteilen der Bestrahlung des Zielgebiets in hinreichend viele Durchgänge, so dass lokale Abweichungen von der Solldosisverteilung höchstens der maximal tolerierten Abweichung von der Solldosisverteilung entsprechen.
Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in abhängigen Ansprüchen angegeben und werden im Folgenden näher erläutert. Die Erfindung beruht auf der Beobachtung, dass bei zyklisch bewegtem Zielgebiet die erzielte Dosisverteilung von der Solldosisverteilung abweichen kann; insbesondere treten lokale Über- und Unterdosierungen auf.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass der zeitliche Ablauf der Bestrahlung, insbesondere das Anfahren der Rasterpunkte, und die zyklische Bewegung derart miteinander wechselwirken können, dass solche lokalen Fehldosierungen entstehen können. Anders ausgedrückt: Lokale Abweichungen von der Solldosierung können durch eine Interferenz bzw. Synchronisation zwischen dem Ablauf der Bestrahlung und der zyklischen Bewegung des Zielgebiets entstehen bzw. verstärkt werden.
Beispielsweise kann der Pfad des Strahls zeitweise gleichlaufend mit dem sich bewegenden Zielgebiet bewegt werden, was zu einer Überdosierung führt, oder zeitweise in Gegenrichtung, was zu einer Unterdosierung führt.
Weiter können etwa durch eine ungünstige Synchronisation zwischen der Abfolge der Durchgänge und der zyklischen Bewegung lokale Abweichungen von der Solldosisverteilung von Durchgang zu Durchgang verstärkt werden. Auch hier kann man von einem Gleichlauf zweier Bewegungen sprechen. Ergänzend zu oben bezeichnet der Begriff "Gleichlauf auch ein zeitliches Folgen im Sinne der Wiederholung einer Fehldosierung in unterschiedlichen Durchgängen am gleichen Ort bzw in der gleichen Region des Zielgebiets.
Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, dass durch eine Desynchronisierung, man kann auch sagen Entkopplung, des Ablaufs der Bestrahlung und des Ablauf der zyklischen Bewegung, Abweichungen von der Solldosierung vermindert werden können. Durch die Desynchronisierung wird das Entstehen eines Gleichlaufs gestört oder sogar verhindert; so können lokale Fehldosierungen etwa durch statistisches Mitteln über die Durchgänge oder auch durch gezieltes Entgegenwirken vergleichsweise klein gehalten werden.
In anderen Worten: Der Ablauf der Mehrfachbestrahlung und die zyklische Bewegung werden nach der Erfindung in dem Sinne aufeinander abgestimmt beziehungsweise desynchronisiert, dass Fehldosierungen entgegengewirkt wird bzw. eine in einem der Durchgänge entstandene Fehldosierung sich insgesamt nur schwach, wenn überhaupt, auf die erzielte Dosisverteilung auswirkt.
Zunächst wird dazu die maximal tolerierbare Abweichung von der Solldosisverteilung festgelegt. Diese kann von Anwendung zu Anwendung unterschiedlich sein und wird etwa empirisch oder anhand von Modellrechungen bestimmt (vgl. unten); die entsprechende Angabe kann etwa in einer Tabelle im Speicher eines steuernden Rechners abgelegt sein (vgl. unten). Insbesondere bei Patientenbehandlungen kann die Berücksichtigung der Solldosis auch die biologisch effektive Dosis darstellen. Es ist nicht erforderlich, bei jeder Bestrahlung die tolerierbare Abweichung erneut anzugeben. Die Angabe muss auch nicht ausdrücklich quantitativ angegeben sein; es reicht etwa, wenn das Verfahren so ausgestaltet wird bzw. die das Verfahren bestimmenden Parameter so gewählt werden, dass die Abweichungen von der Solldosisverteilung kleiner sind als bspw. in vorangehenden Fällen, empirischen Studien, Referenzfällen oder in Modellrechnungen; die Festlegung kann also auch durch die konkrete Ausgestaltung des Verfahrens erfolgen. In anderen Worten: Das „Festlegen" kann auch durch ein „Auslegen" der Bestrahlungsvorrichtung zur Unterschreitung eines maximal tolerierten Fehlers umgesetzt werden. Vorzugsweise betragen lokale Abweichungen von der Solldosisverteilung höchstens 30%. Zunehmend bevorzugt sind Abweichungen von höchstens 20%, 10%, 5% beziehungsweise sogar von nur 2% in der angegebenen Reihenfolge. Grundsätzlich ist es auch möglich, die Fehldosierung online zu bestimmen, um während der Bestrahlung die Parameter für das Bestrahlungsverfahren anzupassen.
Eine Desynchronisation des Ablaufs der Mehrfachbestrahlung und der zyklischen Bewegung kann durch verschiedene Maßnahmen erzielt werden. Solche Maßnahmen können etwa auf einer Einstellung und/oder Veränderung folgender Größen beruhen:
Anzahl der Durchgänge (rescans);
Strahlintensität, und damit zusammenhängend, die Abtastgeschwindigkeit; zeitliche Verteilung der Durchgänge, etwa bezogen auf den Beginn der jeweiligen
Durchgänge; bei räumlichen Zielgebieten die zeitliche Verteilung des Bestrahlens von Schichten bzw. von bestimmten Volumina innerhalb der einzelnen Durchgänge, etwa bezogen auf den Beginn des Bestrahlens einer Schicht bzw. eines Volumens, etwa durch variierende Beschleunigerextraktion oder durch passive Energiemodulation; Anfangsphase und/oder Zyklusdauer der zyklischen Bewegung, soweit die Bewegung entsprechend beeinflusst werden kann;
Pfad des Strahls im Zielgebiet, insbesondere innerhalb von Schichten bzw. Volumina innerhalb eines entsprechend unterteilten Zielgebiets.
Die Bestrahlung wird in so viele Durchgänge aufgeteilt, dass lokale Abweichungen von der Solldosisverteilung höchstens den oben angegebenen Abweichungen entsprechen. Grundsätzlich gilt, dass je größer die Anzahl der Durchgänge, desto weniger wirkt sich eine in einem Durchgang entstandene Fehldosierung auf die Gesamtdosisverteilung aus. Fehldosierungen einzelner Durchgänge können sich ausmitteln beziehungsweise kompensieren.
Je nach Anwendung beziehungsweise zu bestrahlendem Ziel können im Vorfeld etwa Versuche oder Modellrechnungen durchgeführt werden, um die hinreichende Anzahl an Durchgängen zu bestimmen. Solche Versuche werden üblicherweise an so genannten Phantomen, etwa basierend auf einem Körper aus Plexiglas oder Wasser, durchgeführt; die an einem Phantom gewonnenen Ergebnisse lassen Schlüsse auf die für andere Ziele zu verwendenden Bestrahlungsparameter, insbesondere die Anzahl der Durchgänge, zu. Gegebenenfalls können auch Modellrechnungen für einzelne bzw. Gruppen von Patienten durchgeführt werden.
Mit Hilfe der Erfindung kann auch die Wechselwirkung zwischen einem Rasterpunkte anfahrenden Strahl und einer zyklischen Bewegung des Ziels besser verstanden werden, womit zur Verbesserung von Verfahren und Vorrichtungen für eine solche Mehrfachbestrahlung beigetragen werden kann; insbesondere können auch die die Mehrfachbestrahlung bestimmenden Parameter überprüft beziehungsweise angepasst werden. Neben der Bestrahlung von Personen oder Tieren ist auch die Bestrahlung von organischem Material überhaupt, insbesondere von Zellen, oder auch die Bestrahlung anorganischer Materialien, etwa von Kunststoffen, relevant. So kann die Erfindung bspw. auch zur Erforschung von Materialeigenschaften beitragen; es können etwa die oben erwähnten Phantome untersucht und verbessert werden. Es bietet sich an, mit Hilfe solcher Phantome und gegebenenfalls eingebetteter Detektoren auch die Bestrahlungsparameter zu überprüfen oder zu bestimmen. Bei einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens, hängt zumindest eine Eigenschaft der Mehrfachbestrahlung von zumindest einer Eigenschaft der zyklischen Bewegung ab. Beispielsweise können die Mehrfachbestrahlung bestimmende Parameter an die die zyklische Bewegung charakterisierende Eigenschaften angepasst werden. So kann etwa eine Eigenschaft der Bewegung eines Organs, etwa der Atembewegung der Lunge und der umliegenden Organe einer Person, in ein Signal umgesetzt werden und dieses einer Steuervorrichtung zur Steuerung der Mehrfachbestrahlung zugeführt werden. Beispielsweise kann die Mehrfachbestrahlung von der mittleren Zyklusdauer oder der mittleren Amplitude der Bewegung abhängen.
