WO2011107313A1 - Bestrahlungsvorrichtung und bestrahlungsverfahren zur deposition einer dosis in einem zielvolumen - Google Patents

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scan
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Oliver Heid
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    • A61N2005/1087—Ions; Protons

Definitions

  • the invention relates to an irradiation device and an irradiation method with which a dose distribution can be deposited in a target volume with the aid of a particle beam.
  • Such irradiation apparatus or such an irradiation method is most commonly used as part of a particle therapy to irradiate, for example, pathologically ⁇ stes tissue.
  • the target volume In conventional particle therapy systems, it is possible to cover the target volume to be irradiated with a desired dose distribution by expanding a particle beam and then by insertion, for example by means of a collimator, and optionally by a bolus, which is irradiated by the particle beam, to the respective shape of the Target volume is adjusted.
  • This application is also referred to as passive beam application.
  • beam application it is possible to actively scan a comparatively thin particle beam over a target volume.
  • the particle beam is selectively directed successively to those grid points where the target volume deposited a dose ⁇ the will, until the desired dose distribution was achieved in the target volume.
  • Scanning is also referred to as active beam application.
  • the target volume which is generally curvilinear, is targeted. This means that the "Schreibtraj ektorie" along which the Parti ⁇ kelstrahl scanned over the target volume - for example, by line-scanning - is adapted to the specific shape of the target volume.
  • the irradiation device according to the invention for the deposition of a dose distribution in a target volume to be irradiated has:
  • an accelerator device for providing a particle beam for irradiating the target volume
  • a scanning device for modifying a Strahleigen- generating the particle beam so that the particle beam is successively directed to different locations in a preset scanning volume during operation of the Bestrah ⁇ averaging device, and is saturated ⁇ cannt in this manner over the scanning volume
  • a target volume can be scanned rapidly with a particle beam.
  • the invention is based on the finding that scanning with a scan path which is adapted to the target volume - as is the case in conventional systems - is associated with disadvantages.
  • a scan path which is adapted to the target volume namely means that the scanning device is set, the deflection and the depth of the particle ⁇ beam such that the particle beam is Prinzi ⁇ Piell directed only to grid points of the target volume. Once a grid point is sufficiently irradiated, the scanning device is a next screen dot of the target ⁇ volume, so that this is then irradiated. In this way, the target volume of conventional systems can be occupied with the desired dose.
  • the scanning device must always be individually adapted to the target volume scanning path. This flexibility must be reflected in the system controller, which is therefore comparatively expensive to provide the ability enrollzu ⁇ always adjust the scan path to the individual to bestrah ⁇ loin target volume.
  • the scan path is set independently of the target volume to be irradiated.
  • the scan path can be preset, for example, in the scanning device or its control device. This means that the nature and Wei ⁇ se, such as the scanning volume is scanned in advance and without precise knowledge of the exact geometry, ie the size, shape and location of the target volume - is fixed.
  • the scan volume can also be preset, for example by depositing in the control device.
  • the scan volume can also be preset independently of the target volume, ie even without exact knowledge of its exact geometry.
  • the scanning device may be configured to scan the scan path at a preset scan rate independently of the target volume. This means that the temporal sequence of the scan is set independently of the target volume.
  • the adaptation of the then deposited, local dose to the desired target dose distribution for the target volume is no longer determined by the geometry of the scanning process, but by a modulation of the beam intensity with which the target volume is irradiated during the scanning process.
  • the scanning device is set such that the Parti ⁇ kelstrahl comes to rest outside the target volume. This is the case when the target volume is smaller than the scan volume. At these times, however, the intensity is set to zero so that irradiation does not occur. The intensity is only reset to zero Various ⁇ ne values when the scanning device is turned back so ⁇ provides that the particle beam when scanning the
  • the scanning device is therefore set during scanning for scanning the beam path and regardless of whether the particle beam would be aimed inside or outside the Zielvo ⁇ lumens.
  • the correct dose assignment is le ⁇ diglich achieved by the intensity modulation.
  • the scanning process ie the scan volume, the scan path and / or the scanning speed is designed independently of the target volume. This allows a clearly unified fachte embodiment of the control of the irradiation device.
  • the irradiation device can then be optimized for the scan path, so that this scan path is scanned particularly efficiently.
  • the scanning device can have one or more deflection electromagnets with which the particle beam can be deflected variably in its lateral position.
  • the deflection electromagnet can now be operated at a fixed deflection frequency during operation of the irradiation device.
  • the (or) the deflection electromagnets may then be optimized for this fixed deflection frequency, e.g.
  • the deflection electromagnet can be operated in electrical resonance. Thus, a very fast and strong distraction can be achieved with little effort.
