WO2017121795A1 - Method and device for determining a spatial characteristic of a particle beam - Google Patents

Method and device for determining a spatial characteristic of a particle beam Download PDF

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WO2017121795A1
WO2017121795A1 PCT/EP2017/050560 EP2017050560W WO2017121795A1 WO 2017121795 A1 WO2017121795 A1 WO 2017121795A1 EP 2017050560 W EP2017050560 W EP 2017050560W WO 2017121795 A1 WO2017121795 A1 WO 2017121795A1
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particle beam
magnetic field
frequency
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spatial
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Aswin HOFFMANN
Oliver Speck
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Helmholtz-Zentrum Dresden - Rossendorf E.V.
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    • A61N2005/1087Ions; Protons

Definitions

  • the invention relates to a method and a device.
  • a material can be irradiated to process the material.
  • the radiation is partially absorbed by the material and thereby releases energy to the material.
  • the material can be heated, ionized and chemically and / or physically changed.
  • electromagnetic waves e.g., gamma rays and X-rays
  • particles e.g., neutrons, protons and heavy ions, e.g., carbon atoms
  • the energy loss per unit of path length in the material increases with particles with decreasing energy of the particle.
  • the so-called Bragg peak a large part of the energy is released into the material at the end of the beam path. This results in the possibility of precisely and selectively processing the material, e.g. an area to be irradiated (the so-called target area) inside the material (e.g., a tumor).
  • Proton therapy due to the steep distal dose gradients at the so-called Bragg peak and the sensitivity to density variations along the beam path, may be susceptible to anatomical variations such as e.g. Organ movement or breathing. This complicates a precise dose application in conventional radiotherapy.
  • a spatially resolved and / or time-resolved measurement of the position of the particle beam relative to the, for example changing, anatomical conditions provided during the irradiation This makes it possible to control and / or regulate the range of the particle beam and thus the introduced (applied or deposited) dose distribution (also referred to as effected dose distribution).
  • a spatial and / or temporal distribution of the irradiation dose caused in the target area can be measured, controlled and / or regulated, for example based on the anatomical conditions.
  • MRI magnetic resonance imaging
  • particle irradiation e.g., for proton therapy
  • an image-guided radiotherapy is provided. This enables real-time imaging of the irradiated area (e.g., in the position of tumor and normal tissue), e.g. for adaptive irradiation, direct measurement, visualization of the particle beam (e.g., proton beam) in tissue (e.g., in the patient), and / or for real-time range verification.
  • the particle beam e.g., proton beam
  • a method may include: generating a (e.g., magnet induced) magnetic field in an irradiation region; Irradiating the irradiation area by means of a particle beam having spin-polarized particles; Detecting excitation of the spin-polarized particles caused by the magnetic field; and determining a spatial characteristic of the particle beam based on the excitation.
  • a e.g., magnet induced
  • the excitation can cause the particle beam to emit an alternating magnetic field (which can also be called a magnetic response field) which can be detected.
  • the magnetic response field may, for example, cause an electromagnetic signal in a sensor arrangement, by means of which the detection takes place.
  • the particles may also be referred to as particles.
  • the particles may have an electrical charge (charge particles).
  • the particles eg, protons or ions
  • the spin (illustratively rotation or spin) may be understood as an intrinsic angular momentum of the particles.
  • the spin of an electrically charged particle also referred to simply as charged particle
  • electrically neutral particles may have a spin and a magnetic moment associated therewith, e.g. Deuterium nuclei.
  • Particle beam a preferred direction may also be referred to as polarization direction
  • the spin is not random (e.g., random).
  • the spin of the particles may have an at least partially (partially or completely) ordered orientation.
  • the particle beam may have a magnetic moment (dipole moment) parallel to the preferred direction in the spatial and / or temporal mean.
  • spin polarization may also be referred to herein as polarization.
  • the spin acts on a torque which tends to align the magnetic moment of the spin parallel to the field direction of the magnetic field.
  • the torque may be defined by the vectorial product of the magnetic moment of the particle and the magnetic flux density of the magnetic field.
  • the torque can be perpendicular to the spin and to the field direction of the magnetic field, causing a precession (illustrative gyration) of the spin.
  • the precession can be done with the Larmor frequency, which results from the product of the gyromagnetic ratio with the flux density of the magnetic field (as angular frequency).
  • the gyromagnetic ratio can be understood as a proportionality factor between the angular momentum (or spin) of a particle and the associated magnetic moment.
  • the magnetic field may cause excitation of the spin-polarized particles, e.g. similar to the excitation of the atomic nuclei of a material in the sense of a
  • the direction of the spin of the particles may have a component perpendicular to a field direction of the magnetic field (for example, to the direction of flow of the magnetic field).
  • the spin polarization may or may be oriented perpendicular to the field direction of the magnetic field.
  • the magnetic response field can be detected, for example by means of the sensor arrangement (eg by means of a high-frequency coil).
  • the magnetic field eg, its flux density
  • a Larmor precession can be understood as a precession of the spin (illustratively angular momentum with a magnetic dipole moment) around the magnetic field direction.
  • the frequency of the Larmor precession may be referred to as the Larmor frequency.
  • the Larmor precession can be effected by an interaction between the magnetic moment of the spin and the magnetic field. This may also apply to electrically neutral particles (e.g., a neutron or an electrically neutral atom, e.g., deuterium) composed of charged particles but whose magnetic moments do not add to zero, e.g. the atoms of a material. In other words, the spin-polarized particles can be excited to precession, i.
  • a material may be excited for Larmor precession, i. to a Larmor precession of the material and / or to a Larmor frequency of the material.
  • the Larmor frequency of the spin-polarized particles may differ from the Larmor frequency of the material.
  • detecting the excitation may include detecting a physical quantity that represents the excitation (eg, the spin precession of the particles and / or the nuclear spin precession of the material).
  • the physical quantity can be, for example, a magnetic quantity (eg of the magnetic response field), eg a flux density, a magnetic field strength and / or a magnetic flux, eg its spatial and / or temporal change (eg its frequency and / or its spectrum).
  • the physical quantity may be an electrical quantity, for example an electrical current, an electrical voltage and / or an electrical energy, for example their spatial and / or temporal change (eg their frequency and / or their spectrum).
  • the electrical quantity may represent, for example, an interaction of the excitation with the sensor arrangement.
  • the precession of a spin can lead to the generation of the time-varying magnetic response field, which induces an electrical current in the sensor arrangement which can be measured.
  • the (eg, magnetically induced) magnetic field may include at least one of: a static (ie, temporally and / or spatially substantially constant) first magnetic field (may also be referred to as magnetic)
  • a method may include generating a magnetic field (may also be referred to as a magnet-induced magnetic field) in an irradiation region in which a material is disposed, wherein the magnetic field defines a Larmor frequency of the material (eg, the atomic nuclei of the material) the material is stimulated); Irradiating the material by means of a particle beam, wherein the particle beam another magnetic field (can also as
  • Larmor frequency can be carried out, for example, phase-sensitive.
  • an electrical charge flow effected by the particle beam may define the further magnetic field.
  • the additional magnetic field can be generated when the particles have an electrical charge (i.e., when the particle beam causes an electric charge flow).
  • the additional magnetic field can be defined by the electric current strength of the particle beam.
  • the electrical current intensity of the particle beam may be defined by the electrical charge and the velocity of the particles and / or by its fluence. In other words, the additional magnetic field (e.g., magnetic flux) thereof may or may not be defined by the electric current of the particle beam.
  • the irradiation dose may or may not be defined by the fluence of the particle beam.
  • the fluence may refer to the number of particles passing through a given area (eg, the cross-sectional area of the particle beam).
  • the further magnetic field may have a gradient (can then also as
  • the additional magnetic field can be inhomogeneous.
  • the additional magnetic field can be a circular magnetic field.
  • the additional magnetic field can interfere with the Larmor precession of the material (e.g., in the vicinity of the particle beam).
  • the additional magnetic field can be a temporal
  • the additional magnetic field (e.g., the gradient field) may be changed at a frequency that is less than the Larmor frequency (e.g., at least one order of magnitude) and / or less than about 1 MHz (i.e., low frequency).
  • the other one e.g., the Larmor frequency (e.g., at least one order of magnitude) and / or less than about 1 MHz (i.e., low frequency).
  • Magnetic field be referred to as a beam-induced magnetic interference field.
  • the perturbation due to the beam-induced magnetic interference field may cause a change in the Larmor frequency of the material which may be detected.
  • the Larmor frequency of the material may range from about 10 MHz (megahertz) to about 500 MHz
  • the Larmor frequency may be defined by the magnetic field or, e.g. of its magnetic flux density.
  • a proportionality factor between the Larmor frequency of the material and the magnetic flux density of the magnetic field may range from about 10 MHz / T (megahertz / Tesla) to about 100 MHz / T, e.g. in a range of about 25 MHz / T to about 75 MHz / T, e.g.
  • the material may include or be formed from an organic material, e.g. organic tissue.
  • the organic material may include or be formed from living material.
  • the method may further comprise:
  • the first magnetic field may be temporally constant (ie static).
  • the second magnetic field and / or the further magnetic field can be temporally and / or spatially variable (or at least temporally and / or spatially have variable components), eg faster than the first magnetic field and / or as the third magnetic field.
  • the first magnetic field may include a magnetic flux density (e.g., in the irradiation area, in the material, and / or in the
  • Target area greater than about 0.35 T (Tesla), e.g. in a range of about 0.35 T to about 5 T, e.g. in a range from about 1 T to about 3 T (may also be referred to as a clinical area).
  • the second magnetic field, the additional magnetic field (e.g., the beam induced magnetic interference field) and / or the third magnetic field e.g.
  • magnet-induced magnetic interference field have a smaller magnetic flux density than the first magnetic field.
  • the second magnetic field, the third magnetic field and / or the further magnetic field may have a magnetic flux density (e.g., in the irradiation area, in the material and / or in the target area) of less than about 0.5 T, e.g. of less than about 0.1 T (e.g., in a range of about 1 mT (millitesla) to about 100 mT), e.g. less than about 1 mT, e.g. less than about 100 ⁇ (microtesla), e.g. in a range of about 0.1 ⁇ to about 10 ⁇ or to about 100 ⁇ .
  • a magnetic flux density e.g., in the irradiation area, in the material and / or in the target area
  • the additional magnetic field (e.g., the beam-induced perturbation field and / or the beam-induced excitation field) may have a greater gradient than the magnetic field (e.g., as the first magnetic field and / or as the second magnetic field), e.g. in the magnetic flux density.
  • the third magnetic field (e.g., the magnet-induced noise field) may have a larger gradient than the first magnetic field and / or as the second magnetic field, e.g. in the magnetic flux density.
  • detecting the change in the Larmor frequency of the material may be in a spatial volume in which the
  • Larmorfrequenz (essentially) spatially distributed equally.
  • the extent of the spatial volume in which is detected be set up so small that a shift in the Larmor frequency can be detected. This can be done quantitatively determining properties of the particle beam, for example, in contrast, as if only the presence of a disturbance is detected.
  • detecting the change in Larmor frequency may include centering the Larmor frequency of the material over a predefined spatial volume. In other words, a spatially averaged deviation of the Larmor frequency can be detected.
  • the Larmor frequency of the material can generally be spatially and / or temporally variable due to external influences, such as gradients or other effects.
  • the beam-induced magnetic interference field can bring about a further change that can be detected (for example, by recording and comparing measured data and / or image data with and without a particle beam).
  • a method may include generating a magnetic field (may also be referred to as a magnet-induced magnetic field) in an irradiation region in which a material is disposed, the magnetic field defining a Larmor frequency of the material (ie, a Larmor frequency at which the material is excited becomes); Generating a particle beam, the particle beam having a plurality of pulses whose frequency defines a frequency of the particle beam (may also be referred to as pulse frequency), which is different from the
  • Particle beam another magnetic field (can also be referred to as a beam-induced magnetic field) is generated, which superimposes the magnetic field; Modulate the
  • Particle beam with the Larmor frequency Detecting an excitation of the material caused by the further magnetic field; and determining a spatial characteristic of the particle beam based on excitation.
  • the additional magnetic field can be modulated with the Larmor frequency of the material. This allows the material to be stimulated to Larchorlessnesszession. If the further magnetic field is modulated with the Larmor frequency of the material, the additional magnetic field can also be referred to as a beam-induced magnetic excitation field.
  • the frequency may be a
  • Reverse frequency in the case of a cyclotron, a cyclotron frequency
  • the orbital frequency may be greater than the Larmor frequency.
  • the frequency can be defined, for example, by a particle beam source (eg a cyclotron) (which can then also be referred to as the rotational frequency), by means of which the particle beam is generated.
  • the particle beam may or may not be modulated with the Larmor frequency, regardless of the configuration of the generation. This can be achieved that a smaller magnetic flux density for the first magnetic field is needed and / or can be more easily respond to changes.
  • the frequency of a pulsed particle beam which is e.g. is produced by means of a cyclotron, in an area which is difficult or impossible to excite the material to make without technically complex changes. Therefore, conventionally very strong magnets would have to be used to generate the first magnetic field to match the Larmor frequency of the material to the
  • Adjust pulse frequency of the particle beam source and / or it would have an energetically ineffective particle beam source can be used to their pulse rate to the
  • the technical configuration of the particle beam source and / or the technical configuration of the MRI components can be maintained, which saves costs and effort.
  • generating the particle beam may include the particle beam for forming the plurality of pulses at the frequency
  • the fade frequency hide, wherein the fading of the particle beam and the detection of the excitation take place alternately.
  • the fade frequency may be smaller than the Larmor frequency.
  • the modulating may include
  • the modulating may include a
  • Amplitude of the particle beam (e.g., the particle beam current) to vary with the Larmor frequency.
  • a method may include: generating a magnetic field in an irradiation region in which a material is disposed; Generating a particle beam, wherein the particle beam has a plurality of pulses whose frequency defines a frequency of the particle beam and / or wherein the particle beam is modulated with the frequency; Irradiation of the material by means of
  • Particle beam wherein the particle beam generates a further magnetic field, which superimposes the magnetic field; Modulating the particle beam with another frequency which is different from the frequency (of the particle beam); Detecting a (eg magnetic) excitation of the material (eg its nuclear magnetic resonance), which by the further Magnetic field is effected; and determining a spatial characteristic of the particle beam based on excitation.
  • a (eg magnetic) excitation of the material eg its nuclear magnetic resonance
  • the frequency of the particle beam may, in various embodiments, range from about 10 MHz (megahertz) to about 500 MHz, e.g. in a range from about 50 MHz to about 200 MHz, e.g. about 106 MHz.
  • the frequency may be, for example, a cyclotron frequency (may also be referred to as a gyration frequency), e.g. when the particle beam is generated by means of a cyclotron (for example by means of an isochronous cyclotron which has a temporal constant
  • the cyclotron frequency may indicate a rotational frequency of the particles in the magnetic field of the cyclotron.
  • the material may alternatively or additionally be excited optically and / or electrically.
  • the modulating of the particle beam may be at multiple frequencies (e.g., a frequency spectrum), at least one frequency of which is the other frequency.
  • the particle beam may be constant over time.
  • the pulses of the particle beam may have a temporal extension (may also be referred to as pulse width).
  • the pulse width may be defined by the energy of the particle beam or, for example, regardless of the frequency of the
  • the pulse width may define other harmonic frequencies of the particle beam which are different from the Larmor frequency.
  • the energy in the modulation which is at the Larmor frequency can be relevant.
  • the frequency of the particle beam may be different from (e.g., greater than) the Larmor frequency.
  • the additional frequency (which may also be referred to as the modulation frequency) may be the Larmor frequency.
  • Larmor frequency be modulated or become.
  • the particle beam may or may not be sinusoidally modulated.
  • Modulating the particle beam may comprise continuously modulating the particle beam (e.g., sinusoidal), i. interruption.
  • the particle beam e.g., sinusoidal
  • Particle beam continuously (i.e., unpulsed) and modulated.
  • the particle beam may or may not be amplitude modulated.
  • modulating the particle beam may discretely modulate the particle beam, e.g. binary (e.g., to pulse).
  • the particle beam may be or may be pulsed at the Larmor frequency (e.g., by blanking).
  • a first pulse of the particle beam with the frequency and a second pulse of the particle beam with the further frequency can be superimposed on one another.
  • the modulating of the particle beam may include a spatial and / or temporal distribution of a charge current of the
  • Particle beam e.g., its electric current
  • the frequency may be the Larmor frequency and / or the further frequency may be less than the Larmor frequency.
  • the particle beam may be modulated at a frequency less than the Larmor frequency, e.g. fade in and out (then the other frequency can also be used as
  • modulating the particle beam may include masking out the particle beam having the further frequency (e.g., the cutoff frequency), wherein the masking of the particle beam and the detection of the stimulus may occur alternately.
  • the fade-out may occur periodically, e.g. with a frequency different from the Larmor frequency, e.g. smaller than that
  • a method may include: generating a magnetic field in an irradiation region in which a material is disposed, the magnetic field defining a Larmor frequency of the material;
  • the modulated particle beam may be continuous (i.e., uninterrupted).
  • the particle beam may be amplitude modulated.
  • a continuous particle beam may or may not be generated by means of a cyclotron (e.g., a synchro-cyclotron).
  • the particle beam may or may not be pulsed.
  • a pulsed particle beam may be generated by means of a cyclotron (e.g., an isochronous cyclotron).
  • the pulsed particle beam may or may not be amplitude modulated.
  • Magnetic field have the Larmorfrequenz of the material, i. be temporally variable with the Larmor frequency.
  • detecting the excitation may include detecting a Doppler effect (also referred to as Doppler shift) of the particle beam, wherein the spatial energy distribution of the particle beam is determined based on the Doppler effect.
  • the Doppler effect can be detected when the particle beam itself is causing a sufficient signal (e.g., when it is polarized).
  • Particle beam represent a spatial energy distribution of the particle beam.
  • the spatial characteristic may be a spatial position of a Bragg peak of the particle beam; a range of the particle beam; represent a trajectory of the particle beam and / or a spatial current density distribution.
  • the method may further comprise: generating a set of first image data based on, for example, the excitation (the spin-polarized particle and / or the material) representing the spatial characteristic of the particle beam; Generating a set of second image data representing the spatial Characteristic of a material represented; and superimposing the first image data and the second image data.
  • detecting the excitation may comprise detecting an electromagnetic emission caused by the excitation.
  • the electromagnetic emission may include emitting an alternating electromagnetic field (illustratively a magnetic response field).
  • the particle beam at least partially
  • a first electromagnetic emission can be caused by the excitation of the material (material excitation).
  • the first electromagnetic emission may also be referred to as material-induced emission (material-induced magnetic response field).
  • a second electromagnetic emission can be caused by the excitation of the particles (particle excitation).
  • the second electromagnetic emission can be caused by the excitation of the particles (particle excitation).
  • Electromagnetic emission can also be called particle-induced emission
  • Particle beam based on electromagnetic emission e.g.
  • the method may further comprise: determining a spatial characteristic of a material disposed in the irradiation area.
  • the spatial characteristic of the material may be determined based on electromagnetic emission (e.g., material-induced emission).
  • the method may further comprise: controlling and / or controlling the irradiation and / or the particle beam based on the spatial characteristic of the particle beam.
  • the controlling and / or controlling may include determining one or more beam guidance parameters based on the spatial characteristics of the particle beam and guiding the particle beam according to the one or more beam guidance parameters.
  • controlling and / or regulating may include one or more attenuation parameters based on the spatial
  • the particle beam may be exposed to a first energy (e.g., electrical energy and / or energy)
  • a first energy e.g., electrical energy and / or energy
  • the particles of the particle beam may be generated at a first energy (e.g., kinetic energy) and attenuated to a second energy according to the one or more attenuation parameters.
  • the kinetic energy of the particles may define a penetration depth of the particle beam into the material.
  • an initial energy and thus the
  • Penetration depth in the material) and / or the spatial characteristics (e.g., beam position) of the particle beam are changed (e.g., increased or decreased) by attenuation.
  • controlling and / or regulating may include one or more irradiation duration parameters based on the spatial
  • the method may further comprise: determining a spatial characteristic of a material disposed in the irradiation area; wherein the controlling and / or regulating takes place on the basis of a relation between the spatial characteristic of the particle beam and the spatial characteristic of the material.
  • a deviation quantity can be determined which represents a deviation of the spatial characteristic of the particle beam from a criterion, the criterion being defined by the spatial characteristic of the material.
  • the criterion for example, to be irradiated
  • the criterion may represent a target irradiation dose (eg, its spatial distribution).
  • the spatial characteristic of the material e.g. When an organ is moved, the location of the target area may change. Then, the spatial characteristic of the particle beam may be adjusted (e.g., the position of the Bragg peak to be within the target range).
  • an induced irradiation dose can be adapted to the spatial characteristics of the material.
  • the spatial characteristics of the particle beam and the spatial characteristics of the material may be matched (e.g., such that their difference is reduced from each other).
  • the material and / or the particle beam can be changed.
  • Particle beam to track the spatial characteristics of the material.
  • the particle beam may or may be adapted to the patient's situation.
  • the spatial characteristic of the material can be tracked to the spatial characteristic of the particle beam.
  • the patient may be or may be adapted to the situation of the particle beam, e.g. in its position.
  • the particle beam and / or the patient can be moved.
  • control and / or regulation of the material may be effected (e.g., its spatial characteristics, e.g., its location, e.g., orientation and / or position).
  • controlling and / or controlling may include controlling and / or controlling a location (e.g., orientation and / or position) (e.g., of the particle beam and / or material).
  • the particle beam can be superimposed with a normal MR image of a patient. This can be done independently or in addition to an adaptive irradiation (control and / or regulation of the particle beam). Vividly can to
  • Particle beam based on the spatial characteristics of the particle beam and / or based on the spatial characteristics of the material, for. controlling and / or regulating a time duration of the irradiation and / or a controlling and / or
  • the method may further comprise: identifying a target area of the material, which by means of
  • Particle beam to be irradiated based on the spatial characteristics of the material, which has the control and / or rules, a Bragg peak of the
  • the spatial characteristic of the material may represent a spatial distribution of a property of the material.
  • the property of the material may be a physical property, e.g. a proton density, a relaxation time, an atomic mass, a mass density, a magnetic susceptibility, and / or a conductivity (e.g., an electrical conductivity and / or a magnetic conductivity).
  • the property of the material may be a chemical property of the material.
  • the spatial property of the material may be a chemical property of the material.
  • the magnetic conductivity can also be referred to as magnetic permeability.
  • the magnetic susceptibility can also be considered magnetic
  • the spatial characteristic of the material may be determined by means of radiography and / or sonography.
  • the spatial characteristic of the material may represent at least one of: a chemical composition of the
  • Material e.g., its density
  • tissue parameters e.g.
  • the method may further comprise: generating a set of first image data, eg, based on the excitation, which represents the spatial characteristic of the particle beam, wherein the controlling and / or regulating is optionally based on the set of first image data.
  • the method may further comprise: generating a set of second image data representing the spatial
  • the method may further comprise: generating a set of second image data representing the spatial
  • controlling and / or regulating may occur
  • the second image data may include at least X-ray absorption data.
  • the material can be penetrated by X-rays (radiography).
  • the second image data may include at least sound reflection data (e.g., ultrasound reflection data).
  • the material can be penetrated by means of sound (for example ultrasound)
  • Characteristics of the particle beam in real time According to various embodiments, controlling and / or regulating the
  • the excitation magnetic field may be effected by means of a modulation (e.g., temporal and / or spatial variation) of the particle beam, e.g. by modulating the particle beam with the Larmor frequency.
  • a modulation e.g., temporal and / or spatial variation
  • the exciting of the material by means of an external (eg means Coils) generated excitation magnetic field done.
  • the excitation magnetic field may have the Larmor frequency of the material.
  • the magnetic interference field (for example, the magnetic interference field
  • the magnetic interference field (for spatially disturbing the Larmor frequency of the material) can be generated externally (e.g., by means of coils).
  • the magnetic interference field can be a gradient field.
  • the magnetic interference field may have a frequency less than the Larmor frequency.
  • Excitation of the material may include stimulating its atomic nuclei (e.g., their static protons), e.g. to encourage a precession.
  • the precession can be the
  • the excitation magnetic field with the Larmor frequency can be changed over time.
  • the excitation may be precessing
  • Transverse magnetization i.e., transverse to the field direction of the background field.
  • the third magnetic field and / or the magnetic interference field may be altered spatially and / or temporally (e.g., at yet another frequency).
  • the still further frequency may be less than 1 MHz (low frequency), e.g. is in a range of about 1 kHz to about 500 kHz, e.g. in a range of about 10 kHz to about 100 kHz.
  • the generation of the second magnetic field and the detection of the excitation may occur alternately so that they do not interfere with each other. This can be done, for example, if the magnetic excitation field has an influence on the particles of the particle beam.
  • the generation of the second magnetic field and the detection of the excitation may occur simultaneously. This can be done, for example, if the second magnetic field has no or little influence on the particles of the particle beam.
  • the generation of the second magnetic field and the detection of the excitation can take place spatially separated from one another, for example in different subareas of the irradiation area.
  • the Larmorfrequenz by means of
  • the background field may be superimposed or be superimposed on the magnetic interference field, which spatially distributes the value of the Larmor frequency.
  • an apparatus may include: an irradiation area; a magnet arrangement for generating a magnetic field in the irradiation area; a particle beam gun, which for irradiating the
  • an apparatus may include: an irradiation area; a magnet arrangement for generating a magnetic field in the irradiation area; a particle beam gun, which for irradiating the
  • Irradiation range is set up by means of a particle beam, wherein the particle beam has polarized particles or is formed therefrom; a sensor assembly (may also be referred to as a receiver unit) adapted to detect excitation of the polarized particles, the excitation being effected by the magnetic field; and an evaluation unit configured to determine a spatial characteristic of the particle beam based on the excitation.
  • the sensor arrangement may be configured to detect a spatial energy distribution of the particle beam.
  • the sensor arrangement may be configured to detect a physical quantity that represents the excitation.
  • the sensor arrangement may comprise one or more electric coils (may also be referred to as electromagnets or receiving antennas), eg at least two coils in Helmholtz configuration.
  • the excitation may induce an electrical quantity, eg an electric current, in the sensor arrangement (eg one coil or several coils), eg by means of a magnetic interaction between the excitation and sensor arrangement (eg by means of an alternating magnetic field generated by the Excitation is effected).
  • the sensor arrangement may include a
  • Measuring device which is adapted to detect the electrical variable.
  • the sensor arrangement may be configured to detect a Doppler effect of the particle beam; wherein the evaluation unit is set up to determine a spatial energy distribution of the particle beam on the basis of the Doppler effect.
  • the frequency of the excitation (and thus, for example, the signal) of the spin-polarized (e.g., hyperpolarized) particle beam may shift. The shift of the frequency of the excitation can be detected.
  • an apparatus may include: an irradiation area for receiving a material; a magnet assembly for generating a magnetic field in the irradiation region, the magnetic field defining a Larmor frequency of the material; a particle beam gun, which is adapted to irradiate the material by means of a particle beam, wherein the particle beam generates a further magnetic field, which superimposes the magnetic field; a sensor arrangement arranged to detect a change in the Larmor frequency, the change being caused by the further magnetic field; and an evaluation unit configured to determine a spatial characteristic of the particle beam based on the change.
  • the first magnetic field may be constant in time.
  • the second magnetic field and / or the further magnetic field can be temporally and / or spatially variable.
  • the sensor arrangement for detecting the change of the Larmor frequency can be set up in a spatial volume in which the Larmor frequency is distributed substantially spatially the same.
  • a variation is less than about 20%, eg, less than about 10%, eg, less than about 5%, eg, less than about 1%, eg, less than about 0.1%, eg, less as about 0.01%, eg less than about 0.001%), eg about 0.
  • the method may further comprise: displaying image data (e.g., the first image data and / or the second image data).
  • image data e.g., the first image data and / or the second image data.
  • a visualization of the particle beam (or its properties) and / or of the material (or its properties) can take place by means of imaging.
  • an apparatus may include: an irradiation area for receiving a material; a magnet assembly for generating a magnetic field in the irradiation region which defines a Larmor frequency of the material; a particle beam gun adapted to irradiate the material by means of a particle beam, the particle beam having a plurality of pulses whose frequency defines a frequency of the particle beam other than the Larmor frequency; and wherein the particle beam generates a further magnetic field which superimposes the magnetic field; a beam modulation arrangement configured to modulate the Larmor frequency particle beam; a
  • an apparatus may include: an irradiation area for receiving a material; a magnet arrangement for generating a magnetic field in the irradiation area; a particle beam gun, which is adapted to irradiate the material by means of a particle beam, wherein the particle beam has a plurality of pulses whose frequency is a frequency of the
  • Particle beam defined, and wherein the particle beam generates a further magnetic field, which superimposes the magnetic field; a beam modulation arrangement arranged to modulate the particle beam with a further frequency, wherein the further frequency is different from the frequency; a sensor assembly configured to detect excitation of the material by the further magnetic field; and an evaluation unit, which is used to determine a spatial characteristic of the
  • the particle beam gun may be configured such that the frequency is greater than the Larmor frequency.
  • the beam modulation arrangement may be configured such that the further frequency is the Larmor frequency.
  • the beam modulation arrangement may be configured to modulate a spatial and / or temporal distribution of a charge current of the particle beam.
  • the particle beam gun may be configured such that the frequency of the particle beam is the Larmor frequency
  • the beam modulation arrangement may be configured such that the further frequency is smaller than the Larmor frequency.
  • the beam modulation arrangement may include a beam blanking arrangement configured to blank out the particle beam, wherein the controller is arranged to control the beam blanking arrangement and the sensor arrangement such that the blanking of the particle beam and the detection of the pickup are alternated, so that they do not bother.
  • the sensor arrangement may be configured to detect an electromagnetic emission (e.g., an alternating magnetic field) caused by the excitation.
  • an electromagnetic emission e.g., an alternating magnetic field
  • an apparatus may include: an irradiation area for receiving a material; a magnet assembly for generating a magnetic field in the irradiation region, the magnetic field defining a Larmor frequency of the material; a particle beam gun, which is adapted to irradiate the material by means of a particle beam, wherein the particle beam generates a further magnetic field, which superimposes the magnetic field; the
  • Particle beam gun is arranged to excite the material by means of the further magnetic field by the particle beam is modulated with the Larmor frequency; a Strahlausblende- arrangement which is adapted to hide the particle beam; a sensor arrangement, which is set up to detect the excitation; a controller, which for controlling the Strahlausblende- arrangement and the Sensor arrangement is set up such that the sensor arrangement detects the excitation while the particle beam is hidden; and an evaluation unit, which for
  • Determining a spatial characteristic of the particle beam is set up based on the excitation.
  • the sensor arrangement may be configured to detect an electromagnetic emission that is caused by the excitation, and the evaluation unit may be set up to determine the spatial characteristic of the
  • Particle beam to determine based on the electromagnetic emission.
  • the evaluation unit may be configured to determine at least one of the following: a spatial position of a Bragg peak of the particle beam; a range of the particle beam; and / or a trajectory of the particle beam.
  • the apparatus may further include a controller configured to control and / or regulate the particle beam gun based on the spatial characteristic of the particle beam.
  • the device may include a holder for holding a material in the irradiation region.
  • the holder may include or be formed from, for example, a patient couch and / or a patient chair.
  • the holder e.g., the patient couch and / or the patient chair
  • the holder may be adjustably configured, e.g. allowing a location (orientation and / or position) of the material in the
  • Irradiation can be made and / or regulated.
  • the device may further include a controller configured to control and / or regulate the holder.
  • the apparatus may further comprise a controller arranged to match the spatial characteristic of the particle beam and the spatial characteristic of the material (eg, such that their difference from each other is reduced). For example, the material and / or the particle beam can be changed. According to various embodiments, the apparatus may further comprise a controller arranged to control and / or regulate a position of the material.
  • the particle beam gun can a
  • the evaluation unit is further configured to determine one or more beam guidance parameters based on the spatial characteristic of the particle beam; wherein the controller is configured to guide the particle beam by means of the beam-guiding arrangement in accordance with the one or more beam-guidance parameters.
  • the particle beam may be deflected according to the one or more beam guidance parameters.
  • the particle beam gun can a
  • Beam attenuation arrangement have; wherein the evaluation unit is further arranged to set one or more attenuation parameters based on the spatial
  • the controller is configured to attenuate the particle beam by means of the beam attenuation arrangement in accordance with the one or more attenuation parameters.
  • the beam attenuation arrangement may include a movably mounted attenuator and an actuator. According to the one or more attenuation parameters, the attenuator may be moved into and / or out of the particle beam by means of the actuator.
  • the attenuator may comprise or be formed from a particle-absorbing material, e.g.
  • Carbon in a carbon modification (such as graphite or amorphous).
  • the particle beam gun can a
  • Jet blanking arrangement have; wherein the evaluation unit is further configured to set one or more irradiation duration parameters based on the spatial
  • the controller is configured to hide the particle beam by means of the Strahlausblende arrangement according to the one or more irradiation duration parameter.
  • the evaluation unit can also be set up to determine a spatial characteristic of a material when the material is arranged in the irradiation area; wherein the controller is further configured, the Controlling particle beam gun based on a relation between the spatial characteristics of the particle beam and the spatial characteristics of the material.
  • the evaluation unit can also be used for
  • the controller is further adapted to control the particle beam gun and / or to regulate such that a Bragg peak of the particle beam is arranged in the target area.
  • the evaluation unit may be configured to determine a spatial distribution of properties of the material, e.g. at least one of the following: a spatial distribution of a chemical composition of the material; a position and / or orientation of a target area to be irradiated by the particle beam; a spatial distribution of protons of
  • the evaluation unit may further be adapted to generate a set of first image data, e.g. based on the excitation, wherein the set of first image data represents the spatial characteristic of the particle beam.
  • the controller may be further configured to control the particle beam gun based on the set of first image data.
  • the evaluation unit may be further configured to generate a set of second image data, wherein the set of second
  • Image data represents the spatial characteristic of a material in the irradiation area.
  • the controller may be further configured to control the particle beam gun based on the set of second image data.
  • the evaluation unit can also be used for
  • the controller may be further configured to control the particle beam gun based on the superimposed first image data and second image data.
  • the evaluation unit for determining the spatial characteristic of the particle beam can be set up in real time.
  • the controller for controlling and / or controlling the particle beam may be configured in real time.
  • the controller may have a forward-looking control path and thus illustratively implement a flow control, which converts an input variable into an output variable.
  • the control path can also be part of a control loop, so that a control is implemented.
  • the control has, in contrast to the pure forward control, a continuous influence of the output on the
  • the magnet assembly may include at least one of: a first magnet assembly for generating a static first magnetic field; a second magnet arrangement for generating a temporally and / or spatially variable second magnetic field (magnetic excitation field); and / or a third magnet arrangement for generating a spatially varying third
  • Magnetic field e.g., a magnetic field having a spatial gradient, i.e., a gradient field.
  • the third magnetic field (e.g., the gradient field) may be altered spatially and / or temporally more slowly than the second magnetic field (e.g., the magnetically-induced magnetic excitation field) and / or the additional magnetic field (e.g., the beam-induced magnetic field and / or the beam-induced magnetic excitation field).
  • the second magnetic field e.g., the magnetically-induced magnetic excitation field
  • the additional magnetic field e.g., the beam-induced magnetic field and / or the beam-induced magnetic excitation field.
  • the beam-induced magnetic interference field can be changed spatially and / or temporally more slowly than the beam-induced magnetic excitation field and / or the second magnetic field (eg the magnet-induced magnetic excitation field).
  • Sensor arrangement and the magnet assembly be set up such that the generation of the second magnetic field and the detection of the excitation take place alternately, so that they do not interfere with each other.
  • the controller may be for controlling and / or
  • the Be set up rules of irradiation dose which is effected by means of the particle beam.
  • the irradiation dose can be transferred to the material, for example.
  • the irradiation dose may represent an effect of the particle beam in the material, e.g. a dose energy and / or a dose rate.
  • the dose energy may describe the energy delivered by the particle beam per unit mass to the material.
  • the dose rate can describe the power delivered to the material per unit mass.
  • the irradiation dose may represent a particulate dose (e.g., proton dose).
  • the particulate dose may describe a number of the particles delivered to the material and / or an electrical charge delivered to the material.
  • the apparatus may further comprise an indicator for displaying image data (e.g., the first image data and / or the second image data).
  • image data e.g., the first image data and / or the second image data.
  • the particle beam or the particles may comprise or be formed from at least one of the following: neutrons, protons, atoms and / or ions.
  • the particle beam may include or be formed from a proton beam.
  • the second magnetic field eg the magnetically-induced magnetic excitation field
  • the further magnetic field eg the beam-induced magnetic excitation field and / or the beam-induced magnetic interference field
  • the third magnetic field eg the magnet-induced magnetic interference field
  • Flux density of the first magnetic field eg less than about 1 T (eg less than about 10 "1 T, eg less than about 10 " 3 T, eg less than about 10 "5 T) and / or at least one order of magnitude (eg two , or more than two, eg more than three, eg more than four, eg more than five orders of magnitude).
  • the second magnetic field and / or a magnetic excitation field may have a greater frequency than the first magnetic field, the third magnetic field and / or a magnetic interference field, e.g. by at least one order of magnitude (e.g., two, or more than two, e.g., more than three, e.g., more than four, e.g., more than five orders of magnitude).
  • the third magnetic field and / or a magnetic interference field may have a greater frequency than the first magnetic field, e.g. by at least one order of magnitude (e.g., two, or more than two, e.g., more than three, e.g., more than four, e.g., more than five orders of magnitude).