Es bietet sich an, etwa folgende Eigenschaften beziehungsweise Parameter der Mehrfachbestrahlung von zumindest einer der Eigenschaften der zyklischen Bewegung abhängig zu machen:
- Anzahl der Durchgänge in einer Sitzung;
- Strahlintensität während eines Durchgangs;
- Geschwindigkeit mit der der Strahl die Rasterpunkte innerhalb eines Durchgangs von Rasterpunkt zu Rasterpunkt wechselt (man spricht auch von Strahlgeschwindigkeit);
- Startzeitpunkte der einzelnen Durchgänge.
Die Eigenschaften der Bestrahlung können etwa auf die Zyklusdauer oder die momentane Phase abgestimmt werden.
Die Startzeitpunkte der einzelnen Durchgänge können etwa verteilt sein
- über einen bestimmten Abschnitt der zyklischen Bewegung, beispielsweise bei einer Atembewegung, etwa über einen Inspirationsabschnitt oder einen Exspirationsabschnitt,
- über einen ganzen Zyklus, etwa eine Atemperiode und
- über eine Zeit, die größer ist als eine Zyklusdauer.
Sie können beispielsweise so gewählt werden, dass eine Bestrahlung vor allem, insbesondere häufiger, in einem Zustand des zu bestrahlenden Objekts erfolgt, in dem die zyklische Bewegung stärker oder auch schwächer ausgeprägt ist als in einem anderen Zustand (vgl. unten). o
So ein Zustand des zu bestrahlenden Ziels beziehungsweise eine Eigenschaft der zyklischen Bewegung kann dazu in ein Signal umgesetzt werden, welches etwa zur Steuerung der Startzeitpunkte, etwa der einzelnen Durchgänge, benutzt werden kann. Diese Startzeitpunkte können dabei etwa gleichmäßig oder zufällig verteilt werden.
Das Signal kann etwa mehrfach oder fortlaufend während der zyklischen Bewegung bestimmt werden (online). Das Signal kann aber auch im Rahmen einer Planungsphase vor der eigentlichen Bestrahlung überwacht und/oder bestimmt werden und hieraus eine spezifische Bewegung, etwa eine patientenspezifische Organbewegung, abgeleitet werden.
Es kann aber etwa auch ein Signal vorgegeben werden, mit dem auch Einfluss auf die zyklische Bewegung genommen wird (Instruktionssignal). So kann beispielsweise eine zu bestrahlende Person mit einem Signal instruiert werden, ihren Atemzyklus konstant zu halten oder eine Änderung in der Atmung vorzunehmen. So kann dieser Person etwa vorgegeben werden, wann sie einzuatmen und wann sie auszuatmen hat. In diesem Fall hängt die Wahl der Eigenschaften der Bestrahlung von dem Signal und damit mittelbar von den Eigenschaften der zyklischen Bewegung ab.
Vorzugsweise wird während der Mehrfachbestrahlung ein die Mehrfachbestrahlung bestimmender Parameter verändert. Dies kann in regelmäßigen Abständen geschehen; vorzugsweise geschieht dies zu zufälligen Zeitpunkten.
Es können etwa die während eines Durchgangs angewandte Strahlgeschwindigkeit und/oder Strahlintensität geändert werden. Weiter können etwa auch Pausenzeiten zwischen einzelnen Durchgängen variiert werden oder auch der Pfad des Strahls während einer Sitzung der Mehrfachbestrahlung variiert werden.
So eine Veränderung kann beispielsweise während einer Bestrahlungssitzung von Durchgang zu Durchgang erfolgen oder bei einer Bestrahlung mit mehreren Sitzungen von Sitzung zu Sitzung; im letzten Fall kann insbesondere auch die deponierte Strahlendosis und die Anzahl der Durchgänge pro Sitzung geändert werden. Bevorzugt ist eine Veränderung innerhalb der Sitzung. Vorzugsweise wird zumindest ein Teil der Rasterpunkte in unterschiedlichen Durchgängen gezielt in unterschiedlichen Phasen der zyklischen Bewegung mit dem Strahl angefahren. Dies kann etwa durch den gezielten Beginn unterschiedlicher Durchgänge in unterschiedlichen Phasen der zyklischen Bewegung realisiert werden. Eine in einer der Phasen gegebene Fehldosierung wird so durch Bestrahlen in den anderen Phasen zumindest teilweise korrigiert werden. Besonders bevorzugt ist es, zumindest 50%, besser 80% noch besser 90% der Durchgänge in unterschiedlichen Phasen der zyklischen Bewegung zu beginnen. Vorzugsweise wird dazu die zyklische Bewegung überwacht, insbesondere die Bewegungsperiode oder Phase mehrfach oder kontinuierlich bestimmt.
Periodischen Bewegungen ist eine eindeutige Periodendauer, kurz Periode, zugeordnet. Bei quasiperiodischen Bewegungen lässt sich zumindest näherungsweise eine Periode angeben, etwa eine mittlere Periode über mehrere Zyklen oder auch eine typische Periode. Weist eine zyklische Bewegung von einer periodischen Bewegung abweichende, etwa bewegungslose, Zeitabschnitte auf, so kann man einer solchen Bewegung zumindest zeitweise näherungsweise eine Periode zuordnen, etwa durch Auswerten bestimmter Zeitabschnitte.
Zur Bestimmung einer Periode kann beispielsweise auf eine systemspezifische beziehungsweise personenspezifische Zeit abgestellt werden. So beträgt die Atemperiode eines erwachsenen Menschen in Ruhe typischerweise etwa vier Sekunden. Es kann aber auch etwa auf eine mittlere über mehrere Zyklen gemessene Periode zurückgegriffen werden. In einer bevorzugten Ausführungsform wird auf Werte größer 100% beispielsweise 140% der mittleren gemessenen oder empirischen oder personenspezifischen Periode zurückgegriffen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird die Periode vor und/oder auch während einer Bestrahlung, gegebenenfalls näherungsweise, bestimmt und zumindest ein Teil der Durchgänge wird über eine Zeit verteilt, welche zwischen 50% und 140%, besser zwischen 75% und 140% der bestimmten Periode entspricht. Auch andere Zeiten ab 50% bzw. 75% können vorteilhaft sein; sowie Zeiten bis 100%. Vorzugsweise werden sämtliche Durchgänge über die genannten Zeitintervalle beziehungsweise das ausgewählte Zeitintervall verteilt. Auch eine Verteilung über zumindest zwei Zyklen oder über eine andere wählbare, gegebenenfalls auch längere, Zeit kann vorteilhaft sein. So kann eine Verteilung über verschiedene Phasen gewährleistet werden. Insbesondere ist es bevorzugt, die Durchgänge möglichst gleichmäßig über die angegebenen Zeiten zu verteilen. Die Durchgänge können jedoch auch zufallig verteilt werden. Zwei wichtige Parameter, die die Verteilung der Durchgänge über die Zeit bestimmen, sind die Anzahl der Durchgänge und die Startzeitpunkte der Durchgänge. Insbesondere ist es bevorzugt, wie bereits erwähnt, die Startzeitpunkte der Durchgänge gleichmäßig oder zufallig über die Zeit zu verteilen.
Durch ein Verteilen von Durchgängen über eine Mindestzeit wird verhindert, dass z.B. sämtliche Durchläufe in einem quasistatischen Bewegungszustand erfolgen, was sich negativ auf eine statistische Mittelung über die Bewegung auswirken kann.
Es ist bevorzugt, die Bewegungsperiode vor dem Beginn der Bestrahlung zu bestimmen. Dies ist apparativ besonders einfach. Vorzugsweise werden dabei auch Maßnahmen ergriffen, um die Periode der zyklischen Bewegung während der Bestrahlung zumindest ungefähr konstant zu halten. Wird beispielsweise eine Person bestrahlt, so kann sie versuchen, ihre Atembewegung konstant zu halten. Der Erfolg solcher Bemühungen kann durch vorbereitende Maßnahmen, etwa so genanntes "breath Coaching", also ein Training, verbessert werden. Zusätzlich kann dem Patienten eine Solltrajektorie beispielsweise über einen Monitor vorgeben werden.