  • the scanning device may perform energy variation of the particle beam to modulate the penetration depth according to a predefined pattern.
  • the modulation of the energy of the particle beam and thus the penetration depth can be controlled by a modulation of the RF power and / or the RF phase. This modulation can be controlled by the scanning device.
  • a fixed program for the control of the energy and thus the penetration depth is particularly advantageous, since a flexible control of the acceleration unit to achieve various energy levels ⁇ can technically usually difficult and relatively inflexible implemented. Due to the fixed program of sampling, it is conceivable that
  • Optimize components of the scanning device for fast scanning may optionally scan the entire scan volume in a single pulse train of the accelerator which may last only a few microseconds, eg less than 50 ys or less than 20 ys or 10 ys. Motion artefacts that lead to dose-error distributions, which are possible with the conventional, comparatively slow, target-specific scanning, are thus efficiently avoided.
  • the scanning device can be designed, in particular, to scan the particle beam repeatedly over the scan volume, eg several times along the scan path.
  • the scan volume since ⁇ overwritten several times.
  • a better dose distribution can be achieved with insufficiently fine modulation of the beam intensity. It can, however, also accumulate one of ⁇ sufficiently high dose at once reliably sensing if th scan path only one dose can be deposited, which is too low to achieve the desired dose distribution.
  • the irradiation method according to the invention for the deposition of a dose distribution in a target volume to be irradiated has the following steps:
  • the particle beam is changed during the irradiation, at least generating a Strahleigen- so that the Par ⁇ tikelstrahl is successively directed to different locations in a pre-scan volume and thereby scanned across the scanning volume,
  • the particle beam is scanned across the scan volume along a fixed scan path preset independent of the target volume
  • the scan path can be scanned at a preset scan rate independent of the target volume.
  • the particle beam can be deflected variably by a deflection electromagnet, wherein the deflection electromagnet is operated at a fixed deflection frequency.
  • the deflection electromagnet can be operated in electrical resonance.
  • An energy variation of the particle beam for modulation of the penetration depth can be performed according to a predefined program.
  • the energy variation can be achieved by modulating an RF power and / or an RF phase of a particle beam accelerator.
  • the particle beam can be scanned several times along the scan path.
  • FIG. 1 is a schematic overview of an irradiation device for irradiating a target volume
  • Fig. 2 is a schematic flow diagram of an embodiment of the method according to the invention.
  • the target volume 13 to be occupied with a target dose is located in an object 17.
  • the target volume 13 may be, for example, an irregularly shaped tumor located in a patient; however, it is also possible to irradiate a phantom for research purposes or a phantom for testing or calibration purposes.
  • the particle beam 15 is directed over a scan volume 19, which is larger than the irregularly shaped target volume 13.
  • the particle beam is thereby directed along a scan path 21.
  • the scanning device of the irradiation device 11 in this case has two deflection magnet pairs 23 with which the particle beam 15 can be deflected in two mutually orthogonal directions perpendicular to its course direction.
  • a control device 25 controls, among other things, the deflecting magnet pairs 23. The deflection takes place according to a voreinge ⁇ presented program.
  • the accelerator device 27 of the irradiation device 11 can be controlled by the control device 25 so that the particle beam 15 is varied in its energy according to a set program.
  • the combination of the deflection magnets 23 and the Energyva ⁇ riation through the accelerator device 27 of the particle beam is directed through the scan volume 15 along the scan path 21st
  • the scan itself, ie the spatial steering of the particle beam 15 is made to irradiate independently of the ⁇ the target volume. 13
  • the desired dose distribution is deposited in the target volume 13, but carried a modulation of the intensity of the particle beam 15 as the beam along the Strahlpfa ⁇ the scanned 21st At those points where the particle beam 15 reaches an area outside the target volume. mens 13 in the scan volume 19, the intensity of the particle beam 15 is regulated to zero.
  • the intensity of the particle beam 15 is set to a non-zero ver ⁇ different value, so that actually a dose is deposited at these points.
  • the adaptation of the deposited dose distribution to the individual circumstances of the target volume 13 is thus le ⁇ diglich through targeted control of the intensity of the particle beam ⁇ 13.
  • the spatial characteristics of the scanning path 21 are selected independently of the target volume. 13
  • FIG. 2 shows an overview of method steps which are carried out in one embodiment of the method according to the invention.
  • a scan volume is determined independently of the shape, the size and / or the position of a target volume to be irradiated (step 41).
  • the scan path is set to which the scanning device of an irradiation device is adjusted so that the particle beam is guided along the scan path. This also takes place independently of the shape, the size and / or the position of the target volume (step 43). Also, the scan speed is set independently of the Zielvolu ⁇ men (step 45).