  • order of magnitude e.g., two, or more than two, e.g., more than three, e.g., more than four, e.g., more than five orders of magnitude.
  • An order of magnitude can be understood as a factor 10 between two quantities.
  • Two orders of magnitude can be understood as a factor of 100 between two sizes. Analogously, more than two orders of magnitude can be understood.
  • FIGS. 5 to 8 each show a device according to various embodiments in a schematic cross-sectional view or side view;
  • FIG. 9 and FIG. 10 each show a method according to various embodiments in a schematic sequence diagram
  • FIG. 11 shows an irradiation distribution according to various embodiments in a schematic diagram
  • FIG. 12 shows a particle beam gun according to various embodiments in a schematic cross-sectional view or side view
  • 13 shows a device according to various embodiments in one
  • FIGS. 15 to 17 each show a method according to various embodiments in a schematic sequence diagram.
  • moving charges generate a magnetic field.
  • the protons can penetrate (eg at about half the speed of light) into a patient.
  • the electrical charge flux caused by the protons can generate a local magnetic field (also referred to as magnetic interference field) which locally disturbs the resonant frequency of the material according to the Larmor relationship.
  • a local magnetic field also referred to as magnetic interference field
  • an extremely small frequency change of the resonance frequency of the material can be measured.
  • a phase-sensitive MR measurement or other methods for frequency determination can be used.
  • the sensor arrangement may be adapted to detect a (relative) frequency changes in a range of about 10 "5 to 10" 7, for example about 10 '6.
  • Particle beam induced frequency change may be greater than about 10 "6 .
  • a pulsed particle beam generates an alternating magnetic field.
  • Particle beam generated by accelerators may be pulsed and / or modulated at a modulation frequency (e.g., about 106 MHz or less).
  • the charge flux (such as the current density) that varies with the modulation frequency over time can generate an alternating magnetic field.
  • the fundamental frequency of the alternating magnetic field may be the modulation frequency.
  • Modulation frequency may be in the range of the resonance frequency of MR experiments at normal magnetic field strengths (magnetic field strengths) (ie the Larmor frequency).
  • the usual excitation pulses in the MRI which can be generated with radio frequency coils, can reach magnetic field strengths of a few microtesla and, for example, lie in a similar range as the magnetic alternating field generated by the particle beam.
  • the magnetic field generated by the particle beam may alternatively have a magnetic field strength which is lower than the excitation pulses in the MRI (field strengths generated by the MRI coils).
  • a modulation of the modulation frequency and the first magnetic field can take place.
  • a continuous MR excitation can be effected, so that eg the Signal or the signal change of the material (eg in the stationary protons, such as water protons) can be changed.
  • the excitation can cause an MR signal along the trajectory (beam path) of the particle beam.
  • the MR signal produced along the beam path can be imaged.
  • a particle beam can be polarized, for example approximately 100% (can also be referred to as hyperpolarized).
  • the particles of the particle beam eg a therapy beam
  • a particle beam can be based on the principle of the Stern-Gerlach experiment 100%, which can lead to an approximately 100,000-fold increase in signal strength compared to the stationary material, as polarization means that a very small number and density of the particles (eg protons) in the particle beam may be sufficient Because of the speed of the particles, stimulation of these within the material (eg within a patient) may be low or not at all adiabatic high-frequency excitation of the
  • real-time coverage of the particle beam may be provided, for example for proton therapy.
  • an adaptive irradiation can take place which takes into account changes, eg anatomical changes, during irradiation (eg during the therapy).
  • FIG. 1 illustrates a method 100 according to various embodiments in a schematic flow diagram.
  • the method 100 in FIG. 101 may include: generating a magnetic field in an irradiation area.
  • the method 100 in FIG. 103 may include irradiating the irradiation area by means of a particle beam having spin-polarized particles.
  • the method 100 in FIG. 105 may include detecting an excitation of the spin-polarized particles caused by the magnetic field.
  • the method 100 in FIG. 107 may include: determining a spatial characteristic of the particle beam based on the excitation.
  • the method may be further configured as described herein.
  • the method may optionally comprise 101a: ionizing the particles of the particle beam, e.g. before the irradiation.
  • ionizing by means of
  • the proton source may be located in the center of the particle beam source (e.g., a cyclotron).
  • the proton source may have two cathodes, each at one end of a vertical one
  • Hollow cylinder is arranged. Hydrogen gas can be introduced into the hollow cylinder (clearly, so that hydrogen gas flows into it). The ionization of the
  • Hydrogen gas can be generated by means of energetic electrons in the form of an electric
  • Discharge can also be referred to as penning effect.
  • the particles leave the particle beam source (e.g., already accelerated), they are already ionized in that case.
  • other gases may be used to form ionized particles (ions).
  • the particle beam e.g., for particle therapy
  • the particles may be electrically neutral.
  • the particle beam may comprise electrically neutral particles or be formed therefrom.
  • the method may optionally comprise 101b: polarizing the particles of the
  • the method may optionally include 109: representing data representing the spatial characteristics of the particle beam.
  • a polarized particle beam can be used whose particles (for example protons) contribute to the generation of the measurement signal.
  • particles for example protons
  • an excitation of the particle beam itself can be used. Due to the polarization of the particle beam more particles in the particle beam can contribute to a measurable signal, which can partially compensate for the small number and density of the particles in the particle beam, so that their excitation itself is easier to detect, which simplifies determining the spatial characteristics of the particle beam.
  • a magnetic response field of the particles caused by the excitation of the particles can be detected.
  • FIG. 2 illustrates a method 200 according to various embodiments in a schematic sequence diagram.
  • the method 200 in FIG. 201 may include: generating a magnetic field in an irradiation region in which a material is disposed, wherein the magnetic field defines a Larmor frequency of the material. Further, the method 200 in FIG. 203 may include: irradiating the material by means of a
  • the method 200 in FIG. 205 may include detecting a change in the Larmor frequency caused by the additional magnetic field. Further, the method 200 may include in 207: determining a spatial
  • Characteristic of the particle beam based on the change can be carried out, for example, phase-sensitive.
  • the method 200 may be further configured as described herein.
  • the method 200 may optionally include 201a: ionizing the particles of the
  • the method 200 may optionally include at 205a: generating a (eg, high frequency) second magnetic field (eg, a magnetic excitation field) in the
  • Irradiation region (e.g., by means of a magnet assembly) which is modulated to excite the Larmor frequency material.
  • the method 200 may optionally include at 209: representing data representing the spatial characteristics of the particle beam.
  • Larmor precession e.g., their spatial distribution in and / or per voxel
  • Larmor precession e.g., their spatial distribution in and / or per voxel
  • are measured e.g., high resolution
  • FIG. 3 illustrates a method 300 according to various embodiments in a schematic sequence diagram.
  • the method 300 in FIG. 301 may include: generating a magnetic field in an irradiation region in which a material is disposed. Further, the method 300 in 303 may include: generating a
  • the method 300 may include: irradiating the material by means of the particle beam, wherein the
  • method 300 may include modulating the particle beam with another frequency (modulation frequency) that is different from the frequency (eg, with the Larmor frequency) of the particle beam. Further, the method 300 in FIG. 309 may include detecting an excitation of the material caused by the additional magnetic field. Further, at 300, the method 300 may include: determining a spatial characteristic of the particle beam based on excitation. The method 300 may be further configured as described herein.
  • the method 300 may optionally include 301a: ionizing the particles of the
  • Particle beam e.g. before the irradiation.
  • the ionization can be carried out, for example, as described for 101a.
  • the method 300 may optionally include: representing data representing the spatial characteristics of the particle beam.
  • a third magnetic field e.g., a low frequency magnetic interference field
  • a second magnetic field e.g., a high frequency magnetic excitation field
  • an excitation of the Larmor precession may be provided by means of an additional modulation frequency (e.g., a continuous amplitude modulation) of the particle beam superimposed, for example, on a pulse frequency of the particle beam.
  • an additional modulation frequency e.g., a continuous amplitude modulation
  • the excitation of Larmor remplizession be decoupled from the generation of the particle beam, which makes it easier to meet the prerequisite for Larmorlessnesszession, for example, when converting an existing system, without the limitations of the pulse frequency (by the particle beam source) and the strength of the available magnets to subject.
  • the modulation of the particle beam may be at any required frequency and may thus decouple the pulse rate from the magnetic field strength (e.g., an MRI).
  • 4 illustrates a method 400 according to various embodiments in a schematic flowchart.
  • the method 400 in 401 may include: generating a magnetic field in an irradiation region in which a material is disposed, wherein the magnetic field defines a Larmor frequency of the material. Further, the method 400 in 403 may include: irradiating the material by means of a
  • the method 400 may include: exciting the material by means of the additional magnetic field by causing the particle beam to move with the
  • the method 400 may include 407:
  • the method 400 may include in 409: detecting the excitation of the material while the particle beam is hidden. Furthermore, the Method 400 in 411 comprises: determining a spatial characteristic of the
  • the method 400 may be further configured as described herein.
  • the method 400 may optionally include 401a: ionizing the particles of the
  • the method 400 may optionally include: representing data representing the spatial characteristics of the particle beam.
  • a third magnetic field e.g., a magnetic interference field
  • another second magnetic field e.g., a magnetic excitation field
  • a third magnetic field e.g., a magnetic interference field
  • another second magnetic field e.g., a magnetic excitation field
  • FIG. 5 illustrates a device 500 according to various embodiments in a schematic cross-sectional view or side view in a method according to various embodiments.
  • the device 500 may include a magnet arrangement 502, a particle beam gun 504, a sensor arrangement 508 and an evaluation unit 510.
  • the magnet assembly 502 may be configured to (externally) generate a magnetic field 512 in the irradiation region 501.
  • the magnetic field 512 may be the
  • Magnet assembly 502 may include at least two magnetic poles 502a, 502b, between which the irradiation region 501 is disposed.
  • Each magnetic pole 502a, 502b (magnetic pole) may be or may be provided by means of one or more permanent magnets and / or by means of one or more electrical coils.
  • the magnet arrangement 502 may, for example, comprise at least two coils 502a, 502b, between which the irradiation area 501 is arranged.
  • the magnet arrangement 502 can have at least two permanent magnet poles 502a, 502b, between which the irradiation area 501 is arranged.
  • the magnetic field 512 may include a magnetic flux direction 512 that extends from a first magnetic pole 502a of the magnet assembly 502 to a second magnetic pole 502a magnetic pole 502b of the magnet assembly 502 is directed.
  • the magnetic field 512 may also be referred to as a magnet induced (permanent magnet induced) magnetic field 502.
  • the magnetic field 512 may be e.g. a magnetic flux direction 512, which from a first coil 502a of the magnet assembly 502 to a second coil 502b of the
  • Magnet assembly 502 is directed.
  • the magnetic field 512 may also be referred to as a coil-induced magnetic field 502.
  • the magnetic field 512 may be a static (ie, less than about 1 Hz or not modulated) background field, a low frequency (ie, less than about 1 MHz modulated) magnetic field, and / or a high frequency (ie, modulated more than about 1 MHz) magnetic field. have magnetic excitation field.
  • the magnetic field 512 may have a magnetic flux density greater than 0.35T.
  • the particle beam gun 504 can be set up to irradiate the irradiation area 501 by means of a particle beam 506.
  • the particle beam 506 may include particles having a spin polarization parallel to (e.g., in or opposite to) the direction 506p (e.g., transverse to the magnetic flow direction 512).
  • the sensor assembly 508 may be for detecting excitation of the particles of the
  • the sensor assembly 508 may include one or more coils (may also be referred to as receiver coils).
  • the evaluation unit 510 can be used to determine a spatial characteristic of the
  • Particle beam 506 based on excitation of the particles, e.g. a spin precession (e.g., around 512).
  • FIG. 6 illustrates a device 600 according to various embodiments in a schematic cross-sectional view or side view in a method according to various embodiments.
  • the irradiation area 501 may be configured to receive a material 601.
  • the magnet assembly 502 may be configured to generate a (eg, static) magnetic field 512.
  • the magnetic field 512 may define a Larmor frequency of the material 601.
  • the magnetic field 512 may have a magnetic flux density greater than 0.35T.
  • the particle beam gun 504 can be used to irradiate the material 601 by means of
  • the particle beam 506 may optionally include unpolarized particles.
  • the particle beam 506 (or its charge flux) may generate another (e.g., circular) magnetic field 612 that overlies the magnetic field 512.
  • the additional magnetic field 612 may be a low frequency magnetic field.
  • Magnetic field 612 may include a magnetic flux direction 612 that is perpendicular to the particle beam 506 (or irradiation direction 506r).
  • the additional magnetic field can also be referred to as a beam-induced magnetic field 612.
  • the magnetic field 512 and the further magnetic field 612 can overlap one another so that their magnetic flux lines add up (vectorially).
  • the resulting magnetic flux density clearly deviates from the magnetic flux density of the magnetic field 512.
  • the deviation may increase with decreasing distance (e.g., perpendicular) to the particle beam 506 (e.g., measured perpendicular to the particle beam 506).
  • the deviation can be understood as a magnetic fingerprint, which represents the course of the particle beam 506.
  • the Larmor frequency of the material 601 may change there.
  • the sensor array 508 may be configured to have a spatial distribution of
  • Larmorfrequenz of the material 601 to capture Based on the spatial distribution of the Larmor frequency of the material 601, the course of the particle beam 506 can be determined. For example, the position of a deviation in the Larmor frequency represent the course of the particle beam 506.
  • the particle beam 506 may comprise spin-polarized particles, so that their excitation can additionally be detected.
  • the magnetic field 512 may be a static (i.e., less than about 1 Hz or not-modulated) background field.
  • Irradiation region 501 are generated, for example by means of the magnet assembly 502nd 7 illustrates a device 700 according to various embodiments in a schematic cross-sectional view or side view in a method according to various embodiments.
  • the particle beam gun 504 may be configured to generate a particle beam 506 having multiple pulses.
  • the frequency of the plurality of pulses may define a frequency (pulse frequency) of the particle beam 506.
  • the particle beam 506 may be pulsed at the frequency.
  • the particle beam 506 may generate the additional magnetic field 612 that overlies the magnetic field 512.
  • the apparatus 700 may include a beam modulation assembly 704 which is adapted to modulate the particle beam 506 at a further frequency, e.g. of the
  • the beam modulation assembly 704 may be part of the particle beam gun 504. Alternatively, the beam modulation assembly 704 may be provided in addition to the particle beam gun 504.
  • the further frequency may be different from the frequency of the particle beam.
  • the sensor assembly 508 may be configured to detect excitation of the material caused by the further magnetic field 612.
  • the evaluation unit 510 can be set up to determine a spatial characteristic of the particle beam 506 on the basis of the excitation.
  • the particle beam gun 504 may include
  • the particle beam gun 504 may include a cyclotron that generates a continuous particle beam 506.
  • the particle beam gun 504 may have a beam blanking arrangement which is adapted to
  • Strahlausblende arrangement can, for example by means of
  • the magnetic field 512 may be a static (ie less than about 1 Hz or not modulated) background field.
  • Irradiation area 501 are generated, e.g. by means of the magnet arrangement 502.
  • FIG. 8 illustrates a device 800 according to various embodiments in a schematic cross-sectional view or side view in a method according to various embodiments.
  • the particle beam gun 504 may generate a modulated particle beam 506, e.g. modulated with the Larmor frequency.
  • the particle beam gun 504 may include a cyclotron that generates a pulsed particle beam 506, e.g. pulsed with the Larmor frequency. Then, the particle beam 506 may be modulated by pulses.
  • the particle beam gun 504 may include a cyclotron that generates a continuous particle beam 506. In the case and when the cyclotron generates a particle beam 506 which is different from the Larmor frequency
  • the particle beam gun 504 may have a beam modulation arrangement which is adapted to modulate the particle beam 506.
  • a continuous particle beam 506 may be modulated, e.g.
  • the particle beam 506 may be continuous and modulated, e.g. amplitude modulated.
  • the cyclotron If the cyclotron generates a continuous or a particle beam 506 pulsed at a frequency different from the Larmor frequency, the
  • Beam modulation arrangement include the Strahlausblende arrangement 804, by means of which the particle beam 506 to be pulsed or modulated for modulation.
  • the beam blanking arrangement 804 may be used to hide the
  • Particle beam 506 e.g. with a frequency smaller than that
  • the sensor assembly 508 may be configured to detect an excitation of the material 601 caused by the further magnetic field 612.
  • the device 800 may optionally include a controller 810 configured to control and / or regulate the beam blanking assembly 804 and the sensor assembly 508.
  • the controller 810 may control and / or regulate the beam blanking arrangement 804 and the sensor arrangement 508 such that the sensor arrangement 508 detects the excitation while the particle beam 506 is hidden.
  • the magnetic field 512 may be a static (i.e., less than about 1 Hz or not-modulated) background field.
  • Irradiation area 501 are generated, e.g. by means of the magnet arrangement 502.
  • FIG. 9 illustrates a method 900 according to various embodiments in a schematic sequence diagram.
  • a set of first image data 902 may be generated, e.g. based on the excitation of the polarized particles and / or on
  • the first image data 902 may represent the spatial characteristic of the particle beam 506, e.g. its trajectory and / or spatial intensity distribution.
  • a set of second image data 904 may be generated, e.g. based on the suggestion of material 601 on the basis of a
  • Sound reflection of material 601 e.g., ultrasonic reflection
  • radiation transmission of material 601 e.g., X-ray transmission
  • the radiation transmission can be determined, for example, by means of radiography and / or sonography.
  • the second image data 904 may represent the spatial characteristic of the material 601.
  • the method 900 may include overlaying the first image data 902 and the second image data 904 901, e.g. for correlating the spatial characteristics of the
  • the method 900 may include 903 identifying a target area 904z based on, for example, the spatial characteristic of the material 601.
  • the target area 904z may be based on a given spatial Characteristics are determined 903 (eg descriptive of the signature of an organ and / or diseased tissue).
  • the second image data 904 may alternatively or additionally represent the target area 904z.
  • the method 900 may include superimposing the first image data 902 and the second image data 904 901, for example, to correlate the spatial characteristics of the image
  • the evaluation unit 510 (cf., for example, FIG. 5) may be configured to carry out the method 900.
  • FIG. 10 illustrates a method 1000 according to various embodiments in a schematic flowchart. According to various embodiments, the method may include 1000
  • the target irradiation dose 1015 may define a dose (e.g., a dose energy, i.e., energy per unit mass [e.g., in joules per kilogram] or, e.g., a particulate dose, i.e., particles per unit mass) deposited by the particles, i. delivered to the material 601 is.
  • a spatial distribution of the target irradiation dose 1015 may be determined based on the target area 904z and / or the spatial characteristic of the material 601.
  • the target area 904z may
  • diseased tissue e.g. a malignant brain tumor.
  • the target irradiation distribution 1005 may be the target irradiation dose 1015, and outside the target area 904z, the target irradiation distribution 1005 may be zero (schematically illustrated in a schematic diagram 1005, 1001 along a section xl-x2 by the target area 904z).
  • a first irradiation dose 1002 can be effected by irradiating the material 601 , which is illustrated schematically greatly exaggerated in A.
  • the first irradiation dose 1002 may be imprecise, ie have a high deviation from the target irradiation dose 1015.
  • the material 601 may be irradiated, eg, controlled and / or controlled based on the spatial characteristic of the particle beam 506 and / or the spatial characteristic of the material 601, eg, according to the target irradiation dose 1015, which is schematically illustrated in FIG.
  • the particle beam 506 can be guided, eg by means of the beam guidance unit, so that its Bragg peak lies within the target area 904z.
  • a second irradiation dose 1004 caused thereby can be greater than the first irradiation dose 1002, eg
  • Radiation dose 1004 is less than the first radiation dose 1002, e.g. at least outside the target area 904z. As a result, the material 601 surrounding the target area 904z can be spared.
  • a spatial location e.g., orientation and / or position
  • this can compensate for a thermal expansion of the material during irradiation.
  • radiotherapy in addition to accurately planning the targeted dose distribution (spatial distribution of the target radiation dose 1015, may also be referred to as the target radiation distribution), in the target area 904z, the accuracy of it during irradiation execution may be increased, e.g. for the success of therapy and the protection of healthy tissue.
  • Dose distribution for density changes along the trajectory of the particle beam 506 are reduced, ie a deviation of the actual Dose distribution from a target dose distribution (also referred to as target dose distribution) can be reduced.
  • the density changes for example, by
  • anatomical variations such as Organ movement and / or respiration are caused.
  • the second image data 904 may represent the target irradiation dose 1015 and / or the effected irradiation dose 1004.
  • the target irradiation dose 1015 (illustratively the target irradiation dose 1015) and / or the irradiation dose 1004 (clearly the irradiation dose actually deposited 1004) can be mapped.
  • a combination of minimally invasive proton therapy may or may not be provided with real time image guidance and / or monitoring.
  • the controlling and / or regulating can take place on the basis of the image data (the first image data 902 and / or the second image data 904).
  • a minimally invasive image-guided radiation therapy can be or will be provided.
  • Fig.11 illustrates an irradiation distribution according to various
  • Embodiments are shown in a schematic diagram 1100.
  • the relative irradiation dose 1103 (normalized to a maximum of the irradiation dose) is shown above the penetration depth 1101 (i.e., the distance traveled in the material) of the particle beam.
  • one of the methods described herein may include the induced irradiation distribution (spatial distribution of the
  • a particle beam 1104 e.g. a proton beam having a steep distal dose gradient at the so-called Bragg peak 1104p.
  • the Bragg peak 1104p can be the maximum in the
  • the particle beam 110 e.g. its Bragg peak 1104p and / or its transverse extent (extension transverse to
  • Beam path eg diameter in the case of a round cross-section of the particle beam 1104) and / or regulated (eg collimated, ie provided by means of collimation and / or regulated), for example by means of the beam guiding arrangement and / or by means of a Nozzle.
  • regulated eg collimated, ie provided by means of collimation and / or regulated
  • the particle beam 1104 may have a transverse dimension (eg, diameter) less than about 2 cm (centimeters), eg, less than about 1 cm (a so-called pencil beam or "pencil beam"), eg, in a range of about 9 mm (millimeters)
  • the half width (corresponding to a spatial extent) of the Bragg peak 1104p may be set and / or regulated (eg by collimation).
  • the half width of the Bragg peak 1104p may be smaller It may be less than about 2 cm (eg, less than about 1 cm), eg, in a range from about 0.1 cm to about 2 cm, eg, about 1 cm, as an alternative or in addition to the half-width and / or Transverse extent, the penetration depth of the particle beam 1104 can be set and / or regulated (eg, by attenuation), for example, regardless of its half-width and / or its transverse extent Fe of the particle beam 1104 may be in
  • the particle energy of the particle beam 1104 may range from about 50 MeV (megaelectronvolt) to about 500 MeV, eg, in a range from about 70 MeV to about 230 MeV.
  • the half width of the Bragg peak 1104p may be on a smaller scale than the penetration depth (even with highly absorbent materials).
  • the half-width of the Bragg peak 1104p may be less than the maximum penetration depth 1104e (e.g., about 50% of this, e.g., about 25% of it) of the particle beam (may also be referred to as the particle beam's range 1104e).
  • Particle beam 506 (e.g., a spatial position of Bragg peak 1104p) may be controlled and / or controlled based on the spatial characteristics of material 601 (e.g., target area 904z).
  • the irradiation by means of the particle beam can be controlled and / or regulated in such a way that the maximum 1104p of the
  • Irradiation distribution (the Bragg peak 1104p) is located within the target area 904z.
  • a plurality of particle beams eg temporally one after the other or simultaneously
  • the superimposed multiple particle beams may cause a homogeneously distributed dose of radiation 1106 in the target area 904z.
  • the plurality of particle beams eg temporally one after the other or simultaneously
  • the superimposed multiple particle beams may cause a homogeneously distributed dose of radiation 1106 in the target area 904z.
  • Bragg peaks 1104p of the multiple particle beams are superimposed to a broad maximum (may also be referred to as a spread-out Bragg peak).
  • the spatial characteristic of a particle beam e.g., the plurality of particle beams or just one particle beam
  • the spatial characteristic of the material may represent location- and / or time-resolved properties of the material.
  • changing anatomical conditions during the irradiation of the material with the particle beam can be taken into account.
  • the range 1104e of the particle beam e.g., proton beam
  • a spatial distribution of the irradiation dose caused may be determined, e.g. based on the spatial characteristics of the particle beam.
  • the effected (applied) dose distribution can be determined.
  • the controlling and / or regulating of the irradiation can alternatively or additionally take place on the basis of the spatial distribution of the irradiation dose caused.
  • FIG. 12 illustrates a particle beam gun 504 according to various
  • Embodiments in a schematic cross-sectional view or side view Embodiments in a schematic cross-sectional view or side view.
  • the particle beam gun 504 may include a particle beam source 1202, e.g. an accelerator particle beam source such as a cyclotron.
  • the particle beam source 1202 may be a particle source, e.g. a proton source adapted to provide free particles.
  • the particle beam source 1202 may include a
  • Beam bundler which bundles the free protons into a beam 506 (particle beam 506).
  • the beamformer may generate an electric field and / or a magnetic field that concentrates (ie, collimates) the particles into a beam.
  • the particle beam gun 504 may include a beam guide assembly 1204 that guides the particle beam 506 along a predefined path 1204p, eg, based on beam guidance parameters.
  • the beam guide assembly 1204 may generate an electric field and / or a magnetic field to guide the particle beam 506.
  • the particle beam gun 504 may include a beam modulation assembly 1206 configured to modulate the particle beam 506, e.g.
  • the beam modulation assembly 1206 may be configured to scan the particle beam 506, e.g. an energy (e.g., an electrical energy and / or a particle energy), a
  • Current intensity e.g., an electrical current and / or a particle current intensity
  • fluence of the particle beam 506 e.g. based on
  • the particle energy (kinetic energy) of the particle beam may or may not be defined by the velocity of the particles of the particle beam.
  • the particle energy can define the penetration depth of the particle beam into a material.
  • the beam modulation device 1206 may be configured, which
  • Beam modulation arrangement 1206 be configured to hide the particle beam 506
  • the beam modulation assembly 1206 may include a beam attenuation arrangement 1206a. Alternatively or additionally, the beam modulation arrangement 1206 may be used to hide the particle beam 506
  • Beam blanking arrangement 1206b have.
  • Irradiation period parameters may be or may be provided by the evaluation unit 510.
  • Beam modulation arrangement 1206 between the particle beam source 1202 and the
  • the particle beam source 1202 may include a
  • the ion source 1202 By means of the ion source an electric field can be generated which ionizes a gas (e.g., separates hydrogen molecules into electrons and protons), e.g. by means of a plasma.
  • a gas e.g., separates hydrogen molecules into electrons and protons
  • the ionization of the gas may occur at the center of the particle beam source 1202.
  • the particle beam source 1202 may be two
  • Electromagnets between which a vacuum area (can also as
  • Acceleration gap to be called is arranged.
  • a vacuum eg, less than about 10 "6 millibars ie, less than 0.3 bar, for example less than about 1 millibar
  • a pump assembly may be provided or.
  • individual atoms and / or ions may be released from the gas, e.g. by means of a dissociation unit.
  • a dissociation unit for example, in the vacuum, protons released from the gas can be accelerated, e.g. by means of another electric field between the two electromagnets.
  • FIG. 13 illustrates a device 1300 according to various embodiments in a schematic perspective view in a method according to various embodiments.
  • the particle beam source 1202 may be spatially separated from the irradiation region 501, e.g. separated by a wall (e.g., a building wall).
  • the beam guiding assembly 1204 may include a plurality of beam guiding units 1204e that define a path 1204p (illustratively the beam path) along which the particle beam is guided.
  • Each beam guiding unit 1204e may include one or more magnets (e.g., dipole magnets and / or quadrupole magnets) (for generating a magnetic field in the beam path).
  • Beam guide assembly 1204 may include a vacuum system (e.g., one or more tubes) within which path 1204p extends. Beam guide assembly 1204 may be configured to create a vacuum in the vacuum system.
  • the one or more magnets may be provided by means of electrical coils (may also be referred to as electromagnets) (so-called
  • the device 1300 may optionally include an irradiation chamber 1204k in which the irradiation region 501 is disposed.
  • the beam guiding arrangement 1204 can furthermore have a jet outlet opening (can also be referred to as nozzle), from which the particle jet into the
  • the jet outlet opening may be formed, for example, by means of a vacuum-tight window, e.g. plastic (e.g. Kapton).
  • the beam guiding arrangement 1204 can be set up such that the position
  • Irradiation area 501 can be changed, e.g. controlled and / or regulated.
  • the spatial characteristics of the particle beam e.g. a direction from which the particle beam enters the irradiation area 501 and / or a position at which the particle beam enters the irradiation area 501 may be adjusted.
  • the irradiation chamber 1204k may be rotatably mounted.
  • the beam guiding assembly 1204 may optionally, e.g. at the beam exit opening, have a Strahldefokussieremheit which is set up to defocus the particle beam.
  • the particle beam can be widened by means of the beam-defocusing unit before it enters the irradiation area 501.
  • the particle beam along the beam path may have a diameter (e.g., less than 10 millimeters) which is too small to accommodate a larger one
  • Target area 904z to be irradiated area-wide.
  • the diameter of the particle beam can be increased, e.g. based on a spatial extent of the target area 904z.
  • the Strahldefokussieremheit may comprise one or more films through which the particle beam is passed.
  • the Strahldefokussieremheit have a diaphragm arrangement which limits a beam cross-section of the particle beam.
  • the shape of the beam cross-section and / or its cross-sectional area can be adjusted, e.g. based on a spatial extent of the target area 904z.
  • a scanning by means of the particle beam can be carried out for widening the particle beam.
  • the particle beam by means of an electromagnetic Field are distracted.
  • the particle beam can scan the target area 904z line by line and / or layer by layer.
  • the particle beam emits its energy to the material can be controlled and / or regulated by means of the speed of the particles. The greater the speed (ie kinetic energy) of the particles, the greater the range of the particle beam.
  • image data representing the irradiation e.g., temporally and / or spatially
  • the spatial characteristic of the particle beam emerging from the jet outlet opening can be compared with the predefined target irradiation distribution.
  • real-time imaging of the irradiated volume may or may not be provided, for adaptive irradiation, and more particularly, direct measurement of the proton beam in the material.
  • This can be a
  • Fig. 14 illustrates a particle beam source 1202 according to various
  • Embodiments in a schematic cross-sectional view or side view Embodiments in a schematic cross-sectional view or side view.
  • the particle beam source 1202 may include a particle source 1404. Further, the particle beam source 1202 may include a polarizer 1402. The polarizer 1402 may be configured to polarize the particle beam 506 emitted by the particle source 1404. The particle beam 506 emitted by the particle source 1404 may include charged particles (e.g., protons or ions) or uncharged particles (e.g., atoms). In other words, the particle source 1404 may be an ion source, a proton source or an atom source. According to various embodiments, the polarizer 1402 may split off a first particle beam 506a and / or a second particle beam 506b from the emitted particle beam 506.
  • charged particles e.g., protons or ions
  • uncharged particles e.g., atoms
  • the particle source 1404 may be an ion source, a proton source or an atom source.
  • the polarizer 1402 may split off a first particle beam 506a and / or
  • the first particle beam 506a and / or the second particle beam 506b can have a greater polarization than the particle beam 506 emitted by the particle beam source 1202.
  • the first particle beam 506a and the second particle beam 506b can differ in their polarization, for example in their polarization direction.
  • Exactly two particle beams 506a, 506b can be formed on particles having a spin I A. For particles which have a higher spin than Spin l A, more than two can be used
  • the polarizer 1402 may be configured to generate a magnetic field 1402m through which the particle beam 506 passes.
  • the magnetic field 1402m can be set up, for example, the particle beam 506 into the first particle beam 506a and the second particle beam 506b (illustratively two separate partial beams).
  • the magnetic field 1402m may include a gradient (e.g., in magnetic flux density) that is oriented transversely to the particle beam 506.
  • the polarizer 1402 may have a first
  • the polarizer 1402 may have more than two magnetic poles, e.g. four or six.
  • the polarizer may have a six-pole magnet.
  • the particle beam 506 can also be split into more than two partial beams.
  • the first particle beam 506a and / or the second particle beam 506b may be guided into the irradiation area.
  • the first particle beam 506a and / or the second particle beam 506b may be used for irradiation.
  • the first particle beam 506a and / or the second particle beam 506b may be hyperpolarized.
  • a plurality of atoms may or may not be provided as a neutral (uncharged) particle beam 506 (i.e., atomic beam 506).
  • the atom beam 506 may be split by means of the polarizer 1402 into at least two atom beams 506a, 506b which differ in their polarization (i.e., they have polarized atoms).
  • the polarized atoms e.g., the first atomic beam 506a and / or the second atomic beam 506b
  • a charged e.g.
  • polarized first particle beam 506a and / or a charged (eg polarized) second particle beam 506a may be provided.
  • a hydrogen gas is used as the atomic source, it is possible to provide (eg polarized) protons by ionizing the atoms.
  • a gas other than hydrogen gas may be used as the atom source. Then, by ionizing the atoms (eg, polarized) ions can be provided.
  • the particles can be cooled by means of a cryostat chamber, e.g. before polarizing by means of the polarizer 1402.
  • FIG. 15 illustrates a method 1500 according to various embodiments in a schematic flow diagram.
  • the method 1500 may include in 1501: generating a magnetic field in an irradiation region in which a material is disposed, wherein the magnetic field defines a Larmor frequency of the material. Furthermore, the method 1500 may include in 1503: generating a particle beam, the particle beam having a plurality of pulses whose frequency defines a frequency (pulse frequency) of the particle beam other than the Larmor frequency. Furthermore, the method 1500 may include 1505: irradiating the material by means of the particle beam, wherein the particle beam generates a further magnetic field which superimposes the magnetic field. Further, the method 1500 may include 1507: modulating the
  • the method 1500 may include 1509: detecting excitation of the material caused by the additional magnetic field. Further, the method 1500 may include in 1511: determining a spatial characteristic of the particle beam based on the excitation.
  • the method may be further configured as described herein.
  • the method may optionally include ionizing the particles of the particle beam, e.g. before the irradiation.
  • the method may optionally include: representing data representing the spatial characteristics of the particle beam.
  • a third magnetic field eg a low-frequency magnetic interference field
  • a second magnetic field eg a high-frequency magnetic excitation field
  • 16 illustrates a method 1600 according to various embodiments in a schematic flow diagram.
  • a set of first image data 902 may be generated, e.g. based on the excitation of the polarized particles and / or on
  • the first image data 902 may represent the spatial characteristic of the particle beam 506, e.g. its trajectory and / or spatial intensity distribution.
  • the set of first image data 902 may comprise a plurality of first image data which differ from each other in at least one spatial dimension 1603 and / or at least one temporal dimension 1603.
  • a set of second image data 904 may be generated.
  • the second image data 904 may represent the spatial characteristic of the material 601.
  • the set of second image data 904 may include a plurality of second image data that differ from each other in at least one spatial dimension 1603 and / or at least one temporal dimension 1603.
  • the image data of the set of first image data 902 and / or the set of second image data 904 may represent a time history, e.g. each time can be assigned to the image data.
  • the image data may represent a spatial course, e.g. the image data can each be assigned a position in space.
  • the image data may represent a cross section through the irradiation area 501.
  • the dimensions 1601, 1605 of the first image data and the second image data may be equal in pairs.
  • the image data of the set of first image data 902 may be assigned image data of the set of second image data 904, e.g. according to the dimensions 1601, 1605.
  • the image data may each represent a spatial first dimension 1601 and a spatial second dimension 1605.
  • the spatial first dimension 1601 and the spatial second dimension 1605 may be two directions in spatial space, which may be e.g. span a surface (along which the cross-section runs).
  • the image data may represent a third dimension, which may be a spatial third dimension (e.g., a third direction in spatial space, illustratively a depth) or a temporal third dimension (e.g., a time).
  • the first set of image data 902 and / or the second set of image data 904 may represent three-dimensional information.
  • the image data of the first set of image data 902 and / or the second set of image data 904 may each represent two-dimensional information.
  • the method 1600 may include overlaying the first image data 902 and the second image data 904 901, e.g. for correlating the spatial characteristics of the
  • the superimposing can take place taking into account the dimensions of the first image data and the second image data.
  • the image data which in their dimensions
  • the evaluation unit 510 may be configured to perform the method 1600.
  • FIG. 17 illustrates a method 1700 according to various embodiments in a schematic flowchart.
  • the image data e.g. the first image data, the second image data, and / or their overlay are displayed 1701 by a display 1702 (e.g., a monitor).
  • the display 1702 may be for
  • the evaluation unit 510 may be configured to perform the method 1700.
  • the display 1702 may be, for example, a
  • the excitation of the particles may be a
  • the excitation of the material may be a
  • Magnetic resonance imaging may also be referred to as magnetic resonance imaging
  • information about its microstructure and function eg a blood circulation
  • a position and shape of the material eg of organs
  • a real-time magnetic resonance tomography may be performed, eg for the determination and / or cinematic presentation of moving joints or organs (for example of a heart).
  • MRA magnetic resonance angiography
  • Magnetic resonance imaging e.g. for determining and / or presenting functions of the brain.
  • perfusion MRI may be performed, e.g. for determining and / or presenting tissue perfusion.
  • diffusion tensor imaging may be performed, e.g. for determining and / or presenting a virtual reconstruction of nerve fiber connections.
  • the static magnetic field may be generated by means of one or more permanent magnets and / or by means of one or more electromagnets, e.g. for magnetic flux densities up to 0.5 Tesla (T).