Alternativ oder zusätzlich kann die Periode durch Überwachen der Bewegung während der Bestrahlung vorzugsweise mehrfach oder kontinuierlich bestimmt werden. So können Bestrahlungsparameter, wie etwa die Anzahl oder Startzeitpunkte der Durchgänge, an eine sich während der Bestrahlung ändernde Periode angepasst werden. Vorzugsweise wird die Periode kontinuierlich überwacht und bestimmt, was eine schnelle Anpassung der Bestrahlungsparameter erlaubt.
Beispielsweise kann bei der Überwachung der Atembewegung einer Person auf das Heben und Senken des Brustkorbs abgestellt werden, was messtechnisch leicht realisierbar ist. Es ist auch möglich, die Bewegung des Zielgebiets direkt zu messen, z.B. durch kontinuierliche bzw in Zeitintervallen aufgenommene Röntgenbilder oder ähnliche Messverfahren, die interne Bewegungen erfassen können. Es ist grundsätzlich auch vorteilhaft, die zukünftige Bewegung anhand der bestimmten Periode bzw. der beobachteten Bewegung zu prognostizieren; so können Strahlungsparameter auch mit Blick auf die Zukunft angepasst werden.
Um sicherzustellen, dass die Durchgänge der Mehrfachbestrahlung in unterschiedlichen Phasen der zyklischen Bewegung beginnen, kann die zyklische Bewegung, wie oben dargestellt, überwacht werden. Es ist bevorzugt, die Bestrahlung zu stoppen, wenn die Bewegung für mehr als 50% der Bewegungsperiode ruht, denn wenn die Bewegung ruht, wird nicht über verschiedene Bewegungszustände gemittelt. Auch im Vergleich zur Bestrahlungszeit kurze Ruhepausen können sich bereits in einer verstärkten Fehldosierung auswirken. Dabei kann etwa auf eine aktuelle Schätzung beziehungsweise Näherung der Bewegungsperiode vor dem Ruhen der Bewegung abgestellt werden. Zunehmend bevorzugt ist es, die Bestrahlung bereits zu stoppen, wenn die Bewegung für mehr als 30% beziehungsweise 20% oder sogar nur 10% der Bewegungsperiode ruht. Es ist vorteilhaft, wenn sich dabei auch eine Verteilung der Durchgänge über mehrere oder sogar viele Zyklen ergibt.
Ein Desynchronisieren des Ablaufs des Bestrahlens von der zyklischen Bewegung kann auch dadurch erzielt werden, dass der die Rasterpunkte anfahrende Strahl die zyklische Bewegung des Zielgebietes gar nicht "sieht". Bei einer zyklischen Bewegung mit Verweilzeiten beziehungsweise bei langsam durchlaufenen Umkehrpunkten kann die Bestrahlung innerhalb dieser Zeitabschnitte erfolgen. Das sich insgesamt zyklisch bewegende Zielgebiet ist innerhalb dieser Zeitabschnitte quasi unbewegt. Es resultiert eine Reduktion der Wechselwirkung zwischen Mehrfachbestrahlung und der Bewegung und zusätzlich eine Verminderung der Bewegung während der Bestrahlung.
Es ist entsprechend bevorzugt, die zyklische Bewegung zu überwachen und einen Durchgang nur während eines Ruhens der Bewegung zu starten.
Weiter ist es bevorzugt, die zyklische Bewegung zu überwachen und deren Verlauf zu prognostizieren. Es ist dann möglich, einen Durchgang nur innerhalb einer Verweilzeit zu beginnen, wenn die Prognose erwarten lässt, dass der Durchgang während der Verweilzeit zumindest zu 80%, besser vollständig, abgeschlossen sein wird. Dies jst insbesondere bei volumetrischem Anfahren (s.u.) vorteilhaft. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Abfolge des Anfahrens der Rasterpunkte innerhalb des Zielrasters, also der Pfad, von einem der Durchgänge zu einem anderen der Durchgänge verändert. Vorzugsweise wird der Pfad von Durchgang zu Durchgang verändert. Dies ist sowohl für flächige als auch räumliche Zielgebiete bevorzugt sowie sowohl für schichtweises als auch volumetrisches Anfahren. Selbst wenn eine Synchronisation zwischen der Bewegung und dem Starten der Durchläufe vorliegen sollte, resultieren unterschiedliche lokale Fehldosierungen, die sich wieder ausmitteln bzw. kompensieren können.
Kann die zyklische Bewegung beeinflusst werden, was etwa bei der Atembewegung einer Person der Fall sein kann, so kann ein Desynchronisieren auch über eine Beeinflussung der zyklischen Bewegung erzielt werden. Beispielsweise kann etwa die Dauer des Zyklus regelmäßig oder zufällig geändert werden oder die zyklische Bewegung in bestimmten Zeitabschnitten ruhen beziehungsweise zu ausgewählten, etwa gleichmäßig verteilten oder auch zufälligen Zeitpunkten, beginnen.
Vorzugsweise werden während der Bestrahlung über eine Mitteilungseinrichtung Informationen betreffend die zyklische Bewegung angegeben. Diese Informationen können zur Beeinflussung der zyklischen Bewegung, wie oben dargestellt, genutzt werden. Beispielsweise kann eine Person über die Mitteilungseinrichtung in regelmäßigen oder zufällig verteilten Abständen aufgefordert werden, ihre Atemperiode zu verändern. Besonders geeignet ist hier audio-visuelles Feedback.
Die Bestrahlung inkl. aller Durchläufe kann so ausgelegt werden, dass sich für einen bestimmten Bewegungsablauf die Solldosis ergibt. Mit Hilfe der Mitteilungsvorrichtung kann dieser bestimmte Bewegungsablauf etwa auch vorgegeben werden.
Weiter ist es bevorzugt, zumindest einen Teil der Durchgänge mit einer Zeitverzögerung zufälliger Dauer nach dem jeweils vorangehenden Durchgang zu beginnen. Vorzugsweise wird jeder der Durchgänge mit einer Zeitverzögerung zufälliger Dauer gestartet. Auch solche zufälligen Zeitverzögerungen können eine Desynchronisierung bewirken, da die Durchgänge nicht mit identischem zeitlichen Abstand, also periodisch, wiederholt werden. Das Ausbilden einer Synchronisation wird entsprechend gestört. Jeweils exakt die gleichen zufälligen Zeitverzögerungen bzgl. der Bewegung sind unwahrscheinlich. Idealerweise sind die zufälligen Zeitverzögerungen so gewählt, dass die Durchgänge über eine, ggf. variable, Zeit verteilt sind. Beispielhaft kann diese Zeit 50% besser 100% oder sogar 150% der Periodendauer entsprechen, so dass z.B. bei 100% sichergestellt ist, dass zu allen Phasen der Bewegung ein Durchgang stattgefunden hat. Aber auch eine Verteilung über zumindest zwei Zyklen oder eine andere wählbare längere Zeit kann sinnvoll sein.
Das Verfahren kann, wie oben bereits erwähnt, insbesondere auch vorteilhaft mit einem räumlichen Zielgebiet, also einem Zielvolumen, eingesetzt werden. Die Solldosisverteilung ist dann entsprechend eine räumliche Verteilung; auch das Zielraster ist dann räumlich ausgestaltet. Wie oben bereits erwähnt, sind bei räumlichen Zielgebieten Partikelstrahlen besonders vorteilhaft.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung wird ein erstes Teilvolumen des Zielvolumens in mehr Durchgängen bestrahlt als ein zweites Teilvolumen. Vorteilhafterweise werden mehr als zwei Teil volumina mit jeweils unterschiedlich vielen Durchgängen bestrahlt. Bevorzugt ist es insbesondere bei schichtweisem Anfahren, Schichten mit unterschiedlich vielen Durchgängen zu bestrahlen. Auch das Belegen von einzelnen Rasterpunkten mit jeweils unterschiedlich vielen Durchgängen, etwa von Rasterpunkt zu Rasterpunkt, kann vorteilhaft sein; dabei können die Rasterpunkte auch innerhalb einer Schicht bzw. innerhalb eines Teilvolumens liegen.