  • the particle beam is generated by the accelerator and directed to the scan volume.
  • the scanning of the scanning volume is carried along the Scanpfa ⁇ of. Whenever the particle beam scans in the scan volume over the target volume, the intensity of a is Set zero different value, so that in fact a Do ⁇ sis is deposited in the target volume (step 47).
  • Ablenk electromagnets are used, which are operated at a fixed deflection frequency in electrical resonance to deflect the particle beam laterally (step 49).
  • control of the penetration depth of the particle beam may be performed by a fixed particle beam energy control program by correspondingly modulating the phase or RF power of the particle accelerator (step 51).
  • the adaptation of the dose distribution to the target volume is effected via the intensity of the particle beam, which is modulated during the scanning (step 53).
  • the scan volume can be scanned multiple times until the desired dose distribution in the target volume has been reached (step 55).

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bestrahlungsvorrichtung (11) zur Deposition einer Dosisverteilung in einem zu bestrahlenden Zielvolumen (13), aufweisend: - eine Beschleunigervorrichtung (27) zur Bereitstellung eines Partikelstrahls (15) zur Bestrahlung des Zielvolumens (13), - eine Scanvorrichtung (25, 23) zur Modifikation einer Strahleigenschaft des Partikelstrahls (15), sodass bei Betrieb der Bestrahlungsvorrichtung (11) der Partikelstrahl (15) sukzessive an unterschiedliche Orte in einem voreingestellten Scanvolumen (19) gelenkt wird und auf diese Weise über das Scanvolumen (19) gescannt wird, wobei die Scanvorrichtung (25, 23) ausgebildet ist, - das Scanvolumen (19) entlang eines festen, unabhängig vom Zielvolumen (13) eingestellten Scanpfades (21) abzuscannen, und - eine Anpassung der zu deponierenden Dosisverteilung an das Zielvolumen (13) dadurch zu erreichen, indem während des Scannens des Partikelstrahls (15) entlang des Scanpfades (21) eine Intensität des Partikelstrahls (15) moduliert wird. Weiterhin betrifft die Erfindung ein der Bestrahlungsvorrichtung entsprechendes Bestrahlungsverfahren.

Description

Beschreibung
Bestrahlungsvorrichtung und Bestrahlungsverfahren zur Deposi- tion einer Dosis in einem Zielvolumen
Die Erfindung betrifft eine Bestrahlungsvorrichtung und ein Bestrahlungsverfahren, mit denen mithilfe eines Partikelstrahls eine Dosisverteilung in einem Zielvolumen deponiert werden kann. Eine derartige Bestrahlungsvorrichtung bzw. ein derartiges Bestrahlungsverfahren wird üblicherweise im Rahmen einer Partikeltherapie eingesetzt, um z.B. pathologisch ver¬ ändertes Gewebe zu bestrahlen.
Bei herkömmlichen Partikeltherapieanlagen ist es möglich, das zu bestrahlende Zielvolumen mit einer gewünschten Dosisverteilung zu belegen, indem ein Partikelstrahl aufgeweitet und anschließend durch Einblendung, zum Beispiel mithilfe eines Kollimators, und gegebenenfalls durch einen Bolus, der vom Partikelstrahl durchstrahlt wird, an die jeweilige Form des Zielvolumens angepasst wird. Diese Applikation wird auch als passive Strahlapplikation bezeichnet.
Neben einer derartigen, auch passiv genannten Strahlapplikation ist es möglich, einen vergleichsweise dünnen Partikel- strahl aktiv über ein Zielvolumen zu scannen. Dabei wird der Partikelstrahl gezielt sukzessive auf diejenigen Rasterpunkte gerichtet, an denen im Zielvolumen eine Dosis deponiert wer¬ den soll, solange, bis die gewünschte Dosisverteilung im Zielvolumen erreicht wurde. Das Scannen wird auch als aktive Strahlapplikation bezeichnet. Dabei wird das im Allgemeinen krummlinig berandete Zielvolumen gezielt angefahren. Dies bedeutet, dass die "Schreibtraj ektorie" , entlang der der Parti¬ kelstrahl über das Zielvolumen scannt - z.B. durch zeilenweises Abrastern - der konkreten Form des Zielvolumens angepasst ist.
Es ist die Aufgabe der Erfindung eine Bestrahlungsvorrichtung und ein Bestrahlungsverfahren anzugeben, mit denen eine ge- wünschte Dosisverteilung im Zielvolumen bei gleichzeitig vorteilhafter Anlagensteuerung deponiert werden kann.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale der unab- hängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung finden sich in den Merkmalen der abhängigen Ansprüche .