  • electromagnets e.g. for magnetic flux densities up to 0.5 Tesla (T).
  • T 0.5 Tesla
  • the atomic nuclei in the examined material may be referred to as a magnetic field (may also be referred to as a first magnetic field or background field) and a high frequency magnetic field (may also be referred to as a magnetic excitation field, eg the second magnetic field and / or the further magnetic field) are excited, eg
  • a measurable emission in the form of an alternating magnetic field (can also be referred to as a magnetic response field) are generated, which, for example, lasts until the excitation has subsided.
  • the stimulus can be a Larmor precession.
  • a resonance condition may or may not be satisfied. Due to the resonance condition, an inhomogeneous (eg static or
  • Low frequency magnetic field (can also be referred to as a third magnetic field or magnetic interference field), the location of the precessing atomic nuclei are determined.
  • the spin-polarized particles may be excited by a magnetic field, e.g. phase synchronous.
  • a magnetic field e.g. phase synchronous.
  • the excitation may be a spin precession of the particles (and may be analogous to the Larmor precession).
  • a resonance condition may or may not be met. Due to the resonance condition, the location of the precessing particles can be determined by means of an inhomogeneous (e.g., static or low frequency) magnetic field (may also be referred to as the third magnetic field or magnetic interference field).
  • Some atomic nuclei (such as the hydrogen nuclei) of the material, e.g. in whose
  • Molecules, and / or the particles may have an intrinsic angular momentum (may also be referred to as spin), i. be magnetic.
  • An interaction of the spin with the static magnetic field can cause a longitudinal magnetization (i.e., along the field direction of the magnetic field).
  • an additional magnetic (e.g., high frequency) alternating field may deflect (flip) the spin along the field direction of the magnetic field.
  • Interaction of the spin with the alternating magnetic field may cause at least partial (partial or complete) transverse magnetization (i.e., transverse to the field direction of the magnetic field).
  • the alternating magnetic field for example, a frequency in
  • Radiofrequency range have.
  • the transverse magnetization can precess around the field direction of the magnetic field (Larmor precession), i. the magnetization direction can rotate.
  • Precession movement of the magnetization can in the sensor arrangement (eg the coil) induce an electrical voltage, which can be detected.
  • the amplitude of the electrical voltage can be proportional to the transverse magnetization.
  • the transverse magnetization After switching off the alternating magnetic field, the transverse magnetization can decrease, ie the spins align themselves again parallel to the static magnetic field. This so-called relaxation can define a characteristic relaxation time.
  • the Relaxation time may allow conclusions to be drawn about chemical compounds and / or the molecular environment in which the precessing spin is located.
  • the magnetic excitation field may be generated by means of a modulated particle beam.
  • the particle beam can excite a Larmor precession of the material (clearly only in the environment of the
  • the spatial characteristics of the particle beam can be determined.
  • the material emits only in the environment of
  • the static magnetic field can be superimposed with a magnetic interference field, which can be generated by means of the particle beam.
  • a magnetic interference field which can be generated by means of the particle beam.
  • an externally generated excitation field can excite a Larmor precession of the material.
  • the Larmor precession of the material is disturbed by the magnetic interference field. Based on the spatial distribution of the disorder of the Larmor remplizession the material, the spatial characteristics of the particle beam can be determined. Clearly, the Larmor precession of the material is disturbed only in the vicinity of the particle beam.
  • a spin-polarized particle beam can be excited and its emission can be detected.
  • a corresponding magnetic response field of the particles can be formed.

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Abstract

According to various embodiments, a method (100) can comprise the following: generating (101) a magnetic field in an irradiation zone; irradiating (103) the irradiation zone by means of a particle beam having spin-polarized particles; detecting (105) an excitation of the spin-polarized particles caused by the magnetic field; and determining (107) a spatial characteristic of the particle beam on the basis of the excitation.

Description

Beschreibung  description
VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR ERM ITTLUNG EINER RÄUMLICHEN CHARAKTERISTIK EINES METHOD AND DEVICE FOR DETERMINING A SPATIAL CHARACTERISTIC OF A
PARTIKELSTRAHLS Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung. PARTICULAR RAY The invention relates to a method and a device.
Im Allgemeinen kann ein Material bestrahlt werden, um das Material zu bearbeiten. Die Strahlung wird teilweise von dem Material absorbiert und gibt dabei Energie an das Material ab. Mittels der abgegeben Energie kann das Material erwärmt, ionisiert sowie chemisch und/oder physikalisch verändert werden. In general, a material can be irradiated to process the material. The radiation is partially absorbed by the material and thereby releases energy to the material. By means of the released energy, the material can be heated, ionized and chemically and / or physically changed.
Zum Bestrahlen werden herkömmlicherweise vorwiegend elektromagnetischen Wellen (z.B. Gammastrahlung und Röntgenstrahlung) verwendet. Alternativ können auch Partikel (z.B. Neutronen, Protonen und schwere Ionen, z.B. Kohlenstoffatome) zum Bestrahlen verwendet werden. Im Gegensatz zu elektromagnetischen Wellen nimmt für Partikel der Energieverlust pro Weglängeneinheit im Material mit sinkender Energie des Partikels zu. Dies hat zur Folge, dass ein Großteil der Energie am Ende des Strahlweges in das Material abgegeben wird (der so genannte Bragg-Peak). Dadurch ergibt sich die Möglichkeit, das Material punktuell und räumlich präzise zu bearbeiten, z.B. einen zu bestrahlenden Bereich (der so genannten Zielbereich) im Inneren des Materials (z.B. ein Tumor). Diese For irradiation, conventionally, electromagnetic waves (e.g., gamma rays and X-rays) are mainly used. Alternatively, particles (e.g., neutrons, protons and heavy ions, e.g., carbon atoms) may be used for irradiation. In contrast to electromagnetic waves, the energy loss per unit of path length in the material increases with particles with decreasing energy of the particle. As a result, a large part of the energy is released into the material at the end of the beam path (the so-called Bragg peak). This results in the possibility of precisely and selectively processing the material, e.g. an area to be irradiated (the so-called target area) inside the material (e.g., a tumor). These
Eigenschaft kann in der Strahlentherapie ausgenutzt werden, um das Gewebe, welches den Zielbereich umgibt, zu schonen, d.h. so wenig wie möglich mit Strahlung zu belasten.  Property can be exploited in radiotherapy to protect the tissue surrounding the target area, i. as little as possible with radiation.
Herkömmliche Strahlentherapie (z.B. Tumortherapie) mittels Protonenstrahlen bietet somit aufgrund der physikalischen Eigenschaften der Partikel eine sehr viel höhere Conventional radiotherapy (e.g., tumor therapy) using proton beams thus provides much higher levels due to the physical properties of the particles
Tiefensteuerbarkeit und -Spezifität der Dosisapplikation als herkömmliche Strahlentherapie mit hochenergetischen Röntgenstrahlen (z.B. Megavolt Photonen). In der Strahlentherapie ist neben der genauen Planung der angestrebten Dosisverteilung im Zielbereich vor allem die Treffsicherheit während der Bestrahlung entscheidend für den Therapieerfolg und die Schonung des gesunden Gewebes. Insbesondere kann die Partikeltherapie (z.B. die Depth controllability and specificity of the dose application as conventional radiotherapy with high energy X-rays (e.g., Megavolt photons). In radiotherapy, in addition to the precise planning of the targeted dose distribution in the target area, above all the accuracy during irradiation is decisive for the success of therapy and the protection of the healthy tissue. In particular, particle therapy (e.g., the
Protonentherapie) aufgrund der steilen distalen Dosisgradienten am sogenannten Bragg- Peak und der Empfindlichkeit für Dichteveränderungen entlang der Strahlstrecke anfällig sein für anatomische Variationen wie z.B. Organbewegung oder Atmung. Dies erschwert bei der herkömmlichen Strahlentherapie eine präzise Dosisapplikation. Proton therapy) due to the steep distal dose gradients at the so-called Bragg peak and the sensitivity to density variations along the beam path, may be susceptible to anatomical variations such as e.g. Organ movement or breathing. This complicates a precise dose application in conventional radiotherapy.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird anschaulich eine ortsaufgelöste und/oder zeitaufgelöste Messung der Position des Partikelstrahls relativ zu den, sich z.B. verändernden, anatomischen Verhältnisse während der Bestrahlung bereitgestellt. Die ermöglicht es, die Reichweite des Partikelstrahls und damit die eingebrachte (applizierte oder deponierte) Dosisverteilung (auch bezeichnet als bewirkte Dosisverteilung) zu steuern und/oder regeln. Mit anderen Worten kann eine räumliche und/oder zeitliche Verteilung der bewirkten Bestrahlungsdosis im Zielbereich gemessen, gesteuert und/oder geregelt werden, z.B. auf Grundlage der anatomischen Verhältnisse. According to various embodiments, a spatially resolved and / or time-resolved measurement of the position of the particle beam relative to the, for example changing, anatomical conditions provided during the irradiation. This makes it possible to control and / or regulate the range of the particle beam and thus the introduced (applied or deposited) dose distribution (also referred to as effected dose distribution). In other words, a spatial and / or temporal distribution of the irradiation dose caused in the target area can be measured, controlled and / or regulated, for example based on the anatomical conditions.
Anschaulich wird eine Kombination der Magnetresonanztomographie (MRT) mit der Partikelbestrahlung (z.B. zur Protonentherapie) zur Echtzeit-Bildführung, Echtzeit- Strahlungsführung und/oder deren Überwachung bereitgestellt. Beispielsweise wird eine bildgeführte Strahlentherapie bereitgestellt. Die ermöglicht eine Echtzeit-Bildgebung des bestrahlten Bereichs (z.B. in der Position von Tumor und Normalgewebe), z.B. zur adaptiven Bestrahlung, zur direkten Messung, zur Visualisierung des Partikelstrahls (z.B. Protonenstrahls) im Gewebe (z.B. im Patienten) und/oder zur Echtzeit- Reichweiteverifikation. Clearly, a combination of magnetic resonance imaging (MRI) with particle irradiation (e.g., for proton therapy) for real-time image guidance, real-time radiation guidance, and / or monitoring thereof is provided. For example, an image-guided radiotherapy is provided. This enables real-time imaging of the irradiated area (e.g., in the position of tumor and normal tissue), e.g. for adaptive irradiation, direct measurement, visualization of the particle beam (e.g., proton beam) in tissue (e.g., in the patient), and / or for real-time range verification.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Verfahren Folgendes aufweisen: Erzeugen eines (z.B. magnetinduzierten) Magnetfeldes in einem Bestrahlungsbereich; Bestrahlen des Bestrahlungsbereichs mittels eines Partikelstrahls, welcher spinpolarisierte Partikel aufweist; Erfassen einer Anregung der spinpolarisierten Partikel, welche durch das Magnetfeld bewirkt wird; und Ermitteln einer räumlichen Charakteristik des Partikelstrahls auf Grundlage der Anregung. According to various embodiments, a method may include: generating a (e.g., magnet induced) magnetic field in an irradiation region; Irradiating the irradiation area by means of a particle beam having spin-polarized particles; Detecting excitation of the spin-polarized particles caused by the magnetic field; and determining a spatial characteristic of the particle beam based on the excitation.
Die Anregung kann beispielsweise bewirken, dass der Partikelstrahl ein magnetisches Wechselfeld (kann auch als magnetisches Antwortfeld bezeichnet werden) emittiert, welches erfasst werden kann. Das magnetische Antwortfeld kann beispielsweise ein elektromagnetisches Signal in einer Sensoranordnung, mittels der das Erfassen erfolgt, hervorrufen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die Partikel auch als Teilchen bezeichnet werden. For example, the excitation can cause the particle beam to emit an alternating magnetic field (which can also be called a magnetic response field) which can be detected. The magnetic response field may, for example, cause an electromagnetic signal in a sensor arrangement, by means of which the detection takes place. According to various embodiments, the particles may also be referred to as particles.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die Partikel eine elektrische Ladung aufweisen (Ladungspartikel). Mit anderen Worten können die Partikel (z.B. Protonen oder Ionen) elektrisch geladen sein. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Spin (anschaulich Drehung oder Drall) als ein Eigendrehimpuls der Partikel verstanden werden. Der Spin eines elektrisch geladenen Partikels (auch vereinfacht als geladene Partikel bezeichnet) kann ein magnetisches Moment entlang des Spins (d.h. in dessen Richtung) bewirken, According to various embodiments, the particles may have an electrical charge (charge particles). In other words, the particles (eg, protons or ions) may be electrically charged. According to various embodiments, the spin (illustratively rotation or spin) may be understood as an intrinsic angular momentum of the particles. The spin of an electrically charged particle (also referred to simply as charged particle) can cause a magnetic moment along the spin (ie in its direction)
beispielsweise bei Ionen oder Protonen. Ebenso können elektrisch neutrale Partikel (auch vereinfacht als neutrale Partikel bezeichnet) einen Spin und ein diesem zugeordetes magnetisches Moment aufweisen, z.B. Deuteriumkerne. for example, ions or protons. Similarly, electrically neutral particles (also referred to simply as neutral particles) may have a spin and a magnetic moment associated therewith, e.g. Deuterium nuclei.
Als Spinpolarisation kann verstanden werden, wenn der Spin aller Partikel des As spin polarization can be understood, if the spin of all particles of the
Partikelstrahls eine Vorzugsrichtung (kann auch als Polarisationsrichtung bezeichnet werden) aufweist, d.h. wenn der Spin nicht statistisch (z.B. zufällig) verteilt ist. Mit anderen Worten kann der Spin der Partikel eine zumindest teilweise (teilweise oder vollständig) geordnete Ausrichtung aufweisen. Dadurch kann der Partikelstrahl im räumlichen und/oder zeitlichen Mittel ein magnetisches Moment (Dipolmoment) parallel zu der Vorzugsrichtung aufweisen. Vereinfacht kann die Spinpolarisation hierin auch als Polarisation bezeichnet werden. Particle beam a preferred direction (may also be referred to as polarization direction), i. if the spin is not random (e.g., random). In other words, the spin of the particles may have an at least partially (partially or completely) ordered orientation. As a result, the particle beam may have a magnetic moment (dipole moment) parallel to the preferred direction in the spatial and / or temporal mean. Simplified, spin polarization may also be referred to herein as polarization.
In einem Magnetfeld wirkt auf den Spin ein Drehmoment, welches danach strebt, das magnetische Moment des Spins parallel zur Feldrichtung des Magnetfelds auszurichten. Das Drehmoment kann von dem vektoriellen Produkt aus dem magnetischen Moment des Partikels und der magnetischen Flussdichte des Magnetfelds definiert sein oder werden. Das Drehmoment kann senkrecht zum Spin und zu der Feldrichtung des Magnetfelds stehen, wodurch eine Präzession (anschaulich Kreiselbewegung) des Spins bewirkt wird. Die Präzession kann mit der Larmorfrequenz erfolgen, welche sich aus dem Produkt des gyromagnetischen Verhältnisses mit der Flussdichte des Magnetfelds (als Kreisfrequenz) ergibt. Das gyromagnetische Verhältnis kann als Proportionalitätsfaktor zwischen dem Drehimpuls (oder Spin) eines Partikels und dem dazugehörigen magnetischen Moment verstanden werden. Anschaulich kann das Magnetfeld eine Anregung der spinpolarisierten Partikel bewirken, z.B. ähnlich zu der Anregung der Atomkerne eines Materials im Sinne einer In a magnetic field, the spin acts on a torque which tends to align the magnetic moment of the spin parallel to the field direction of the magnetic field. The torque may be defined by the vectorial product of the magnetic moment of the particle and the magnetic flux density of the magnetic field. The torque can be perpendicular to the spin and to the field direction of the magnetic field, causing a precession (illustrative gyration) of the spin. The precession can be done with the Larmor frequency, which results from the product of the gyromagnetic ratio with the flux density of the magnetic field (as angular frequency). The gyromagnetic ratio can be understood as a proportionality factor between the angular momentum (or spin) of a particle and the associated magnetic moment. Illustratively, the magnetic field may cause excitation of the spin-polarized particles, e.g. similar to the excitation of the atomic nuclei of a material in the sense of a
Magnetresonanz. Mittels der Anregung der Partikel kann eine Präzession (z.B. transversal magnetisiert) des Spins bewirkt werden, welche die Emission des magnetischen Magnetic resonance. By means of the excitation of the particles, a precession (e.g., transversely magnetized) of the spin can be effected, which causes the emission of the magnetic
Antwortfeldes bewirken kann. Dazu kann die Richtung des Spins der Partikel (bzw. die Spinpolarisation) eine Komponente senkrecht zu einer Feldrichtung des Magnetfelds (z.B. zur Flussrichtung des Magnetfelds) aufweisen. Beispielsweise kann die Spinpolarisation senkrecht zur Feldrichtung des Magnetfelds ausgerichtet sein oder werden. Das magnetische Antwortfeld kann erfasst werden, z.B. mittels der Sensoranordnung (z.B. mittels einer Hochfrequenz-Spule). Das Magnetfeld (z.B. dessen Flussdichte) kann die Frequenz des emittierten magnetischen Antwortfeldes (d.h. die Larmorfrequenz der Partikel) definieren. Can cause response field. For this purpose, the direction of the spin of the particles (or the spin polarization) may have a component perpendicular to a field direction of the magnetic field (for example, to the direction of flow of the magnetic field). For example, the spin polarization may or may be oriented perpendicular to the field direction of the magnetic field. The magnetic response field can be detected, for example by means of the sensor arrangement (eg by means of a high-frequency coil). The magnetic field (eg, its flux density) may define the frequency of the emitted magnetic response field (ie, the Larmor frequency of the particles).
Unter einer Larmorpräzession kann eine Präzession des Spins (anschaulich Drehimpulses mit einem magnetischen Dipolmoment) um die magnetische Feldrichtung herum verstanden werden. Die Frequenz der Larmorpräzession kann als Larmorfrequenz bezeichnet sein. Die Larmorpräzession kann durch eine Wechselwirkung zwischen dem magnetischen Moment des Spins und dem Magnetfeld bewirkt werden. Dies kann auch für elektrisch neutrale Partikel (z.B. ein Neutron oder ein elektrisch neutrales Atom, z.B. Deuterium) zutreffen, die aus geladenen Partikeln zusammengesetzt sind, aber deren magnetische Momente sich nicht zu Null addieren, z.B. die Atome eines Materials. Mit anderen Worten können die spinpolarisierten Partikel zu einer Präzession angeregt werden, d.h. zu einer Larmorpräzession der Partikel und/oder mit einer Larmorfrequenz der Partikel. Analog dazu kann ein Material zur Larmorpräzession angeregt werden, d.h. zu einer Larmorpräzession des Materials und/oder mit einer Larmorfrequenz des Materials. Die Larmorfrequenz der spinpolarisierten Partikel kann sich von der Larmorfrequenz des Materials unterscheiden. A Larmor precession can be understood as a precession of the spin (illustratively angular momentum with a magnetic dipole moment) around the magnetic field direction. The frequency of the Larmor precession may be referred to as the Larmor frequency. The Larmor precession can be effected by an interaction between the magnetic moment of the spin and the magnetic field. This may also apply to electrically neutral particles (e.g., a neutron or an electrically neutral atom, e.g., deuterium) composed of charged particles but whose magnetic moments do not add to zero, e.g. the atoms of a material. In other words, the spin-polarized particles can be excited to precession, i. to a Larmorpräzession of the particles and / or with a Larmorfrequenz of the particles. Similarly, a material may be excited for Larmor precession, i. to a Larmor precession of the material and / or to a Larmor frequency of the material. The Larmor frequency of the spin-polarized particles may differ from the Larmor frequency of the material.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Erfassen der Anregung aufweisen, eine physikalische Größe zu erfassen, welche die Anregung (z.B. die Spinpräzession der Partikel und/oder die Kernspinpräzession des Materials) repräsentiert. Die physikalische Größe kann beispielsweise eine magnetische Größe (z.B. des magnetischen Antwortfeldes) sein, z.B. eine Flussdichte, eine magnetische Feldstärke und/oder einen magnetischen Fluss, z.B. deren räumliche und/oder zeitliche Veränderung (z.B. deren Frequenz und/oder deren Spektrum). Alternativ oder zusätzlich kann die physikalische Größe eine elektrische Größe sein, z.B. eine elektrische Stromstärke, eine elektrische Spannung und/oder eine elektrisch Energie, z.B. deren räumliche und/oder zeitliche Veränderung (z.B. deren Frequenz und/oder deren Spektrum). Die elektrische Größe kann beispielsweise eine Wechselwirkung der Anregung mit der Sensoranordnung repräsentieren. Anschaulich kann die Präzession eines Spins zur Erzeugung des zeitlich veränderlichen magnetischen Antwortfeldes führen, welches in der Sensor anordnung einen elektrischen Strom induziert, der gemessen werden kann. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das (z.B. magnetinduzierte) Magnetfeld zumindest eines von Folgendem aufweisen: ein statisches (d.h. zeitlich und/oder räumlich im Wesentlichen konstantes) erstes Magnetfeld (kann auch als magnetisches According to various embodiments, detecting the excitation may include detecting a physical quantity that represents the excitation (eg, the spin precession of the particles and / or the nuclear spin precession of the material). The physical quantity can be, for example, a magnetic quantity (eg of the magnetic response field), eg a flux density, a magnetic field strength and / or a magnetic flux, eg its spatial and / or temporal change (eg its frequency and / or its spectrum). Alternatively or additionally, the physical quantity may be an electrical quantity, for example an electrical current, an electrical voltage and / or an electrical energy, for example their spatial and / or temporal change (eg their frequency and / or their spectrum). The electrical quantity may represent, for example, an interaction of the excitation with the sensor arrangement. Illustratively, the precession of a spin can lead to the generation of the time-varying magnetic response field, which induces an electrical current in the sensor arrangement which can be measured. According to various embodiments, the (eg, magnetically induced) magnetic field may include at least one of: a static (ie, temporally and / or spatially substantially constant) first magnetic field (may also be referred to as magnetic)
Hintergrundfeld bezeichnet werden); ein zeitlich veränderliches zweites Magnetfeld (kann auch als anregendes Magnetfeld oder magnetisches Anregungsfeld bezeichnet werden); und/oder ein räumlich und/oder zeitlich veränderliches drittes Magnetfeld (welches z.B. einen räumlichen Gradienten aufweist, kann dann auch als magnetisches Störfeld bezeichnet werden). Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Verfahren Folgendes aufweisen: Erzeugen eines Magnetfeldes (kann auch als magnetinduziertes Magnetfeld bezeichnet werden) in einem Bestrahlungsbereich, in dem ein Material angeordnet ist, wobei das Magnetfeld eine Larmorfrequenz des Materials (z.B. der Atomkerne des Materials) definiert (z.B. mit dem das Material angeregt wird); Bestrahlen des Materials mittels eines Partikelstrahls, wobei der Partikelstrahl ein weiteres Magnetfeld (kann auch als Background field); a time-varying second magnetic field (may also be referred to as a stimulating magnetic field or magnetic excitation field); and / or a spatially and / or time-varying third magnetic field (which, for example, has a spatial gradient can then also be called a magnetic interference field). According to various embodiments, a method may include generating a magnetic field (may also be referred to as a magnet-induced magnetic field) in an irradiation region in which a material is disposed, wherein the magnetic field defines a Larmor frequency of the material (eg, the atomic nuclei of the material) the material is stimulated); Irradiating the material by means of a particle beam, wherein the particle beam another magnetic field (can also as
strahlinduziertes Magnetfeld bezeichnet werden) erzeugt, welches das Magnetfeld überlagert; Erfassen einer Veränderung der Larmorfrequenz (des Materials), welche durch das weitere Magnetfeld bewirkt wird; und Ermitteln einer räumlichen Charakteristik des Partikelstrahls auf Grundlage der Veränderung. Das Erfassen der Veränderung der radiation-induced magnetic field are designated) which superimposes the magnetic field; Detecting a change in the Larmor frequency (of the material) caused by the further magnetic field; and determining a spatial characteristic of the particle beam based on the change. Capturing the Change of
Larmorfrequenz kann beispielsweise phasensensitiv erfolgen. Larmor frequency can be carried out, for example, phase-sensitive.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein von dem Partikelstrahl bewirkter elektrischer Ladungsfluss das weitere Magnetfeld definieren. Das weitere Magnetfeld kann erzeugt werden, wenn die Partikel eine elektrische Ladung aufweisen (d.h. wenn der Partikelstrahl einen elektrischen Ladungsfluss bewirkt). Das weitere Magnetfeld kann von der elektrischen Stromstärke des Partikelstrahls definiert sein oder werden. Die elektrische Stromstärke des Partikelstrahls kann von der elektrischen Ladung und der Geschwindigkeit der Partikel definiert sein oder werden und/oder von dessen Fluenz. Mit anderen Worten kann das weitere Magnetfeld (z.B. dessen magnetischer Fluss) von dem elektrischen Strom des Partikelstrahls definiert sein oder werden. According to various embodiments, an electrical charge flow effected by the particle beam may define the further magnetic field. The additional magnetic field can be generated when the particles have an electrical charge (i.e., when the particle beam causes an electric charge flow). The additional magnetic field can be defined by the electric current strength of the particle beam. The electrical current intensity of the particle beam may be defined by the electrical charge and the velocity of the particles and / or by its fluence. In other words, the additional magnetic field (e.g., magnetic flux) thereof may or may not be defined by the electric current of the particle beam.
Die Bestrahlungsdosis kann von der Fluenz des Partikelstrahls definiert sein oder werden. Die Fluenz kann die Anzahl von Partikel bezeichnen, die durch eine vorgegebene Fläche (z.B. die Querschnittsfläche des Partikelstrahls) hindurchtreten. Das weitere Magnetfeld kann einen Gradienten aufweisen (kann dann auch als The irradiation dose may or may not be defined by the fluence of the particle beam. The fluence may refer to the number of particles passing through a given area (eg, the cross-sectional area of the particle beam). The further magnetic field may have a gradient (can then also as
magnetisches Gradientenfeld bezeichnet werden). Mit anderen Worten kann das weitere Magnetfeld inhomogen sein. Das weitere Magnetfeld kann ein zirkuläres Magnetfeld sein. Anschaulich kann das weitere Magnetfeld die Larmorpräzession des Materials stören (z.B. in der Umgebung des Partikelstrahls). Das weitere Magnetfeld kann eine zeitliche magnetic gradient field). In other words, the additional magnetic field can be inhomogeneous. The additional magnetic field can be a circular magnetic field. Clearly, the additional magnetic field can interfere with the Larmor precession of the material (e.g., in the vicinity of the particle beam). The additional magnetic field can be a temporal
Veränderung langsamer als mit der Larmorfrequenz aufweisen. Mit anderen Worten kann das weitere Magnetfeld (z.B. das Gradientenfeld) mit einer Frequenz verändert werden, welche kleiner ist, als die Larmorfrequenz (z.B. zumindest eine Größenordnung) und/oder kleiner ist als ungefähr 1 MHz (d.h. niederfrequent). In dem Fall kann das weitere Change slower than with the Larmor frequency. In other words, the additional magnetic field (e.g., the gradient field) may be changed at a frequency that is less than the Larmor frequency (e.g., at least one order of magnitude) and / or less than about 1 MHz (i.e., low frequency). In that case, the other one
Magnetfeld als strahlinduziertes magnetisches Störfeld bezeichnet sein. Die Störung aufgrund des strahlinduzierten magnetischen Störfelds kann eine Veränderung der Larmorfrequenz des Materials bewirken, welche erfasst werden kann. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Larmorfrequenz des Materials in einem Bereich von ungefähr 10 MHz (Megahertz) bis ungefähr 500 MHz liegen Magnetic field be referred to as a beam-induced magnetic interference field. The perturbation due to the beam-induced magnetic interference field may cause a change in the Larmor frequency of the material which may be detected. According to various embodiments, the Larmor frequency of the material may range from about 10 MHz (megahertz) to about 500 MHz
(hochfrequent), z.B. in einem Bereich von ungefähr 30 MHz bis ungefähr 300 MHz (mit anderen Worten Ultrakurzwellen-Bereich), z.B. in einem Bereich von ungefähr 30 MHz bis ungefähr 100 MHz. Die Larmorfrequenz kann von dem Magnetfeld definiert sein oder werden, z.B. von dessen magnetischer Flussdichte. Ein Proportionalitätsfaktor zwischen der Larmorfrequenz des Materials und der magnetischen Flussdichte des Magnetfelds kann in einem Bereich von ungefähr 10 MHz/T (Megahertz/Tesla) bis ungefähr 100 MHz/T liegen, z.B. in einem Bereich von ungefähr 25 MHz/T bis ungefähr 75 MHz/T, z.B. (high frequency), e.g. in a range from about 30 MHz to about 300 MHz (in other words ultra-short wave range), e.g. in a range of about 30 MHz to about 100 MHz. The Larmor frequency may be defined by the magnetic field or, e.g. of its magnetic flux density. A proportionality factor between the Larmor frequency of the material and the magnetic flux density of the magnetic field may range from about 10 MHz / T (megahertz / Tesla) to about 100 MHz / T, e.g. in a range of about 25 MHz / T to about 75 MHz / T, e.g.
ungefähr 42,6 MHz/T. about 42.6 MHz / T.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Material ein organisches Material aufweisen oder daraus gebildet sein, z.B. organisches Gewebe. Das organische Material kann lebendes Material aufweisen oder daraus gebildet sein. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren ferner aufweisen: According to various embodiments, the material may include or be formed from an organic material, e.g. organic tissue. The organic material may include or be formed from living material. According to various embodiments, the method may further comprise:
Identifizieren eines Zielbereichs des Materials, welcher mittels des Partikelstrahls bestrahlt werden soll, auf Grundlage der räumlichen Charakteristik des Materials; und Bestrahlen des Zielbereichs mit dem Partikelstrahl. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das erste Magnetfeld zeitlich konstant (d.h. statisch) sein. Das zweite Magnetfeld und/oder das weitere Magnetfeld können zeitlich und/oder räumlich veränderlich sein (oder zumindest zeitlich und/oder räumlich veränderliche Komponenten aufweisen), z.B. schneller als das erste Magnetfeld und/oder als das dritte Magnetfeld. Identifying a target area of the material to be irradiated by the particle beam based on the spatial characteristic of the material; and irradiating the target area with the particle beam. According to various embodiments, the first magnetic field may be temporally constant (ie static). The second magnetic field and / or the further magnetic field can be temporally and / or spatially variable (or at least temporally and / or spatially have variable components), eg faster than the first magnetic field and / or as the third magnetic field.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das erste Magnetfeld eine magnetische Flussdichte (z.B. in dem Bestrahlungsbereich, in dem Material und/oder in dem According to various embodiments, the first magnetic field may include a magnetic flux density (e.g., in the irradiation area, in the material, and / or in the
Zielbereich) von größer als ungefähr 0,35 T (Tesla) aufweisen, z.B. in einem Bereich von ungefähr 0,35 T bis ungefähr 5 T aufweisen, z.B. in einem Bereich von ungefähr 1 T bis ungefähr 3 T (kann auch als klinischer Bereich bezeichnet werden). Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können das zweite Magnetfeld, das weitere Magnetfeld (z.B. das strahlinduzierte magnetische Störfeld) und/oder das dritte Magnetfeld (z.B. das  Target area) greater than about 0.35 T (Tesla), e.g. in a range of about 0.35 T to about 5 T, e.g. in a range from about 1 T to about 3 T (may also be referred to as a clinical area). According to various embodiments, the second magnetic field, the additional magnetic field (e.g., the beam induced magnetic interference field) and / or the third magnetic field (e.g.
magnetinduzierte magnetische Störfeld) eine kleinere magnetische Flussdichte als das erste Magnetfeld aufweisen. magnet-induced magnetic interference field) have a smaller magnetic flux density than the first magnetic field.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können das zweite Magnetfeld, das dritte Magnetfeld und/oder das weitere Magnetfeld eine magnetische Flussdichte (z.B. in dem Bestrahlungsbereich, in dem Material und/oder in dem Zielbereich) von kleiner als ungefähr 0,5 T aufweisen, z.B. von kleiner als ungefähr 0,1 T (z.B. in einem Bereich von ungefähr 1 mT (Millitesla) bis ungefähr 100 mT), z.B. von kleiner als ungefähr 1 mT, z.B. von kleiner als ungefähr 100 μΤ (Mikrotesla), z.B. in einem Bereich von ungefähr 0,1 μΤ bis ungefähr 10 μΤ oder bis ungefähr 100 μΤ. According to various embodiments, the second magnetic field, the third magnetic field and / or the further magnetic field may have a magnetic flux density (e.g., in the irradiation area, in the material and / or in the target area) of less than about 0.5 T, e.g. of less than about 0.1 T (e.g., in a range of about 1 mT (millitesla) to about 100 mT), e.g. less than about 1 mT, e.g. less than about 100 μΤ (microtesla), e.g. in a range of about 0.1 μΤ to about 10 μΤ or to about 100 μΤ.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das weitere Magnetfeld (z.B. das strahlinduzierte Störfeld und/oder das strahlinduzierte Anregungsfeld) einen größeren Gradienten aufweisen als das Magnetfeld (z.B. als das erste Magnetfeld und/oder als das zweite Magnetfeld), z.B. in der magnetischen Flussdichte. According to various embodiments, the additional magnetic field (e.g., the beam-induced perturbation field and / or the beam-induced excitation field) may have a greater gradient than the magnetic field (e.g., as the first magnetic field and / or as the second magnetic field), e.g. in the magnetic flux density.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das dritte Magnetfeld (z.B. das magnetinduzierte Störfeld) einen größeren Gradienten aufweisen als das erste Magnetfeld und/oder als das zweite Magnetfeld, z.B. in der magnetischen Flussdichte. According to various embodiments, the third magnetic field (e.g., the magnet-induced noise field) may have a larger gradient than the first magnetic field and / or as the second magnetic field, e.g. in the magnetic flux density.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Erfassen der Veränderung der Larmorfrequenz des Materials in einem räumlichen Volumen erfolgen, in dem die According to various embodiments, detecting the change in the Larmor frequency of the material may be in a spatial volume in which the
Larmorfrequenz (im Wesentlichen) räumlich gleich verteilt ist. Anschaulich kann die Ausdehnung des räumlichen Volumens, in dem erfasst wird, derart klein eingerichtet sein, dass eine Verschiebung der Larmorfrequenz erfasst werden kann. Damit kann ein quantitatives Ermitteln von Eigenschaften des Partikelstrahls erfolgen, z.B. im Gegensatz dazu, als wenn lediglich die Anwesenheit einer Störung erfasst wird. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Erfassen der Veränderung der Larmorfrequenz aufweisen, die Larmorfrequenz des Materials über ein vordefiniertes räumliches Volumen zu mittein. Mit anderen Worten kann eine räumlich gemittelte Abweichung der Larmorfrequenz erfasst werden. Die Larmorfrequenz des Materials kann im Allgemeinen durch äußere Einflüsse, wie Gradienten oder andere Effekte, räumlich und/oder zeitlich veränderlich sein. Durch das strahlinduzierte magnetische Störfeld kann eine weitere Änderung bewirkt werden, die erfasst werden kann (z.B. indem Messdaten und/oder Bilddaten mit und ohne Partikelstrahl aufgenommen und miteinander verglichen werden). Larmorfrequenz (essentially) spatially distributed equally. Clearly, the extent of the spatial volume in which is detected, be set up so small that a shift in the Larmor frequency can be detected. This can be done quantitatively determining properties of the particle beam, for example, in contrast, as if only the presence of a disturbance is detected. According to various embodiments, detecting the change in Larmor frequency may include centering the Larmor frequency of the material over a predefined spatial volume. In other words, a spatially averaged deviation of the Larmor frequency can be detected. The Larmor frequency of the material can generally be spatially and / or temporally variable due to external influences, such as gradients or other effects. The beam-induced magnetic interference field can bring about a further change that can be detected (for example, by recording and comparing measured data and / or image data with and without a particle beam).
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Verfahren Folgendes aufweisen: Erzeugen eines Magnetfeldes (kann auch als magnetinduziertes Magnetfeld bezeichnet werden) in einem Bestrahlungsbereich, in dem ein Material angeordnet ist, wobei das Magnetfeld eine Larmorfrequenz des Materials definiert (d.h. eine Larmorfrequenz, mit der das Material angeregt wird); Erzeugen eines Partikelstrahls, wobei der Partikelstrahl mehrere Pulse aufweist, deren Häufigkeit eine Frequenz des Partikelstrahls (kann auch als Pulsfrequenz bezeichnet werden) definiert, welche verschieden ist von der According to various embodiments, a method may include generating a magnetic field (may also be referred to as a magnet-induced magnetic field) in an irradiation region in which a material is disposed, the magnetic field defining a Larmor frequency of the material (ie, a Larmor frequency at which the material is excited becomes); Generating a particle beam, the particle beam having a plurality of pulses whose frequency defines a frequency of the particle beam (may also be referred to as pulse frequency), which is different from the
Larmorfrequenz; Bestrahlen des Materials mittels des Partikelstrahls, wobei der Larmor frequency; Irradiating the material by means of the particle beam, wherein the
Partikelstrahl ein weiteres Magnetfeld (kann auch als strahlinduziertes Magnetfeld bezeichnet werden) erzeugt, welches das Magnetfeld überlagert; Modulieren des Particle beam another magnetic field (can also be referred to as a beam-induced magnetic field) is generated, which superimposes the magnetic field; Modulate the
Partikelstrahls mit der Larmorfrequenz; Erfassen einer Anregung des Materials, welche durch das weitere Magnetfeld bewirkt wird; und Ermitteln einer räumlichen Charakteristik des Partikelstrahls auf Grundlage einer Anregung. Particle beam with the Larmor frequency; Detecting an excitation of the material caused by the further magnetic field; and determining a spatial characteristic of the particle beam based on excitation.