So können stärker bewegte Teilvolumina, Schichten oder Rasterpunkte mit einer größeren Anzahl Durchläufe belegt werden als weniger bewegte; bei diesen reicht ggf. bereits ein Durchgang zur Applikation der Solldosis, insb. falls diese sich in Ruhe befinden. Die Bestrahlung kann so insgesamt schneller ausgeführt werden.
Weiter kann es wegen der sog. Vorbestrahlung (s.u.) sinnvoll sein, distale Teilvolumina bzw. Schichten oder Rasterpunkte mit mehr Durchgängen zu belegen als proximale Teilvolumina. So kann etwa eine Unterteilung sinnvoll sein, bei der Teilvolumina/Schichten/Rasterpunkte sukzessive von distal nach proximal mit weniger Durchgängen belegt werden. Mit anderen Worten kann man auch von einer asymetrischen Anzahl von Durchgängen sprechen. Ein Zielvolumen, beziehungsweise das zugehörige räumliche Zielraster, werden oft schichtweise bestrahlt. Vorteilhaft ist es hier, den Beginn des Bestrahlens für zumindest einen Teil der Schichten innerhalb eines Durchgangs nach einer zufalligen Zeitverzögerung durchzuführen. Noch besser ist es, den Beginn des Bestrahlens für sämtliche Schichten innerhalb eines Durchgangs nach einer zufälligen Zeitverzögerungen durchzuführen; idealerweise wird so in sämtlichen Durchgängen verfahren. So wird eine ungünstige Synchronisation zwischen den Durchgängen in aufeinander folgenden Schichten des Volumens erschwert.
Die zufälligen Zeitverzögerungen zwischen dem Beginn des Bestrahlens einzelner Schichten unterstützen auch eine Desynchronisierung des Ablaufs des Bestrahlens insgesamt von der zyklischen Bewegung. Zum einen entspricht jede Verzögerung einer Phasendifferenz bezüglich der zyklischen Bewegung, so dass auch eine Kompensation des Einflusses der Schichten auf die deponierte Dosis über die Phasen der Bewegung unterstützt wird. Zusätzlich weisen die Durchgänge unterschiedliche Dauern zufälliger Länge auf, was, etwa wie bei den zufälligen Zeitverzögerungen zwischen den Durchgängen, desynchronisierend wirkt. Jeweils exakt die gleichen zufälligen Zeitverzögerungen bei Bewegung sind äußerst unwahrscheinlich.
Gegeben ein Zielvolumen und ein räumliches Zielraster, welches schichtweise abgetastet wird, so ist es auch bevorzugt, den Pfad in einer Schicht von einem der Durchgänge zu einem anderen der Durchgänge zu verändern; bevorzugter ist es, den Pfad in einer Schicht in jedem Durchgang zu ändern. Dadurch wird das Entstehen einer lokalen Fehldosierung erschwert, da Rasterpunkte in einer Schicht zu unterschiedlichen Zeitpunkten bezogen auf den Startzeitpunkt des jeweiligen Durchgangs angefahren wird.
Es ist auch bevorzugt, den Pfad von einer ersten der Schichten zu einer zweiten der Schichten zu ändern. Bevorzugter wird der Pfad von Schicht zu Schicht, idealerweise bei jedem Wechsel der Schicht, geändert. Selbst wenn eine Synchronisation zwischen Bewegung und Durchläufen pro Schicht vorliegt, ergeben sich so jeweils andere Wechselwirkungsmuster, die zu einer Mittelung fuhren. Wird das Zielvolumen nicht in Schichten abgetastet, sondern entlang eines durch ein Volumen verlaufenden Pfades (volumetrisches rescanning bzw. depth scanning), so ist es ebenfalls bevorzugt, den Pfad von Durchgang zu Durchgang zu verändern.
Insbesondere bei diesem volumetrischen rescanning ist es bevorzugt, unterschiedliche Teilvolumina mit unterschiedlich vielen Durchgängen zu bestrahlen.
Eine erfindungsgemäße Desynchronisierung kann auch durch eine Modulation der Strahlgeschwindigkeit erzielt werden, welche vorzugsweise mit einer Modulation der Intensität des Strahls realisiert wird. Je höher die Intensität des Strahls, umso höher kann die Strahlgeschwindigkeit gewählt werden. Variiert die Strahlgeschwindigkeit, so werden Verzögerungen und Beschleunigungen in das Bestrahlen der Schichten beziehungsweise in die Abfolge der Durchgänge eingebaut, welche sich grundsätzlich genauso auswirken, wie etwa eine Variation der Startzeitpunkte von Schichten beziehungsweise Durchgängen. Eine Veränderung der Bewegungsparameter synchron zur Intensitätsänderung ist extrem unwahrscheinlich, was sich insb. wiederum in einer Mittelung über Fehldosierungen auswirkt.
Auch kann die Periode wie oben dargestellt bestimmt und ggf. auch prognostiziert werden, um durch Anpassen der Strahlintensität die Abtastgeschwindigkeit so einzustellen, dass die Durchgänge über eine der oben genannten Zeiten verteilt sind.
Die Intensität des Strahls kann während einer Extraktion aus einem Beschleuniger, etwa einem Synchrotron oder einem Cyclotron, verändert werden. Vorzugsweise wird diese Intensitätsveränderung mit den anderen Bestrahlungsparametern abgestimmt; so kann etwa darauf abgezielt werden, nicht von der für die Rasterpunkte zu deponierenden Dosis abzuweichen. Es bietet sich aber auch eine zufällige Modulation der Strahlintensität zur Beeinflussung der Geschwindigkeit an, mit der die Rasterpunkte angefahren werden.
In der Tiefe kann die Abtastgeschwindigkeit (depth scanning bzw. volumetrisches scanning) etwa durch ein Absorberpaar oder ein Modulatorrad eingestellt werden.
Auch betreffend die Modulation der Strahlintensität kann eine Anwendung über mehrere Zyklen erfolgen, insbesondere können die Durchgänge über mehrere Zyklen verteilt sein. Grundsätzlich kann ein Zielvolumen auch sowohl schichtweise als auch volumetrisch angefahren werden, etwa nacheinander, alternierend oder auch kombiniert. Beispielsweise kann das Zielvolumen zunächst mehrfach volumetrisch bestrahlt werden und anschließend mehrfach schichtweise.
Bei sämtlichen Ausgestaltungen der Erfindung kann die Bestrahlung über mehrere Sitzungen verteilt sein (auch sog. fraktionierte Bestrahlung); dabei soll sich die insgesamt gewünschte Dosisverteilung nicht innerhalb einer Sitzung, sondern nach Abschluss aller Sitzungen ergeben. Es ergibt sich eine Mittelung von Fehldosierungen über mehrere Sitzungen. Insbesondere kann die Ausgestaltung der Mehrfachbestrahlung auch von Sitzung zu Sitzung geändert werden; ein Durchgang einer Mehrfachbestrahlung entspricht im Extremfall einer Einfachbestrahlung während einer Sitzung. Besonders bevorzugt ist die Anwendung des Verfahrens auf eine einzelne, insbesondere auf jede einzelne, Sitzung, bei der während dieser einzelnen Sitzung eine Mehrfachbestrahlung durchgeführt wird, dh wenigstens ein Teil der Punkte wird mehrfach angefahren.
Die Erfindung betrifft weiter eine Bestrahlungsvorrichtung zur Deposition einer Solldosisverteilung in einem zyklisch bewegten Zielgebiet durch Mehrfachbestrahlung mit einer Strahlerzeugungsvorrichtung und einer Steuerungsvorrichtung, welche Stahlerzeugungsvorrichtung und Steuerungsvorrichtung dazu ausgelegt sind, mit einem Strahl Rasterpunkte eines Zielrasters in zumindest zwei Durchgängen anzufahren, wobei in jedem der Durchgänge Rasterpunkte aufeinanderfolgend angefahren werden. Die Bestrahlungsvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Festlegungseinheit aufweist, über die die maximal tolerierte lokale Abweichung von der Solldosisverteilung festgelegt ist, die Steuerungsvorrichtung dazu ausgelegt ist, den Ablauf der Bestrahlung und die zyklische Bewegung des Zielgebiets zu desynchronisieren und ein Aufteilen der Bestrahlung des Zielgebiets in hinreichend viele Durchgänge erlaubt, so dass lokale Abweichungen von der Solldosisverteilung höchstens der maximal tolerierten Abweichung von der Solldosisverteilung entsprechen.