Die erfindungsgemäße Bestrahlungsvorrichtung zur Deposition einer Dosisverteilung in einem zu bestrahlenden Zielvolumen weist auf:
- eine Beschleunigervorrichtung zur Bereitstellung eines Partikelstrahls zur Bestrahlung des Zielvolumens,
- eine Scanvorrichtung zur Modifikation einer Strahleigen- schaff des Partikelstrahls, sodass bei Betrieb der Bestrah¬ lungsvorrichtung der Partikelstrahl sukzessive an unterschiedliche Orte in einem voreingestellten Scanvolumen gelenkt wird und auf diese Weise über das Scanvolumen ges¬ cannt wird,
wobei die Scanvorrichtung ausgebildet ist,
- das Scanvolumen entlang eines festen, unabhängig vom Zielvolumen eingestellten Scanpfades abzuscannen, und
- eine Anpassung der zu deponierenden Dosisverteilung an das Zielvolumen dadurch zu erreichen, indem während des Scan- nens des Partikelstrahls entlang des Scanpfades eine Inten¬ sität des Partikelstrahls moduliert wird.
Mit der Bestrahlungsvorrichtung lässt sich ein Zielvolumen auf schnelle Weise mit einem Teilchenstrahl abtasten.
Dabei liegt der Erfindung die Erkenntnis zu Grunde, dass eine Abtastung mit einem Scanpfad, der an das Zielvolumen ange- passt ist - wie es bei herkömmlichen Anlagen durchgeführt wird -, mit Nachteilen verbunden ist. Ein Scanpfad, der an das Zielvolumen angepasst ist, bedeutet nämlich, dass die Scanvorrichtung die Ablenkung und die Tiefe des Partikel¬ strahls derart eingestellt, dass der Partikelstrahl prinzi¬ piell nur auf Rasterpunkte des Zielvolumens gerichtet wird. Sobald ein Rasterpunkt ausreichend bestrahlt worden ist, stellt die Scanvorrichtung den nächsten Rasterpunkt des Ziel¬ volumens ein, so dass dieser dann bestrahlt wird. Auf diese Weise kann das Zielvolumen der herkömmlichen Anlagen mit der gewünschten Dosis belegt werden.
Da das zu bestrahlende Zielvolumen jedoch üblicherweise in seiner Lage, Größe und Form variabel und individuell ver¬ schieden ist, muss die Scanvorrichtung den Scanpfad stets in- dividuell an das Zielvolumen anpassen. Diese Flexibilität muss sich in der Anlagensteuerung widerspiegeln, die deswegen vergleichsweise aufwändig ist, um die Möglichkeit bereitzu¬ stellen, den Scanpfad stets an das individuelle, zu bestrah¬ lende Zielvolumen anzupassen.
Bei der erfindungsgemäßen Bestrahlungsvorrichtung hingegen wird der Scanpfad unabhängig von dem zu bestrahlenden Zielvolumen eingestellt. Der Scanpfad kann zum Beispiel in der Scanvorrichtung bzw. deren Steuerungsvorrichtung voreinge- stellt hinterlegt sein. Dies bedeutet, dass die Art und Wei¬ se, wie das Scanvolumen gescannt wird, bereits im Vorfeld und ohne genaue Kenntnis der exakten Geometrie, also der Größe, Form und Lage des Zielvolumens - festgelegt ist. Auch das Scanvolumen kann voreingestellt sein, z.B. durch Hinterlegung in der Steuerungsvorrichtung. Das Scanvolumen kann ebenfalls unabhängig vom Zielvolumen voreingestellt sein, d.h. auch hier ohne genaue Kenntnis dessen exakter Geometrie .
Dies hat den Vorteil, die Strahlablenkung und die Tiefenmodu¬ lation mit einer festen, optimierten Anordnung ausführen zu können . Dies schließt auch ein, dass mehrere verschiedene Scanvolumi¬ na, z.B. mit unterschiedlicher Form, Größe und Lage festgelegt werden können, und dass dann eines der Scanvolumina aus¬ gewählt wird. Gleiches gilt für den Scanpfad. Auch hier kön- nen mehrere Scanpfade eingestellt sein, zur Bestrahlung wird dann ein Scanpfad gewählt. Die mehreren Scanvolumina und die mehreren Scanpfade sind jedoch unabhängig von den exakten geometrischen Dimensionen des Zielvolumens, z.B. bereits im Vorfeld, festgelegt.
In einer Ausführungsform kann die Scanvorrichtung ausgebildet sein, den Scanpfad mit einer vom Zielvolumen unabhängig voreingestellten Abtastgeschwindigkeit abzutasten. Dies bedeu- tet, dass die zeitliche Abfolge der Abtastung unabhängig vom Zielvolumen eingestellt wird.