Anschaulich kann das weitere Magnetfeld mit der Larmorfrequenz des Materials moduliert werden. Dadurch kann das Material zur Larmorpräzession angeregt werden. Wird das weitere Magnetfeld mit der Larmorfrequenz des Materials moduliert, kann das weitere Magnetfeld auch als strahlinduziertes magnetisches Anregungsfeld bezeichnet werden. Clearly, the additional magnetic field can be modulated with the Larmor frequency of the material. This allows the material to be stimulated to Larchorpräzession. If the further magnetic field is modulated with the Larmor frequency of the material, the additional magnetic field can also be referred to as a beam-induced magnetic excitation field.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Frequenz (Pulsfrequenz) eine According to various embodiments, the frequency (pulse frequency) may be a
Umlauffrequenz (im Fall eines Zyklotrons eine Zyklotronfrequenz) sein, mit der der Partikelstrahl erzeugt wird. Die Umlauffrequenz kann größer sein als die Larmorfrequenz. Anschaulich kann die Frequenz beispielsweise durch eine Partikelstrahlquelle (z.B. ein Zyklotron) definiert sein (kann dann auch als Umlauffrequenz bezeichnet werden), mittels dessen der Partikelstrahl erzeugt wird. Anschaulich kann der Partikelstrahl unabhängig von der Konfiguration der Erzeugung mit der Larmorfrequenz moduliert sein oder werden. Damit kann erreicht werden, dass eine kleinere magnetische Flussdichte für das erste Magnetfeld benötigt wird und/oder leichter auf Veränderungen reagiert werden kann. Reverse frequency (in the case of a cyclotron, a cyclotron frequency), with which the particle beam is generated. The orbital frequency may be greater than the Larmor frequency. Illustratively, the frequency can be defined, for example, by a particle beam source (eg a cyclotron) (which can then also be referred to as the rotational frequency), by means of which the particle beam is generated. Clearly, the particle beam may or may not be modulated with the Larmor frequency, regardless of the configuration of the generation. This can be achieved that a smaller magnetic flux density for the first magnetic field is needed and / or can be more easily respond to changes.
Anschaulich liegt die Frequenz eines gepulsten Partikelstrahls, welcher z.B. mittels eines Zyklotrons erzeugt wird, in einem Bereich, welche nicht oder nur schwer zur Anregung des Materials geeignet ist, ohne technisch aufwändige Veränderungen vorzunehmen. Daher müssten herkömmlich besonders starke Magneten zur Erzeugung des ersten Magnetfeldes verwendet werden, um die Larmorfrequenz des Materials an die Illustratively, the frequency of a pulsed particle beam which is e.g. is produced by means of a cyclotron, in an area which is difficult or impossible to excite the material to make without technically complex changes. Therefore, conventionally very strong magnets would have to be used to generate the first magnetic field to match the Larmor frequency of the material to the
Pulsfrequenz der Partikelstrahlquelle anzupassen und/oder es müsste eine energetisch ineffektive Partikelstrahlquelle verwendet werden, um deren Pulsfrequenz an die Adjust pulse frequency of the particle beam source and / or it would have an energetically ineffective particle beam source can be used to their pulse rate to the
Larmorfrequenz anpassen zu können. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können hingegen die technische Konfiguration der Partikelstrahlquelle und/oder die technische Konfiguration der MRT-Komponenten beibehalten werden, was Kosten und Aufwand spart.  To adjust the Larmor frequency. In contrast, according to various embodiments, the technical configuration of the particle beam source and / or the technical configuration of the MRI components can be maintained, which saves costs and effort.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Erzeugen des Partikelstrahls aufweisen, den Partikelstrahl zum Bilden der mehreren Pulse mit der Frequenz According to various embodiments, generating the particle beam may include the particle beam for forming the plurality of pulses at the frequency
(Ausblendfrequenz) auszublenden, wobei das Ausblenden des Partikelstrahls und das Erfassen der Anregung abwechselnd erfolgen. Die Ausblendfrequenz kann kleiner sein als die Larmorfrequenz. (Fade frequency) hide, wherein the fading of the particle beam and the detection of the excitation take place alternately. The fade frequency may be smaller than the Larmor frequency.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Modulieren aufweisen, den According to various embodiments, the modulating may include
Partikelstrahl mit der Larmorfrequenz zu pulsen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Modulieren aufweisen, eine Pulse particle beam with the Larmor frequency. According to various embodiments, the modulating may include a
Amplitude des Partikelstrahls (z.B. des Partikelstrahlstroms) mit der Larmorfrequenz zu variieren.  Amplitude of the particle beam (e.g., the particle beam current) to vary with the Larmor frequency.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Verfahren Folgendes aufweisen: Erzeugen eines Magnetfeldes in einem Bestrahlungsbereich, in dem ein Material angeordnet ist; Erzeugen eines Partikelstrahls, wobei der Partikelstrahl mehrere Pulse aufweist, deren Häufigkeit eine Frequenz des Partikelstrahls definiert und/oder wobei der Partikelstrahl mit der Frequenz moduliert ist; Bestrahlen des Materials mittels des According to various embodiments, a method may include: generating a magnetic field in an irradiation region in which a material is disposed; Generating a particle beam, wherein the particle beam has a plurality of pulses whose frequency defines a frequency of the particle beam and / or wherein the particle beam is modulated with the frequency; Irradiation of the material by means of
Partikelstrahls, wobei der Partikelstrahl ein weiteres Magnetfeld erzeugt, welches das Magnetfeld überlagert; Modulieren des Partikelstrahls mit einer weiteren Frequenz, welche verschieden ist von der Frequenz (des Partikelstrahls); Erfassen einer (z.B. magnetischen) Anregung des Materials (z.B. dessen Kernspinresonanz), welche durch das weitere Magnetfeld bewirkt wird; und Ermitteln einer räumlichen Charakteristik des Partikelstrahls auf Grundlage einer Anregung. Particle beam, wherein the particle beam generates a further magnetic field, which superimposes the magnetic field; Modulating the particle beam with another frequency which is different from the frequency (of the particle beam); Detecting a (eg magnetic) excitation of the material (eg its nuclear magnetic resonance), which by the further Magnetic field is effected; and determining a spatial characteristic of the particle beam based on excitation.
Die Frequenz des Partikelstrahls kann gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einem Bereich von ungefähr 10 MHz (Megahertz) bis ungefähr 500 MHz liegen, z.B. in einem Bereich von ungefähr 50 MHz bis ungefähr 200 MHz, z.B. ungefähr 106 MHz. Die Frequenz kann beispielsweise eine Zyklotronfrequenz (kann auch als Gyrationsfrequenz bezeichnet werden) sein, z.B. wenn der Partikelstrahl mittels eines Zyklotrons erzeugt wird (z.B. mittels eines isochronen Zyklotrons welches eine zeitlich konstante The frequency of the particle beam may, in various embodiments, range from about 10 MHz (megahertz) to about 500 MHz, e.g. in a range from about 50 MHz to about 200 MHz, e.g. about 106 MHz. The frequency may be, for example, a cyclotron frequency (may also be referred to as a gyration frequency), e.g. when the particle beam is generated by means of a cyclotron (for example by means of an isochronous cyclotron which has a temporal constant
Gyrationsfrequenz aufweist). Die Zyklotronfrequenz kann eine Umlauffrequenz der Partikel im Magnetfeld des Zyklotrons bezeichnen. Having a gyration frequency). The cyclotron frequency may indicate a rotational frequency of the particles in the magnetic field of the cyclotron.
Optional kann das Material alternativ oder zusätzlich optisch und/oder elektrisch angeregt werden. Optionally, the material may alternatively or additionally be excited optically and / or electrically.
Beispielsweise kann das Modulieren des Partikelstrahls mit mehreren Frequenzen (z.B. einem Frequenzspektrum) erfolgen, von denen zumindest eine Frequenz die weitere Frequenz ist. Alternativ kann der Partikelstrahl zeitlich konstant sein. For example, the modulating of the particle beam may be at multiple frequencies (e.g., a frequency spectrum), at least one frequency of which is the other frequency. Alternatively, the particle beam may be constant over time.
Die Pulse des Partikelstrahls können eine zeitliche Ausdehnung aufweisen (kann auch als Pulsbreite bezeichnet werden). Die Pulsbreite kann von der Energie des Teilchenstrahls definiert sein oder werden, beispielsweise unabhängig von der Frequenz des The pulses of the particle beam may have a temporal extension (may also be referred to as pulse width). The pulse width may be defined by the energy of the particle beam or, for example, regardless of the frequency of the
Partikelstrahls. Particle beam.
Die Pulsbreite kann weitere harmonische Frequenzen des Partikelstrahls definieren, welche verschieden von der Larmorfrequenz sind. Anschaulich kann für das Ermitteln der räumlichen Charakteristik des Partikelstrahls die Energie in der Modulation relevant sein, welche mit der Larmorfrequenz erfolgt. The pulse width may define other harmonic frequencies of the particle beam which are different from the Larmor frequency. Clearly, for determining the spatial characteristics of the particle beam, the energy in the modulation which is at the Larmor frequency can be relevant.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Frequenz des Partikelstrahls verschieden von der (z.B. größer als die) Larmorfrequenz sein. Alternativ oder zusätzlich kann die weitere Frequenz (kann auch als Modulationsfrequenz bezeichnet werden) die Larmorfrequenz sein. Anschaulich kann ein gepulster Partikelstrahl mit der According to various embodiments, the frequency of the particle beam may be different from (e.g., greater than) the Larmor frequency. Alternatively or additionally, the additional frequency (which may also be referred to as the modulation frequency) may be the Larmor frequency. Illustratively, a pulsed particle beam with the
Larmorfrequenz moduliert sein oder werden. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Partikelstrahl sinusoidal moduliert sein oder werden. Larmor frequency be modulated or become. According to various embodiments, the particle beam may or may not be sinusoidally modulated.
Das Modulieren des Partikelstrahls kann aufweisen, den Partikelstrahl kontinuierlich zu modulieren (z.B. sinusoidal), d.h. unterbrechungsfrei. Beispielsweise kann der Modulating the particle beam may comprise continuously modulating the particle beam (e.g., sinusoidal), i. interruption. For example, the
Partikelstrahl kontinuierlich (d.h. ungepulst) und moduliert sein. Beispielsweise kann der Partikelstrahl amplitudenmoduliert sein oder werden.  Particle beam continuously (i.e., unpulsed) and modulated. For example, the particle beam may or may not be amplitude modulated.
Alternativ kann das Modulieren des Partikelstrahls aufweisen, den Partikelstrahl diskret zu modulieren, z.B. binär (z.B. zu pulsen). Beispielsweise kann der Partikelstrahl mit der Larmorfrequenz gepulst sein oder werden (z.B. mittels Ausblendens). Beispielsweise können ein erstes Pulsen des Partikelstrahls mit der Frequenz und ein zweites Pulsen des Partikelstrahls mit der weiteren Frequenz einander überlagert werden. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Modulieren des Partikelstrahls aufweisen, eine räumliche und/oder zeitliche Verteilung eines Ladungsstroms des Alternatively, modulating the particle beam may discretely modulate the particle beam, e.g. binary (e.g., to pulse). For example, the particle beam may be or may be pulsed at the Larmor frequency (e.g., by blanking). By way of example, a first pulse of the particle beam with the frequency and a second pulse of the particle beam with the further frequency can be superimposed on one another. According to various embodiments, the modulating of the particle beam may include a spatial and / or temporal distribution of a charge current of the
Partikelstrahls (z.B. dessen elektrische Stromstärke) zu modulieren. Particle beam (e.g., its electric current).
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Frequenz die Larmorfrequenz sein und/oder die weitere Frequenz kann kleiner sein als die Larmorfrequenz. Anschaulich kann der Partikelstrahl mit einer kleineren Frequenz als der Larmorfrequenz moduliert werden, z.B. ein- und ausgeblendet werden (dann kann die weitere Frequenz auch als According to various embodiments, the frequency may be the Larmor frequency and / or the further frequency may be less than the Larmor frequency. Illustratively, the particle beam may be modulated at a frequency less than the Larmor frequency, e.g. fade in and out (then the other frequency can also be used as
Ausblendfrequenz bezeichnet werden). Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Modulieren des Partikelstrahls aufweisen, den Partikelstrahl mit der weiteren Frequenz (z.B. der Ausblendfrequenz) auszublenden, wobei das Ausblenden des Partikelstrahls und das Erfassen der Anregung abwechselnd erfolgen können. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Ausblenden periodisch erfolgen, z.B. mit einer Frequenz verschieden von der Larmorfrequenz, z.B. kleiner als der Blanking frequency). According to various embodiments, modulating the particle beam may include masking out the particle beam having the further frequency (e.g., the cutoff frequency), wherein the masking of the particle beam and the detection of the stimulus may occur alternately. According to various embodiments, the fade-out may occur periodically, e.g. with a frequency different from the Larmor frequency, e.g. smaller than that
Larmorfrequenz . Larmor frequency.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Verfahren Folgendes aufweisen: Erzeugen eines Magnetfeldes in einem Bestrahlungsbereich, in dem ein Material angeordnet ist, wobei das Magnetfeld eine Larmorfrequenz des Materials definiert; According to various embodiments, a method may include: generating a magnetic field in an irradiation region in which a material is disposed, the magnetic field defining a Larmor frequency of the material;
Bestrahlen des Materials mittels eines Partikelstrahls, wobei der Partikelstrahl ein weiteres Magnetfeld erzeugt, welches das Magnetfeld überlagert; Anregen des Materials mittels des weiteren Magnetfeldes, indem der Partikelstrahl mit der Larmorfrequenz moduliert wird; und Ausblenden des Partikelstrahls; Erfassen der Anregung des Materials während der Partikelstrahl ausgeblendet ist; und Ermitteln einer räumlichen Charakteristik des Irradiating the material by means of a particle beam, wherein the particle beam another Generates magnetic field which superimposes the magnetic field; Exciting the material by means of the further magnetic field by modulating the particle beam with the Larmor frequency; and hiding the particle beam; Detecting the excitation of the material while the particle beam is hidden; and determining a spatial characteristic of the
Partikelstrahls auf Grundlage der Anregung des Materials. Particle beam based on the excitation of the material.
Der modulierte Partikelstrahl kann kontinuierlich (d.h. unterbrechungsfrei) sein. The modulated particle beam may be continuous (i.e., uninterrupted).
Beispielsweise kann der Partikelstrahl amplitudenmoduliert sein. Beispielsweise kann ein kontinuierlicher Partikelstrahl mittels eines Zyklotrons (z.B. eines Synchrozyklotrons) erzeugt sein oder werden. For example, the particle beam may be amplitude modulated. For example, a continuous particle beam may or may not be generated by means of a cyclotron (e.g., a synchro-cyclotron).
Alternativ kann der Partikelstrahl auch gepulst sein oder werden. Beispielsweise kann ein gepulster Partikelstrahl mittels eines Zyklotrons (z.B. eines isochronen Zyklotrons) erzeugt sein oder werden. Optional kann der gepulste Partikelstrahl amplitudenmoduliert sein oder werden. Alternatively, the particle beam may or may not be pulsed. For example, a pulsed particle beam may be generated by means of a cyclotron (e.g., an isochronous cyclotron). Optionally, the pulsed particle beam may or may not be amplitude modulated.
Zum Anregen des Materials können das zweite Magnetfeld und/oder das weitere To excite the material, the second magnetic field and / or the other
Magnetfeld die Larmorfrequenz des Materials aufweisen, d.h. mit der Larmorfrequenz zeitlich veränderlich sein. Magnetic field have the Larmorfrequenz of the material, i. be temporally variable with the Larmor frequency.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Erfassen der Anregung (z.B. der Partikel) aufweisen einen Doppler-Effekt (kann auch als Doppler- Verschiebung bezeichnet werden) des Partikelstrahls zu erfassen, wobei die räumliche Energieverteilung des Partikelstrahls auf Grundlage des Doppler-Effekts ermittelt wird. Beispielsweise kann der Doppler-Effekt erfasst werden, wenn der Partikelstrahl selbst ein ausreichendes Signal bewirkt (z.B. wenn dieser polarisiert ist). According to various embodiments, detecting the excitation (e.g., the particle) may include detecting a Doppler effect (also referred to as Doppler shift) of the particle beam, wherein the spatial energy distribution of the particle beam is determined based on the Doppler effect. For example, the Doppler effect can be detected when the particle beam itself is causing a sufficient signal (e.g., when it is polarized).
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die räumliche Charakteristik des According to various embodiments, the spatial characteristic of the
Partikelstrahls eine räumliche Energieverteilung des Partikelstrahls repräsentieren. Particle beam represent a spatial energy distribution of the particle beam.
Alternativ oder zusätzlich kann die räumliche Charakteristik eine räumliche Position eines Bragg-Peaks des Partikelstrahls; eine Reichweite des Partikelstrahls; eine Trajektorie des Partikelstrahls und/oder eine räumliche Stromdichte -Verteilung repräsentieren. Alternatively or additionally, the spatial characteristic may be a spatial position of a Bragg peak of the particle beam; a range of the particle beam; represent a trajectory of the particle beam and / or a spatial current density distribution.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren ferner aufweisen: Erzeugen eines Satzes von ersten Bilddaten, z.B. auf Grundlage der Anregung (der spinpolarisierten Partikel und/oder des Materials), welcher die räumliche Charakteristik des Partikelstrahls repräsentiert; Erzeugen eines Satzes von zweiten Bilddaten, welcher die räumliche Charakteristik eines Materials repräsentiert; und Überlagern der ersten Bilddaten und der zweiten Bilddaten. According to various embodiments, the method may further comprise: generating a set of first image data based on, for example, the excitation (the spin-polarized particle and / or the material) representing the spatial characteristic of the particle beam; Generating a set of second image data representing the spatial Characteristic of a material represented; and superimposing the first image data and the second image data.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Erfassen der Anregung (der spinpolarisierten Partikel und/oder des Materials) aufweisen, eine elektromagnetische Emission zu erfassen, welche durch die Anregung bewirkt wird. Die elektromagnetische Emission kann aufweisen, ein elektromagnetisches Wechselfeld zu emittieren (anschaulich ein magnetisches Antwortfeld). Dazu kann der Teilchenstrahl zumindest teilweise According to various embodiments, detecting the excitation (of the spin-polarized particle and / or the material) may comprise detecting an electromagnetic emission caused by the excitation. The electromagnetic emission may include emitting an alternating electromagnetic field (illustratively a magnetic response field). For this purpose, the particle beam at least partially
(teilweise oder vollständig) senkrecht zum Magnetfeld polarisiert sein oder werden. be (partially or completely) polarized perpendicular to the magnetic field or be.
Eine erste elektromagnetische Emission (erstes magnetisches Antwortfeld) kann von der Anregung des Materials bewirkt werden (Materialanregung). Die erste elektromagnetische Emission kann auch als materialinduzierte Emission (materialinduziertes magnetisches Antwortfeld) bezeichnet werden. A first electromagnetic emission (first magnetic response field) can be caused by the excitation of the material (material excitation). The first electromagnetic emission may also be referred to as material-induced emission (material-induced magnetic response field).
Eine zweite elektromagnetische Emission (zweites magnetisches Antwortfeld) kann von der Anregung der Partikel bewirkt werden (Partikelanregung). Die zweite A second electromagnetic emission (second magnetic response field) can be caused by the excitation of the particles (particle excitation). The second
elektromagnetische Emission kann auch als partikelinduzierte Emission Electromagnetic emission can also be called particle-induced emission
(partikelinduziertes magnetisches Antwortfeld) bezeichnet werden. (particle-induced magnetic response field).
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die räumliche Charakteristik des According to various embodiments, the spatial characteristic of the
Partikelstrahls auf Grundlage einer elektromagnetischen Emission (z.B. der Particle beam based on electromagnetic emission (e.g.
partikelinduzierten Emission und/oder der materialinduzierten Emission) ermittelt werden. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren ferner aufweisen: Ermitteln einer räumlichen Charakteristik eines Materials, welches in dem Bestrahlungsbereich angeordnet ist. particle-induced emission and / or material-induced emission). According to various embodiments, the method may further comprise: determining a spatial characteristic of a material disposed in the irradiation area.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die räumliche Charakteristik des Materials auf Grundlage einer elektromagnetischen Emission (z.B. der materialinduzierten Emission) ermittelt werden. According to various embodiments, the spatial characteristic of the material may be determined based on electromagnetic emission (e.g., material-induced emission).
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren ferner aufweisen: Steuern und/oder Regeln des Bestrahlens und/oder des Partikelstrahls auf Grundlage der räumlichen Charakteristik des Partikelstrahls. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Steuern und/oder Regeln aufweisen, einen oder mehrere Strahlführung-Parameter auf Grundlage der räumlichen Charakteristik des Partikelstrahls zu ermitteln und den Partikelstrahl gemäß dem einen oder den mehreren Strahlführung-Parametern zu führen. According to various embodiments, the method may further comprise: controlling and / or controlling the irradiation and / or the particle beam based on the spatial characteristic of the particle beam. According to various embodiments, the controlling and / or controlling may include determining one or more beam guidance parameters based on the spatial characteristics of the particle beam and guiding the particle beam according to the one or more beam guidance parameters.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Steuern und/oder Regeln aufweisen, einen oder mehrere Abschwächung-Parameter auf Grundlage der räumlichen According to various embodiments, the controlling and / or regulating may include one or more attenuation parameters based on the spatial
Charakteristik des Partikelstrahls zu ermitteln und den Partikelstrahl gemäß dem einen oder den mehreren Abschwächung-Parametern abzuschwächen. Beispielsweise kann der Partikelstrahl mit einer ersten Energie (z.B. einer elektrischen Energie und/oder einerTo determine the characteristic of the particle beam and to attenuate the particle beam according to the one or more attenuation parameters. For example, the particle beam may be exposed to a first energy (e.g., electrical energy and / or energy)
Partikelenergie) und/oder einer ersten Leistung (z.B. elektrischen Leistung) erzeugt werden und gemäß dem einen oder den mehreren Abschwächung-Parametern auf eine zweite Energie und/oder eine zweite Leistung abgeschwächt werden. Alternativ oder zusätzlich können die Partikel des Partikelstrahls mit einer ersten Energie (z.B. kinetischen Energie) erzeugt werden und gemäß dem einen oder den mehreren Abschwächung-Parametern auf eine zweite Energie abgeschwächt werden. Die kinetische Energie der Partikel (auch als Partikelenergie bezeichnet) kann eine Eindringtiefe des Partikelstrahls in das Material definieren. Anschaulich kann beispielsweise eine Anfangsenergie (und damit die Particulate energy) and / or a first power (e.g., electrical power) and attenuated to a second energy and / or power in accordance with the one or more attenuation parameters. Alternatively or additionally, the particles of the particle beam may be generated at a first energy (e.g., kinetic energy) and attenuated to a second energy according to the one or more attenuation parameters. The kinetic energy of the particles (also referred to as particle energy) may define a penetration depth of the particle beam into the material. Illustratively, for example, an initial energy (and thus the
Eindringtiefe im Material) und/oder die räumliche Charakteristik (z.B. Strahlposition) des Partikelstrahls verändert (z.B. erhöht oder erniedrigt) werden mittels des Abschwächens. Penetration depth in the material) and / or the spatial characteristics (e.g., beam position) of the particle beam are changed (e.g., increased or decreased) by attenuation.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Steuern und/oder Regeln aufweisen, eine oder mehrere Bestrahlungsdauer-Parameter auf Grundlage der räumlichen According to various embodiments, the controlling and / or regulating may include one or more irradiation duration parameters based on the spatial
Charakteristik des Partikelstrahls zu ermitteln und den Bestrahlungsbereich (bzw. das Material darin) gemäß der einen oder den mehreren Bestrahlungsdauer-Parametern zu bestrahlen. To determine characteristic of the particle beam and to irradiate the irradiation area (or the material therein) according to the one or more irradiation duration parameters.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren ferner aufweisen: Ermitteln einer räumlichen Charakteristik eines Materials, welches in dem Bestrahlungsbereich angeordnet ist; wobei das Steuern und/oder Regeln auf Grundlage einer Relation zwischen der räumlichen Charakteristik des Partikelstrahls und der räumlichen Charakteristik des Materials erfolgt. Beispielsweise kann eine Abweichungsgröße ermittelt werden, welche eine Abweichung der räumlichen Charakteristik des Partikelstrahls von einem Kriterium repräsentiert, wobei das Kriterium von der räumlichen Charakteristik des Materials definiert wird. Anschaulich kann das Kriterium beispielsweise den zu bestrahlendenAccording to various embodiments, the method may further comprise: determining a spatial characteristic of a material disposed in the irradiation area; wherein the controlling and / or regulating takes place on the basis of a relation between the spatial characteristic of the particle beam and the spatial characteristic of the material. For example, a deviation quantity can be determined which represents a deviation of the spatial characteristic of the particle beam from a criterion, the criterion being defined by the spatial characteristic of the material. Illustratively, the criterion, for example, to be irradiated
Bereich (Zielbereich) repräsentieren, dessen Lage (Ausrichtung und/oder Position) von der räumlichen Charakteristik des Materials definiert wird. Alternativ oder zusätzlich kann das Kriterium eine Ziel-Bestrahlungsdosis (z.B. deren räumliche Verteilung) repräsentieren. Area (target area), whose position (orientation and / or position) of the spatial characteristic of the material is defined. Alternatively or additionally, the criterion may represent a target irradiation dose (eg, its spatial distribution).
Verändert sich beispielsweise die räumliche Charakteristik des Materials, z.B. wenn ein Organ verschoben wird, kann sich die Lage des Zielbereichs verändern. Dann kann eine Anpassung der räumlichen Charakteristik des Partikelstrahls erfolgen (z.B. der Lage des Bragg-Peaks, so dass dieser in dem Zielbereich liegt). Alternativ oder zusätzlich kann eine bewirkte Bestrahlungsdosis an die räumliche Charakteristik des Materials angepasst werden. For example, if the spatial characteristics of the material, e.g. When an organ is moved, the location of the target area may change. Then, the spatial characteristic of the particle beam may be adjusted (e.g., the position of the Bragg peak to be within the target range). Alternatively or additionally, an induced irradiation dose can be adapted to the spatial characteristics of the material.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die räumliche Charakteristik des Partikelstrahls und die räumliche Charakteristik des Materials aneinander angeglichen werden (z.B. derart, dass deren Unterschied voneinander verringert wird). Beispielsweise können das Material und/oder der Partikelstrahl verändert werden. According to various embodiments, the spatial characteristics of the particle beam and the spatial characteristics of the material may be matched (e.g., such that their difference is reduced from each other). For example, the material and / or the particle beam can be changed.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die räumliche Charakteristik des According to various embodiments, the spatial characteristic of the
Partikelstrahls der räumlichen Charakteristik des Materials nachgeführt werden. Particle beam to track the spatial characteristics of the material.
Beispielsweise kann der Partikelstrahl an die Situation des Patienten angepasst sein oder werden. Alternativ oder zusätzlich kann die räumliche Charakteristik des Materials der räumlichen Charakteristik des Partikelstrahls nachgeführt werden. Beispielsweise kann der Patient an die Situation des Partikelstrahls angepasst sein oder werden, z.B. in dessen Lage. Anschaulich können der Partikelstrahl und/oder der Patient bewegt werden. For example, the particle beam may or may be adapted to the patient's situation. Alternatively or additionally, the spatial characteristic of the material can be tracked to the spatial characteristic of the particle beam. For example, the patient may be or may be adapted to the situation of the particle beam, e.g. in its position. Clearly, the particle beam and / or the patient can be moved.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann alternativ oder zusätzlich zum Steuern und/oder Regeln des Partikelstrahls ein Steuern und/oder Regeln des Materials erfolgen (z.B. dessen räumlicher Charakteristik, beispielsweise dessen Lage, z.B. Ausrichtung und/oder Position). According to various embodiments, alternatively or in addition to controlling and / or controlling the particle beam, control and / or regulation of the material may be effected (e.g., its spatial characteristics, e.g., its location, e.g., orientation and / or position).
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Steuern und/oder Regeln (z.B. des Partikelstrahls und/oder des Materials) aufweisen, eine Lage (z.B. Ausrichtung und/oder Position) zu steuern und/oder regeln (z.B. des Partikelstrahls und/oder des Materials). According to various embodiments, controlling and / or controlling (e.g., the particle beam and / or the material) may include controlling and / or controlling a location (e.g., orientation and / or position) (e.g., of the particle beam and / or material).
Beispielsweise kann der Partikelstrahl mit einem normalen MR-Bild eines Patienten überlagert werden. Dies kann unabhängig oder zusätzlich zu einer adaptiven Bestrahlung (Steuerung und/oder Regeln des Partikelstrahls) erfolgen. Anschaulich kann zum For example, the particle beam can be superimposed with a normal MR image of a patient. This can be done independently or in addition to an adaptive irradiation (control and / or regulation of the particle beam). Vividly can to
Bestrahlen des Materials die räumliche Charakteristik des Partikelstrahls gemessen werden ohne diese anzupassen (z.B. für Dosimetrie). Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Steuern und/oder Regeln des Irradiation of the material to measure the spatial characteristics of the particle beam without adapting it (eg for dosimetry). According to various embodiments, controlling and / or regulating the
Partikelstrahls auf Grundlage der räumlichen Charakteristik des Partikelstrahls und/oder auf Grundlage der räumlichen Charakteristik des Materials erfolgen, z.B. ein Steuern und/oder Regeln einer zeitlichen Dauer des Bestrahlens und/oder ein Steuern und/oderParticle beam based on the spatial characteristics of the particle beam and / or based on the spatial characteristics of the material, for. controlling and / or regulating a time duration of the irradiation and / or a controlling and / or
Regeln einer Intensität des Bestrahlens (welche die bewirkte Bestrahlungsdosis definieren). Rules of intensity of irradiation (which define the irradiation dose caused).
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren ferner Folgendes aufweisen: Identifizieren eines Zielbereichs des Materials, welcher mittels des According to various embodiments, the method may further comprise: identifying a target area of the material, which by means of
Partikelstrahls bestrahlt werden soll, auf Grundlage der räumlichen Charakteristik des Materials, wobei das Steuern und/oder Regeln aufweist, einen Bragg-Peak des Particle beam to be irradiated, based on the spatial characteristics of the material, which has the control and / or rules, a Bragg peak of the
Partikelstrahls in dem Zielbereich anzuordnen. Arrange particle beam in the target area.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die räumliche Charakteristik des Materials eine räumliche Verteilung einer Eigenschaft des Materials repräsentieren. Die Eigenschaft des Materials kann eine physikalische Eigenschaft sein, z.B. eine Protonendichte, eine Relaxationszeit, eine Atommasse, eine Massendichte, eine magnetische Suszeptibilität und/oder eine Leitfähigkeit (z.B. eine elektrische Leitfähigkeit und/oder eine magnetische Leitfähigkeit). Alternativ oder zusätzlich kann die Eigenschaft des Materials eine chemische Eigenschaft des Materials sein. Beispielsweise kann die räumliche According to various embodiments, the spatial characteristic of the material may represent a spatial distribution of a property of the material. The property of the material may be a physical property, e.g. a proton density, a relaxation time, an atomic mass, a mass density, a magnetic susceptibility, and / or a conductivity (e.g., an electrical conductivity and / or a magnetic conductivity). Alternatively or additionally, the property of the material may be a chemical property of the material. For example, the spatial
Charakteristik des Materials eine chemische Zusammensetzung des Materials Characteristics of the material a chemical composition of the material
repräsentieren. Die magnetische Leitfähigkeit kann auch als magnetische Permeabilität bezeichnet werden. Die magnetische Suszeptibilität kann auch als magnetische represent. The magnetic conductivity can also be referred to as magnetic permeability. The magnetic susceptibility can also be considered magnetic
Materialantwort bezeichnet werden. Material response are called.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die räumliche Charakteristik des Materials mittels Radiographie und/oder Sonographie ermittelt werden. According to various embodiments, the spatial characteristic of the material may be determined by means of radiography and / or sonography.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die räumliche Charakteristik des Materials zumindest eines von Folgenden repräsentieren: eine chemische Zusammensetzung desAccording to various embodiments, the spatial characteristic of the material may represent at least one of: a chemical composition of the
Materials (z.B. deren räumliche Verteilung); eine räumliche Verteilung von Protonen desMaterial (e.g., their spatial distribution); a spatial distribution of protons of
Materials (z.B. deren Dichte); eine räumliche Verteilung von Gewebeparametern (z.B.Material (e.g., its density); a spatial distribution of tissue parameters (e.g.
Längsrelaxationszeit Tl und/oder Querrelaxationzeit T2) des Materials; eine Position und/oder Ausrichtung eines Zielbereichs, welcher mittels des Partikelstrahls bestrahlt werden soll; und/oder eine räumliche Dichteverteilung des Materials. Beispielsweise kann die räumliche Charakteristik des Materials Gewebeparameter (Tl, T2, ...) und/oder eine gewichtete Protonendichteverteilung repräsentieren. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren ferner Folgendes aufweisen: Erzeugen eines Satzes von ersten Bilddaten, z.B. auf Grundlage der Anregung, welcher die räumliche Charakteristik des Partikelstrahls repräsentiert, wobei das Steuern und/oder Regeln optional auf Grundlage des Satzes von ersten Bilddaten erfolgt. Longitudinal relaxation time Tl and / or transverse relaxation time T2) of the material; a position and / or orientation of a target area to be irradiated by the particle beam; and / or a spatial density distribution of the material. For example, the spatial characteristic of the material may represent tissue parameters (T1, T2, ...) and / or a weighted proton density distribution. According to various embodiments, the method may further comprise: generating a set of first image data, eg, based on the excitation, which represents the spatial characteristic of the particle beam, wherein the controlling and / or regulating is optionally based on the set of first image data.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren ferner Folgendes aufweisen: Erzeugen eines Satzes von zweiten Bilddaten, welcher die räumliche According to various embodiments, the method may further comprise: generating a set of second image data representing the spatial
Charakteristik eines Materials in dem Bestrahlungsbereich repräsentiert, wobei das Steuern und/oder Regeln optional auf Grundlage des Satzes von zweiten Bilddaten erfolgt. Represents characteristic of a material in the irradiation area, wherein the controlling and / or regulating is optionally based on the set of second image data.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren ferner Folgendes aufweisen: Erzeugen eines Satzes von zweiten Bilddaten, welcher die räumliche According to various embodiments, the method may further comprise: generating a set of second image data representing the spatial
Charakteristik des Materials in dem Bestrahlungsbereich repräsentiert; und Überlagern der ersten Bilddaten und der zweiten Bilddaten. Represents characteristic of the material in the irradiation area; and superimposing the first image data and the second image data.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Steuern und/oder Regeln auf According to various embodiments, the controlling and / or regulating may occur
Grundlage der einander überlagerten ersten Bilddaten und zweiten Bilddaten erfolgen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die zweiten Bilddaten zumindest Röntgenabsorptionsdaten aufweisen. Dazu kann das Material mittels Röntgenstrahlung durchdrungen werden (Radiographie). Alternativ oder zusätzlich können die zweiten Bilddaten zumindest Schallreflexionsdaten (z.B. Ultraschallreflexionsdaten) aufweisen. Dazu kann das Material mittels Schall (z.B. Ultraschall) durchdrungen werden Basis of the superimposed first image data and second image data done. According to various embodiments, the second image data may include at least X-ray absorption data. For this purpose, the material can be penetrated by X-rays (radiography). Alternatively or additionally, the second image data may include at least sound reflection data (e.g., ultrasound reflection data). For this purpose, the material can be penetrated by means of sound (for example ultrasound)
(Sonographie). (Sonography).
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Ermitteln der räumlichen According to various embodiments, determining the spatial
Charakteristik des Partikelstrahls in Echtzeit erfolgen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Steuern und/oder Regeln des Characteristics of the particle beam in real time. According to various embodiments, controlling and / or regulating the
Partikelstrahls in Echtzeit erfolgen. Particle beam in real time.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Anregungsmagnetfeld mittels einer Modulation (z.B. einer zeitlichen und/oder räumlichen Veränderung) des Partikelstrahls bewirkt werden, z.B. indem der Partikelstrahl mit der Larmorfrequenz moduliert wird.According to various embodiments, the excitation magnetic field may be effected by means of a modulation (e.g., temporal and / or spatial variation) of the particle beam, e.g. by modulating the particle beam with the Larmor frequency.
Alternativ oder zusätzlich kann das Anregen des Materials mittels eines extern (z.B. mittels Spulen) erzeugten Anregungsmagnetfelds erfolgen. Das Anregungsmagnetfeld kann die Larmorfrequenz des Materials aufweisen. Alternatively or additionally, the exciting of the material by means of an external (eg means Coils) generated excitation magnetic field done. The excitation magnetic field may have the Larmor frequency of the material.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das magnetische Störfeld (zum According to various embodiments, the magnetic interference field (for
räumlichen Stören der Larmorfrequenz des Materials) mittels des Partikelstrahls erzeugt werden, z.B. indem der Partikelstrahl mit einer Frequenz kleiner als die Larmorfrequenz oder gar nicht moduliert wird. Alternativ kann das magnetische Störfeld (zum räumlichen Stören der Larmorfrequenz des Materials) extern (z.B. mittels Spulen) erzeugt werden. Das magnetische Störfeld kann ein Gradientenfeld sein. Das magnetische Störfeld kann eine Frequenz kleiner als die Larmorfrequenz aufweisen. spatial disturbance of the Larmor frequency of the material) by means of the particle beam, e.g. by modulating the particle beam at a frequency less than the Larmor frequency or not at all. Alternatively, the magnetic interference field (for spatially disturbing the Larmor frequency of the material) can be generated externally (e.g., by means of coils). The magnetic interference field can be a gradient field. The magnetic interference field may have a frequency less than the Larmor frequency.