Als Strahlerzeugungsvorrichtungen kommt etwa ein Beschleuniger, insbesondere ein Synchrotron oder ein Cyclotron in Betracht. Die Steuervorrichtung ist dazu ausgelegt den Ablauf der Bestrahlung zu bestimmen und kann auch als Festlegungseinheit fungieren. Sie kann etwa einen entsprechend programmierten Rechner, mit dem Rechner steuerbare Mittel zur räumlichen Beeinflussung des Strahls und Mittel zur Messung der Strahlintensität umfassen. Der Rechner kann etwa die Festlegungseinheit umfassen, etwa in der Art, dass der Programmierung des Rechners die maximal tolerierte Abweichung von der Solldosisverteilung zu Grunde liegt, insbesondere explizit hinterlegt bzw. codiert ist.
Die Bestrahlungsvorrichtung ist auch zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in allen bevorzugten Ausgestaltungen ausgelegt.
Weiter bezieht sich die Erfindung auch auf ein Verfahren zur Bestimmung von Steuerungsparametern für obige Bestrahlungsvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Deposition einer Solldosisverteilung in einem 2yklisch bewegten Zielgebiet, auch in allen bevorzugten Ausgestaltungen, durch Mehrfachbestrahlung mit einem Rasterpunkte eines Zielrasters anfahrenden Strahl in zumindest zwei Durchgängen, bei dem in jedem der Durchgänge Rasterpunkte aufeinanderfolgend angefahren werden. Dieses Parameterbestimmungsverfahren ist gekennzeichnet durch die Schritte: Bestimmen der maximal tolerierten lokalen Abweichung von der Solldosisverteilung, Bestimmen der Vorgehensweise für die Desynchronisierung des Ablaufs der Bestrahlung und der zyklischen Bewegung des Zielgebiets, und Bestimmen der Aufteilung der Bestrahlung des Zielgebiets in hinreichend viele Durchgänge, so dass lokale Abweichungen von der Solldosisverteilung höchstens der maximal tolerierten Abweichung von der Solldosisverteilung entsprechen. Ein „Bestimmen" umfasst insbesondere auch „Festlegen", so kann etwa die maximal tolerierte Abweichung von der Solldosisverteilung festgelegt werden.
Die maximal tolerierbare lokale Abweichung von der Solldosisverteilung kann etwa empirisch bestimmt werden; sie ergibt sich insbesondere aus den Eigenschaften des zu bestrahlenden Ziels, der Solldosisverteilung und des angestrebten Bestrahlungserfolges. Die Bestimmung der Vorgehensweise für die Desynchronisierung als einen die Bestrahlung charakterisierenden Parameter entspricht im einfachsten Fall der Auswahl zwischen den angegebenen desynchronisierend wirkenden Maßnahmen. Die Bestimmung der Aufteilung in hinreichend viele Durchgänge kann etwa empirisch erfolgen oder anhand von Modellrechnungen.
Die vorangehende und die folgende Beschreibung der einzelnen Merkmale bezieht sich sowohl auf die Vorrichtungskategorie als auch auf die Verfahrenskategorie, ohne dass dies im l ö
Einzelnen in jedem Fall explizit erwähnt ist; die dabei offenbarten Einzelmerkmale können auch in anderen als den gezeigten Kombinationen erfindungswesentlich sein.
Im Folgenden soll die Erfindung auch anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Bestrahlungsvorrichtung zur Durchführung der erfindungsgemäßen Verfahren.
Fig. 2 zeigt ein Ablaufschema des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Deposition einer Solldosisverteilung.
Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Pfads eines mehrere Rasterpunkte anfahrenden Strahls.
Fig. 4 zeigt ein zweites Ablaufschema des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Deposition einer Solldosisverteilung.
Fig. 5 zeigt eine Auswahl desynchronisierender Maßnahmen.
Fig.6 zeigt ein Ablaufschema des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bestimmung von Steuerungsparametern.
Die Bestrahlungsvorrichtung ist dazu ausgelegt, ein Zielvolumen 102 zu bestrahlen. Bei dem Zielvolumen 102 handelt es sich etwa um einen nahe bzw. in der Lunge einer Person gelegenen Tumor. Alternativ kann es sich auch um ein Phantom, etwa basierend auf Wasser oder Plexiglas, oder ein sonstiges Material handeln. Das Zielvolumen bewegt sich zyklisch etwa auf und ab, was in Fig. 1 durch die Pfeile über und unter dem Zielvolumen 102 angedeutet ist.
Die Bestrahlungsvorrichtung weist ein Synchrotron, ein Cyclotron oder einen sonstigen Beschleuniger 104 zur Bereitstellung eines Partikelstrahls 105, bspw. bestehend aus Protonen oder ' C Kernen, auf. Typischerweise hat so ein Strahl eine Ausdehnung von einem oder mehreren Millimetern, etwa 6 mm oder 10 mm. In dem Zielvolumen 102 sind Schichten angedeutet, welche der Tiefe des Bragg-Peaks für eine bestimmte Teilchenenergie entsprechen (isoenergetische Schichten).
Mit dem Partikelstrahl 105 fährt die Bestrahlungsvorrichtung schematisch als schwarze Punkte in dem Zielvolumen 102 dargestellte Rasterpunkte an. Es ist, wegen der einfacheren Darstellung, schematisch ein schichtweises Anfahren von Rasterpunkten gezeigt; alternativ können Rasterpunkte natürlich auch volumetrisch angefahren werden (nicht dargestellt).
Eine laterale Beeinflussung des Partikelstrahls 105 kann mittels Scanmagneten 106 erfolgen. Hier handelt es sich um Dipolmagnete 106. Für eine longitudinale (entlang der Strahlrichtung) Beeinflussung weist die Bestrahlungsvorrichtung eine passive Energievariationseinrichtung etwa in Form eines Keilsystems 108 zur Energiemodulation auf. Das Keilsystem 108 weist Keile etwa aus Kunststoff auf, die über einen linearen Motor (nicht gezeigt) bewegt werden können. Das Keilsystem 108 wird bevorzugt bei volumetrischen Scans verwendet. Wird schichtweise gescannt so wird die Energie bevorzugt über den Beschleuniger oder eine vor den Scanmagneten 105 installierte Energiemodulationseinheit geändert.
Weiter weist die Bestrahlungsvorrichtung eine Erfassungseinrichtung 110, eine Kontrolleinrichtung 112, einen Rasterscan 114 und einen Teilchenzähler 116 auf. Die Erfassungseinrichtung 110 ist dazu ausgelegt, eine Bewegung des Zielvolumens 102 zu erfassen; dazu weist sie ein Detektorsystem zur Aufnahme der Bewegung des Zielgebiets selbst oder ersatzweise einer anderen damit korrelierten Bewegung auf, beispielsweise eine Kamera zur Detektion der Brustoberflächenbewegung.
Die Erfassungseinrichtung 110 führt der Kontrolleinrichtung 112 die gewonnenen Daten über die Bewegung des Zielvolumens 102 zu. Der Teilchenzähler 116 bestimmt die Anzahl der Teilchen in dem Partikelstrahl 105 und führt das Ergebnis ebenfalls der Kontrolleinrichtung 112 zu. Bei dem Teilchenzähler 116 kann es sich um eine Ionisationskammer handeln. Die auch als Steuerung fungierende Kontrolleinrichtung 112 ist dazu ausgelegt, den Beschleuniger 104, die Scanmagneten 106 und das Keilsystem 108 zu steuern. Dazu ermittelt die Kontrolleinrichtung 112 die entsprechenden Steuerungsparameter unter Berücksichtigung der von der Erfassungseinrichtung 110 und von dem Teilchenzähler 1 16 empfangenen Daten. Über eine von der Kontrolleinrichtung 112 gesteuerte Mitteilungseinrichtung 120 können etwa einer zu bestrahlenden Person Informationen mitgeteilt werden. Die Mitteilungseinrichtung 120 kann Töne und Lichtsignale abgeben, sie kann etwas einen LCD- Bildschirm und eine Sprachausgabe umfassen.