Die Anpassung der dann deponierten, lokalen Dosis an die gewünschte Solldosisverteilung für das Zielvolumen wird nun nicht mehr über die Geometrie des Scanprozesses festgelegt, sondern durch eine Modulation der Strahlintensität, mit der während des Scanprozesses das Zielvolumen bestrahlt wird.
Dabei kann es geschehen, dass zu bestimmten Zeitpunkten wäh- rend des Bestrahlungsvorgangs beim Abtasten des Scanpfades die Scanvorrichtung derart eingestellt ist, dass der Parti¬ kelstrahl außerhalb des Zielvolumens zu liegen kommt. Dies ist dann der Fall, wenn das Zielvolumen kleiner ist als das Scanvolumen. Zu diesen Zeitpunkten wird jedoch die Intensität auf Null gesetzt, sodass eine Bestrahlung dann nicht erfolgt. Die Intensität wird erst dann wieder auf von Null verschiede¬ ne Werte gesetzt, wenn die Scanvorrichtung wieder so einge¬ stellt ist, dass der Partikelstrahl beim Abtasten des
Scanpfades wieder innerhalb des Zielvolumens bestrahlen wür- de. Die Scanvorrichtung wird daher beim Scannen zur Abtastung des Strahlpfades eingestellt und zwar unabhängig davon, ob der Partikelstrahl dabei innerhalb oder außerhalb des Zielvo¬ lumens hinzielen würde. Die korrekte Dosisbelegung wird le¬ diglich über die Intensitätsmodulation erreicht.
Insgesamt wird der Scanprozess, d.h. das Scanvolumen, der Scanpfad und/oder die Abtastgeschwindigkeit unabhängig vom Zielvolumen ausgestaltet. Dies erlaubt eine deutlich verein- fachte Ausgestaltung der Steuerung der Bestrahlungsvorrichtung. Die Bestrahlungsvorrichtung kann dann für den Scanpfad optimiert sein, sodass sich dieser eine Scanpfad besonders effizient abgetastet wird.
Beispielsweise kann die Scanvorrichtung einen oder mehrere Ablenk-Elektromagnete aufweisen, mit denen der Partikelstrahl in seiner lateralen Position variabel abgelenkt werden kann. Der Ablenk-Elektromagnet kann bei Betrieb der Bestrahlungs- Vorrichtung nun mit einer festen Ablenkfrequenz betrieben werden .
Der (oder die) Ablenk-Elektromagnete können dann für diese feste Ablenkfrequenz optimiert sein, z.B. kann der Ablenk- Elektromagnet in elektrischer Resonanz betrieben werden. Damit kann aufwandsarm eine sehr schnelle und starke Ablenkung erreicht werden.
In einer Ausführungsform kann die Scanvorrichtung eine Ener- gievariation des Partikelstrahls zur Modulation der Eindringtiefe gemäß einem vordefinierten Muster durchführen. So kann bei einer Beschleunigervorrichtung, die eine Beschleunigung von geladenen Teilchen mit Hilfe eines HF-Feldes ermöglicht, die Modulation der Energie des Partikelstrahls und damit der Eindringtiefe durch eine Modulation der HF-Leistung und/oder der HF-Phase gesteuert werden. Diese Modulation kann durch die Scanvorrichtung gesteuert werden.
Ein festes Programm für die Steuerung der Energie und damit der Eindringtiefe ist besonders vorteilhaft, da eine flexible Steuerung der Beschleunigungseinheit zu Erreichung verschie¬ dener Energiestufen technisch üblicherweise nur schwer und relativ unflexibel umgesetzt werden kann. Durch das feste Programm der Abtastung ist es denkbar, die
Komponenten der Scanvorrichtung für ein schnelles Abtasten zu optimieren. Es kann gegebenenfalls ein Scannen des gesamten Scanvolumens in einem einzigen Pulszug des Beschleunigers ausgeführt werden, der nur wenige Mikrosekunden dauern kann, z.B. weniger als 50 ys oder weniger als 20 ys oder 10 ys . Bewegungsartefakte, die zu Dosisfehlverteilungen führen, die bei dem herkömmlichen, vergleichsweise langsamen, zielange- passten Abscannen möglich sind, werden damit effizient vermieden .
Die Scanvorrichtung kann insbesondere ausgebildet sein, den Partikelstrahl mehrfach über das Scanvolumen, z.B. mehrfach entlang des Scanpfades, zu scannen. Das Scanvolumen wird da¬ bei mehrfach überschrieben. Dadurch lässt sich eine bessere Dosisverteilung bei nicht ausreichend feiner Modulation der Strahlintensität erzielen. Es lässt sich aber auch eine aus¬ reichend hohe Dosis akkumulieren, falls bei einmaligem Abtas- ten des Scanpfades lediglich eine Dosis deponiert werden kann, die zu gering ist, um die Soll-Dosisverteilung zu erreichen .