Das Anregen des Materials kann aufweisen, dessen Atomkerne (z.B. deren statische Protonen) anzuregen, z.B. zu einer Präzession anzuregen. Die Präzession kann die Excitation of the material may include stimulating its atomic nuclei (e.g., their static protons), e.g. to encourage a precession. The precession can be the
Larmorfrequenz aufweisen. Larmorfrequenz have.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Anregungsmagnetfeld mit der Larmorfrequenz zeitlich verändert werden. According to various embodiments, the excitation magnetic field with the Larmor frequency can be changed over time.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Anregung eine präzedierende According to various embodiments, the excitation may be precessing
Transversalmagnetisierung (d.h. quer zur Feldrichtung des Hintergrundfelds) aufweisen. Transverse magnetization (i.e., transverse to the field direction of the background field).
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können das dritte Magnetfeld und/oder das magnetische Störfeld räumlich und/oder zeitlich (z.B. mit einer noch weiteren Frequenz) verändert sein oder werden. Die noch weitere Frequenz kann weniger als 1 MHz betragen (niederfrequent), z.B. in einem Bereich von ungefähr 1 kHz bis ungefähr 500 kHz liegt, z.B. in einem Bereich von ungefähr 10 kHz bis ungefähr 100 kHz. According to various embodiments, the third magnetic field and / or the magnetic interference field may be altered spatially and / or temporally (e.g., at yet another frequency). The still further frequency may be less than 1 MHz (low frequency), e.g. is in a range of about 1 kHz to about 500 kHz, e.g. in a range of about 10 kHz to about 100 kHz.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können das Erzeugen des zweiten Magnetfelds und das Erfassen der Anregung (z.B. der Anregung der Partikel und/oder des Materials) abwechselnd erfolgen, so dass diese einander nicht stören. Dies kann beispielsweise erfolgen, wenn das magnetische Anregungsfeld auf die Partikel des Partikelstrahls einen Einfluss hat. According to various embodiments, the generation of the second magnetic field and the detection of the excitation (e.g., the excitation of the particles and / or the material) may occur alternately so that they do not interfere with each other. This can be done, for example, if the magnetic excitation field has an influence on the particles of the particle beam.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können das Erzeugen des zweiten Magnetfelds und das Erfassen der Anregung (z.B. der Anregung der Partikel und/oder des Materials) gleichzeitig erfolgen. Dies kann beispielsweise erfolgen, wenn das zweite Magnetfeld auf die Partikel des Partikelstrahls keinen oder einen geringen Einfluss hat. Alternativ oder zusätzlich können das Erzeugen des zweiten Magnetfelds und das Erfassen der Anregung räumlich voneinander getrennt erfolgen, z.B. in verschiedenen Teilbereichen des Bestrahlungsbereichs. Beispielsweise kann die Larmorfrequenz mittels des According to various embodiments, the generation of the second magnetic field and the detection of the excitation (eg, the excitation of the particles and / or the material) may occur simultaneously. This can be done, for example, if the second magnetic field has no or little influence on the particles of the particle beam. Alternatively or additionally, the generation of the second magnetic field and the detection of the excitation can take place spatially separated from one another, for example in different subareas of the irradiation area. For example, the Larmorfrequenz by means of
magnetischen Störfeldes räumlich verändert eingerichtet sein oder werden. Beispielsweise kann dem Hintergrundfeld das magnetische Störfeld überlagert sein oder werden, welches den Wert der Larmorfrequenz räumlich verteilt definiert. magnetic interference field spatially changed be set up or become. For example, the background field may be superimposed or be superimposed on the magnetic interference field, which spatially distributes the value of the Larmor frequency.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Vorrichtung Folgendes aufweisen: einen Bestrahlungsbereich; eine Magnetanordnung zum Erzeugen eines Magnetfeldes in dem Bestrahlungsbereich; eine Partikelstrahlkanone, welche zum Bestrahlen des According to various embodiments, an apparatus may include: an irradiation area; a magnet arrangement for generating a magnetic field in the irradiation area; a particle beam gun, which for irradiating the
Bestrahlungsbereichs mittels eines Partikelstrahls eingerichtet ist; eine Sensoranordnung, welche zum Erfassen einer Anregung in dem Bestrahlungsbereich eingerichtet ist; eine Auswerteeinheit, welche zum Ermitteln einer räumlichen Charakteristik des Partikelstrahls auf Grundlage der Anregung eingerichtet ist; und eine Steuerung, welche zu Steuern und/oder Regeln der Magnetanordnung, der Partikelstrahlkanone, der Sensoranordnung und/oder der Auswerteeinheit eingerichtet ist gemäß einem der hierin beschriebenen Verfahren. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Vorrichtung Folgendes aufweisen: einen Bestrahlungsbereich; eine Magnetanordnung zum Erzeugen eines Magnetfeldes in dem Bestrahlungsbereich; eine Partikelstrahlkanone, welche zum Bestrahlen des Irradiation area is set up by means of a particle beam; a sensor arrangement configured to detect excitation in the irradiation area; an evaluation unit configured to determine a spatial characteristic of the particle beam based on the excitation; and a controller, which is configured to control and / or regulate the magnet arrangement, the particle beam gun, the sensor arrangement and / or the evaluation unit according to one of the methods described herein. According to various embodiments, an apparatus may include: an irradiation area; a magnet arrangement for generating a magnetic field in the irradiation area; a particle beam gun, which for irradiating the
Bestrahlungsbereichs mittels eines Partikelstrahls eingerichtet ist, wobei der Partikelstrahl polarisierte Partikel aufweist oder daraus gebildet ist; eine Sensoranordnung (kann auch als Empfangseinheit bezeichnet werden), welche zum Erfassen einer Anregung der polarisierten Partikel eingerichtet ist, wobei die Anregung durch das Magnetfeld bewirkt wird; und eine Auswerteeinheit, welche zum Ermitteln einer räumlichen Charakteristik des Partikelstrahls auf Grundlage der Anregung eingerichtet ist. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Sensoranordnung eingerichtet sein, eine räumliche Energieverteilung des Partikelstrahls zu erfassen. Irradiation range is set up by means of a particle beam, wherein the particle beam has polarized particles or is formed therefrom; a sensor assembly (may also be referred to as a receiver unit) adapted to detect excitation of the polarized particles, the excitation being effected by the magnetic field; and an evaluation unit configured to determine a spatial characteristic of the particle beam based on the excitation. According to various embodiments, the sensor arrangement may be configured to detect a spatial energy distribution of the particle beam.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Sensoranordnung eingerichtet sein, eine physikalische Größe zu erfassen, welche die Anregung repräsentiert. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Sensoranordnung eine oder mehrere elektrische Spulen (kann auch als Elektromagneten oder Empfangsantennen bezeichnet werden) aufweisen, z.B. zumindest zwei Spulen in Helmholtz-Konfiguration. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Anregung eine elektrische Größe, z.B. einen elektrischen Strom, in der Sensoranordnung (z.B. deren einen Spule oder mehreren Spulen) induzieren, z.B. mittels einer magnetischen Wechselwirkung zwischen der Anregung und Sensor anordnung (z.B. mittels eines magnetischen Wechselfeldes, welches durch die Anregung bewirkt wird). According to various embodiments, the sensor arrangement may be configured to detect a physical quantity that represents the excitation. According to various embodiments, the sensor arrangement may comprise one or more electric coils (may also be referred to as electromagnets or receiving antennas), eg at least two coils in Helmholtz configuration. According to various embodiments, the excitation may induce an electrical quantity, eg an electric current, in the sensor arrangement (eg one coil or several coils), eg by means of a magnetic interaction between the excitation and sensor arrangement (eg by means of an alternating magnetic field generated by the Excitation is effected).
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Sensoranordnung eine According to various embodiments, the sensor arrangement may include a
Messvorrichtung aufweisen, welche eingerichtet ist, die elektrische Größe zu erfassen. Measuring device which is adapted to detect the electrical variable.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Sensoranordnung eingerichtet sein, einen Doppler-Effekt des Partikelstrahls zu erfassen; wobei die Auswerteeinheit eingerichtet ist eine räumliche Energieverteilung des Partikelstrahls auf Grundlage des Doppler-Effekts zu ermitteln. Anschaulich kann sich die Frequenz der Anregung (und damit z.B. des Signals) des spinpolarisierten (z.B. hyperpolarisierten) Partikelstrahls verschieben. Die Verschiebung der Frequenz der Anregung kann erfasst werden. According to various embodiments, the sensor arrangement may be configured to detect a Doppler effect of the particle beam; wherein the evaluation unit is set up to determine a spatial energy distribution of the particle beam on the basis of the Doppler effect. Clearly, the frequency of the excitation (and thus, for example, the signal) of the spin-polarized (e.g., hyperpolarized) particle beam may shift. The shift of the frequency of the excitation can be detected.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Vorrichtung, Folgendes aufweisen: einen Bestrahlungsbereich zum Aufnehmen eines Materials; eine Magnetanordnung zum Erzeugen eines Magnetfeldes in dem Bestrahlungsbereich, wobei das Magnetfeld eine Larmorfrequenz des Materials definiert; eine Partikelstrahlkanone, welche zum Bestrahlen des Materials mittels eines Partikelstrahls eingerichtet ist, wobei der Partikelstrahl ein weiteres Magnetfeld erzeugt, welches das Magnetfeld überlagert; eine Sensoranordnung, welche zum Erfassen einer Veränderung der Larmorfrequenz eingerichtet ist, wobei die Veränderung durch das weitere Magnetfeld bewirkt wird; und eine Auswerteeinheit, welche zum Ermitteln einer räumlichen Charakteristik des Partikelstrahls auf Grundlage der Veränderung eingerichtet ist. According to various embodiments, an apparatus may include: an irradiation area for receiving a material; a magnet assembly for generating a magnetic field in the irradiation region, the magnetic field defining a Larmor frequency of the material; a particle beam gun, which is adapted to irradiate the material by means of a particle beam, wherein the particle beam generates a further magnetic field, which superimposes the magnetic field; a sensor arrangement arranged to detect a change in the Larmor frequency, the change being caused by the further magnetic field; and an evaluation unit configured to determine a spatial characteristic of the particle beam based on the change.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das erste Magnetfeld zeitlich konstant sein. Das zweite Magnetfeld und/oder das weitere Magnetfeld können zeitlich und/oder räumlich veränderlich sein. According to various embodiments, the first magnetic field may be constant in time. The second magnetic field and / or the further magnetic field can be temporally and / or spatially variable.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Sensoranordnung zum Erfassen der Veränderung der Larmorfrequenz in einem räumlichen Volumen eingerichtet sein, in dem die Larmorfrequenz im Wesentlichen räumlich gleich verteilt ist. Im Wesentlichen kann verstanden werden, als dass eine Schwankung kleiner ist als ungefähr 20%, z.B. kleiner als ungefähr 10%, z.B. kleiner als ungefähr 5%, z.B. kleiner als ungefähr 1%, z.B. kleiner als ungefähr 0,1%>, z.B. kleiner als ungefähr 0,01%, z.B. kleiner als ungefähr 0,001%), z.B. ungefähr 0. According to various embodiments, the sensor arrangement for detecting the change of the Larmor frequency can be set up in a spatial volume in which the Larmor frequency is distributed substantially spatially the same. In essence, it can be understood that a variation is less than about 20%, eg, less than about 10%, eg, less than about 5%, eg, less than about 1%, eg, less than about 0.1%, eg, less as about 0.01%, eg less than about 0.001%), eg about 0.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren ferner aufweisen: Anzeigen von Bilddaten (z.B. der ersten Bilddaten und/oder der zweiten Bilddaten). Anschaulich kann eine Visualisierung des Teilchenstrahls (bzw. dessen Eigenschaften) und/oder des Materials (bzw. dessen Eigenschaften) mittels einer Bildgebung erfolgen. According to various embodiments, the method may further comprise: displaying image data (e.g., the first image data and / or the second image data). Illustratively, a visualization of the particle beam (or its properties) and / or of the material (or its properties) can take place by means of imaging.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Vorrichtung Folgendes aufweisen: einen Bestrahlungsbereich zum Aufnehmen eines Materials; eine Magnetanordnung zum Erzeugen eines Magnetfeldes in dem Bestrahlungsbereich, welches eine Larmorfrequenz des Materials definiert; eine Partikelstrahlkanone, welche zum Bestrahlen des Materials mittels eines Partikelstrahls eingerichtet ist, wobei der Partikelstrahl mehrere Pulse aufweist, deren Häufigkeit eine Frequenz des Partikelstrahls definiert, welche verschieden ist von der Larmorfrequenz; und wobei der Partikelstrahl ein weiteres Magnetfeld erzeugt, welches das Magnetfeld überlagert; eine Strahlmodulationsanordnung, welche zum Modulieren des Partikelstrahls mit der Larmorfrequenz eingerichtet ist; eine According to various embodiments, an apparatus may include: an irradiation area for receiving a material; a magnet assembly for generating a magnetic field in the irradiation region which defines a Larmor frequency of the material; a particle beam gun adapted to irradiate the material by means of a particle beam, the particle beam having a plurality of pulses whose frequency defines a frequency of the particle beam other than the Larmor frequency; and wherein the particle beam generates a further magnetic field which superimposes the magnetic field; a beam modulation arrangement configured to modulate the Larmor frequency particle beam; a
Sensoranordnung, welche zum Erfassen einer Anregung des Materials durch das weitere Magnetfeld eingerichtet ist; und eine Auswerteeinheit, welche zum Ermitteln einer räumlichen Charakteristik des Partikelstrahls auf Grundlage der Anregung eingerichtet ist. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Vorrichtung Folgendes aufweisen: einen Bestrahlungsbereich zum Aufnehmen eines Materials; eine Magnetanordnung zum Erzeugen eines Magnetfeldes in dem Bestrahlungsbereich; eine Partikelstrahlkanone, welche zum Bestrahlen des Materials mittels eines Partikelstrahls eingerichtet ist, wobei der Partikelstrahl mehrere Pulse aufweist, deren Häufigkeit eine Frequenz des  Sensor arrangement, which is adapted to detect an excitation of the material by the further magnetic field; and an evaluation unit configured to determine a spatial characteristic of the particle beam based on the excitation. According to various embodiments, an apparatus may include: an irradiation area for receiving a material; a magnet arrangement for generating a magnetic field in the irradiation area; a particle beam gun, which is adapted to irradiate the material by means of a particle beam, wherein the particle beam has a plurality of pulses whose frequency is a frequency of the
Partikelstrahls definiert, und wobei der Partikelstrahl ein weiteres Magnetfeld erzeugt, welches das Magnetfeld überlagert; eine Strahlmodulationsanordnung, welche zum Modulieren des Partikelstrahls mit einer weiteren Frequenz eingerichtet ist, wobei die weitere Frequenz verschieden ist von der Frequenz; eine Sensoranordnung, welche zum Erfassen einer Anregung des Materials durch das weitere Magnetfeld eingerichtet ist; und eine Auswerteeinheit, welche zum Ermitteln einer räumlichen Charakteristik des Particle beam defined, and wherein the particle beam generates a further magnetic field, which superimposes the magnetic field; a beam modulation arrangement arranged to modulate the particle beam with a further frequency, wherein the further frequency is different from the frequency; a sensor assembly configured to detect excitation of the material by the further magnetic field; and an evaluation unit, which is used to determine a spatial characteristic of the
Partikelstrahls auf Grundlage der Anregung eingerichtet ist. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Partikelstrahlkanone derart eingerichtet sein, dass die Frequenz größer ist als die Larmorfrequenz. Particle beam is set up based on the excitation. According to various embodiments, the particle beam gun may be configured such that the frequency is greater than the Larmor frequency.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Strahlmodulationsanordnung derart eingerichtet sein, dass die weitere Frequenz die Larmorfrequenz ist. According to various embodiments, the beam modulation arrangement may be configured such that the further frequency is the Larmor frequency.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Strahlmodulationsanordnung eingerichtet, eine räumliche und/oder zeitliche Verteilung eines Ladungsstroms des Partikelstrahls zu modulieren. According to various embodiments, the beam modulation arrangement may be configured to modulate a spatial and / or temporal distribution of a charge current of the particle beam.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Partikelstrahlkanone derart eingerichtet sein, dass die Frequenz des Partikelstrahls die Larmorfrequenz ist According to various embodiments, the particle beam gun may be configured such that the frequency of the particle beam is the Larmor frequency
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Strahlmodulationsanordnung derart eingerichtet sein, dass die weitere Frequenz kleiner ist als die Larmorfrequenz. According to various embodiments, the beam modulation arrangement may be configured such that the further frequency is smaller than the Larmor frequency.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Strahlmodulationsanordnung eine Strahlausblendung-Anordnung aufweist, welche eingerichtet ist, den Partikelstrahl auszublenden, wobei die Steuerung zum Steuern der Strahlausblendung- Anordnung und der Sensor anordnung eingerichtet ist derart, dass das Ausblenden des Partikelstrahls und das Erfassen der Anregung abwechselnd erfolgen, so dass diese sich nicht stören. According to various embodiments, the beam modulation arrangement may include a beam blanking arrangement configured to blank out the particle beam, wherein the controller is arranged to control the beam blanking arrangement and the sensor arrangement such that the blanking of the particle beam and the detection of the pickup are alternated, so that they do not bother.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Sensoranordnung eingerichtet sein, eine elektromagnetische Emission (z.B. ein magnetisches Wechselfeld) zu erfassen, welche durch die Anregung bewirkt wird. According to various embodiments, the sensor arrangement may be configured to detect an electromagnetic emission (e.g., an alternating magnetic field) caused by the excitation.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Vorrichtung Folgendes aufweisen: einen Bestrahlungsbereich zum Aufnehmen eines Materials; eine Magnetanordnung zum Erzeugen eines Magnetfeldes in dem Bestrahlungsbereich, wobei das Magnetfeld eine Larmorfrequenz des Materials definiert; eine Partikelstrahlkanone, welche zum Bestrahlen des Materials mittels eines Partikelstrahls eingerichtet ist, wobei der Partikelstrahl ein weiteres Magnetfeld erzeugt, welches das Magnetfeld überlagert; wobei die According to various embodiments, an apparatus may include: an irradiation area for receiving a material; a magnet assembly for generating a magnetic field in the irradiation region, the magnetic field defining a Larmor frequency of the material; a particle beam gun, which is adapted to irradiate the material by means of a particle beam, wherein the particle beam generates a further magnetic field, which superimposes the magnetic field; the
Partikelstrahlkanone zum Anregen des Materials mittels des weiteren Magnetfeldes eingerichtet ist, indem der Partikelstrahl mit der Larmorfrequenz moduliert wird; eine Strahlausblendung- Anordnung, welche zum Ausblenden des Partikelstrahls eingerichtet ist; eine Sensoranordnung, welche zum Erfassen der Anregung eingerichtet ist; eine Steuerung, welche zum Steuern der Strahlausblendung- Anordnung und der Sensoranordnung eingerichtet ist derart, dass die Sensor anordnung die Anregung erfasst während der Partikelstrahl ausgeblendet ist; und eine Auswerteeinheit, welche zum Particle beam gun is arranged to excite the material by means of the further magnetic field by the particle beam is modulated with the Larmor frequency; a Strahlausblende- arrangement which is adapted to hide the particle beam; a sensor arrangement, which is set up to detect the excitation; a controller, which for controlling the Strahlausblende- arrangement and the Sensor arrangement is set up such that the sensor arrangement detects the excitation while the particle beam is hidden; and an evaluation unit, which for
Ermitteln einer räumlichen Charakteristik des Partikelstrahls auf Grundlage der Anregung eingerichtet ist. Determining a spatial characteristic of the particle beam is set up based on the excitation.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Sensoranordnung eingerichtet sein, eine elektromagnetische Emission zu erfassen, welche durch die Anregung bewirkt wird, und die Auswerteeinheit kann eingerichtet sein, die räumliche Charakteristik des According to various embodiments, the sensor arrangement may be configured to detect an electromagnetic emission that is caused by the excitation, and the evaluation unit may be set up to determine the spatial characteristic of the
Partikelstrahls auf Grundlage der elektromagnetischen Emission zu ermitteln. Particle beam to determine based on the electromagnetic emission.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann Auswerteeinheit eingerichtet sein zumindest eines von Folgenden zu ermitteln: eine räumliche Position eines Bragg-Peaks des Partikelstrahls; eine Reichweite des Partikelstrahls; und/oder eine Trajektorie des Partikelstrahls. According to various embodiments, the evaluation unit may be configured to determine at least one of the following: a spatial position of a Bragg peak of the particle beam; a range of the particle beam; and / or a trajectory of the particle beam.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Vorrichtung ferner eine Steuerung aufweisen, welche zum Steuern und/oder Regeln der Partikelstrahlkanone auf Grundlage der räumlichen Charakteristik des Partikelstrahls eingerichtet ist. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Vorrichtung einen Halter zum Halten eines Materials in dem Bestrahlungsbereich aufweisen. Repräsentiert das Material beispielsweise einen Patienten, kann der Halter beispielsweise eine Patientenliege und/oder ein Patientenstuhl aufweisen oder daraus gebildet sein. Der Halter (z.B. die Patientenliege und/oder der Patientenstuhl) kann stellbar eingerichtet sein, z.B. so dass eine Lage (Ausrichtung und/oder Position) des Materials in dem According to various embodiments, the apparatus may further include a controller configured to control and / or regulate the particle beam gun based on the spatial characteristic of the particle beam. According to various embodiments, the device may include a holder for holding a material in the irradiation region. For example, if the material represents a patient, the holder may include or be formed from, for example, a patient couch and / or a patient chair. The holder (e.g., the patient couch and / or the patient chair) may be adjustably configured, e.g. allowing a location (orientation and / or position) of the material in the
Bestrahlungsbereich gestellt und/oder geregelt werden können. Irradiation can be made and / or regulated.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Vorrichtung ferner eine Steuerung aufweisen, welche zum Steuern und/oder Regeln des Halters eingerichtet ist. According to various embodiments, the device may further include a controller configured to control and / or regulate the holder.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Vorrichtung ferner eine Steuerung aufweisen, welche eingerichtet ist, die räumliche Charakteristik des Partikelstrahls und die räumliche Charakteristik des Materials aneinander anzugleichen (z.B. derart, dass deren Unterschied voneinander verringert wird). Beispielsweise können das Material und/oder der Partikelstrahl verändert werden. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Vorrichtung ferner eine Steuerung aufweisen, welche zum Steuern und/oder Regeln einer Lage des Materials eingerichtet ist. According to various embodiments, the apparatus may further comprise a controller arranged to match the spatial characteristic of the particle beam and the spatial characteristic of the material (eg, such that their difference from each other is reduced). For example, the material and / or the particle beam can be changed. According to various embodiments, the apparatus may further comprise a controller arranged to control and / or regulate a position of the material.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Partikelstrahlkanone eine According to various embodiments, the particle beam gun can a
Strahlführungsanordnung aufweisen; wobei die Auswerteeinheit ferner eingerichtet ist, einen oder mehrere Strahlführung-Parameter auf Grundlage der räumlichen Charakteristik des Partikelstrahls zu ermitteln; wobei die Steuerung eingerichtet ist, den Partikelstrahl mittels der Strahlführungsanordnung gemäß dem einen oder den mehreren Strahlführung- Parametern zu führen. Have beam guiding arrangement; wherein the evaluation unit is further configured to determine one or more beam guidance parameters based on the spatial characteristic of the particle beam; wherein the controller is configured to guide the particle beam by means of the beam-guiding arrangement in accordance with the one or more beam-guidance parameters.
Beispielsweise kann der Partikelstrahl gemäß der einen oder den mehreren Strahlführung- Parameter abgelenkt werden. For example, the particle beam may be deflected according to the one or more beam guidance parameters.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Partikelstrahlkanone eine According to various embodiments, the particle beam gun can a
Strahlabschwächung- Anordnung aufweisen; wobei die Auswerteeinheit ferner eingerichtet ist, einen oder mehrere Abschwächung-Parameter auf Grundlage der räumlichen Beam attenuation arrangement have; wherein the evaluation unit is further arranged to set one or more attenuation parameters based on the spatial
Charakteristik des Partikelstrahls zu ermitteln; und wobei die Steuerung eingerichtet ist, den Partikelstrahl mittels der Strahlabschwächung- Anordnung gemäß dem einen oder den mehreren Abschwächung-Parametern abzuschwächen. To determine the characteristic of the particle beam; and wherein the controller is configured to attenuate the particle beam by means of the beam attenuation arrangement in accordance with the one or more attenuation parameters.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Strahlabschwächung- Anordnung einen beweglich gelagerten Abschwächer und einen Aktuator aufweisen. Gemäß dem einen oder den mehreren Abschwächung-Parametern kann der Abschwächer mittels des Aktuators in den Partikelstrahl hinein und/oder heraus bewegt werden. Der Abschwächer kann ein partikelabsorbierendes Material aufweisen oder daraus gebildet sein, z.B. According to various embodiments, the beam attenuation arrangement may include a movably mounted attenuator and an actuator. According to the one or more attenuation parameters, the attenuator may be moved into and / or out of the particle beam by means of the actuator. The attenuator may comprise or be formed from a particle-absorbing material, e.g.
Kohlenstoff in einer Kohlenstoffmodifikation (wie z.B. Graphit oder amorph). Carbon in a carbon modification (such as graphite or amorphous).
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Partikelstrahlkanone eine According to various embodiments, the particle beam gun can a
Strahlausblendung-Anordnung aufweisen; wobei die Auswerteeinheit ferner eingerichtet ist, eine oder mehrere Bestrahlungsdauer-Parameter auf Grundlage der räumlichenJet blanking arrangement have; wherein the evaluation unit is further configured to set one or more irradiation duration parameters based on the spatial
Charakteristik des Partikelstrahls zu ermitteln, und wobei die Steuerung eingerichtet ist, den Partikelstrahl mittels der Strahlausblendung-Anordnung gemäß der einen oder den mehreren Bestrahlungsdauer-Parameter auszublenden. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Auswerteeinheit ferner zum Ermitteln einer räumlichen Charakteristik eines Materials eingerichtet sein, wenn das Material in dem Bestrahlungsbereich angeordnet ist; wobei die Steuerung ferner eingerichtet ist, die Partikelstrahlkanone auf Grundlage einer Relation zwischen der räumlichen Charakteristik des Partikelstrahls und der räumlichen Charakteristik des Materials zu steuern. Determine characteristics of the particle beam, and wherein the controller is configured to hide the particle beam by means of the Strahlausblende arrangement according to the one or more irradiation duration parameter. According to various embodiments, the evaluation unit can also be set up to determine a spatial characteristic of a material when the material is arranged in the irradiation area; wherein the controller is further configured, the Controlling particle beam gun based on a relation between the spatial characteristics of the particle beam and the spatial characteristics of the material.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Auswerteeinheit ferner zum According to various embodiments, the evaluation unit can also be used for
Identifizieren eines Zielbereichs des Materials auf Grundlage der räumlichen Identify a target area of the material based on the spatial
Charakteristik des Materials eingerichtet sein, wobei die Steuerung ferner eingerichtet ist, die Partikelstrahlkanone derart zu steuern und/oder zu regeln, dass ein Bragg-Peak des Partikelstrahls in dem Zielbereich angeordnet ist. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Auswerteeinheit eingerichtet sein, eine räumliche Verteilung von Eigenschaften des Materials zu ermitteln, z.B. zumindest eines von Folgenden: eine räumliche Verteilung einer chemischen Zusammensetzung des Materials; eine Position und/oder Ausrichtung eines Zielbereichs, welcher mittels des Partikelstrahls bestrahlt werden soll; eine räumliche Verteilung von Protonen des  Characteristics of the material to be set up, wherein the controller is further adapted to control the particle beam gun and / or to regulate such that a Bragg peak of the particle beam is arranged in the target area. According to various embodiments, the evaluation unit may be configured to determine a spatial distribution of properties of the material, e.g. at least one of the following: a spatial distribution of a chemical composition of the material; a position and / or orientation of a target area to be irradiated by the particle beam; a spatial distribution of protons of
Materials; räumliche Verteilung von Gewebeparametern des Materials; eine räumliche Dichteverteilung des Materials. material; spatial distribution of tissue parameters of the material; a spatial density distribution of the material.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Auswerteeinheit ferner zum Erzeugen eines Satzes von ersten Bilddaten, z.B. auf Grundlage der Anregung, eingerichtet sein, wobei der Satz von ersten Bilddaten die räumliche Charakteristik des Partikelstrahls repräsentiert. According to various embodiments, the evaluation unit may further be adapted to generate a set of first image data, e.g. based on the excitation, wherein the set of first image data represents the spatial characteristic of the particle beam.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Steuerung ferner eingerichtet sein, die Partikelstrahlkanone auf Grundlage des Satzes von ersten Bilddaten zu steuern. According to various embodiments, the controller may be further configured to control the particle beam gun based on the set of first image data.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Auswerteeinheit ferner zum Erzeugen eines Satzes von zweiten Bilddaten eingerichtet sein, wobei der Satz von zweiten According to various embodiments, the evaluation unit may be further configured to generate a set of second image data, wherein the set of second
Bilddaten die räumliche Charakteristik eines Materials in dem Bestrahlungsbereich repräsentiert. Image data represents the spatial characteristic of a material in the irradiation area.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Steuerung ferner eingerichtet sein, die Partikelstrahlkanone auf Grundlage des Satzes von zweiten Bilddaten zu steuern. According to various embodiments, the controller may be further configured to control the particle beam gun based on the set of second image data.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Auswerteeinheit ferner zum According to various embodiments, the evaluation unit can also be used for
Überlagern der ersten Bilddaten und der zweiten Bilddaten eingerichtet sein. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Steuerung ferner eingerichtet sein, die Partikelstrahlkanone auf Grundlage der einander überlagerten ersten Bilddaten und zweiten Bilddaten zu steuern. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Auswerteeinheit zum Ermitteln der räumlichen Charakteristik des Partikelstrahls in Echtzeit eingerichtet sein. Overlay the first image data and the second image data to be established. According to various embodiments, the controller may be further configured to control the particle beam gun based on the superimposed first image data and second image data. According to various embodiments, the evaluation unit for determining the spatial characteristic of the particle beam can be set up in real time.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Steuerung zum Steuern und/oder Regeln des Partikelstrahls in Echtzeit eingerichtet sein. According to various embodiments, the controller for controlling and / or controlling the particle beam may be configured in real time.
Anschaulich kann die Steuerung eine nach vorn gerichtete Steuerstrecke aufweisen und somit anschaulich eine Ablaufsteuerung implementieren, welche eine Eingangsgröße in eine Ausgangsgröße umsetzt. Die Steuerstrecke kann aber auch Teil eines Regelkreises sein, so dass eine Regelung implementiert wird. Die Regelung weist im Gegensatz zu der reinen Vorwärts-Steuerung eine fortlaufende Einflussnahme der Ausgangsgröße auf dieClearly, the controller may have a forward-looking control path and thus illustratively implement a flow control, which converts an input variable into an output variable. The control path can also be part of a control loop, so that a control is implemented. The control has, in contrast to the pure forward control, a continuous influence of the output on the
Eingangsgröße auf, welche durch den Regelkreis bewirkt wird (Rückführung). Mit anderen Worten kann alternativ oder zusätzlich zu der Steuerung eine Regelung verwendet werden bzw. alternativ oder zusätzlich zu dem Steuern ein Regeln erfolgen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Magnetanordnung zumindest eines von Folgendem aufweisen: eine erste Magnetanordnung zum Erzeugen ein statischen ersten Magnetfelds; eine zweite Magnetanordnung zum Erzeugen eines zeitlich und/oder räumlich veränderlichem zweiten Magnetfelds (magnetisches Anregungsfeld); und/oder eine dritte Magnetanordnung zum Erzeugen eines räumlich veränderliches dritten Input value, which is caused by the control loop (feedback). In other words, as an alternative or in addition to the control, a regulation can be used or, alternatively or in addition to the control, a regulation can take place. According to various embodiments, the magnet assembly may include at least one of: a first magnet assembly for generating a static first magnetic field; a second magnet arrangement for generating a temporally and / or spatially variable second magnetic field (magnetic excitation field); and / or a third magnet arrangement for generating a spatially varying third
Magnetfelds (z.B. ein magnetisches Störfeld, welches einen räumlichen Gradienten aufweist, d.h. ein Gradientenfeld). Magnetic field (e.g., a magnetic field having a spatial gradient, i.e., a gradient field).
Das dritte Magnetfeld (z.B. das Gradientenfeld) kann räumlich und/oder zeitlich langsamer verändert werden als das zweite Magnetfeld (z.B. das magnetinduzierte magnetische Anregungsfeld) und/oder das weitere Magnetfeld (z.B. das strahlinduzierte magnetische Störfeld und/oder das strahlinduzierte magnetische Anregungsfeld). The third magnetic field (e.g., the gradient field) may be altered spatially and / or temporally more slowly than the second magnetic field (e.g., the magnetically-induced magnetic excitation field) and / or the additional magnetic field (e.g., the beam-induced magnetic field and / or the beam-induced magnetic excitation field).
Das strahlinduzierte magnetische Störfeld kann räumlich und/oder zeitlich langsamer verändert werden als das strahlinduzierte magnetische Anregungsfeld und/oder das zweite Magnetfeld (z.B. das magnetinduzierte magnetische Anregungsfeld). Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Steuerung zum Steuern der The beam-induced magnetic interference field can be changed spatially and / or temporally more slowly than the beam-induced magnetic excitation field and / or the second magnetic field (eg the magnet-induced magnetic excitation field). According to various embodiments, the controller for controlling the
Sensoranordnung und der Magnetanordnung eingerichtet sein derart, dass das Erzeugen des zweiten Magnetfelds und das Erfassen der Anregung abwechselnd erfolgen, so dass diese einander nicht stören. Sensor arrangement and the magnet assembly be set up such that the generation of the second magnetic field and the detection of the excitation take place alternately, so that they do not interfere with each other.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Steuerung zum Steuern der According to various embodiments, the controller for controlling the
Sensoranordnung und der Magnetanordnung eingerichtet sein derart, dass das Erzeugen des zweiten Magnetfelds und das Erfassen der Anregung gleichzeitig erfolgen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Steuerung zum Steuern und/oderSensor arrangement and the magnet arrangement be set up such that the generation of the second magnetic field and the detection of the excitation occur simultaneously. According to various embodiments, the controller may be for controlling and / or
Regeln einer Bestrahlungsdosis eingerichtet sein, welche mittels des Partikelstrahls bewirkt wird. Die Bestrahlungsdosis kann beispielsweise auf das Material übertragen werden. Be set up rules of irradiation dose, which is effected by means of the particle beam. The irradiation dose can be transferred to the material, for example.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Bestrahlungsdosis eine Auswirkung des Partikelstrahls in dem Material repräsentieren, z.B. eine Dosisenergie und/oder eine Dosisleistung. Die Dosisenergie kann die von dem Partikelstrahl pro Masseeinheit an das Material abgegebene Energie beschreiben. Die Dosisleistung kann die pro Masseeinheit an das Material abgegebene Leistung beschreiben. Alternativ oder zusätzlich kann die Bestrahlungsdosis eine Partikeldosis (z.B. Protonendosis) repräsentieren. Die Partikeldosis kann eine Anzahl der an das Material abgegebenen Partikel und/oder eine an das Material abgegebene elektrische Ladung beschreiben. According to various embodiments, the irradiation dose may represent an effect of the particle beam in the material, e.g. a dose energy and / or a dose rate. The dose energy may describe the energy delivered by the particle beam per unit mass to the material. The dose rate can describe the power delivered to the material per unit mass. Alternatively or additionally, the irradiation dose may represent a particulate dose (e.g., proton dose). The particulate dose may describe a number of the particles delivered to the material and / or an electrical charge delivered to the material.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Vorrichtung ferner eine Anzeige aufweisen zu Anzeigen von Bilddaten (z.B. der ersten Bilddaten und/oder der zweiten Bilddaten). According to various embodiments, the apparatus may further comprise an indicator for displaying image data (e.g., the first image data and / or the second image data).
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Partikelstrahl bzw. können die Partikel zumindest eines von Folgendem aufweisen oder daraus gebildet sein: Neutronen, Protonen, Atome und/oder Ionen. According to various embodiments, the particle beam or the particles may comprise or be formed from at least one of the following: neutrons, protons, atoms and / or ions.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Partikelstrahl einen Protonenstrahl aufweisen oder daraus gebildet sein. According to various embodiments, the particle beam may include or be formed from a proton beam.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können das zweite Magnetfeld (z.B. das magnetinduzierte magnetische Anregungsfeld), das weitere Magnetfeld (z.B. das strahlinduzierte magnetische Anregungsfeld und/oder das strahlinduzierte magnetische Störfeld) und/oder das dritte Magnetfeld (z.B. das magnetinduzierte magnetische Störfeld) eine magnetische Flussdichte aufweisen, welche kleiner ist als eine magnetische According to various embodiments, the second magnetic field (eg the magnetically-induced magnetic excitation field), the further magnetic field (eg the beam-induced magnetic excitation field and / or the beam-induced magnetic interference field) and / or the third magnetic field (eg the magnet-induced magnetic interference field) have a magnetic flux density which is smaller than a magnetic flux density
Flussdichte des ersten Magnetfeldes, z.B. kleiner als ungefähr 1 T (, z.B. kleiner als ungefähr 10"1 T, z.B. kleiner als ungefähr 10"3 T, z.B. kleiner als ungefähr 10"5 T) und/oder um mindestens eine Größenordnung (z.B. zwei, oder mehr als zwei, z.B. mehr als drei, z.B. mehr als vier, z.B. mehr als fünf Größenordnungen). Flux density of the first magnetic field, eg less than about 1 T (eg less than about 10 "1 T, eg less than about 10 " 3 T, eg less than about 10 "5 T) and / or at least one order of magnitude (eg two , or more than two, eg more than three, eg more than four, eg more than five orders of magnitude).