Die Bestrahlungsvorrichtung wird erfindungsgemäß dazu genutzt, in dem Zielvolumen 102 eine bestimmte Dosis mit bestimmter Verteilung zu deponieren. Dazu wird die Bestrahlung in mehrere Durchgänge aufgeteilt, wobei in jedem der Durchgänge die Rasterpunkte teilweise oder aber auch alle nacheinander angefahren werden. Die Anzahl der Durchgänge wird so gewählt, dass eine bestimmte Abweichung von der Solldosisverteilung, etwa von 1,5%, nicht überschritten wird.
Um dabei Fehldosierungen über die Durchgänge zumindest teilweise zu kompensieren werden erfindungsgemäß einer oder mehrere für die Bestrahlung relevante Parameter in Abhängigkeit von Eigenschaften der zyklischen Bewegung während der Bestrahlung verändert.
Dies betrifft beispielsweise die Anzahl der Durchgänge, die Strahlintensität, und damit üblicherweise zusammenhängend, die Geschwindigkeit mit der die Rasterpunkte angefahren werden, die zeitliche Verteilung der Durchgänge, etwa bezogen auf den Startzeitpunkt der jeweiligen Durchgänge, die zeitliche Verteilung des Bestrahlens von Schichten bzw. von bestimmten Volumina innerhalb der einzelnen Durchgänge, etwa bezogen auf den Beginn des Bestrahlens einer Schicht bzw. eines Volumens - etwa durch modulierte Beschleunigerextraktion oder durch passive Energiemodulation -, die Wahl der Anfangsphase und/oder der Zyklusdauer beziehungsweise einer dafür angenommenen Dauer der Bewegung, den Pfad des Strahls im Zielvolumen 102, insbesondere innerhalb von Schichten bzw. Volumina innerhalb des Zielvolumens 102.
Die oben dargestellten Grundzüge des Verfahrens sind in dem in Fig. 2 dargestellten Ablaufschema aufgenommen.
Eigenschaften der Mehrfachbestrahlung können von Eigenschaften der zyklischen Bewegung abhängen. Hierzu wird eine Eigenschaft der zyklischen Bewegung in ein Signal umgesetzt und der Kontrolleinrichtung 112 zur Steuerung der Mehrfachbestrahlung zugeführt. Handelt es sich bei dem zyklisch bewegten Ziel bspw. um einen durch die Atmung einer Person bewegten Tumor, so kann etwa über die Erfassungseinrichtung 110 das Heben und Senken des Brustkorbs der Person erfasst werden, die mittlere Atemperiode und ggf. auch die mittlere Amplitude bestimmt und der Kontrolleinrichtung 112 zur Steuerung der Mehrfachbestrahlung zugeführt werden. Es ist auch möglich, die Bewegung des Zielgebiets direkt zu messen, z.B. durch kontinuierliche bzw in Zeitintervallen aufgenommene Röntgenbilder oder ähnliche Messverfahren, die interne Bewegungen erfassen können.
Es können beispielsweise einer oder mehrere der folgenden Parameter der Mehrfachbestrahlung an die zyklische Bewegung angepasst werden, um die gewünschte Abweichung von der Solldosis Verteilung nicht zu überschreiten:
- die Anzahl der Durchgänge in einer Sitzung;
- die Strahlintensität während eines Durchgangs;
- die Geschwindigkeit mit der der Strahl die Rasterpunkte innerhalb eines Durchgangs von Rasterpunkte zu Rasterpunkt wechselt;
- die Startzeitpunkt der einzelnen Durchgänge.
Die konkrete Maßnahme zur Desynchronisierung hängt u.a. von dem zu bestrahlenden Ziel ab und kann etwa empirisch oder anhand von Modellrechnungen bestimmt werden.
Die Startzeitpunkte der einzelnen Durchgänge können dabei etwa über einen Abschnitt der zyklischen Bewegung, über einen Zyklus oder über eine Zeit, die größer ist als eine Zyklusdauer, verteilt sein. Die Startzeitpunkte können dabei etwa regelmäßig aufeinander folgend oder auch zufällig verteilt sein.
Das eine Eigenschaft der zyklischen Bewegung ausdrückende Signal kann etwa im Rahmen einer Planungsphase vor der eigentlichen Bestrahlung bestimmt werden. Es wird im Vorfeld also eine typische beziehungsweise objektspezifische, etwa eine personenspezifische, Eigenschaft der zyklischen Bewegung bestimmt. Das der Kontrolleinrichtung 112 zuzuführen de Signal kann auch, gegebenenfalls zusätzlich, während der Bestrahlung mehrfach beziehungsweise sogar kontinuierlich bestimmt werden (online). Wird eine Eigenschaft der zyklischen Bewegung vor der eigentlichen Bestrahlung bestimmt, kann etwa auf eine mittlere oder auf eine typische Bewegungsperiode abgestellt werden. Ist die Bewegungsperiode bekannt, so können die Bestrahlungsparameter entsprechend angepasst werden, so etwa können die Startzeitpunkte der Durchgänge gleichmäßig oder zufällig verteilt werden; oder die Abtastgeschwindigkeit so angepasst werden, dass die Durchgänge über die unten noch einmal explizit genannten Zeiträume verteilt sind. Damit sich eine Anpassung der Bestrahlungsparameter während der Bestrahlung erübrigt, ist es sinnvoll, wenn die Bewegungsperiode über die Bestrahlung konstant bleibt. Beispielsweise kann eine Person im Vorfeld so trainiert werden, dass Ihre Atmungsperiode vergleichsweise konstant bleibt (breath Coaching).
Die Bewegung kann aber auch mit der in Fig.l gezeigten Erfassungseinrichtung 110 während der Bestrahlung erfasst werden und so mehrfach oder auch kontinuierlich überprüft werden.
So kann die aktuelle Bewegungsperiode beziehungsweise auch die Phase der Bewegung bestimmt werden, welche dann an die Kontrolleinrichtung 112 übermittelt wird. Eine Bestimmung der Phase ist beispielsweise bei einer Person etwa über das Heben und Senken des Brustkorbs leicht zu realisieren. Mit Hilfe der Erfassung der Bewegungsperiode bzw. Phase der Bewegung können die einzelnen Durchgänge gezielt in unterschiedlichen Phasen der Bewegung gestartet werden.
Mit Hilfe der Mitteilungseinrichtung 120 kann etwa auch einer zu bestrahlenden Person mit einem Instruktionssignal vorgegeben werden, dass sie etwa ihre Atemperiode oder Phase zu bestimmten Zeitpunkten oder auch zu zufälligen Zeitpunkten während der Bestrahlung zu ändern habe. Hier wird die Person in gleichmäßig über die Bestrahlungszeit verteilten Zeitpunkten mittels der Mitteilungseinrichtung 120 aufgefordert, die Atembewegung zu ändern. Die Signale können akustischer und/oder optischer Natur sein.
Es soll noch einmal betont werden, dass zusätzlich oder alternativ zu einer von einer Eigenschaft der zyklischen Bewegung abhängigen Ausgestaltung der Bestrahlung auch eine Eigenschaft der Bestrahlung während der Bestrahlung geändert werden kann. Auch dies kann zu regelmäßig oder zufällig verteilten Zeitpunkten geschehen. So können etwa die oben genannten Parameter während einer Sitzung geändert werden. Weiter können aber etwa auch Pausenzeiten zwischen einzelnen Durchgängen oder der Pfad des Strahls während einer Sitzung verändert werden. In diesem Beispiel wird einer oder werden mehrere der Parameter von Durchgang zu Durchgang verändert. Alternativ oder zusätzlich werden die Parameter von Sitzung zu Sitzung verändert.
Bei einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Bestrahlungsverfahrens wird die Bestrahlung in mehrere Durchgänge aufgeteilt und die Durchgänge derart über die zyklische Bewegung verteilt, dass die Durchgänge in unterschiedlichen Phasen der zyklischen Bewegung appliziert werden. Dabei können auch hier die Startzeitpunkte gleichmäßig aufeinander folgend gewählt sein oder auch zufallige Zeitverzögerungen zwischen den Durchgängen eingebracht werden. Die Durchgänge können etwa über eine typische oder mittlere Bewegungsperiode oder eine Zeit länger als eine Bewegungsperiode verteilt werden, bspw. 150% der Bewegungsperiode. Alternativ kann auch eine Gesamtbestrahlungsdauer von zwei Bewegungsperioden oder drei Bewegungsperioden oder eine andere länger als einen Zyklus währende Dauer gewählt werden.