Das erfindungsgemäße Bestrahlungsverfahren zur Deposition ei- ner Dosisverteilung in einem zu bestrahlenden Zielvolumen weist folgende Schritte auf:
Bereitstellen eines Partikelstrahls und Richten des Partikel¬ strahls auf ein zu bestrahlendes Zielvolumen,
wobei während der Bestrahlung zumindest eine Strahleigen- schaff des Partikelstrahls verändert wird, sodass der Par¬ tikelstrahl sukzessive an unterschiedliche Orte in einem voreingestellten Scanvolumen gelenkt und dadurch über das Scanvolumen gescannt wird,
wobei der Partikelstrahl entlang eines festen, unabhängig vom Zielvolumen voreingestellten Scanpfades über das Scanvolumen gescannt wird, und
wobei im Zielvolumen eine gewünschte zu deponierende Dosis¬ verteilung erreicht wird, indem während des Scannens des Partikelstrahls entlang des Scanpfades eine Intensität des Partikelstrahls moduliert wird.
Der Scanpfad kann mit einer voreingestellten, vom Zielvolumen unabhängigen Abtastgeschwindigkeit abgetastet werden. Der Partikelstrahl kann durch einen Ablenk-Elektromagneten variabel abgelenkt werden, wobei der Ablenk-Elektromagnet mit einer festen Ablenkfrequenz betrieben wird. Der Ablenk- Elektromagnet kann in elektrischer Resonanz betrieben werden.
Eine Energievariation des Partikelstrahls zur Modulation der Eindringtiefe kann gemäß einem vordefinierten Programm durchgeführt werden. Die Energievariation kann durch eine Modula- tion einer HF-Leistung und/oder einer HF-Phase einer den Partikelstrahl Beschleunigungsvorrichtung erreicht werden.
Der Partikelstrahl kann mehrfach entlang des Scanpfades gescannt werden.
Die vorangehende und die folgende Beschreibung der einzelnen Merkmale, deren Vorteile und deren Wirkungen bezieht sich so¬ wohl auf die Vorrichtungskategorie als auch auf die Verfah¬ renskategorie, ohne dass dies im Einzelnen in jedem Fall ex- plizit erwähnt ist; die dabei offenbarten Einzelmerkmale kön¬ nen auch in anderen als den gezeigten Kombinationen erfindungswesentlich sein.
Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der folgenden Zeichnung näher erläutert, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein. Es zeigen:
Fig. 1 einen schematischen Überblick über eine Bestrahlungsvorrichtung zur Bestrahlung eines Zielvolumens,
Fig. 2 ein schematisches Ablaufdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Fig. 1 zeigt einen schematischen Überblick über Komponenten einer Bestrahlungsvorrichtung 11, mit der ein Zielvolumen 13 mithilfe eines Partikelstrahls 15 bestrahlt wird. Das Zielvolumen 13, das mit einer Soll-Dosis belegt werden soll, befindet sich in einem Objekt 17. Das Zielvolumen 13 kann beispielsweise ein unregelmäßig geformter Tumor sein, der sich in einem Patienten befindet; es ist jedoch auch mög- lieh, ein Phantom zu Forschungszwecken zu bestrahlen oder ein Phantom zu Prüf- oder Kalibrierungszwecken.
Zur Bestrahlung des Zielvolumens 13 wird der Partikelstrahl 15 über ein Scanvolumen 19 gelenkt, das größer ist als das unregelmäßig geformte Zielvolumen 13. Der Partikelstrahl wird dabei entlang eines Scanpfades 21 gelenkt.
Die Scanvorrichtung der Bestrahlungsvorrichtung 11 weist dabei zwei Ablenk-Magnetpaare 23 auf, mit denen der Partikel- strahl 15 in zwei zueinander orthogonalen Richtungen senkrecht zu seiner Verlaufsrichtung abgelenkt werden kann. Eine Steuervorrichtung 25 steuert unter anderem die Ablenk- Magnetpaare 23. Die Ablenkung erfolgt gemäß einem voreinge¬ stellten Programm.
Zudem kann die Beschleunigervorrichtung 27 der Bestrahlungsvorrichtung 11 durch die Steuervorrichtung 25 derart gesteuert werden, dass der Partikelstrahl 15 entsprechend einem eingestellten Programm in seine Energie variiert wird.