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können das zweite Magnetfeld und/oder ein magnetisches Anregungsfeld (kann auch als Anregungsmagnetfeld bezeichnet werden) eine größere Frequenz aufweisen als das erste Magnetfeld, das dritte Magnetfeld und/oder ein magnetisches Störfeld, z.B. um mindestens eine Größenordnung (z.B. zwei, oder mehr als zwei, z.B. mehr als drei, z.B. mehr als vier, z.B. mehr als fünf Größenordnungen). According to various embodiments, the second magnetic field and / or a magnetic excitation field (may also be referred to as excitation magnetic field) may have a greater frequency than the first magnetic field, the third magnetic field and / or a magnetic interference field, e.g. by at least one order of magnitude (e.g., two, or more than two, e.g., more than three, e.g., more than four, e.g., more than five orders of magnitude).
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können das dritte Magnetfeld und/oder ein magnetisches Störfeld eine größere Frequenz aufweisen als das erste Magnetfeld, z.B. um mindestens eine Größenordnung (z.B. zwei, oder mehr als zwei, z.B. mehr als drei, z.B. mehr als vier, z.B. mehr als fünf Größenordnungen). According to various embodiments, the third magnetic field and / or a magnetic interference field may have a greater frequency than the first magnetic field, e.g. by at least one order of magnitude (e.g., two, or more than two, e.g., more than three, e.g., more than four, e.g., more than five orders of magnitude).
Eine Größenordnung kann als einen Faktor 10 zwischen zwei Größen verstanden werden. Zwei Größenordnungen können als eine Faktor 100 zwischen zwei Größen verstanden werden. Analog können mehr als zwei Größenordnungen verstanden werden. An order of magnitude can be understood as a factor 10 between two quantities. Two orders of magnitude can be understood as a factor of 100 between two sizes. Analogously, more than two orders of magnitude can be understood.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert. Es zeigen Embodiments of the invention are illustrated in the figures and are explained in more detail below. Show it
Figur 1 bis Figur 4 jeweils ein Verfahren gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einem schematischen Ablaufdiagram; Figur 5 bis Figur 8 jeweils eine Vorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Querschnittsansicht oder Seitenansicht; 1 to 4 each show a method according to various embodiments in a schematic flowchart; FIGS. 5 to 8 each show a device according to various embodiments in a schematic cross-sectional view or side view;
Figur 9 und Figur 10 jeweils ein Verfahren gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einem schematischen Ablaufdiagram; FIG. 9 and FIG. 10 each show a method according to various embodiments in a schematic sequence diagram;
Figur 11 eine Bestrahlungsverteilung gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einem schematischen Diagramm; Figur 12 eine Partikelstrahlkanone gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Querschnittsansicht oder Seitenansicht; Figur 13 eine Vorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer 11 shows an irradiation distribution according to various embodiments in a schematic diagram; FIG. 12 shows a particle beam gun according to various embodiments in a schematic cross-sectional view or side view; 13 shows a device according to various embodiments in one
schematischen Perspektivansicht;  schematic perspective view;
Figur 14 eine Partikelstrahlquelle gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer 14 shows a particle beam source according to various embodiments in one
schematischen Querschnittsansicht oder Seitenansicht; und  schematic cross-sectional view or side view; and
Figur 15 bis Figur 17 jeweils ein Verfahren gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einem schematischen Ablaufdiagram. FIGS. 15 to 17 each show a method according to various embodiments in a schematic sequence diagram.
In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die Teil dieser bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifischeIn the following detailed description, reference is made to the accompanying drawings, which form a part hereof and in which is by way of illustration specific
Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann. In dieser Hinsicht wird Richtungsterminologie wie etwa„oben",„unten",„vorne",„hinten", „vorderes",„hinteres", usw. mit Bezug auf die Orientierung der beschriebenen Figur(en) verwendet. Da Komponenten von Ausführungsformen in einer Anzahl verschiedener Orientierungen positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie zur Embodiments are shown in which the invention can be practiced. In this regard, directional terminology such as "top", "bottom", "front", "back", "front", "rear", etc. is used with reference to the orientation of the described figure (s). Because components of embodiments can be positioned in a number of different orientations, the directional terminology serves for
Veranschaulichung und ist auf keinerlei Weise einschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen benutzt und strukturelle oder logische Änderungen  Illustration and is in no way limiting. It is understood that other embodiments are used and structural or logical changes
vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es versteht sich, dass die Merkmale der hierin beschriebenen verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch anders angegeben. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die angefügten Ansprüche definiert. Im Rahmen dieser Beschreibung werden die Begriffe "verbunden", "angeschlossen" sowie "gekoppelt" verwendet zum Beschreiben sowohl einer direkten als auch einer indirekten Verbindung, eines direkten oder indirekten Anschlusses sowie einer direkten oder indirekten Kopplung. In den Figuren werden identische oder ähnliche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen, soweit dies zweckmäßig ist. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Messung und Visualisierung eines Partikelstrahls (z.B. eines Protonenstrahls) und/oder dessen Verlaufs bereitgestellt sein oder werden. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann anschaulich ausgenutzt werden, dass bewegte Ladungen ein Magnetfeld erzeugen. Die Protonen können (z.B. mit etwa halber Lichtgeschwindigkeit) in einen Patienten eindringen. Der von den Protonen bewirkte elektrische Ladungsfluss kann ein lokales Magnetfeld (kann auch als magnetisches Störfeld bezeichnet werden) generieren, welches lokal die Resonanzfrequenz des Materials gemäß der Larmorbeziehung stört. Mittels (z.B. phasensensitiver) MR-Messung kann eine extrem kleine Frequenzänderung der Resonanzfrequenz des Materials (Larmorfrequenz) gemessen werden. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann beispielsweise eine phasensensitive MR-Messung oder andere Methoden zur Frequenzbestimmung verwendet werden. Mit anderen Worten kann der Einfluss der magnetischen Feldänderung, welche am Ort des Partikelstrahls von diesem bewirkt wird, auf die stationären Materialprotonen (z.B. Gewebeprotonen) erfasst werden. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Sensoranordnung eingerichtet sein, eine (relative) Frequenzänderungen in einem Bereich von ungefähr 10"5 bis 10"7 zu erfassen, z.B. ungefähr 10"6. Die von dem can be made without departing from the scope of the present invention. It should be understood that the features of the various exemplary embodiments described herein may be combined with each other unless specifically stated otherwise. The following detailed description is therefore not to be taken in a limiting sense, and the scope of the present invention is defined by the appended claims. As used herein, the terms "connected,""connected," and "coupled" are used to describe both direct and indirect connection, direct or indirect connection, and direct or indirect coupling. In the figures, identical or similar elements are provided with identical reference numerals, as appropriate. According to various embodiments, a measurement and visualization of a particle beam (eg a proton beam) and / or its course may or may not be provided. According to various embodiments, it can be clearly understood that moving charges generate a magnetic field. The protons can penetrate (eg at about half the speed of light) into a patient. The electrical charge flux caused by the protons can generate a local magnetic field (also referred to as magnetic interference field) which locally disturbs the resonant frequency of the material according to the Larmor relationship. By means of (eg phase-sensitive) MR measurement, an extremely small frequency change of the resonance frequency of the material (Larmor frequency) can be measured. According to various embodiments, for example, a phase-sensitive MR measurement or other methods for frequency determination can be used. In other words, the influence of the magnetic field change, which is effected at the location of the particle beam by the latter, on the stationary material protons (eg tissue protons) can be detected. According to various embodiments, the sensor arrangement may be adapted to detect a (relative) frequency changes in a range of about 10 "5 to 10" 7, for example about 10 '6. The from the
Partikelstrahl bewirkte Frequenzänderung kann größer sein als ungefähr 10"6. Particle beam induced frequency change may be greater than about 10 "6 .
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann anschaulich ausgenutzt werden, dass ein gepulster Partikelstrahl ein magnetisches Wechselfeld erzeugt. Der von einem According to various embodiments, it can be clearly exploited that a pulsed particle beam generates an alternating magnetic field. The one by one
Beschleuniger (z.B. einem isochronen Zyklotron) erzeugte Partikelstrahl kann mit einer Modulationsfrequenz (von z.B. ungefähr 106 MHz oder weniger) gepulst und/oder moduliert sein. Der sich mit der Modulationsfrequenz zeitlich verändernde Ladungsfluss (z.B. die Stromdichte) kann ein magnetisches Wechselfeld generieren. Die Grundfrequenz des magnetischen Wechselfelds kann die Modulationsfrequenz sein. Die Particle beam generated by accelerators (e.g., an isochronous cyclotron) may be pulsed and / or modulated at a modulation frequency (e.g., about 106 MHz or less). The charge flux (such as the current density) that varies with the modulation frequency over time can generate an alternating magnetic field. The fundamental frequency of the alternating magnetic field may be the modulation frequency. The
Modulationsfrequenz kann im Bereich der Resonanzfrequenz von MR-Experimenten bei üblichen Magnetfeldstärken (magnetische Feldstärken) liegen (d.h. der Larmorfrequenz). Die üblichen Anregungspulse in der MRT, welche mit Hochfrequenzspulen erzeugt werden können, können magnetische Feldstärken von einigen Mikrotesla erreichen und z.B. in einem ähnlichen Bereich wie das von dem Partikelstrahl erzeugte magnetische Wechselfeld liegen. Das von dem Partikelstrahl erzeugte Magnetfeld kann alternativ eine magnetische Feldstärke aufweisen, welche niedriger ist als die Anregungspulse in der MRT (von den MRT-Spulen erzeugten Feldstärken). Optional kann eine Abstimmung von Modulationsfrequenz und erstem Magnetfeld (z.B. lokal im Bereich des Partikelstrahls) erfolgen. Damit kann eine kontinuierliche MR- Anregung bewirkt werden, so dass z.B. das Signal oder die Signaländerung des Materials (z.B. in dessen stationären Protonen, wie beispielsweise Wasserprotonen) verändert werden können. Durch weitere optionale Modulation des Partikelstrahls im Millisekundenbereich, z.B. synchron mit der MRT- Messung, kann dieser als alleinige Anregung genutzt werden. Die Anregung kann ein MR- Signal entlang der Trajektorie (Strahlverlauf) des Partikelstrahls bewirken. Das entlang des Strahlverlaufs bewirkte MR-Signal kann bildgebend dargestellt werden. Modulation frequency may be in the range of the resonance frequency of MR experiments at normal magnetic field strengths (magnetic field strengths) (ie the Larmor frequency). The usual excitation pulses in the MRI, which can be generated with radio frequency coils, can reach magnetic field strengths of a few microtesla and, for example, lie in a similar range as the magnetic alternating field generated by the particle beam. The magnetic field generated by the particle beam may alternatively have a magnetic field strength which is lower than the excitation pulses in the MRI (field strengths generated by the MRI coils). Optionally, a modulation of the modulation frequency and the first magnetic field (eg locally in the area of the particle beam) can take place. Thus, a continuous MR excitation can be effected, so that eg the Signal or the signal change of the material (eg in the stationary protons, such as water protons) can be changed. Further optional modulation of the particle beam in the millisecond range, eg in synchronism with the MRT measurement, makes it possible to use this as the sole excitation. The excitation can cause an MR signal along the trajectory (beam path) of the particle beam. The MR signal produced along the beam path can be imaged.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann anschaulich ausgenutzt werden, dass ein Partikelstrahl sich polarisieren lässt, z.B. ungefähr zu 100% (kann auch als hyperpolarisiert bezeichnet werden). Die Partikel des Partikelstrahls (z.B. eines Therapiestrahls) könnten anschaulich genutzt werden (und nicht nur deren Effekt auf das stationäre Material, z.B. Gewebe), um den Partikelstrahl zu erfassen. Während Materialprotonen bei klinisch üblichen Magnetfeldstärken (z.B. in einem Bereich von ungefähr 1,5 T bis ungefähr 3 T) nur eine Magnetisierung von etwa 10"5 (relativer Anteil der ausgerichteten Protonen) aufweisen, kann ein Partikelstrahl nach dem Prinzip des Stern-Gerlach Experiments außerhalb des Patienten bereits polarisiert werden, z.B. zu ungefähr 100%. Dies kann zu einer ungefähr 100.000-fachen Signalverstärkung gegenüber dem stationären Material führen. Durch die Polarisation kann eine sehr geringe Anzahl und Dichte der Partikel (z.B. Protonen) im Partikelstrahl ausreichen, um das dadurch bewirkte Signal zu erfassen (mit anderen Worten kann die geringe Partikeldichte zumindest teilweise kompensiert werden). Aufgrund der Geschwindigkeit der Partikel kann eine Anregung dieser innerhalb des Materials (z.B. innerhalb eines Patienten) gering sein oder gar nicht erfolgen. Allerdings kann außerhalb des Materials eine adiabatische Hochfrequenz-Anregung des According to various embodiments, it can be graphically exploited that a particle beam can be polarized, for example approximately 100% (can also be referred to as hyperpolarized). The particles of the particle beam (eg a therapy beam) could be used vividly (and not just their effect on the stationary material, eg tissue) to detect the particle beam. While material protons have only a magnetization of about 10 "5 (relative proportion of the aligned protons) at clinically usual magnetic field strengths (eg in a range from about 1.5 T to about 3 T), a particle beam can be based on the principle of the Stern-Gerlach experiment 100%, which can lead to an approximately 100,000-fold increase in signal strength compared to the stationary material, as polarization means that a very small number and density of the particles (eg protons) in the particle beam may be sufficient Because of the speed of the particles, stimulation of these within the material (eg within a patient) may be low or not at all adiabatic high-frequency excitation of the
Partikelstrahls erfolgen. Alternativ oder zusätzlich kann die Polarisationsrichtung Particle beam done. Alternatively or additionally, the polarization direction
(Polarisationsorientierung) senkrecht zum ersten Magnetfeld (d.h. dessen Feldrichtung) sein und kann z.B. zu einer Anregung des Partikelstrahls innerhalb des ersten Magnetfeldes (z.B. innerhalb des Materials) führen. Somit können alle Partikel des Partikelstrahls ein Signal liefern, welches bildgebend detektiert werden kann. Optional kann ausgenutzt werden, dass die Resonanzfrequenz des Partikelstrahls entsprechend des Doppler-Effektes verschoben wird. Damit kann die Energie des Partikelstrahls und/oder die Eindringtiefe des Partikelstrahls in das Material ermittelt werden. (Polarization orientation) perpendicular to the first magnetic field (i.e., its field direction) and may be e.g. cause excitation of the particle beam within the first magnetic field (e.g., within the material). Thus, all particles of the particle beam can provide a signal which can be detected by imaging. Optionally, it can be exploited that the resonance frequency of the particle beam is shifted in accordance with the Doppler effect. Thus, the energy of the particle beam and / or the penetration depth of the particle beam into the material can be determined.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Echtzeit-Reichweiteverifikation des Partikelstrahls, z.B. für eine Protonentherapie, bereitgestellt sein oder werden. Alternativ oder zusätzlich kann eine adaptive Bestrahlung erfolgen, welche Veränderungen, z.B. anatomische Veränderungen, während des Bestrahlens (z.B. während der Therapie) berücksichtigt. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Vorrichtung für eine According to various embodiments, real-time coverage of the particle beam may be provided, for example for proton therapy. Alternatively or additionally, an adaptive irradiation can take place which takes into account changes, eg anatomical changes, during irradiation (eg during the therapy). According to various embodiments, an apparatus for a
Protonentherapie eingerichtet sein und ein MRT-Bildgebungssystem aufweisen. Fig.l veranschaulicht ein Verfahren 100 gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einem schematischen Ablaufdiagram. Proton therapy and have an MRI imaging system. FIG. 1 illustrates a method 100 according to various embodiments in a schematic flow diagram.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren 100 in 101 aufweisen: Erzeugen eines Magnetfeldes in einem Bestrahlungsbereich. Ferner kann das Verfahren 100 in 103 aufweisen: Bestrahlen des Bestrahlungsbereichs mittels eines Partikelstrahls, welcher spinpolarisierte Partikel aufweist. Ferner kann das Verfahren 100 in 105 aufweisen: Erfassen einer Anregung der spinpolarisierten Partikel, welche durch das Magnetfeld bewirkt wird. Ferner kann das Verfahren 100 in 107 aufweisen: Ermitteln einer räumlichen Charakteristik des Partikelstrahls auf Grundlage der Anregung. According to various embodiments, the method 100 in FIG. 101 may include: generating a magnetic field in an irradiation area. In addition, the method 100 in FIG. 103 may include irradiating the irradiation area by means of a particle beam having spin-polarized particles. Further, the method 100 in FIG. 105 may include detecting an excitation of the spin-polarized particles caused by the magnetic field. Further, the method 100 in FIG. 107 may include: determining a spatial characteristic of the particle beam based on the excitation.
Das Verfahren kann ferner eingerichtet sein, wie hierin beschrieben ist. The method may be further configured as described herein.
Das Verfahren kann optional in 101a aufweisen: Ionisieren der Partikel des Partikelstrahls, z.B. vor dem Bestrahlen. Beispielsweise kann das Ionisieren mittels der The method may optionally comprise 101a: ionizing the particles of the particle beam, e.g. before the irradiation. For example, ionizing by means of
Partikelstrahlquelle erfolgen, z.B. für eine Protonentherapie. Die Protonenquelle kann im Zentrum der Partikelstrahlquelle (z.B. ein Zyklotron) angeordnet sein. Die Protonenquelle kann zwei Kathoden aufweisen, von denen jede an einem Ende eines vertikalen Particle beam source, e.g. for a proton therapy. The proton source may be located in the center of the particle beam source (e.g., a cyclotron). The proton source may have two cathodes, each at one end of a vertical one
Hohlzylinders angeordnet ist. In den Hohlzylinder kann Wasserstoffgas hineingeleitet werden (anschaulich, so dass Wasserstoffgas hinein strömt). Die Ionisation des Hollow cylinder is arranged. Hydrogen gas can be introduced into the hollow cylinder (clearly, so that hydrogen gas flows into it). The ionization of the
Wasserstoffgases kann mittels energetischer Elektronen in Form einer elektrischen Hydrogen gas can be generated by means of energetic electrons in the form of an electric
Entladung (kann auch als Penning-Effekt bezeichnet werden) erfolgen. Wenn die Partikel die Partikelstrahlquelle (z.B. bereits beschleunigt) verlassen, sind diese in dem Fall schon ionisiert. Alternativ oder zusätzlich können andere Gase zum Bilden ionisierter Partikel (Ionen) verwendet werden. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Partikelstrahl (z.B. für die Partikeltherapie) leichte (z.B. leichter als ein Kohlenstoffion) und/oder schwere (z.B. schwerer als ein oder gleich einem Kohlenstoffion) Ionen aufweisen oder daraus gebildet sein.  Discharge (can also be referred to as penning effect). When the particles leave the particle beam source (e.g., already accelerated), they are already ionized in that case. Alternatively or additionally, other gases may be used to form ionized particles (ions). According to various embodiments, the particle beam (e.g., for particle therapy) may include or be formed from light (e.g., lighter than a carbon ion) and / or heavy (e.g., heavier than or equal to a carbon ion) ion.
Alternativ können die Partikel elektrisch neutral sein. Dann kann der Partikelstrahl elektrisch neutrale Partikel aufweisen oder daraus gebildet sein. Das Verfahren kann optional in 101b aufweisen: Polarisieren der Partikel des Alternatively, the particles may be electrically neutral. Then, the particle beam may comprise electrically neutral particles or be formed therefrom. The method may optionally comprise 101b: polarizing the particles of the
Partikelstrahls, z.B. vor dem Ionisieren. Das Verfahren kann optional in 109 aufweisen: Darstellen von Daten, welche die räumliche Charakteristik des Partikelstrahls repräsentieren. Particle beam, e.g. before ionizing. The method may optionally include 109: representing data representing the spatial characteristics of the particle beam.
Anschaulich kann ein polarisierter Partikelstrahl verwendet werden, dessen Partikel (z.B. Protonen) zur Erzeugung des Messsignals beitragen. Mit anderen Worten können nicht ausschließlich die im Gewebe vorhandenen Protonen zum Erzeugen eines Messsignals angeregt, sondern es kann alternativ oder zusätzlich auf eine Anregung des Partikelstrahls selbst zurückgegriffen werden. Durch die Polarisation des Partikelstrahls können mehr Partikel im Partikelstrahl zu einem messbaren Signal beitragen, was die geringe Anzahl und Dichte der Partikel im Partikelstrahl teilweise kompensieren kann, so dass deren Anregung selbst leichter erfassbar wird, was das Ermitteln der räumlichen Charakteristik des Partikelstrahls vereinfacht. Kurz ausgedrückt kann ein magnetisches Antwortfeld der Partikel erfasst werden, welches durch die Anregung der Partikel bewirkt wird. Clearly, a polarized particle beam can be used whose particles (for example protons) contribute to the generation of the measurement signal. In other words, it is not possible exclusively to excite the protons present in the tissue for generating a measurement signal, but alternatively or additionally, an excitation of the particle beam itself can be used. Due to the polarization of the particle beam more particles in the particle beam can contribute to a measurable signal, which can partially compensate for the small number and density of the particles in the particle beam, so that their excitation itself is easier to detect, which simplifies determining the spatial characteristics of the particle beam. In short, a magnetic response field of the particles caused by the excitation of the particles can be detected.
Fig.2 veranschaulicht ein Verfahren 200 gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einem schematischen Ablaufdiagram. FIG. 2 illustrates a method 200 according to various embodiments in a schematic sequence diagram.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren 200 in 201 aufweisen: Erzeugen eines Magnetfeldes in einem Bestrahlungsbereich, in dem ein Material angeordnet ist, wobei das Magnetfeld eine Larmorfrequenz des Materials definiert. Ferner kann das Verfahren 200 in 203 aufweisen: Bestrahlen des Materials mittels eines According to various embodiments, the method 200 in FIG. 201 may include: generating a magnetic field in an irradiation region in which a material is disposed, wherein the magnetic field defines a Larmor frequency of the material. Further, the method 200 in FIG. 203 may include: irradiating the material by means of a
Partikelstrahls, wobei der Partikelstrahl ein weiteres Magnetfeld erzeugt, welches das Magnetfeld überlagert. Ferner kann das Verfahren 200 in 205 aufweisen: Erfassen einer Veränderung der Larmorfrequenz, welche durch das weitere Magnetfeld bewirkt wird. Ferner kann das Verfahren 200 in 207 aufweisen: Ermitteln einer räumlichen  Particle beam, wherein the particle beam generates a further magnetic field, which superimposes the magnetic field. Further, the method 200 in FIG. 205 may include detecting a change in the Larmor frequency caused by the additional magnetic field. Further, the method 200 may include in 207: determining a spatial
Charakteristik des Partikelstrahls auf Grundlage der Veränderung. Das Erfassen der Veränderung der Larmorfrequenz kann beispielsweise phasensensitiv erfolgen. Characteristic of the particle beam based on the change. The detection of the change in the Larmor frequency can be carried out, for example, phase-sensitive.
Das Verfahren 200 kann ferner eingerichtet sein, wie hierin beschrieben ist. Das Verfahren 200 kann optional in 201a aufweisen: Ionisieren der Partikel des The method 200 may be further configured as described herein. The method 200 may optionally include 201a: ionizing the particles of the
Partikelstrahls, z.B. vor dem Bestrahlen. Das Verfahren 200 kann optional in 205a aufweisen: Erzeugen eines (z.B. hochfrequenten) zweiten Magnetfeldes (z.B. eines magnetischen Anregungsfeldes) in dem Particle beam, eg before irradiation. The method 200 may optionally include at 205a: generating a (eg, high frequency) second magnetic field (eg, a magnetic excitation field) in the
Bestrahlungsbereich (z.B. mittels einer Magnetanordnung), welches zum Anregen des Materials mit der Larmorfrequenz moduliert wird. Irradiation region (e.g., by means of a magnet assembly) which is modulated to excite the Larmor frequency material.
Das Verfahren 200 kann optional in 209 aufweisen: Darstellen von Daten, welche die räumliche Charakteristik des Partikelstrahls repräsentieren. The method 200 may optionally include at 209: representing data representing the spatial characteristics of the particle beam.
Anschaulich können alternativ oder zusätzlich zu einem reinen Erkennen, dass eine Störung der Larmorpräzession vorliegt, zusätzlich Informationen über die Veränderung der Larmorfrequenz quantitativ erfasst und verarbeitet werden. Damit kann ein quantitatives Ermitteln von Eigenschaften des Partikelstrahls erfolgen im Gegensatz dazu, als wenn lediglich die Anwesenheit der Störung erkannt wird. Auf Grundlage der detaillierteren Informationen über den Partikelstrahl kann dessen räumliche Charakteristik einfacher ermittelt werden, z.B. für einen Partikelstrahl mit geringer Intensität. Beispielsweise kann anschaulich eine extrem kleine Frequenzänderung und/oder Phasenänderung der Clearly, as an alternative or in addition to a mere recognition that there is a disturbance of the Larmor precession, in addition information about the change of the Larmor frequency can be quantitatively recorded and processed. Thus, a quantitative determination of properties of the particle beam in contrast to as if only the presence of the disorder is detected. Based on the more detailed information about the particle beam, its spatial characteristics can be more easily determined, e.g. for a particle beam with low intensity. For example, an extremely small frequency change and / or phase change of the
Larmorpräzession (z.B. deren räumliche Verteilung im und/oder pro Voxel) gemessen werden (z.B. hochauflösend), was das Ermitteln der räumlichen Charakteristik des Partikelstrahls vereinfacht. Larmor precession (e.g., their spatial distribution in and / or per voxel) are measured (e.g., high resolution), which facilitates determining the spatial characteristics of the particle beam.
Fig.3 veranschaulicht ein Verfahren 300 gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einem schematischen Ablaufdiagram. FIG. 3 illustrates a method 300 according to various embodiments in a schematic sequence diagram.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren 300 in 301 aufweisen: Erzeugen eines Magnetfeldes in einem Bestrahlungsbereich, in dem ein Material angeordnet ist. Ferner kann das Verfahren 300 in 303 aufweisen: Erzeugen eines According to various embodiments, the method 300 in FIG. 301 may include: generating a magnetic field in an irradiation region in which a material is disposed. Further, the method 300 in 303 may include: generating a
Partikelstrahls, wobei der Partikelstrahl mehrere Pulse aufweist, deren Häufigkeit eine Frequenz (Pulsfrequenz) des Partikelstrahls definiert. Ferner kann das Verfahren 300 in 305 aufweisen: Bestrahlen des Materials mittels des Partikelstrahls, wobei der Particle beam, wherein the particle beam has a plurality of pulses whose frequency defines a frequency (pulse frequency) of the particle beam. Further, at 300, the method 300 may include: irradiating the material by means of the particle beam, wherein the
Partikelstrahl ein weiteres Magnetfeld erzeugt, welches das Magnetfeld überlagert. Ferner kann das Verfahren 300 in 307 aufweisen: Modulieren des Partikelstrahls mit einer weiteren Frequenz (Modulationsfrequenz), welche verschieden ist von der Frequenz (z.B. mit der Larmorfrequenz) des Partikelstrahls. Ferner kann das Verfahren 300 in 309 aufweisen: Erfassen einer Anregung des Materials, welche durch das weitere Magnetfeld bewirkt wird. Ferner kann das Verfahren 300 in 311 aufweisen: Ermitteln einer räumlichen Charakteristik des Partikelstrahls auf Grundlage einer Anregung. Das Verfahren 300 kann ferner eingerichtet sein, wie hierin beschrieben ist. Particle beam generates another magnetic field, which superimposes the magnetic field. Further, at 300, method 300 may include modulating the particle beam with another frequency (modulation frequency) that is different from the frequency (eg, with the Larmor frequency) of the particle beam. Further, the method 300 in FIG. 309 may include detecting an excitation of the material caused by the additional magnetic field. Further, at 300, the method 300 may include: determining a spatial characteristic of the particle beam based on excitation. The method 300 may be further configured as described herein.
Das Verfahren 300 kann optional in 301a aufweisen: Ionisieren der Partikel des The method 300 may optionally include 301a: ionizing the particles of the
Partikelstrahls, z.B. vor dem Bestrahlen. Das Ionisieren kann beispielsweise wie zu 101a beschrieben erfolgen. Particle beam, e.g. before the irradiation. The ionization can be carried out, for example, as described for 101a.
Das Verfahren 300 kann optional aufweisen: Darstellen von Daten, welche die räumliche Charakteristik des Partikelstrahls repräsentieren. Optional können ein drittes Magnetfeld (z.B. ein niederfrequentes magnetisches Störfeld) und/oder ein zweites Magnetfeld (z.B. ein hochfrequentes magnetisches Anregungsfeld) erzeugt werden, z.B. extern, z.B. mittels einer Magnetanordnung. The method 300 may optionally include: representing data representing the spatial characteristics of the particle beam. Optionally, a third magnetic field (e.g., a low frequency magnetic interference field) and / or a second magnetic field (e.g., a high frequency magnetic excitation field) may be generated, e.g. external, e.g. by means of a magnet arrangement.
Anschaulich kann beispielsweise eine Anregung der Larmorpräzession mittels einer zusätzlichen Modulationsfrequenz (z.B. einer kontinuierlichen Amplitudenmodulation) des Partikelstrahls bereitgestellt werden, welche beispielsweise einer Pulsfrequenz des Partikelstrahls überlagert wird. Damit kann die Anregung der Larmorpräzession von der Erzeugung des Partikelstrahls entkoppelt werden, was es erleichtert die Voraussetzung zur Larmorpräzession zu erfüllen, beispielsweise beim Umrüsten einer vorhandenen Anlage, ohne den Beschränkungen der Pulsfrequenz (durch die Partikelstrahlquelle) und der Stärke der zur Verfügung stehenden Magnete zu unterliegen. Die Modulation des Partikelstrahls kann beispielsweise mit einer beliebigen benötigten Frequenz erfolgen und kann somit die Pulsfrequenz von der Magnetfeldstärke (z.B. eines MRT) entkoppeln. Fig.4 veranschaulicht ein Verfahren 400 gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einem schematischen Ablaufdiagram. Illustratively, for example, an excitation of the Larmor precession may be provided by means of an additional modulation frequency (e.g., a continuous amplitude modulation) of the particle beam superimposed, for example, on a pulse frequency of the particle beam. Thus, the excitation of Larmorpräzession be decoupled from the generation of the particle beam, which makes it easier to meet the prerequisite for Larmorpräzession, for example, when converting an existing system, without the limitations of the pulse frequency (by the particle beam source) and the strength of the available magnets to subject. For example, the modulation of the particle beam may be at any required frequency and may thus decouple the pulse rate from the magnetic field strength (e.g., an MRI). 4 illustrates a method 400 according to various embodiments in a schematic flowchart.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren 400 in 401 aufweisen: Erzeugen eines Magnetfeldes in einem Bestrahlungsbereich, in dem ein Material angeordnet ist, wobei das Magnetfeld eine Larmorfrequenz des Materials definiert. Ferner kann das Verfahren 400 in 403 aufweisen: Bestrahlen des Materials mittels eines According to various embodiments, the method 400 in 401 may include: generating a magnetic field in an irradiation region in which a material is disposed, wherein the magnetic field defines a Larmor frequency of the material. Further, the method 400 in 403 may include: irradiating the material by means of a
Partikelstrahls, wobei der Partikelstrahl ein weiteres Magnetfeld erzeugt, welches das Magnetfeld überlagert. Ferner kann das Verfahren 400 in 405 aufweisen: Anregen des Materials mittels des weiteren Magnetfeldes, indem der Partikelstrahl mit der Particle beam, wherein the particle beam generates a further magnetic field, which superimposes the magnetic field. Further, at 405, the method 400 may include: exciting the material by means of the additional magnetic field by causing the particle beam to move with the
Larmorfrequenz moduliert wird. Ferner kann das Verfahren 400 in 407 aufweisen: Larmor frequency is modulated. Further, the method 400 may include 407:
Ausblenden des Partikelstrahls. Ferner kann das Verfahren 400 in 409 aufweisen: Erfassen der Anregung des Materials während der Partikelstrahl ausgeblendet ist. Ferner kann das Verfahren 400 in 411 aufweisen: Ermitteln einer räumlichen Charakteristik des Hiding the particle beam. Further, the method 400 may include in 409: detecting the excitation of the material while the particle beam is hidden. Furthermore, the Method 400 in 411 comprises: determining a spatial characteristic of the
Partikelstrahls auf Grundlage der Anregung des Materials. Particle beam based on the excitation of the material.
Das Verfahren 400 kann ferner eingerichtet sein, wie hierin beschrieben ist. The method 400 may be further configured as described herein.
Das Verfahren 400 kann optional in 401a aufweisen: Ionisieren der Partikel des The method 400 may optionally include 401a: ionizing the particles of the
Partikelstrahls, z.B. vor dem Bestrahlen. Das Ionisieren kann beispielsweise wie zu 101a beschrieben erfolgen. Das Verfahren 400 kann optional aufweisen: Darstellen von Daten, welche die räumliche Charakteristik des Partikelstrahls repräsentieren. Particle beam, e.g. before the irradiation. The ionization can be carried out, for example, as described for 101a. The method 400 may optionally include: representing data representing the spatial characteristics of the particle beam.
Optional können ein drittes Magnetfeld (z.B. ein magnetisches Störfeld) und/oder ein weiteres zweites Magnetfeld (z.B. ein magnetisches Anregungsfeld) erzeugt werden, z.B. extern, z.B. mittels einer Magnetanordnung. Optionally, a third magnetic field (e.g., a magnetic interference field) and / or another second magnetic field (e.g., a magnetic excitation field) may be generated, e.g. external, e.g. by means of a magnet arrangement.
Fig.5 veranschaulicht eine Vorrichtung 500 gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Querschnittsansicht oder Seitenansicht in einem Verfahren gemäß verschiedenen Ausführungsformen. 5 illustrates a device 500 according to various embodiments in a schematic cross-sectional view or side view in a method according to various embodiments.
Die Vorrichtung 500 kann eine Magnetanordnung 502, eine Partikelstrahlkanone 504, eine Sensoranordnung 508 und eine Auswerteeinheit 510 aufweisen. The device 500 may include a magnet arrangement 502, a particle beam gun 504, a sensor arrangement 508 and an evaluation unit 510.
Die Magnetanordnung 502 kann zum (extern) Erzeugen eines Magnetfeldes 512 in dem Bestrahlungsbereich 501 eingerichtet sein. Das Magnetfeld 512 kann den The magnet assembly 502 may be configured to (externally) generate a magnetic field 512 in the irradiation region 501. The magnetic field 512 may be the
Bestrahlungsbereich 501 vollständig durchdringen. Magnetanordnung 502 kann zumindest zwei magnetische Pole 502a, 502b aufweisen, zwischen denen der Bestrahlungsbereich 501 angeordnet ist. Jeder magnetische Pol 502a, 502b (Magnetpol) kann mittels eines oder mehrerer Permanentmagneten und/oder mittels einer oder mehrerer elektrischer Spulen bereitgestellt sein oder werden.  Completely penetrate irradiation area 501. Magnet assembly 502 may include at least two magnetic poles 502a, 502b, between which the irradiation region 501 is disposed. Each magnetic pole 502a, 502b (magnetic pole) may be or may be provided by means of one or more permanent magnets and / or by means of one or more electrical coils.
Die Magnetanordnung 502 kann beispielsweise zumindest zwei Spulen 502a, 502b aufweisen, zwischen denen der Bestrahlungsbereich 501 angeordnet ist. Alternativ oder zusätzlich kann die Magnetanordnung 502 zumindest zwei Permanentmagnetpole 502a, 502b aufweisen, zwischen denen der Bestrahlungsbereich 501 angeordnet ist. The magnet arrangement 502 may, for example, comprise at least two coils 502a, 502b, between which the irradiation area 501 is arranged. Alternatively or additionally, the magnet arrangement 502 can have at least two permanent magnet poles 502a, 502b, between which the irradiation area 501 is arranged.
Das Magnetfeld 512 kann eine magnetische Flussrichtung 512 aufweisen, welche von einem ersten magnetischen Pol 502a der Magnetanordnung 502 zu einem zweiten magnetischen Pol 502b der Magnetanordnung 502 gerichtet ist. Das Magnetfeld 512 kann auch als magnetinduziertes (permanentmagnetinduziertes) Magnetfeld 502 bezeichnet sein. The magnetic field 512 may include a magnetic flux direction 512 that extends from a first magnetic pole 502a of the magnet assembly 502 to a second magnetic pole 502a magnetic pole 502b of the magnet assembly 502 is directed. The magnetic field 512 may also be referred to as a magnet induced (permanent magnet induced) magnetic field 502.