Es können etwa 5, besser 15 bis 20 oder bis 30 Durchgänge gewählt werden. Typischerweise ist das Zielvolumen in 50 Schichten unterteilt. Es dauert typischerweise 100ms bis zu Is, um eine Schicht abzufahren. Wird ein Volumen angefahren, liegt die Anfahrdauer typischerweise im Bereich von Sekunden.
Die Anzahl der Durchgänge kann für verschiedene Isoenergieschichten oder sonstige Teilvolumina auch unterschiedlich gewählt werden. So bietet es sich an, proximale Schichten seltener anzufahren als distale, da beim Anfahren der distalen Schichten proximale Schichten auch bestrahlt werden (man spricht hier auch von „Vorbestrahlen" der proximalen Schichten).
Bewegt sich ein Teil des Zielgebiets schneller als ein anderes, so können entsprechende Teilvolumina mit mehr Durchgängen belegt werden als langsamer bewegte Teilvolumina.
Weiter kann die Bestrahlung auch gestoppt werden, wenn über die Erfassungseinrichtung 110 ein Ruhen der zyklischen Bewegung festgestellt wird. Ruht die Bewegung für mehr als beispielsweise 10% der bestimmten Bewegungsperiode, so wird die Bestrahlung unterbrochen. Zusätzlich kann die Periode auch prognostiziert werden; stimmen gemessene und prognostizierte Periode nicht ausreichend überein, etwa bei einer Abweichung von mehr als 10%, ist es ebenfalls vorteilhaft, die Bestrahlung zu unterbrechen.
Alternativ kann ein Ruhen der zyklischen Bewegung auch dazu genutzt werden, das Zielvolumen 102 innerhalb einer solchen Ruhephase zu bestrahlen. Dazu wird ebenfalls über die Erfassungseinrichtung 110 die Bewegung verfolgt und in einem Rechner der Erfassungseinrichtung 110 oder der Kontrolleinrichtung 112 der weitere Fortgang der Bewegung prognostiziert (basierend auf einer Auswertung der vorangegangenen Zyklen; etwa durch Extrapolation). Ergibt die Prognose, dass ein Durchgang der Bestrahlung innerhalb der Ruhephase durchgeführt werden kann, so wird dieser gestartet. Betreffend diesen Durchgang wird ein nahezu unbewegtes Zielvolumen 102 bestrahlt.
Der das Zielvolumen 102 bestrahlende Strahl kann einen dreidimensionalen (volumetrischen) Pfad aufweisen oder das Zielvolumen 102 schichtweise abfahren. In beiden Fällen kann der Pfad von Durchgang zu Durchgang verändert werden. Wird schichtweise bestrahlt, so kann die Abfolge der Rasterpunkte in einer der Schichten oder in allen Schichten von Durchgang zu Durchgang verändert werden. Fig. 3 zeigt schematisch je einen Pfad in der gleichen (isoenergetischen) Schicht in zwei unterschiedlichen Durchgängen. Die gezeigten Pfeile zeigen dabei die Reihenfolge des Anfahrens der Rasterpunkte an. In der linken Abbildung verläuft der Pfad von links unten nach rechts oben und in der rechten Abbildung von rechts oben nach links unten.
Wird das Zielvolumen 102 schichtweise abgetastet, so können die Startzeitpunkte für die Bestrahlung der einzelnen Schichten zufällig verteilt gewählt werden beziehungsweise Zeitverzögerungen zufälliger Dauer zwischen die Bestrahlungen der einzelnen Schichten eingeführt werden. Insbesondere können die Zeitverzögerungen so gewählt werden, dass sich insgesamt eine der oben genannten Dauern für eine Sitzung der Mehrfachbestrahlung ergibt. Zusätzlich kann auch von Schicht zu Schicht, auch innerhalb desselben Durchgangs, ein anderer Pfad gewählt werden.
Unabhängig davon, ob das Zielvolumen 102 in Schichten oder volumetrisch abgetastet wird, kann die Abtastgeschwindigkeit mit einer Modulation der Strahlintensität moduliert werden. Dazu kann die Intensität des Strahls während der Extraktion aus dem Beschleuniger definiert, das heißt auf die weiteren Bestrahlungsparameter - inklusive der pro Rasterpunkte zu deponierenden Teilchenzahl - abgestimmt, verändert werden. Die Intensitätsmodulation kann beispielsweise einen zufalligen Verlauf aufweisen. Hier wird die Intensität des Strahls so eingestellt, dass sich die Bestrahlung über die oben erwähnten Zeitintervalle erstreckt.
Die Geschwindigkeit der Tiefenmodulation (depth scanning bei volumetrischem Rescanning) kann etwa über das keilförmige Absorberpaar 108 oder über ein Modulatorrad (nicht gezeigt) mit einem bestimmten Verlauf oder mit einem zufälligen Verlauf verändert werden.
Fig. 4 zeigt einen exemplarischen Ablauf des erfindungsgemäßen Bestrahlungsverfahrens für die Bestrahlung einer Person, bei der die zyklische Bewegung des Ziels durch die Atmung der Person verursacht wird. Hier wird im Vorfeld eine Bestrahlungsplanung durchgeführt, umfassend die Aufstellung beziehungsweise Optimierung des Bestrahlungsplans, die Festlegung, ob schichtweise oder volumetrisch bestrahlt werden soll und die entsprechende Festlegung des Bestrahlungspfads. Es kann auch zunächst ein Bestrahlungspfads festgelegt werden und anschließend entsprechend eingestellt werden, ob schichtweise oder volumetrisch bestrahlt wird. Im Rahmen der Bestrahlungsplanung können auch schon andere die Bestrahlung bestimmende Parameter festgelegt werden, etwa betreffend die, gegebenenfalls zufallig zu startenden, Durchgänge pro Schicht, die Zeitverzögerung zwischen Durchgängen, oder ob ein Feedback an die zu bestrahlende Person durchgeführt wird. Vor der beziehungsweise vor jeder Bestrahlung wird die Atemperiode bestimmt, die Strahlgeschwindigkeit angepasst, also die Geschwindigkeit mit der die Rasterpunkte angefahren werden, und die Anzahl der Durchgänge pro Schicht festgelegt. Während der Bestrahlung wird die Atemtrajektorie gemessen und gegebenenfalls zur Anpassung der Anzahl der Durchgänge beziehungsweise der Startzeitpunkte der Durchgänge verwendet. Gegebenenfalls können die Zeitverzögerungen zwischen den Durchgängen auch zufällig gewählt werden. Die zu bestrahlende Person erhält Audio- und/oder visuelles Feedback betreffend die gemessene Trajektorie und/oder betreffend die Soll-Trajektorie.
Das erfindungsgemäße Bestrahlungsverfahren kann auch verteilt über mehrere Sitzungen (sog. Fraktionen) durchgeführt werden. Die Solldosisverteilung bezieht sich dann auf die insgesamt in sämtlichen Sitzungen zu applizierende Strahlung. Die Mittelung über die Fraktionen kann die Desynchronisierung unterstützen. Der Ablauf der Bestrahlung kann insbesondere auch von Sitzung zu Sitzung unterschiedlich gewählt werden. Fig. 5 zeigt eine Auswahl bereits genannter desynchronisierender Maßnahmen zur Übersicht.