Durch die Kombination der Ablenkmagnete 23 und der Energieva¬ riation durch die Beschleunigervorrichtung 27 wird der Partikelstrahl 15 über das Scanvolumen entlang des Scanpfades 21 gelenkt. Das Scannen selbst, d.h. das räumliche Lenken des Partikelstrahls 15, erfolgt unabhängig von dem zu bestrahlen¬ den Zielvolumen 13.
Damit im Zielvolumen 13 die gewünschte Dosisverteilung deponiert wird, erfolgt jedoch eine Modulation der Intensität des Partikelstrahls 15 während der Strahl entlang des Strahlpfa¬ des 21 gescannt wird. An denjenigen Stellen, an denen der Partikelstrahl 15 auf einen Bereich außerhalb des Zielvolu- mens 13 im Scanvolumen 19 treffen würde, wird die Intensität des Partikelstrahls 15 auf Null geregelt.
Sobald der Partikelstrahl 13 durch die Scanvorrichtung auf Punkte innerhalb des Zielvolumens 13 gelenkt wird, wird die Intensität des Partikelstrahls 15 auf einen von Null ver¬ schiedenen Wert gesetzt, so dass an diesen Punkten tatsächlich eine Dosis deponiert wird. Die Anpassung der deponierten Dosisverteilung an die individuellen Gegebenheiten des Zielvolumens 13 erfolgt somit le¬ diglich durch gezielte Steuerung der Intensität des Partikel¬ strahls 13. Die räumlichen Eigenschaften des Scanpfades 21 werden unabhängig vom Zielvolumen 13 gewählt.
Fig. 2 zeigt einen Überblick über Verfahrensschritte, die bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgeführt werden. In einem ersten Schritt wird ein Scanvolumen unabhängig von der Form, der Größe und/oder der Lage eines zu bestrahlenden Zielvolumens festgelegt (Schritt 41).
Ebenso wird der Scanpfad festgelegt, auf den die Scanvorrich- tung einer Bestrahlungsvorrichtung eingestellt wird, sodass der Partikelstrahl entlang des Scanpfades gelenkt wird. Auch dies erfolgt unabhängig von der Form, der Größe und/oder der Lage des Zielvolumens (Schritt 43) . Ebenso wird die Scangeschwindigkeit unabhängig vom Zielvolu¬ men festgelegt (Schritt 45) .
Anschließend wird der Partikelstrahl durch die Beschleunigungsvorrichtung erzeugt und auf das Scanvolumen gerichtet. Die Abtastung des Scanvolumens erfolgt entlang des Scanpfa¬ des. Immer dann, wenn der Partikelstrahl im Scanvolumen über das Zielvolumen scannt, wird die Intensität auf einen von Null verschiedenen Wert gesetzt, sodass tatsächlich eine Do¬ sis im Zielvolumen deponiert wird (Schritt 47) .
Beim Scannen des Partikelstrahls können beispielsweise
Ablenk-Elektromagnete verwendet werden, die mit einer festen Ablenkfrequenz in elektrischer Resonanz betrieben werden, um den Partikelstrahl lateral abzulenken (Schritt 49).
Ebenso kann die Steuerung der Eindringtiefe des Partikel- Strahls durch ein festes Programm zur Energiesteuerung des Teilchenstrahls ausgeführt werden, indem die Phase oder die HF-Leistung des Teilchenbeschleunigers entsprechend moduliert wird (Schritt 51) . Die Anpassung der Dosisverteilung an das Zielvolumen erfolgt über die Intensität des Partikelstrahls, die während des Scannens moduliert wird (Schritt 53) .
Das Scanvolumen kann mehrfach gescannt werden, solange, bis die gewünschte Dosisverteilung im Zielvolumen erreicht worden ist (Schritt 55) .
Bezugs zeichenliste
11 Bestrahlungsvorrichtung
13 Zielvolumen
15 Partikelstrahl
17 Objekt
19 Scanvolumen
21 Scanpfad
23 Ablenk-Magnet
25 Steuervorrichtung
27 Beschleunigereinheit
41 Schritt 41
43 Schritt 43
45 Schritt 45
47 Schritt 47
49 Schritt 49
51 Schritt 51
53 Schritt 53
55 Schritt 55

Claims

Patentansprüche
1. Bestrahlungsvorrichtung (11) zur Deposition einer Dosisverteilung in einem zu bestrahlenden Zielvolumen (13), auf- weisend:
- eine Beschleunigervorrichtung (27) zur Bereitstellung eines Partikelstrahls (15) zur Bestrahlung des Zielvolumens (13),
- eine Scanvorrichtung (25, 23) zur Modifikation einer
Strahleigenschaft des Partikelstrahls (15), sodass bei Be- trieb der Bestrahlungsvorrichtung (11) der Partikelstrahl
(15) sukzessive an unterschiedliche Orte in einem voreinge¬ stellten Scanvolumen (19) gelenkt wird und auf diese Weise über das Scanvolumen (19) gescannt wird,
wobei die Scanvorrichtung (25, 23) ausgebildet ist,
- das Scanvolumen (19) entlang eines festen, unabhängig vom
Zielvolumen (13) eingestellten Scanpfades (21) abzuscannen, und
- eine Anpassung der zu deponierenden Dosisverteilung an das Zielvolumen (13) dadurch zu erreichen, indem während des Scannens des Partikelstrahls (15) entlang des Scanpfades
(21) eine Intensität des Partikelstrahls (15) moduliert wird .