Das Magnetfeld 512 kann z.B. eine magnetische Flussrichtung 512 aufweisen, welche von einer ersten Spule 502a der Magnetanordnung 502 zu einer zweiten Spule 502b derThe magnetic field 512 may be e.g. a magnetic flux direction 512, which from a first coil 502a of the magnet assembly 502 to a second coil 502b of the
Magnetanordnung 502 gerichtet ist. Das Magnetfeld 512 kann auch als spuleninduziertes Magnetfeld 502 bezeichnet sein. Magnet assembly 502 is directed. The magnetic field 512 may also be referred to as a coil-induced magnetic field 502.
Das Magnetfeld 512 kann ein statisches (d.h. mit weniger als ungefähr 1 Hz oder gar nicht moduliertes) Hintergrundfeld, ein niederfrequentes (d.h. mit weniger als ungefähr 1 MHz moduliertes) magnetisches Störfeld und/oder ein hochfrequentes (d.h. mit mehr als ungefähr 1 MHz moduliertes) magnetisches Anregungsfeld aufweisen. Das Magnetfeld 512 kann eine magnetische Flussdichte von mehr als 0,35 T aufweisen. Die Partikelstrahlkanone 504 kann zum Bestrahlen des Bestrahlungsbereichs 501 mittels eines Partikelstrahls 506 eingerichtet ist. Der Partikelstrahl 506 kann Partikel aufweisen, welche eine Spinpolarisation parallel zu (z.B. in oder entgegen) Richtung 506p aufweisen (z.B. quer zur magnetischen Flussrichtung 512). Die Sensoranordnung 508 kann zum Erfassen einer Anregung der Partikel des The magnetic field 512 may be a static (ie, less than about 1 Hz or not modulated) background field, a low frequency (ie, less than about 1 MHz modulated) magnetic field, and / or a high frequency (ie, modulated more than about 1 MHz) magnetic field. have magnetic excitation field. The magnetic field 512 may have a magnetic flux density greater than 0.35T. The particle beam gun 504 can be set up to irradiate the irradiation area 501 by means of a particle beam 506. The particle beam 506 may include particles having a spin polarization parallel to (e.g., in or opposite to) the direction 506p (e.g., transverse to the magnetic flow direction 512). The sensor assembly 508 may be for detecting excitation of the particles of the
Partikelstrahls 506 eingerichtet sein. Die Sensoranordnung 508 kann eine oder mehrere Spulen aufweisen (kann auch als Empfängerspulen bezeichnet werden).  Particle beam 506 to be set up. The sensor assembly 508 may include one or more coils (may also be referred to as receiver coils).
Die Auswerteeinheit 510 kann zum Ermitteln einer räumlichen Charakteristik des The evaluation unit 510 can be used to determine a spatial characteristic of the
Partikelstrahls 506 auf Grundlage einer Anregung der Partikel eingerichtet sein, z.B. einer Spinpräzession (z.B. um Richtung 512 herum). Particle beam 506 based on excitation of the particles, e.g. a spin precession (e.g., around 512).
Fig.6 veranschaulicht eine Vorrichtung 600 gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Querschnittsansicht oder Seitenansicht in einem Verfahren gemäß verschiedenen Ausführungsformen. 6 illustrates a device 600 according to various embodiments in a schematic cross-sectional view or side view in a method according to various embodiments.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen der Bestrahlungsbereich 501 zum Aufnehmen eines Materials 601 eingerichtet sein. Die Magnetanordnung 502 kann zum Erzeugen eines (z.B. statischen) Magnetfeldes 512 eingerichtet sein. Das Magnetfeld 512 kann eine Larmorfrequenz des Materials 601 definieren. Das Magnetfeld 512 kann eine magnetische Flussdichte von mehr als 0,35 T aufweisen. Die Partikelstrahlkanone 504 kann zum Bestrahlen des Materials 601 mittels des According to various embodiments, the irradiation area 501 may be configured to receive a material 601. The magnet assembly 502 may be configured to generate a (eg, static) magnetic field 512. The magnetic field 512 may define a Larmor frequency of the material 601. The magnetic field 512 may have a magnetic flux density greater than 0.35T. The particle beam gun 504 can be used to irradiate the material 601 by means of
Partikelstrahls 506 eingerichtet sein. Der Partikelstrahl 506 kann optional unpolarisierte Partikel aufweisen. Der Partikelstrahl 506 (bzw. dessen Ladungsfluss) kann ein weiteres (z.B. zirkuläres) Magnetfeld 612 erzeugen, welches das Magnetfeld 512 überlagert. Das weitere Magnetfeld 612 kann ein niederfrequentes Magnetfeld sein. Das weitere Particle beam 506 to be set up. The particle beam 506 may optionally include unpolarized particles. The particle beam 506 (or its charge flux) may generate another (e.g., circular) magnetic field 612 that overlies the magnetic field 512. The additional magnetic field 612 may be a low frequency magnetic field. The further
Magnetfeld 612 kann eine magnetische Flussrichtung 612 aufweisen, welche senkrecht zu dem Partikelstrahl 506 (bzw. der Bestrahlungsrichtung 506r) verläuft. Das weitere Magnetfeld kann auch als strahlinduziertes Magnetfeld 612 bezeichnet werden. Das Magnetfeld 512 und das weitere Magnetfeld 612 können einander überlagern, so dass sich deren magnetische Flusslinien addieren (vektoriell). Die sich daraus ergebende magnetische Flussdichte weicht anschaulich von der magnetischen Flussdichte des Magnetfeldes 512 ab. Die Abweichung kann mit sinkendem Abstand (z.B. senkrecht) zu dem Partikelstrahl 506 zunehmen (z.B. senkrecht zu dem Partikelstrahl 506 gemessen). Anschaulich kann die Abweichung als magnetischer Fingerabdruck verstanden werden, welcher den Verlauf des Partikelstrahls 506 repräsentiert.  Magnetic field 612 may include a magnetic flux direction 612 that is perpendicular to the particle beam 506 (or irradiation direction 506r). The additional magnetic field can also be referred to as a beam-induced magnetic field 612. The magnetic field 512 and the further magnetic field 612 can overlap one another so that their magnetic flux lines add up (vectorially). The resulting magnetic flux density clearly deviates from the magnetic flux density of the magnetic field 512. The deviation may increase with decreasing distance (e.g., perpendicular) to the particle beam 506 (e.g., measured perpendicular to the particle beam 506). Clearly, the deviation can be understood as a magnetic fingerprint, which represents the course of the particle beam 506.
Durch die Abweichung von der magnetischen Flussdichte des Magnetfelds 512 in der Nähe des Partikelstrahls 506 kann sich dort die Larmorfrequenz des Materials 601 verändern. Due to the deviation from the magnetic flux density of the magnetic field 512 in the vicinity of the particle beam 506, the Larmor frequency of the material 601 may change there.
Die Sensoranordnung 508 kann eingerichtet sein, eine räumliche Verteilung der The sensor array 508 may be configured to have a spatial distribution of
Larmorfrequenz des Materials 601 zu erfassen. Anhand der räumlichen Verteilung der Larmorfrequenz des Materials 601 kann der Verlauf des Partikelstrahls 506 ermittelt werden. Beispielsweise die Position einer Abweichung in der Larmorfrequenz den Verlauf des Partikelstrahls 506 repräsentieren. Larmorfrequenz of the material 601 to capture. Based on the spatial distribution of the Larmor frequency of the material 601, the course of the particle beam 506 can be determined. For example, the position of a deviation in the Larmor frequency represent the course of the particle beam 506.
Optional kann der Partikelstrahl 506 spinpolarisierte Partikel aufweisen, so dass deren Anregung zusätzlich erfasst werden kann. Optionally, the particle beam 506 may comprise spin-polarized particles, so that their excitation can additionally be detected.
Das Magnetfeld 512 kann ein statisches (d.h. mit weniger als ungefähr 1 Hz oder gar nicht moduliertes) Hintergrundfeld sein. Optional kann ein niederfrequentes (d.h. mit weniger als ungefähr 1 MHz moduliertes) magnetisches Störfeld und/oder ein hochfrequentes (d.h. mit mehr als ungefähr 1 MHz moduliertes) magnetisches Anregungsfeld in dem The magnetic field 512 may be a static (i.e., less than about 1 Hz or not-modulated) background field. Optionally, a low frequency (i.e., less than about 1 MHz modulated) magnetic interference field and / or a high frequency (i.e., more than about 1 MHz modulated) magnetic excitation field in the
Bestrahlungsbereich 501 erzeugt werden, z.B. mittels der Magnetanordnung 502. Fig.7 veranschaulicht eine Vorrichtung 700 gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Querschnittsansicht oder Seitenansicht in einem Verfahren gemäß verschiedenen Ausführungsformen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Partikelstrahlkanone 504 eingerichtet sein, einen Partikelstrahl 506 zu erzeugen, welcher mehrere Pulse aufweist. Die Häufigkeit der mehreren Pulse kann eine Frequenz (Pulsfrequenz) des Partikelstrahls 506 definieren. Beispielsweise kann der Partikelstrahl 506 mit der Frequenz gepulst sein. Der Partikelstrahl 506 kann das weitere Magnetfeld 612 erzeugen, welches das Magnetfeld 512 überlagert. Irradiation region 501 are generated, for example by means of the magnet assembly 502nd 7 illustrates a device 700 according to various embodiments in a schematic cross-sectional view or side view in a method according to various embodiments. According to various embodiments, the particle beam gun 504 may be configured to generate a particle beam 506 having multiple pulses. The frequency of the plurality of pulses may define a frequency (pulse frequency) of the particle beam 506. For example, the particle beam 506 may be pulsed at the frequency. The particle beam 506 may generate the additional magnetic field 612 that overlies the magnetic field 512.
Ferner kann die Vorrichtung 700 eine Strahlmodulationsanordnung 704 aufweisen, welche zum Modulieren des Partikelstrahls 506 mit einer weiteren Frequenz, z.B. der Further, the apparatus 700 may include a beam modulation assembly 704 which is adapted to modulate the particle beam 506 at a further frequency, e.g. of the
Larmorfrequenz, eingerichtet ist. Die Strahlmodulationsanordnung 704 kann Teil der Partikelstrahlkanone 504 sein. Alternativ kann die Strahlmodulationsanordnung 704 zusätzlich zu der Partikelstrahlkanone 504 bereitgestellt sein oder werden. Larmor frequency, is set up. The beam modulation assembly 704 may be part of the particle beam gun 504. Alternatively, the beam modulation assembly 704 may be provided in addition to the particle beam gun 504.
Die weitere Frequenz kann verschieden von der Frequenz des Partikelstrahls sein. The further frequency may be different from the frequency of the particle beam.
Die Sensoranordnung 508 kann zum Erfassen einer Anregung des Materials eingerichtet sein, welche durch das weitere Magnetfeld 612 bewirkt wird. Die Auswerteeinheit 510 kann zum Ermitteln einer räumlichen Charakteristik des Partikelstrahls 506 auf Grundlage der Anregung eingerichtet sein. The sensor assembly 508 may be configured to detect excitation of the material caused by the further magnetic field 612. The evaluation unit 510 can be set up to determine a spatial characteristic of the particle beam 506 on the basis of the excitation.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Partikelstrahlkanone 504 ein According to various embodiments, the particle beam gun 504 may include
Zyklotron aufweisen, welches einen mit der Frequenz gepulsten Partikelstrahl 506 erzeugt. Cyclotron which generates a frequency-pulsed particle beam 506.
Alternativ kann die Partikelstrahlkanone 504 ein Zyklotron aufweisen, welches einen kontinuierlichen Partikelstrahl 506 erzeugt. In dem Fall kann die Partikelstrahlkanone 504 eine Strahlausblendung-Anordnung aufweisen, welche eingerichtet ist, den Alternatively, the particle beam gun 504 may include a cyclotron that generates a continuous particle beam 506. In that case, the particle beam gun 504 may have a beam blanking arrangement which is adapted to
kontinuierlichen Partikelstrahl 506 mit der Frequenz (kann dann auch als continuous particle beam 506 with the frequency (can then also as
Ausblendfrequenz bezeichnet werden) des Partikelstrahls auszublenden. Die Blanking frequency) of the particle beam. The
Strahlausblendung-Anordnung kann beispielsweise mittels der Strahlausblende arrangement can, for example by means of
Strahlmodulationsanordnung bereitgestellt sein. Das Magnetfeld 512 kann ein statisches (d.h. mit weniger als ungefähr 1 Hz oder gar nicht moduliertes) Hintergrundfeld sein. Optional kann ein niederfrequentes (d.h. mit weniger als ungefähr 1 MHz moduliertes) magnetisches Störfeld und/oder ein hochfrequentes (d.h. mit mehr als ungefähr 1 MHz moduliertes) magnetisches Anregungsfeld in dem Beam modulation arrangement may be provided. The magnetic field 512 may be a static (ie less than about 1 Hz or not modulated) background field. Optionally, a low frequency (ie, less than about 1 MHz modulated) magnetic field and / or a high frequency (ie more than about 1 MHz modulated) magnetic field in the
Bestrahlungsbereich 501 erzeugt werden, z.B. mittels der Magnetanordnung 502. Irradiation area 501 are generated, e.g. by means of the magnet arrangement 502.
Fig.8 veranschaulicht eine Vorrichtung 800 gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Querschnittsansicht oder Seitenansicht in einem Verfahren gemäß verschiedenen Ausführungsformen. 8 illustrates a device 800 according to various embodiments in a schematic cross-sectional view or side view in a method according to various embodiments.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Partikelstrahlkanone 504 einen modulierten Partikelstrahl 506 erzeugen, z.B. mit der Larmorfrequenz moduliert. According to various embodiments, the particle beam gun 504 may generate a modulated particle beam 506, e.g. modulated with the Larmor frequency.
Beispielsweise kann die Partikelstrahlkanone 504 ein Zyklotron aufweisen, welches einen gepulsten Partikelstrahl 506 erzeugt, z.B. mit der Larmorfrequenz gepulst. Dann kann der Partikelstrahl 506 mittels Pulsen moduliert sein oder werden. For example, the particle beam gun 504 may include a cyclotron that generates a pulsed particle beam 506, e.g. pulsed with the Larmor frequency. Then, the particle beam 506 may be modulated by pulses.
Alternativ kann die Partikelstrahlkanone 504 ein Zyklotron aufweisen, welches einen kontinuierlichen Partikelstrahl 506 erzeugt. In dem Fall und wenn das Zyklotron einen Partikelstrahl 506 erzeugt, welcher mit einer von der Larmorfrequenz verschiedenenAlternatively, the particle beam gun 504 may include a cyclotron that generates a continuous particle beam 506. In the case and when the cyclotron generates a particle beam 506 which is different from the Larmor frequency
Frequenz gepulst ist, kann die Partikelstrahlkanone 504 eine Strahlmodulationsanordnung aufweisen, welche eingerichtet ist, den Partikelstrahl 506 zu modulieren. Frequency pulsed, the particle beam gun 504 may have a beam modulation arrangement which is adapted to modulate the particle beam 506.
Beispielsweise kann ein kontinuierlicher Partikelstrahl 506 moduliert werden, z.B. For example, a continuous particle beam 506 may be modulated, e.g.
amplitudenmoduliert. Mit anderen Worten kann der Partikelstrahl 506 kontinuierlich und moduliert sein, z.B. amplitudenmoduliert. amplitude modulated. In other words, the particle beam 506 may be continuous and modulated, e.g. amplitude modulated.
Erzeugt das Zyklotron einen kontinuierlichen oder einen mit einer von der Larmorfrequenz verschiedenen Frequenz gepulsten Partikelstrahl 506, kann die If the cyclotron generates a continuous or a particle beam 506 pulsed at a frequency different from the Larmor frequency, the
Strahlmodulationsanordnung die Strahlausblendung-Anordnung 804 aufweisen, mittels derer der Partikelstrahl 506 zum Modulieren gepulst sein oder werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann die Strahlausblendung- Anordnung 804 zum Ausblenden des Beam modulation arrangement include the Strahlausblende arrangement 804, by means of which the particle beam 506 to be pulsed or modulated for modulation. Alternatively or additionally, the beam blanking arrangement 804 may be used to hide the
Partikelstrahls 506 eingerichtet sein, z.B. mit einer Frequenz kleiner als die Particle beam 506, e.g. with a frequency smaller than that
Larmorfrequenz . Larmor frequency.
Die Sensoranordnung 508 kann zum Erfassen einer Anregung des Materials 601 eingerichtet sein, welche durch das weitere Magnetfeld 612 bewirkt wird. Die Vorrichtung 800 kann optional ein Steuerung 810 aufweisen, welche zum Steuern und/oder Regeln der Strahlausblendung-Anordnung 804 und der Sensoranordnung 508 eingerichtet ist. Die Steuerung 810 kann die Strahlausblendung- Anordnung 804 und die Sensoranordnung 508 derart steuern und/oder regeln, dass die Sensor anordnung 508 die Anregung erfasst während der Partikelstrahl 506 ausgeblendet ist. The sensor assembly 508 may be configured to detect an excitation of the material 601 caused by the further magnetic field 612. The device 800 may optionally include a controller 810 configured to control and / or regulate the beam blanking assembly 804 and the sensor assembly 508. The controller 810 may control and / or regulate the beam blanking arrangement 804 and the sensor arrangement 508 such that the sensor arrangement 508 detects the excitation while the particle beam 506 is hidden.
Das Magnetfeld 512 kann ein statisches (d.h. mit weniger als ungefähr 1 Hz oder gar nicht moduliertes) Hintergrundfeld sein. Optional kann ein niederfrequentes (d.h. mit weniger als ungefähr 1 MHz moduliertes) magnetisches Störfeld und/oder ein hochfrequentes (d.h. mit mehr als ungefähr 1 MHz moduliertes) magnetisches Anregungsfeld in dem The magnetic field 512 may be a static (i.e., less than about 1 Hz or not-modulated) background field. Optionally, a low frequency (i.e., less than about 1 MHz modulated) magnetic interference field and / or a high frequency (i.e., more than about 1 MHz modulated) magnetic excitation field in the
Bestrahlungsbereich 501 erzeugt werden, z.B. mittels der Magnetanordnung 502. Irradiation area 501 are generated, e.g. by means of the magnet arrangement 502.
Fig.9 veranschaulicht ein Verfahren 900 gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einem schematischen Ablaufdiagram. FIG. 9 illustrates a method 900 according to various embodiments in a schematic sequence diagram.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Satz erster Bilddaten 902 erzeugt werden, z.B. auf Grundlage der Anregung der polarisierten Partikel und/oder auf According to various embodiments, a set of first image data 902 may be generated, e.g. based on the excitation of the polarized particles and / or on
Grundlage der Anregung des Materials 601. Die ersten Bilddaten 902 können die räumliche Charakteristik des Partikelstrahls 506 repräsentieren, z.B. dessen Trajektorie und/oder räumliche Intensitätsverteilung. The basis of the excitation of the material 601. The first image data 902 may represent the spatial characteristic of the particle beam 506, e.g. its trajectory and / or spatial intensity distribution.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Satz zweiter Bilddaten 904 erzeugt werden, z.B. auf Grundlage der Anregung des Materials 601 auf Grundlage einer According to various embodiments, a set of second image data 904 may be generated, e.g. based on the suggestion of material 601 on the basis of a
Schallreflexion des Materials 601 (z.B. einer Ultraschallreflektion) und/oder auf Grundlage einer Strahlungstransmission des Materials 601 (z.B. einer Röntgentransmission). Die Strahlungstransmission kann beispielsweise mittels Radiographie und/oder Sonographie ermittelt werden. Die zweiten Bilddaten 904 können die räumliche Charakteristik des Materials 601 repräsentieren. Sound reflection of material 601 (e.g., ultrasonic reflection) and / or based on radiation transmission of material 601 (e.g., X-ray transmission). The radiation transmission can be determined, for example, by means of radiography and / or sonography. The second image data 904 may represent the spatial characteristic of the material 601.
Das Verfahren 900 kann aufweisen, die ersten Bilddaten 902 und die zweiten Bilddaten 904 zu überlagern 901, z.B. zum Korrelieren der räumlichen Charakteristik des The method 900 may include overlaying the first image data 902 and the second image data 904 901, e.g. for correlating the spatial characteristics of the
Partikelstrahls 506 und der räumlichen Charakteristik des Materials 601. Alternativ oder zusätzlich kann das Verfahren 900 aufweisen, einen Zielbereich 904z zu identifizieren 903, z.B. auf Grundlage der räumlichen Charakteristik des Materials 601. Der Zielbereich 904z kann beispielsweise anhand einer vorgegebenen räumlichen Charakteristik ermittelt 903 werden (z.B. anschaulich der Signatur eines Organs und/oder kranken Gewebes). Dann können die zweiten Bilddaten 904 alternativ oder zusätzlich den Zielbereich 904z repräsentieren. Das Verfahren 900 kann aufweisen, die ersten Bilddaten 902 und die zweiten Bilddaten 904 zu überlagern 901, z.B. zum Korrelieren der räumlichen Charakteristik des Particle beam 506 and the spatial characteristic of the material 601. Alternatively or additionally, the method 900 may include 903 identifying a target area 904z based on, for example, the spatial characteristic of the material 601. For example, the target area 904z may be based on a given spatial Characteristics are determined 903 (eg descriptive of the signature of an organ and / or diseased tissue). Then, the second image data 904 may alternatively or additionally represent the target area 904z. The method 900 may include superimposing the first image data 902 and the second image data 904 901, for example, to correlate the spatial characteristics of the image
Partikelstrahls 506 und der räumlichen Charakteristik des Zielbereichs 904z. Particle beam 506 and the spatial characteristics of the target area 904z.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Auswerteeinheit 510 (vergleiche beispielsweise Fig.5) eingerichtet sein, das Verfahren 900 durchzuführen. According to various embodiments, the evaluation unit 510 (cf., for example, FIG. 5) may be configured to carry out the method 900.
Fig.10 veranschaulicht ein Verfahren 1000 gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einem schematischen Ablaufdiagram. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren 1000 aufweisen, auf10 illustrates a method 1000 according to various embodiments in a schematic flowchart. According to various embodiments, the method may include 1000
Grundlage der räumlichen Charakteristik des Materials 601 eine Ziel-Bestrahlungsdosis 1015 zu ermitteln, z.B. deren räumliche und/oder zeitliche Verteilung. Die Ziel- Bestrahlungsdosis 1015 kann eine Dosis definieren (z.B. eine Dosisenergie, d.h. Energie pro Masseeinheit [z.B. in Joule pro Kilogramm] oder z.B. eine Partikeldosis, d.h. Partikel pro Masseeinheit), welche mittels der Partikel deponiert, d.h. an das Material 601 abgegeben, wird. Beispielsweise kann eine räumliche Verteilung der Ziel- Bestrahlungsdosis 1015 auf Grundlage des Zielbereichs 904z und/oder der räumlichen Charakteristik des Materials 601 ermittelt werden. Der Zielbereich 904z kann Based on the spatial characteristic of the material 601 to determine a target irradiation dose 1015, e.g. their spatial and / or temporal distribution. The target irradiation dose 1015 may define a dose (e.g., a dose energy, i.e., energy per unit mass [e.g., in joules per kilogram] or, e.g., a particulate dose, i.e., particles per unit mass) deposited by the particles, i. delivered to the material 601 is. For example, a spatial distribution of the target irradiation dose 1015 may be determined based on the target area 904z and / or the spatial characteristic of the material 601. The target area 904z may
beispielsweise erkranktes Gewebe repräsentieren, z.B. einen bösartigen Hirntumor. for example, to represent diseased tissue, e.g. a malignant brain tumor.
Innerhalb des Zielbereich 904z kann die Ziel-Bestrahlungsverteilung 1005 die Ziel- Bestrahlungsdosis 1015 sein und außerhalb des Zielbereich 904z kann die Ziel- Bestrahlungsverteilung 1005 null sein (in einem schematischen Diagramm 1005, 1001 entlang eines Schnitts xl-x2 durch den Zielbereich 904z schematisch veranschaulicht). Within the target area 904z, the target irradiation distribution 1005 may be the target irradiation dose 1015, and outside the target area 904z, the target irradiation distribution 1005 may be zero (schematically illustrated in a schematic diagram 1005, 1001 along a section xl-x2 by the target area 904z). ,
Wird zum Bestrahlen gemäß der Ziel-Bestrahlungsdosis 1015 die räumliche Charakteristik des Partikelstrahls 506 und/oder die räumliche Charakteristik des Materials 601 (z.B. dessen zeitliche und/oder räumliche Schwankung) nicht ausreichend berücksichtigt, kann mittels Bestrahlens des Materials 601 eine erste Bestrahlungsdosis 1002 bewirkt werden, was schematisch stark übertrieben in A veranschaulicht ist. Anschaulich kann die erste Bestrahlungsdosis 1002 unpräzise sein, d.h. eine hohe Abweichung von der Ziel- Bestrahlungsdosis 1015 aufweisen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Material 601 bestrahlt werden, z.B. auf Grundlage der räumlichen Charakteristik des Partikelstrahls 506 und/oder der räumlichen Charakteristik des Materials 601, z.B. gemäß der Ziel-Bestrahlungsdosis 1015 gesteuert und/oder geregelt, was schematisch in B veranschaulicht ist. Mit anderen Worten kann der Partikelstrahl 506 geführt werden, z.B. mittels der Strahlführungseinheit, so dass dessen Bragg-Peak innerhalb des Zielbereichs 904z liegt. Eine dadurch bewirkte zweite Bestrahlungsdosis 1004 kann größer sein als die erste Bestrahlungsdosis 1002, z.B. If the spatial characteristic of the particle beam 506 and / or the spatial characteristic of the material 601 (eg its temporal and / or spatial fluctuation) are not sufficiently considered for irradiation according to the target irradiation dose 1015, a first irradiation dose 1002 can be effected by irradiating the material 601 , which is illustrated schematically greatly exaggerated in A. Clearly, the first irradiation dose 1002 may be imprecise, ie have a high deviation from the target irradiation dose 1015. According to various embodiments, the material 601 may be irradiated, eg, controlled and / or controlled based on the spatial characteristic of the particle beam 506 and / or the spatial characteristic of the material 601, eg, according to the target irradiation dose 1015, which is schematically illustrated in FIG. In other words, the particle beam 506 can be guided, eg by means of the beam guidance unit, so that its Bragg peak lies within the target area 904z. A second irradiation dose 1004 caused thereby can be greater than the first irradiation dose 1002, eg
zumindest in dem Zielbereich 904z. Alternativ oder zusätzlich kann die zweite at least in the target area 904z. Alternatively or additionally, the second
Bestrahlungsdosis 1004 kleiner sein als die erste Bestrahlungsdosis 1002, z.B. zumindest außerhalb des Zielbereichs 904z. Dadurch kann das den Zielbereich 904z umgebende Material 601 geschont werden. Radiation dose 1004 is less than the first radiation dose 1002, e.g. at least outside the target area 904z. As a result, the material 601 surrounding the target area 904z can be spared.
Im Fall einer Partikelstrahltherapie in der Medizin kann es schwierig sein, den Patienten zu verlagern. In dem Fall kann es einfacher und präziser sein, den Partikelstrahl zu steuern und/oder zu regeln. Optional kann auch ein Steuern und/oder Regeln einer Lages des Patienten, z.B. einzelner Körperteile, erfolgen. In the case of particle beam therapy in medicine, it can be difficult to relocate the patient. In that case, it may be easier and more precise to control and / or regulate the particle beam. Optionally, controlling and / or regulating a patient's position, e.g. individual body parts, done.
Werden (z.B. für technologische Bearbeitungsverfahren) andere Materialien (z.B. If (for example for technological processing) other materials (e.g.
nichtlebendiges Materialien) bestrahlt, z.B. ein technologisches Material, kann alternativ oder zusätzlich zum Partikelstrahl eine räumliche Lage (z.B. Ausrichtung und/oder Position) des Materials geregelt und/oder gesteuert werden. Beispielsweise kann damit eine thermische Ausdehnung des Materials beim Bestrahlen ausgeglichen werden. Anschaulich kann eine minimalinvasive Tumortherapie mittels eines Partikelstrahls 506non-living materials), e.g. a technological material, alternatively or in addition to the particle beam, a spatial location (e.g., orientation and / or position) of the material may be controlled and / or controlled. For example, this can compensate for a thermal expansion of the material during irradiation. Illustratively, a minimally invasive tumor therapy using a particle beam 506
(z.B. Protonen oder Schwerionen) bereitgestellt sein oder werden. Diese kann aufgrund der physikalischen Eigenschaften des Energieübertrags von schnellen Partikeln, insbesondere auf Elektronen des Materials 601, anschaulich eine sehr viel höhere Tiefensteuerbarkeit und -Spezifität der Dosisapplikation als eine herkömmliche Strahlentherapie (z.B. mit hochenergetischen Photonen) aufweisen. In der Strahlentherapie kann neben der genauen Planung der angestrebten Dosisverteilung (räumliche Verteilung der Ziel- Bestrahlungsdosis 1015, kann auch als Ziel-Bestrahlungsverteilung bezeichnet werden) im Zielbereich 904z die Treffsicherheit dessen während der Bestrahlungsausführung erhöht werden, z.B. für den Therapieerfolg und die Schonung des gesunden Gewebes. (e.g., protons or heavy ions). This may illustratively have a much higher depth controllability and specificity of the dose application than conventional radiotherapy (e.g., high energy photons) due to the physical properties of the fast particle energy transfer, particularly to electrons of the material 601. In radiotherapy, in addition to accurately planning the targeted dose distribution (spatial distribution of the target radiation dose 1015, may also be referred to as the target radiation distribution), in the target area 904z, the accuracy of it during irradiation execution may be increased, e.g. for the success of therapy and the protection of healthy tissue.
Insbesondere kann für die Protonentherapie eine Anfälligkeit der bewirkten In particular, a susceptibility of the proton therapy caused
Dosisverteilung für Dichteveränderungen entlang der Trajektorie des Partikelstrahls 506 (d.h. entlang der Strahlstrecke) verringert werden, d.h. eine Abweichung der Ist- Dosisverteilung von einer Soll-Dosisverteilung (auch als Ziel-Dosisverteilung bezeichnet) kann verringert werden. Die Dichteveränderungen können beispielsweise durch Dose distribution for density changes along the trajectory of the particle beam 506 (ie along the beam path) are reduced, ie a deviation of the actual Dose distribution from a target dose distribution (also referred to as target dose distribution) can be reduced. The density changes, for example, by
anatomische Variationen wie z.B. Organbewegung und/oder Atmung hervorgerufen werden. anatomical variations such as Organ movement and / or respiration are caused.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die zweiten Bilddaten 904 die Ziel- Bestrahlungsdosis 1015 und/oder die bewirkte Bestrahlungsdosis 1004 repräsentieren. Beispielsweise können die Ziel-Bestrahlungsdosis 1015 (anschaulich die angestrebte Bestrahlungsdosis 1015) und/oder die bewirkte Bestrahlungsdosis 1004 (anschaulich die tatsächlich deponierte Bestrahlungsdosis 1004) abgebildet werden. According to various embodiments, the second image data 904 may represent the target irradiation dose 1015 and / or the effected irradiation dose 1004. For example, the target irradiation dose 1015 (illustratively the target irradiation dose 1015) and / or the irradiation dose 1004 (clearly the irradiation dose actually deposited 1004) can be mapped.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Kombination der minimalinvasiven Protonentherapie mit Echtzeit-Bildführung und/oder -Überwachung bereitgestellt sein oder werden. Dazu kann das Steuern und/oder Regeln auf Grundlage der Bilddaten (der ersten Bilddaten 902 und/oder der zweiten Bilddaten 904) erfolgen. Anschaulich kann eine minimal-invasive bildgeführte Bestrahlungstherapie bereitgestellt sein oder werden. According to various embodiments, a combination of minimally invasive proton therapy may or may not be provided with real time image guidance and / or monitoring. For this purpose, the controlling and / or regulating can take place on the basis of the image data (the first image data 902 and / or the second image data 904). Clearly, a minimally invasive image-guided radiation therapy can be or will be provided.
Fig.11 veranschaulicht eine Bestrahlungsverteilung gemäß verschiedenen Fig.11 illustrates an irradiation distribution according to various
Ausführungsformen in einem schematischen Diagramm 1100. In dem Diagramm 1100 sind die relative Bestrahlungsdosis 1103 (auf ein Maximum der Bestrahlungsdosis normiert) über der Eindringtiefe 1101 (d.h. der in dem Material zurückgelegten Strecke) des Partikelstrahls dargestellt. Embodiments are shown in a schematic diagram 1100. In diagram 1100, the relative irradiation dose 1103 (normalized to a maximum of the irradiation dose) is shown above the penetration depth 1101 (i.e., the distance traveled in the material) of the particle beam.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eines der hierin beschriebenen Verfahren aufweisen, die bewirkte Bestrahlungsverteilung (räumliche Verteilung der According to various embodiments, one of the methods described herein may include the induced irradiation distribution (spatial distribution of the
Bestrahlungsdosis) zu steuern und/oder zu regeln, z.B. auf Grundlage der räumlichen Charakteristik des Partikelstrahls 506 und/oder der räumlichen Charakteristik des Materials 601. Im Gegensatz zu herkömmlicher Röntgenstrahlung 1102 kann ein Partikelstrahl 1104, z.B. ein Protonenstrahl, einen steilen distalen Dosisgradienten am sogenannten Bragg-Peak 1104p aufweisen. Der Bragg-Peak 1104p kann das Maximum in der  Irradiation dose) and / or to regulate, e.g. based on the spatial characteristics of the particle beam 506 and / or the spatial characteristics of the material 601. In contrast to conventional x-ray radiation 1102, a particle beam 1104, e.g. a proton beam having a steep distal dose gradient at the so-called Bragg peak 1104p. The Bragg peak 1104p can be the maximum in the
Bestrahlungsverteilung bezeichnen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Partikelstrahl 1104, z.B. dessen Bragg-Peak 1104p und/oder dessen Querausdehnung (Ausdehnung quer zum Designate irradiation distribution. According to various embodiments, the particle beam 1104, e.g. its Bragg peak 1104p and / or its transverse extent (extension transverse to
Strahlengang, z.B. Durchmesser im Falle eines runden Querschnitts des Partikelstrahls 1104) gestellt und/oder geregelt (z.B. kollimiert, d.h. mittels Kollimation gestellt und/oder geregelt) werden, z.B. mittels der Strahlführungsanordnung und/oder mittels einer Nozzle. Beispielsweise kann der Partikelstrahl 1104 eine Querausdehnung (z.B. Durchmesser) kleiner als ungefähr 2 cm (Zentimeter) aufweisen, z.B. kleiner als ungefähr 1 cm (ein so genannter Stiftstrahl oder„Pencil-Beam"), z.B. in einem Bereich von ungefähr 9 mm (Millimeter) bis ungefähr 5 mm oder bis ungefähr 1 mm. Alternativ oder zusätzlich kann die Halbwertsbreite (entspricht einer räumlichen Ausdehnung) des Bragg-Peaks 1104p gestellt und/oder geregelt werden (z.B. mittels Kollimation). Die Halbwertsbreite des Bragg-Peaks 1104p kann beispielsweise kleiner sein als ungefähr 4 cm, z.B. kleiner als ungefähr 2 cm (z.B. kleiner als ungefähr 1 cm), z.B. in einem Bereich von ungefähr 0,1 cm bis ungefähr 2 cm, z.B. ungefähr 1 cm. Alternativ oder zusätzlich zur Halbwertsbreite und/oder zur Querausdehnung kann die Eindringtiefe des Partikelstrahls 1104 gestellt und/oder geregelt werden (z.B. mittels Abschwächens), z.B. unabhängig von dessen Halbwertsbreite und/oder dessen Querausdehnung. Die Eindringtiefe des Partikelstrahls 1104 kann in einem Bereich von ungefähr 1 mm bis ungefähr 1 m liegen, z.B. in einem Bereich von ungefähr 1 cm bis ungefähr 0,5 m, z.B. in einem Bereich von ungefähr 4 cm bis ungefähr 38 cm. Je stärker das Material den Partikelstrahl absorbiert und/oder je kleiner die Partikelenergie des Partikelstrahls 1104 ist, desto kleiner kann die Eindringtiefe des Partikelstrahls in das Material sein. Die Partikelenergie des Partikelstrahls 1104 kann in einem Bereich von ungefähr 50 MeV (Megaelektronenvolt) bis ungefähr 500 MeV liegen, z.B. in einem Bereich von ungefähr 70 MeV bis ungefähr 230 MeV. Beam path, eg diameter in the case of a round cross-section of the particle beam 1104) and / or regulated (eg collimated, ie provided by means of collimation and / or regulated), for example by means of the beam guiding arrangement and / or by means of a Nozzle. For example, the particle beam 1104 may have a transverse dimension (eg, diameter) less than about 2 cm (centimeters), eg, less than about 1 cm (a so-called pencil beam or "pencil beam"), eg, in a range of about 9 mm (millimeters) Alternatively or additionally, the half width (corresponding to a spatial extent) of the Bragg peak 1104p may be set and / or regulated (eg by collimation)., for example, the half width of the Bragg peak 1104p may be smaller It may be less than about 2 cm (eg, less than about 1 cm), eg, in a range from about 0.1 cm to about 2 cm, eg, about 1 cm, as an alternative or in addition to the half-width and / or Transverse extent, the penetration depth of the particle beam 1104 can be set and / or regulated (eg, by attenuation), for example, regardless of its half-width and / or its transverse extent Fe of the particle beam 1104 may be in a range of about 1 mm to about 1 m, for example in a range of about 1 cm to about 0.5 m, for example in a range of about 4 cm to about 38 cm. The more the material absorbs the particle beam and / or the smaller the particle energy of the particle beam 1104, the smaller the penetration depth of the particle beam into the material can be. The particle energy of the particle beam 1104 may range from about 50 MeV (megaelectronvolt) to about 500 MeV, eg, in a range from about 70 MeV to about 230 MeV.