Fig. 6 zeigt ein Ablaufschema des Verfahrens zur Bestimmung von Steuerungsparametern für die Bestrahlungsvorrichtung. Es umfasst die Schritte: Bestimmen des Parameters der maximal tolerierten lokalen Abweichung von der Solldosisverteilung, Bestimmen der Vorgehensweise für die Desynchronisierung des Ablaufs der Bestrahlung und der zyklischen Bewegung des Zielgebiets (102), und Bestimmen der Aufteilung der Bestrahlung des Zielgebiets in hinreichend viele Durchgänge, so dass lokale Abweichungen von der Solldosisverteilung höchstens der maximal tolerierten Abweichung von der Solldosisverteilung entsprechen. Wie oben bereits erwähnt bietet es sich an, diese Parameter empirisch oder anhand von Modellrechnungen zu bestimmen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Deposition einer Solldosisverteilung in einem zyklisch bewegten
Zielgebiet (102) durch Mehrfachbestrahlung mit einem
Rasterpunkte eines Zielrasters anfahrenden Strahl (105) in zumindest zwei Durchgängen, bei dem in jedem der
Durchgänge Rasterpunkte aufeinanderfolgend angefahren werden, gekennzeichnet durch die Schritte:
Festlegen einer maximal tolerierten lokalen Abweichung von der Solldosisverteilung,
Desynchronisieren des Ablaufs der Bestrahlung und der zyklischen Bewegung des Zielgebiets (102), und
Aufteilen der Bestrahlung des Zielgebiets in hinreichend viele Durchgänge, so dass lokale Abweichungen von der
Solldosisverteilung höchstens der maximal tolerierten
Abweichung von der Solldosisverteilung entsprechen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem eine Eigenschaft der Mehrfachbestrahlung von einer Eigenschaft der zyklischen Bewegung abhängt .
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem während der Mehrfachbestrahlung eine Eigenschaft der Mehrfachbestrahlung verändert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3 , bei dem eine Eigenschaft der Mehrfachbestrahlung während der Mehrfachbestrahlung zufällig verändert wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem zumindest ein Teil der Rasterpunkte in unterschiedlichen Durchgängen gezielt in unterschiedlichen Phasen der zyklischen Bewegung angefahren wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die zyklische Bewegung überwacht wird.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Bewegungsperiode bestimmt wird und zumindest ein Teil der Durchgänge über eine Zeit verteilt ist, die zumindest 50% einer Bewegungsperiode entspricht.
8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die Bewegungsperiode vor der Bestrahlung bestimmt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, bei dem die Bewegungsperiode durch Überwachen der Bewegung während der Bestrahlung mehrfach bestimmt wird.
10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Bewegung überwacht wird und die Bestrahlung gestoppt wird, wenn die Bewegung für mehr als 50% der Bewegungsperiode ruht .
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die zyklische Bewegung überwacht wird und bei dem ein Durchgang nur während eines Ruhens der Bewegung gestartet wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem der Verlauf der zyklischen Bewegung auch prognostiziert wird und bei dem ein Durchgang nur während eines Ruhens der Bewegung gestartet wird, wenn die Prognose erwarten lässt, dass der Durchgang während dieser Zeit zumindest zu 80% abgeschlossen ist .
13. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Abfolge des Anfahrens der Rasterpunkte von einem der Durchgänge zu einem anderen der Durchgänge verändert wird.
14. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem während der Bestrahlung über eine Mitteilungseinrichtung (120) Informationen betreffend die zyklische Bewegung angegeben werden.
15. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der Beginn zumindest eines Teils der Durchgänge nach einer Zeitverzögerung zufälliger Dauer erfolgt.
16. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das Zielgebiet (102) ein Zielvolumen (102) ist und die Solldosisverteilung und das Zielraster räumlich ausgestaltet sind.
17. Verfahren nach Anspruch 16, bei dem ein erstes Teil- volumen des Zielvolumens in mehr Durchgängen bestrahlt wird als ein zweites Teilvolumen.
18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, bei dem die Anzahl der Durchgänge für zumindest einen Teil der Rasterpunkte unterschiedlich ist.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, bei dem das räumliche Zielraster schichtweise abgetastet wird und die Anzahl der Durchgänge für zumindest einen Teil der Schichten unterschiedlich ist.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 19, bei dem das räumliche Zielraster schichtweise abgetastet wird und bei dem der Beginn des Bestrahlens für zumindest einen Teil der Schichten in einem der Durchgänge mit einer zufälligen Zeitverzögerung erfolgt.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 20, bei dem das räumliche Zielraster schichtweise abgetastet wird und bei dem der Pfad in einer Schicht von einem der Durchgänge zu einem anderen der Durchgänge verändert wird.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 21, bei dem das räumliche Zielraster schichtweise abgetastet wird und bei dem der Pfad von einer ersten der Schichten zu einer zweiten der Schichten innerhalb desselben Durchgangs geändert wird.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, bei dem der Strahl einen durch ein Volumen verlaufenden Pfad abfährt und der Pfad von Durchgang zu Durchgang verändert wird.
24. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem durch Modulieren der Intensität des Strahls die Strahlgeschwindigkeit moduliert wird.
25. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Mehrfachbestrahlung auf mehrere Sitzungen verteilt und von Sitzung zu Sitzung anders ausgestaltet wird.
26. Bestrahlungsvorrichtung zur Deposition einer Solldosisverteilung in einem zyklisch bewegten Zielgebiet (102) durch Mehrfachbestrahlung mit einer Strahlerzeugungsvorrichtung (104) und einer Steuerungsvorrichtung (106,108, 110, 112, 114, 116) welche
Stahlerzeugungsvorrichtung (104) und Steuerungsvorrichtung (106,108) dazu ausgelegt sind, mit einem Strahl (105) Rasterpunkte eines Zielrasters in zumindest zwei Durchgängen anzufahren, wobei in jedem der Durchgänge Rasterpunkte aufeinanderfolgend angefahren werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestrahlungsvorrichtung eine Festlegungseinheit aufweist, über die die maximal tolerierte lokale Abweichung von der Solldosisverteilung festgelegt wird, die Steuerungsvorrichtung dazu ausgelegt ist, den Ablauf der Bestrahlung und die zyklische Bewegung des Zielgebiets (102) zu desynchronisieren und ein Aufteilen der Bestrahlung des Zielgebiets in hinreichend viele Durchgänge erlaubt, so dass lokale Abweichungen von der Solldosisverteilung höchstens der maximal tolerierten Abweichung von der Solldosisverteilung entsprechen.
27. Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 26, die dazu ausgebildet ist, eine Eigenschaft der Mehrfachbestrahlung in Abhängigkeit von einer Eigenschaft der zyklischen Bewegung zu wählen.
28. Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 26 oder 27, die dazu ausgebildet ist, während der Mehrfachbestrahlung eine Eigenschaft der Mehrfachbestrahlung insbesondere zufällig zu verändern.
29. Bestrahlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 26 bis 28, die ausgebildet ist, zumindest einen Teil der Rasterpunkte in unterschiedlichen Durchgängen gezielt in unterschiedlichen Phasen der zyklischen Bewegung anzufahren.
30. Bestrahlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 26 bis 29, die ausgebildet ist, die Bewegungsperiode zu bestimmen und zumindest einen Teil der Durchgänge über eine Zeit zu verteilen, die zumindest 50% einer Bewegungsperiode entspricht .
31. Bestrahlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 26 bis 30, die ausgebildet ist, die Abfolge des Anfahrens der Rasterpunkte von einem der Durchgänge zu einem anderen der Durchgänge zu verändern.
32. Bestrahlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 26 bis 31, die derart ausbildet ist, dass der Beginn zumindest eines Teils der Durchgänge nach einer Zeitverzögerung zufälliger Dauer erfolgen kann.
33. Bestrahlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 26 bis 32, die derart ausgebildet ist, dass bei einem Zielvolumen (102) als Zielgebiet die Solldosisverteilung und das Zielraster räumlich ausgestaltet ist.
34. Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 26, ausgelegt zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 25.
35. Verfahren zur Bestimmung von Steuerungsparametern für eine
Bestrahlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 26 bis 34 zur Durchführung eines Verfahrens zur Deposition einer Solldosisverteilung in einem zyklisch bewegten Zielgebiet (102) durch Mehrfachbestrahlung mit einem Rasterpunkte eines Zielrasters anfahrenden Strahl (105) in zumindest zwei Durchgängen, bei dem in jedem der Durchgänge
Rasterpunkte aufeinanderfolgend angefahren werden, gekennzeichnet durch die Schritte :
Bestimmen des Parameters der maximal tolerierten lokalen
Abweichung von der Solldosisverteilung,
Bestimmen der Vorgehensweise für die Desynchronisierung des Ablaufs der Bestrahlung und der zyklischen Bewegung des Zielgebiets (102) , und
Bestimmen der Aufteilung der Bestrahlung des Zielgebiets in hinreichend viele Durchgänge, so dass lokale
Abweichungen von der Solldosisverteilung höchstens der maximal tolerierten Abweichung von der Solldosisverteilung entsprechen.
36. Verwendung einer Bestimmung der Steuerparameter nach Anspruch 35 zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 25.
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