2. Bestrahlungsvorrichtung (11) nach Anspruch 1, wobei die Scanvorrichtung (23, 25) ausgebildet ist, den Scanpfad
(21) mit einer vom Zielvolumen (13) unabhängig voreingestellten Abtastgeschwindigkeit abzutasten.
3. Bestrahlungsvorrichtung (11) nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
wobei die Scanvorrichtung zumindest einen Ablenk- Elektromagneten (23) aufweist, durch den der Partikelstrahl (15) variabel ablenkbar ist, wobei der Ablenk-Elektromagnet (23) bei Betrieb der Bestrahlungsvorrichtung (11) mit einer festen Ablenkfrequenz betrieben wird.
4. Bestrahlungsvorrichtung (11) nach Anspruch 3, wobei Ablenkfrequenz derart gewählt ist, dass der Ablenk- Elektromagnet (23) in elektrischer Resonanz betrieben wird.
5. Bestrahlungsvorrichtung (11) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Scanvorrichtung (25, 23) eine Energievaria¬ tion des Partikelstrahls (15) zur Modulation der Eindringtie¬ fe gemäß einem vordefinierten Muster durchführbar ist.
6. Bestrahlungsvorrichtung (11) nach Anspruch 5, wobei durch die Scanvorrichtung (25, 23) eine Modulation einer HF- Leistung und/oder einer HF-Phase der Beschleunigungsvorrichtung (27) induzierbar ist.
7. Bestrahlungsvorrichtung (11) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Scanvorrichtung (25, 23) ausgebildet ist, den Partikelstrahl (15) mehrfach über das Scanvolumen (19) zu scannen .
8. Bestrahlungsverfahren zur Deposition einer Dosisverteilung in einem zu bestrahlenden Zielvolumen (13), aufweisend folgende Schritte:
- Bereitstellen eines Partikelstrahls (15), und
- Richten des Partikelstrahls (15) auf ein zu bestrahlendes Zielvolumen (13),
wobei während der Bestrahlung zumindest eine Strahleigenschaft des Partikelstrahls (15) verändert wird, sodass der Partikelstrahl (15) sukzessive an unterschiedliche Orte in einem voreingestellten Scanvolumen (19) gelenkt und dadurch über das Scanvolumen (19) gescannt wird,
wobei der Partikelstrahl (15) entlang eines festen, unabhängig vom Zielvolumen (13) voreingestellten Scanpfades (21) über das Scanvolumen (19) gescannt wird, und
wobei im Zielvolumen (13) eine gewünschte, zu deponierende Dosisverteilung erreicht wird, indem während des Scannens des Partikelstrahls (15) entlang des Scanpfades (21) eine Intensität des Partikelstrahls (15) moduliert wird.
9. Bestrahlungsverfahren nach Anspruch 8, wobei
der Scanpfad (21) mit einer voreingestellten, vom Zielvolumen (13) unabhängigen Abtastgeschwindigkeit abgetastet wird.
10. Bestrahlungsverfahren nach Anspruch 8 oder 9,
bei dem der Partikelstrahl (15) durch einen Ablenk- Elektromagneten (23) variabel abgelenkt wird, wobei der
Ablenk-Elektromagnet (23) mit einer festen Ablenkfrequenz be¬ trieben wird.
11. Bestrahlungsverfahren nach Anspruch 10, bei dem der
Ablenk-Elektromagnet (23) in elektrischer Resonanz betrieben wird .
12. Bestrahlungsverfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, bei dem eine Energievariation des Partikelstrahls (15) zur Modulation der Eindringtiefe gemäß einem vordefinierten Muster durchgeführt wird.
13. Bestrahlungsverfahren nach Anspruch 12, wobei die Energievariation durch eine Modulation einer HF-Leistung und/oder einer HF-Phase einer Beschleunigungsvorrichtung (27) erreicht wird .
14. Bestrahlungsverfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, wobei der Partikelstrahl (15) mehrfach über das Scanvolumen (19) gescannt wird.
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