Die Halbwertsbreite des Bragg-Peaks 1104p kann auf einer kleineren Größenskala sein als die Eindringtiefe (selbst bei stark absorbierenden Materialien). Die Halbwertsbreite des Bragg-Peaks 1104p kann kleiner als die maximale Eindringtiefe 1104e (z.B. ungefähr 50% dieser, z.B. ungefähr 25% dieser) des Partikelstrahls sein (kann auch als Reichweite 1104e des Partikelstrahls bezeichnet werden). The half width of the Bragg peak 1104p may be on a smaller scale than the penetration depth (even with highly absorbent materials). The half-width of the Bragg peak 1104p may be less than the maximum penetration depth 1104e (e.g., about 50% of this, e.g., about 25% of it) of the particle beam (may also be referred to as the particle beam's range 1104e).
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die räumliche Charakteristik des According to various embodiments, the spatial characteristic of the
Partikelstrahls 506 (z.B. eine räumliche Position des Bragg-Peaks 1104p) auf Grundlage der räumlichen Charakteristik des Materials 601 (z.B. des Zielbereichs 904z) gesteuert und/oder geregelt werden. Beispielsweise kann das Bestrahlen mittels des Partikelstrahls derart gesteuert und/oder geregelt erfolgen, so dass das Maximum 1104p der Particle beam 506 (e.g., a spatial position of Bragg peak 1104p) may be controlled and / or controlled based on the spatial characteristics of material 601 (e.g., target area 904z). For example, the irradiation by means of the particle beam can be controlled and / or regulated in such a way that the maximum 1104p of the
Bestrahlungsverteilung (der Bragg-Peak 1104p) innerhalb des Zielbereichs 904z angeordnet ist. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können mehrere Partikelstrahlen (z.B. zeitlich nacheinander oder auch gleichzeitig) einander überlagert werden, wobei sich die mehreren Partikelstrahlen in zumindest ihrer räumlichen Charakteristik voneinander unterscheiden. Die einander überlagerten mehreren Partikelstrahlen können eine homogen verteilte Bestrahlungsdosis 1106 in dem Zielbereich 904z bewirken. Anschaulich können dieIrradiation distribution (the Bragg peak 1104p) is located within the target area 904z. According to various embodiments, a plurality of particle beams (eg temporally one after the other or simultaneously) can be superimposed on one another, wherein the plurality of particle beams differ from one another in at least their spatial characteristics. The superimposed multiple particle beams may cause a homogeneously distributed dose of radiation 1106 in the target area 904z. Illustratively, the
Bragg-Peaks 1104p der mehreren Partikelstrahlen zu einem breiten Maximum überlagert werden (kann auch als Spread-out Bragg peak bezeichnet werden). Alternativ oder zusätzlich kann die räumliche Charakteristik eines Partikelstrahls (z.B. der mehreren Partikelstrahlen oder genau ein Partikelstrahl) derart gesteuert und/oder geregelt werden, dass der Zielbereich 904z mittels des Bragg-Peaks 1104p des Partikelstrahls abgerastert wird. Bragg peaks 1104p of the multiple particle beams are superimposed to a broad maximum (may also be referred to as a spread-out Bragg peak). Alternatively or additionally, the spatial characteristic of a particle beam (e.g., the plurality of particle beams or just one particle beam) may be controlled and / or controlled such that the target area 904z is scanned by the Bragg peak 1104p of the particle beam.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die räumliche Charakteristik des Materials orts- und/oder zeitaufgelöste Eigenschaften des Materials repräsentieren. Anschaulich können sich ändernde anatomische Verhältnisse während der Bestrahlung des Materials mit dem Partikelstrahl berücksichtigt werden. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Reichweite 1104e des Partikelstrahls (z.B. Protonenstrahls) geregelt und/oder gesteuert werden. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine räumliche Verteilung der bewirkten Bestrahlungsdosis ermittelt werden, z.B. auf Grundlage der räumlichen Charakteristik des Partikelstrahls. Anschaulich kann die bewirkte (applizierte) Dosisverteilung bestimmt werden. Das Steuern und/oder Regeln des Bestrahlens kann in dem Fall alternativ oder zusätzlich anhand der räumlichen Verteilung der bewirkten Bestrahlungsdosis erfolgen. According to various embodiments, the spatial characteristic of the material may represent location- and / or time-resolved properties of the material. Clearly, changing anatomical conditions during the irradiation of the material with the particle beam can be taken into account. According to various embodiments, the range 1104e of the particle beam (e.g., proton beam) may be controlled and / or controlled. According to various embodiments, a spatial distribution of the irradiation dose caused may be determined, e.g. based on the spatial characteristics of the particle beam. Clearly, the effected (applied) dose distribution can be determined. In this case, the controlling and / or regulating of the irradiation can alternatively or additionally take place on the basis of the spatial distribution of the irradiation dose caused.
Fig.12 veranschaulicht eine Partikelstrahlkanone 504 gemäß verschiedenen FIG. 12 illustrates a particle beam gun 504 according to various
Ausführungsformen in einer schematischen Querschnittsansicht oder Seitenansicht. Embodiments in a schematic cross-sectional view or side view.
Die Partikelstrahlkanone 504 kann eine Partikelstrahlquelle 1202 aufweisen, z.B. eine Beschleuniger-Partikelstrahlquelle wie ein Zyklotron. Die Partikelstrahlquelle 1202 kann eine Partikelquelle, z.B. eine Protonenquelle, aufweisen, welche zum Bereitstellen von freien Partikeln eingerichtet ist. Optional kann die Partikelstrahlquelle 1202 einen The particle beam gun 504 may include a particle beam source 1202, e.g. an accelerator particle beam source such as a cyclotron. The particle beam source 1202 may be a particle source, e.g. a proton source adapted to provide free particles. Optionally, the particle beam source 1202 may include a
Strahlbündler aufweisen, welcher die freien Protonen zu einem Strahl 506 (Partikelstrahl 506) bündelt. Der Strahlbündler kann beispielsweise ein elektrisches Feld und/oder ein magnetisches Feld erzeugen, welches die Partikel zu einem Strahl konzentriert (d.h. z.B. kollimiert). Ferner kann die Partikelstrahlkanone 504 eine Strahlführungsanordnung 1204 aufweisen, welche den Partikelstrahl 506 entlang eines vordefinierten Pfads 1204p führt, z.B. auf Grundlage von Strahlführung-Parametern. Die Strahlführungsanordnung 1204 kann beispielsweise zum Führen des Partikelstrahls 506 ein elektrisches Feld und/oder ein magnetisches Feld erzeugen. Beam bundler, which bundles the free protons into a beam 506 (particle beam 506). For example, the beamformer may generate an electric field and / or a magnetic field that concentrates (ie, collimates) the particles into a beam. Further, the particle beam gun 504 may include a beam guide assembly 1204 that guides the particle beam 506 along a predefined path 1204p, eg, based on beam guidance parameters. For example, the beam guide assembly 1204 may generate an electric field and / or a magnetic field to guide the particle beam 506.
Optional kann die Partikelstrahlkanone 504 eine Strahlmodulationsanordnung 1206 aufweisen, welche zum Modulieren des Partikelstrahls 506 eingerichtet ist, z.B. Optionally, the particle beam gun 504 may include a beam modulation assembly 1206 configured to modulate the particle beam 506, e.g.
kontinuierlich oder diskret. continuous or discreet.
Die Strahlmodulationsanordnung 1206 kann eingerichtet sein, den Partikelstrahl 506, z.B. eine Energie (z.B. eine elektrische Energie und/oder eine Partikelenergie), eine The beam modulation assembly 1206 may be configured to scan the particle beam 506, e.g. an energy (e.g., an electrical energy and / or a particle energy), a
Stromstärke (z.B. eine elektrische Stromstärke und/oder eine Partikelstromstärke) und/oder eine Fluenz des Partikelstrahls 506, abzuschwächen, z.B. auf Grundlage von  Current intensity (e.g., an electrical current and / or a particle current intensity) and / or a fluence of the particle beam 506, e.g. based on
Abschwächung-Parametern. Die Partikelenergie (kinetische Energie) des Partikelstrahls kann von der Geschwindigkeit der Partikel des Partikelstrahls definiert sein oder werden.Mitigation parameters. The particle energy (kinetic energy) of the particle beam may or may not be defined by the velocity of the particles of the particle beam.
Die Partikelenergie kann die Eindringtiefe des Partikelstrahls in ein Material definieren.The particle energy can define the penetration depth of the particle beam into a material.
Mit anderen Worten kann die Strahlmodulationsanordnung 1206 eingerichtet sein, dieIn other words, the beam modulation device 1206 may be configured, which
Eindringtiefe des Partikelstrahls zu verändern. Alternativ oder zusätzlich kann die To change the penetration depth of the particle beam. Alternatively or additionally, the
Strahlmodulationsanordnung 1206 eingerichtet sein, den Partikelstrahls 506 auszublendenBeam modulation arrangement 1206 be configured to hide the particle beam 506
(d.h. zu unterbrechen), z.B. auf Grundlage von Bestrahlungsdauer-Parameter und/oder während eine Anregung des Materials erfasst wird. (i.e., to interrupt), e.g. based on irradiation duration parameters and / or while excitation of the material is detected.
Zum Abschwächen des Partikelstrahls 506 kann die Strahlmodulationsanordnung 1206 eine Strahlabschwächung- Anordnung 1206a aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann die Strahlmodulationsanordnung 1206 zum Ausblenden des Partikelstrahls 506 eine To attenuate the particle beam 506, the beam modulation assembly 1206 may include a beam attenuation arrangement 1206a. Alternatively or additionally, the beam modulation arrangement 1206 may be used to hide the particle beam 506
Strahlausblendung-Anordnung 1206b aufweisen. Beam blanking arrangement 1206b have.
Die Abschwächung-Parameter, die Strahlführung-Parameter, und/oder die The attenuation parameters, the beam guidance parameters, and / or the
Bestrahlungsdauer-Parameter können mittels der Auswerteeinheit 510 bereitgestellt sein oder werden. Irradiation period parameters may be or may be provided by the evaluation unit 510.
Alternativ zu der in Fig.12 veranschaulichten Anordnung kann die Alternatively to the arrangement illustrated in FIG
Strahlmodulationsanordnung 1206 zwischen die Partikelstrahlquelle 1202 und die Beam modulation arrangement 1206 between the particle beam source 1202 and the
Strahlführungsanordnung 1204 geschaltet sein. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Partikelstrahlquelle 1202 eine Beam guiding arrangement 1204 to be connected. According to various embodiments, the particle beam source 1202 may include a
Ionenquelle aufweisen. Mittels der Ionenquelle kann ein elektrisches Feld erzeugt werden, welches ein Gas ionisiert (z.B. Wasserstoffmoleküle in Elektronen und Protonen trennt), z.B. mittels eines Plasmas. Die Ionisierung des Gases (z.B. Wasserstoff) kann in der Mitte der Partikelstrahlquelle 1202 erfolgen. Die Partikelstrahlquelle 1202 kann zwei Have ion source. By means of the ion source an electric field can be generated which ionizes a gas (e.g., separates hydrogen molecules into electrons and protons), e.g. by means of a plasma. The ionization of the gas (e.g., hydrogen) may occur at the center of the particle beam source 1202. The particle beam source 1202 may be two
Elektromagneten aufweisen, zwischen denen ein Vakuumbereich (kann auch als Electromagnets, between which a vacuum area (can also as
Beschleunigungsspalt bezeichnet werden) angeordnet ist. In dem Vakuumbereich kann mittels einer Pumpenanordnung ein Vakuum (d.h. weniger als 0,3 bar, z.B. weniger als ungefähr 1 Millibar, z.B. weniger als ungefähr 10"6 Millibar) bereitgestellt sein oder werden. Acceleration gap to be called) is arranged. In the vacuum range, a vacuum (eg, less than about 10 "6 millibars ie, less than 0.3 bar, for example less than about 1 millibar) can by means of a pump assembly may be provided or.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können aus dem Gas einzelne Atome und/oder Ionen herausgelöst werden, z.B. mittels einer Dissoziiereinheit. In dem Vakuum können beispielsweise aus dem Gas herausgelöste Protonen beschleunigt werden, z.B. mittels eines weiteren elektrischen Feldes zwischen den zwei Elektromagneten. According to various embodiments, individual atoms and / or ions may be released from the gas, e.g. by means of a dissociation unit. For example, in the vacuum, protons released from the gas can be accelerated, e.g. by means of another electric field between the two electromagnets.
Fig.13 veranschaulicht eine Vorrichtung 1300 gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Perspektivansicht in einem Verfahren gemäß verschiedenen Ausführungsformen. FIG. 13 illustrates a device 1300 according to various embodiments in a schematic perspective view in a method according to various embodiments.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Partikelstrahlquelle 1202 von dem Bestrahlungsbereich 501 räumlich separiert angeordnet sein, z.B. mittels einer Wand (z.B. einer Gebäudewand) separiert. Die Strahlführungsanordnung 1204 kann mehrere Strahlführungseinheiten 1204e aufweisen, welche einen Pfad 1204p (anschaulich der Strahlengang) definieren, entlang dessen der Partikelstrahl geführt wird. Jede Strahlführungseinheit 1204e kann einen oder mehrere Magneten (z.B. Dipolmagneten und/oder Quadrupolmagneten) aufweisen (zum Erzeugen eines magnetischen Feldes im Strahlengang). According to various embodiments, the particle beam source 1202 may be spatially separated from the irradiation region 501, e.g. separated by a wall (e.g., a building wall). The beam guiding assembly 1204 may include a plurality of beam guiding units 1204e that define a path 1204p (illustratively the beam path) along which the particle beam is guided. Each beam guiding unit 1204e may include one or more magnets (e.g., dipole magnets and / or quadrupole magnets) (for generating a magnetic field in the beam path).
Die Strahlführungsanordnung 1204 kann ein Vakuumsystem (z.B. ein oder mehrere Rohre) aufweisen innerhalb dessen der Pfad 1204p verläuft. Strahlführungsanordnung 1204 kann zum Erzeugen eines Vakuums in dem Vakuumsystem eingerichtet sein. Die einen oder mehreren Magneten können mittels elektrischer Spulen (kann auch als Elektromagneten bezeichnet werden) bereitgestellt sein oder werden (so genannte Beam guide assembly 1204 may include a vacuum system (e.g., one or more tubes) within which path 1204p extends. Beam guide assembly 1204 may be configured to create a vacuum in the vacuum system. The one or more magnets may be provided by means of electrical coils (may also be referred to as electromagnets) (so-called
Ablenkspulen). Die Vorrichtung 1300 kann optional eine Bestrahlungskammer 1204k aufweisen, in welcher der Bestrahlungsbereich 501 angeordnet ist. Die Strahlführungsanordnung 1204 kann ferner eine Strahlaustrittsöffnung (kann auch als Nozzle bezeichnet werden) aufweisen, aus welcher der Partikelstrahl in den Deflection coils). The device 1300 may optionally include an irradiation chamber 1204k in which the irradiation region 501 is disposed. The beam guiding arrangement 1204 can furthermore have a jet outlet opening (can also be referred to as nozzle), from which the particle jet into the
Bestrahlungsbereich 501 eintritt. Die Strahlaustrittsöffnung kann beispielsweise mittels eines vakuumdichten Fensters, z.B. aus Kunststoff (z.B. Kapton) bereitgestellt sein oder werden. Irradiation area 501 occurs. The jet outlet opening may be formed, for example, by means of a vacuum-tight window, e.g. plastic (e.g. Kapton).
Die Strahlführungsanordnung 1204 kann derart eingerichtet sein, dass die Lage The beam guiding arrangement 1204 can be set up such that the position
(Ausrichtung und/oder Position) der Strahlaustrittsöffnung relativ zu dem (Alignment and / or position) of the jet exit opening relative to the
Bestrahlungsbereich 501 verändert werden kann, z.B. gesteuert und/oder geregelt. Damit kann die räumliche Charakteristik des Partikelstrahls, z.B. eine Richtung aus welcher der Partikelstrahl in den Bestrahlungsbereich 501 eintritt und/oder eine Position an der der Partikelstrahl in den Bestrahlungsbereich 501 eintritt, angepasst sein oder werden. Irradiation area 501 can be changed, e.g. controlled and / or regulated. Thus, the spatial characteristics of the particle beam, e.g. a direction from which the particle beam enters the irradiation area 501 and / or a position at which the particle beam enters the irradiation area 501 may be adjusted.
Beispielsweise kann die Bestrahlungskammer 1204k drehbar gelagert sein. For example, the irradiation chamber 1204k may be rotatably mounted.
Die Strahlführungsanordnung 1204 kann optional, z.B. an der Strahlaustrittsöffnung, eine Strahldefokussieremheit aufweisen, welche zum Defokussieren des Partikelstrahls eingerichtet ist. Anschaulich kann der Partikelstrahl mittels der Strahldefokussieremheit aufgeweitet werden bevor dieser in den Bestrahlungsbereich 501 eintritt. The beam guiding assembly 1204 may optionally, e.g. at the beam exit opening, have a Strahldefokussieremheit which is set up to defocus the particle beam. Clearly, the particle beam can be widened by means of the beam-defocusing unit before it enters the irradiation area 501.
Anschaulich kann der Partikelstrahl entlang des Strahlengangs einen Durchmesser (z.B. von weniger als 10 Millimeter) aufweisen, welcher zu gering ist, um einen größerenIllustratively, the particle beam along the beam path may have a diameter (e.g., less than 10 millimeters) which is too small to accommodate a larger one
Zielbereich 904z flächendeckend zu bestrahlen. Mittels der Strahldefokussieremheit kann der Durchmesser des Partikelstrahls vergrößert werden, z.B. auf Grundlage einer räumlichen Ausdehnung des Zielbereichs 904z. Die Strahldefokussieremheit kann einen oder mehrere Folien aufweisen, durch welche der Partikelstrahl hindurch geführt wird. Target area 904z to be irradiated area-wide. By means of the beam defocusing unit, the diameter of the particle beam can be increased, e.g. based on a spatial extent of the target area 904z. The Strahldefokussieremheit may comprise one or more films through which the particle beam is passed.
Optional kann die Strahldefokussieremheit eine Blendenanordnung aufweisen, welche einen Strahlquerschnitt des Partikelstrahls begrenzt. Mittels der Blendenanordnung kann die Form des Strahlquerschnitts und/oder dessen Querschnittsfläche eingestellt werden, z.B. auf Grundlage einer räumlichen Ausdehnung des Zielbereichs 904z. Optionally, the Strahldefokussieremheit have a diaphragm arrangement which limits a beam cross-section of the particle beam. By means of the diaphragm arrangement, the shape of the beam cross-section and / or its cross-sectional area can be adjusted, e.g. based on a spatial extent of the target area 904z.
Alternativ oder zusätzlich kann zur Aufweitung des Partikelstrahls ein Abrastern mittels des Partikelstrahls erfolgen. Dazu kann der Partikelstrahl mittels eines elektromagnetischen Feldes abgelenkt werden. Anschaulich kann der Partikelstrahl den Zielbereich 904z Zeilefür-Zeile und/oder Schicht für Schicht abtasten. Bei welcher Eindringtiefe (Reichweite) der Partikelstrahl seine Energie an das Material abgibt, kann mittels der Geschwindigkeit der Partikel gesteuert und/oder geregelt werden. Je größer die Geschwindigkeit (d.h. kinetische Energie) der Partikel, desto größer ist die Reichweite des Partikelstrahls. Alternatively or additionally, a scanning by means of the particle beam can be carried out for widening the particle beam. For this purpose, the particle beam by means of an electromagnetic Field are distracted. Clearly, the particle beam can scan the target area 904z line by line and / or layer by layer. At which penetration depth (range) the particle beam emits its energy to the material can be controlled and / or regulated by means of the speed of the particles. The greater the speed (ie kinetic energy) of the particles, the greater the range of the particle beam.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können Bilddaten erzeugt werden, welche das Bestrahlen (z.B. zeitlich und/oder räumlich) mittels des Partikelstrahls repräsentieren, z.B. die bewirkte Bestrahlungsverteilung. Alternativ oder zusätzlich kann die räumliche Charakteristik des aus der Strahlaustrittsöffnung austretenden Partikelstrahls mit der vordefmierten Ziel-Bestrahlungsverteilung verglichen werden. According to various embodiments, image data representing the irradiation (e.g., temporally and / or spatially) by means of the particle beam, e.g. the induced irradiation distribution. Alternatively or additionally, the spatial characteristic of the particle beam emerging from the jet outlet opening can be compared with the predefined target irradiation distribution.
Anschaulich kann eine Echtzeitbildgebung des bestrahlten Volumens (z.B. an einer Position eines Tumors) bereitgestellt sein oder werden, zur adaptiven Bestrahlung und insbesondere der direkten Messung des Protonenstrahls im Material. Damit kann eineIllustratively, real-time imaging of the irradiated volume (e.g., at a position of a tumor) may or may not be provided, for adaptive irradiation, and more particularly, direct measurement of the proton beam in the material. This can be a
Echtzeit-Reichweiteverifikation und demzufolge eine adaptive Bestrahlung bereitgestellt sein oder werden. Real-time range verification and, consequently, be provided with adaptive radiation.
Fig.14 veranschaulicht eine Partikelstrahlquelle 1202 gemäß verschiedenen Fig. 14 illustrates a particle beam source 1202 according to various
Ausführungsformen in einer schematischen Querschnittsansicht oder Seitenansicht. Embodiments in a schematic cross-sectional view or side view.
Die Partikelstrahlquelle 1202 kann eine Partikelquelle 1404 aufweisen. Ferner kann die Partikelstrahlquelle 1202 einen Polarisator 1402 aufweisen. Der Polarisator 1402 kann eingerichtet sein, den von der Partikelquelle 1404 emittierten Partikelstrahl 506 zu polarisieren. Der von der Partikelquelle 1404 emittierte Partikelstrahl 506 kann geladene Partikel (z.B. Protonen oder Ionen) aufweisen oder ungeladene Partikel (z.B. Atome). Mit anderen Worten kann die Partikelquelle 1404 eine Ionenquelle, eine Protonenquelle oder eine Atomquelle sein. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Polarisator 1402 von dem emittierten Partikelstrahl 506 einen ersten Partikelstrahl 506a und/oder einen zweiten Partikelstrahl 506b abspalten. The particle beam source 1202 may include a particle source 1404. Further, the particle beam source 1202 may include a polarizer 1402. The polarizer 1402 may be configured to polarize the particle beam 506 emitted by the particle source 1404. The particle beam 506 emitted by the particle source 1404 may include charged particles (e.g., protons or ions) or uncharged particles (e.g., atoms). In other words, the particle source 1404 may be an ion source, a proton source or an atom source. According to various embodiments, the polarizer 1402 may split off a first particle beam 506a and / or a second particle beam 506b from the emitted particle beam 506.
Der erste Partikelstrahl 506a und/oder der zweite Partikelstrahl 506b können eine größere Polarisation aufweisen, als der von der Partikelstrahlquelle 1202 emittierte Partikelstrahl 506. Der erste Partikelstrahl 506a und der zweite Partikelstrahl 506b können sich in ihrer Polarisation unterscheiden, z.B. in ihrer Polarisationsrichtung. Genau zwei Partikelstrahlen 506a, 506b können bei Partikeln gebildet werden, welche einen Spin lA aufweisen. Bei Partikeln, welche einen höheren Spin als Spin lA aufweisen, können mehr als zwei The first particle beam 506a and / or the second particle beam 506b can have a greater polarization than the particle beam 506 emitted by the particle beam source 1202. The first particle beam 506a and the second particle beam 506b can differ in their polarization, for example in their polarization direction. Exactly two particle beams 506a, 506b can be formed on particles having a spin I A. For particles which have a higher spin than Spin l A, more than two can be used
Partikelstrahlen 506a, 506b gebildet werden. Der Polarisator 1402 kann zum Erzeugen eines Magnetfelds 1402m eingerichtet sein, durch welches der Partikelstrahl 506 hindurch geführt wird. Das Magnetfeld 1402m kann beispielsweise eingerichtet sein, den Partikelstrahl 506 in den ersten Partikelstrahl 506a und den zweiten Partikelstrahl 506b (anschaulich zwei getrennte Teilstrahlen) Particle beams 506a, 506b are formed. The polarizer 1402 may be configured to generate a magnetic field 1402m through which the particle beam 506 passes. The magnetic field 1402m can be set up, for example, the particle beam 506 into the first particle beam 506a and the second particle beam 506b (illustratively two separate partial beams).
aufzuspalten. Das Magnetfeld 1402m kann einen Gradienten (z.B. in der magnetischen Flussdichte) aufweisen, welcher quer zu dem Partikelstrahl 506 ausgerichtet ist. split. The magnetic field 1402m may include a gradient (e.g., in magnetic flux density) that is oriented transversely to the particle beam 506.
Zum Erzeugen des Magnetfelds 1402m kann der Polarisator 1402 einen ersten For generating the magnetic field 1402m, the polarizer 1402 may have a first
magnetischen Pol 1402a und einen zweiten magnetischen Pol 1402b aufweisen, zwischen denen das Magnetfeld 1402m gebildet wird. Optional kann der Polarisator 1402 mehr als zwei magnetische Pole aufweisen, z.B. vier oder sechs. Beispielsweise kann der Polarisator einen Sechspolmagnet aufweisen. Der Partikelstrahl 506 kann auch in mehr als zwei Teilstrahlen aufgespalten werden. magnetic pole 1402a and a second magnetic pole 1402b, between which the magnetic field 1402m is formed. Optionally, the polarizer 1402 may have more than two magnetic poles, e.g. four or six. For example, the polarizer may have a six-pole magnet. The particle beam 506 can also be split into more than two partial beams.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können der erste Partikelstrahl 506a und/oder der zweite Partikelstrahl 506b in den Bestrahlungsbereich geführt werden. Mit anderen Worten können der erste Partikelstrahl 506a und/oder der zweite Partikelstrahl 506b zum Bestrahlen verwendet werden. According to various embodiments, the first particle beam 506a and / or the second particle beam 506b may be guided into the irradiation area. In other words, the first particle beam 506a and / or the second particle beam 506b may be used for irradiation.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können der erste Partikelstrahl 506a und/oder der zweite Partikelstrahl 506b hyperpolarisiert sein. According to various embodiments, the first particle beam 506a and / or the second particle beam 506b may be hyperpolarized.
Beispielsweise kann mittels der Partikelquelle 1404 (z.B. einer Atomquelle) eine Vielzahl Atome als neutraler (ungeladener) Partikelstrahl 506 (d.h. Atomstrahl 506) bereitgestellt sein oder werden. Der Atomstrahl 506 kann mittels des Polarisators 1402 in zumindest zwei Atomstrahlen 506a, 506b aufgespalten werden, welche sich in ihrer Polarisation unterscheiden (d.h. diese weisen polarisierte Atome auf). Mittels einer Ionisiereinheit 1406 können die polarisierten Atome (z.B. des ersten Atomstrahls 506a und/oder des zweiten Atomstrahls 506b) ionisiert werden. Mit anderen Worten kann ein geladener (z.B. For example, by means of the particle source 1404 (e.g., an atomic source), a plurality of atoms may or may not be provided as a neutral (uncharged) particle beam 506 (i.e., atomic beam 506). The atom beam 506 may be split by means of the polarizer 1402 into at least two atom beams 506a, 506b which differ in their polarization (i.e., they have polarized atoms). By means of an ionizing unit 1406, the polarized atoms (e.g., the first atomic beam 506a and / or the second atomic beam 506b) may be ionized. In other words, a charged (e.g.
polarisierter) erster Partikelstrahl 506a und/oder ein geladener (z.B. polarisierter) zweiter Partikelstrahl 506a bereitgestellt sein oder werden. Wird ein Wasserstoffgas als Atomquelle verwendet, können mittels des Ionisierens der Atome (z.B. polarisierte) Protonen bereitgestellt werden. Alternativ kann ein anderes Gas als Wasserstoffgas als Atomquelle verwendet werden. Dann können mittels des Ionisierens der Atome (z.B. polarisierte) Ionen bereitgestellt werden. polarized) first particle beam 506a and / or a charged (eg polarized) second particle beam 506a may be provided. If a hydrogen gas is used as the atomic source, it is possible to provide (eg polarized) protons by ionizing the atoms. Alternatively, a gas other than hydrogen gas may be used as the atom source. Then, by ionizing the atoms (eg, polarized) ions can be provided.
Zum Erhöhen des Wirkungsgrads können die Partikel mittels einer Kryostatkammer gekühlt werden, z.B. vor dem Polarisieren mittels des Polarisators 1402. To increase the efficiency, the particles can be cooled by means of a cryostat chamber, e.g. before polarizing by means of the polarizer 1402.
Fig.15 veranschaulicht ein Verfahren 1500 gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einem schematischen Ablaufdiagram. FIG. 15 illustrates a method 1500 according to various embodiments in a schematic flow diagram.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren 1500 in 1501 aufweisen: Erzeugen eines Magnetfeldes in einem Bestrahlungsbereich, in dem ein Material angeordnet ist, wobei das Magnetfeld eine Larmorfrequenz des Materials definiert. Ferner kann das Verfahren 1500 in 1503 aufweisen: Erzeugen eines Partikelstrahls, wobei der Partikelstrahl mehrere Pulse aufweist, deren Häufigkeit eine Frequenz (Pulsfrequenz) des Partikelstrahls definiert, welche verschieden ist von der Larmorfrequenz. Ferner kann das Verfahren 1500 in 1505 aufweisen: Bestrahlen des Materials mittels des Partikelstrahls, wobei der Partikelstrahl ein weiteres Magnetfeld erzeugt, welches das Magnetfeld überlagert. Ferner kann das Verfahren 1500 in 1507 aufweisen: Modulieren des According to various embodiments, the method 1500 may include in 1501: generating a magnetic field in an irradiation region in which a material is disposed, wherein the magnetic field defines a Larmor frequency of the material. Furthermore, the method 1500 may include in 1503: generating a particle beam, the particle beam having a plurality of pulses whose frequency defines a frequency (pulse frequency) of the particle beam other than the Larmor frequency. Furthermore, the method 1500 may include 1505: irradiating the material by means of the particle beam, wherein the particle beam generates a further magnetic field which superimposes the magnetic field. Further, the method 1500 may include 1507: modulating the
Partikelstrahls mit der Larmorfrequenz. Ferner kann das Verfahren 1500 in 1509 aufweisen: Erfassen einer Anregung des Materials, welche durch das weitere Magnetfeld bewirkt wird. Ferner kann das Verfahren 1500 in 1511 aufweisen: Ermitteln einer räumlichen Charakteristik des Partikelstrahls auf Grundlage der Anregung. Particle beam with the Larmor frequency. Further, the method 1500 may include 1509: detecting excitation of the material caused by the additional magnetic field. Further, the method 1500 may include in 1511: determining a spatial characteristic of the particle beam based on the excitation.
Das Verfahren kann ferner eingerichtet sein, wie hierin beschrieben ist. The method may be further configured as described herein.
Das Verfahren kann optional aufweisen: Ionisieren der Partikel des Partikelstrahls, z.B. vor dem Bestrahlen. The method may optionally include ionizing the particles of the particle beam, e.g. before the irradiation.
Das Verfahren kann optional aufweisen: Darstellen von Daten, welche die räumliche Charakteristik des Partikelstrahls repräsentieren. The method may optionally include: representing data representing the spatial characteristics of the particle beam.
Optional können ein drittes Magnetfeld (z.B. ein niederfrequentes magnetisches Störfeld) und/oder ein zweites Magnetfeld (z.B. ein hochfrequentes magnetisches Anregungsfeld) erzeugt werden, z.B. extern, z.B. mittels einer Magnetanordnung. Fig.16 veranschaulicht ein Verfahren 1600 gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einem schematischen Ablaufdiagram. Optionally, a third magnetic field (eg a low-frequency magnetic interference field) and / or a second magnetic field (eg a high-frequency magnetic excitation field) can be generated, eg externally, eg by means of a magnet arrangement. 16 illustrates a method 1600 according to various embodiments in a schematic flow diagram.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Satz erster Bilddaten 902 erzeugt werden, z.B. auf Grundlage der Anregung der polarisierten Partikel und/oder auf According to various embodiments, a set of first image data 902 may be generated, e.g. based on the excitation of the polarized particles and / or on
Grundlage der Anregung des Materials 601. Die ersten Bilddaten 902 können die räumliche Charakteristik des Partikelstrahls 506 repräsentieren, z.B. dessen Trajektorie und/oder räumliche Intensitätsverteilung. Der Satz erste Bilddaten 902 kann mehrere erste Bilddaten aufweisen, welche sich voneinander in zumindest einer räumlichen Dimension 1603 und/oder zumindest einer zeitlichen Dimension 1603 unterscheiden. The basis of the excitation of the material 601. The first image data 902 may represent the spatial characteristic of the particle beam 506, e.g. its trajectory and / or spatial intensity distribution. The set of first image data 902 may comprise a plurality of first image data which differ from each other in at least one spatial dimension 1603 and / or at least one temporal dimension 1603.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Satz zweiter Bilddaten 904 erzeugt werden. Die zweiten Bilddaten 904 können die räumliche Charakteristik des Materials 601 repräsentieren. Der Satz zweite Bilddaten 904 kann mehrere zweite Bilddaten aufweisen, welche sich voneinander in zumindest einer räumlichen Dimension 1603 und/oder zumindest einer zeitlichen Dimension 1603 unterscheiden. According to various embodiments, a set of second image data 904 may be generated. The second image data 904 may represent the spatial characteristic of the material 601. The set of second image data 904 may include a plurality of second image data that differ from each other in at least one spatial dimension 1603 and / or at least one temporal dimension 1603.
Beispielsweise können die Bilddaten des Satzes von ersten Bilddaten 902 und/oder des Satzes von zweiten Bilddaten 904 einen zeitlichen Verlauf repräsentieren, z.B. kann den Bilddaten jeweils ein Zeitpunkt zugeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich können die Bilddaten einen räumlichen Verlauf repräsentieren, z.B. kann den Bilddaten jeweils eine Position im Raum zugeordnet sein. Beispielsweise können die Bilddaten einen Querschnitt durch den Bestrahlungsbereich 501 repräsentieren. Die Dimensionen 1601, 1605 der ersten Bilddaten und der zweiten Bilddaten können paarweise einander gleichen. Mit anderen Worten können den Bilddaten des Satzes erster Bilddaten 902 jeweils Bilddaten des Satzes zweiter Bilddaten 904 zugeordnet sein, z.B. gemäß der Dimensionen 1601, 1605. For example, the image data of the set of first image data 902 and / or the set of second image data 904 may represent a time history, e.g. each time can be assigned to the image data. Alternatively or additionally, the image data may represent a spatial course, e.g. the image data can each be assigned a position in space. For example, the image data may represent a cross section through the irradiation area 501. The dimensions 1601, 1605 of the first image data and the second image data may be equal in pairs. In other words, the image data of the set of first image data 902 may be assigned image data of the set of second image data 904, e.g. according to the dimensions 1601, 1605.
Die Bilddaten können jeweils eine räumliche erste Dimension 1601 und eine räumliche zweite Dimension 1605 repräsentieren. Die räumliche erste Dimension 1601 und die räumliche zweite Dimension 1605 können beispielsweise zwei Richtungen im Ortsraum sein, welche z.B. eine Fläche aufspannen (entlang derer der Querschnitt verläuft). Die Bilddaten können eine dritte Dimension repräsentieren, welche eine räumliche dritte Dimension (z.B. eine dritte Richtung im Ortsraum, anschaulich ein Tiefe) sein kann oder eine zeitliche dritte Dimension (z.B. ein Zeitpunkt). The image data may each represent a spatial first dimension 1601 and a spatial second dimension 1605. For example, the spatial first dimension 1601 and the spatial second dimension 1605 may be two directions in spatial space, which may be e.g. span a surface (along which the cross-section runs). The image data may represent a third dimension, which may be a spatial third dimension (e.g., a third direction in spatial space, illustratively a depth) or a temporal third dimension (e.g., a time).
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können der erste Satz Bilddaten 902 und/oder der zweite Satz Bilddaten 904 dreidimensionale Informationen repräsentieren. Beispielsweise können die Bilddaten des ersten Satzes Bilddaten 902 und/oder des zweiten Satz Bilddaten 904 jeweils zweidimensionale Informationen repräsentieren. According to various embodiments, the first set of image data 902 and / or the second set of image data 904 may represent three-dimensional information. For example, the image data of the first set of image data 902 and / or the second set of image data 904 may each represent two-dimensional information.
Das Verfahren 1600 kann aufweisen, die ersten Bilddaten 902 und die zweiten Bilddaten 904 zu überlagern 901, z.B. zum Korrelieren der räumlichen Charakteristik des The method 1600 may include overlaying the first image data 902 and the second image data 904 901, e.g. for correlating the spatial characteristics of the
Partikelstrahls 506 und der räumlichen Charakteristik des Materials 601. Das Überlagern kann unter Berücksichtigung der Dimensionen der ersten Bilddaten und der zweiten Bilddaten erfolgen. Anschaulich können jeweils die Bilddaten, welche in deren  Particle beam 506 and the spatial characteristics of the material 601. The superimposing can take place taking into account the dimensions of the first image data and the second image data. Illustratively, the image data, which in their
Dimensionen 1601, 1605 übereinstimmen, miteinander überlagert werden. Dimensions 1601, 1605 coincide with each other.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Auswerteeinheit 510 eingerichtet sein, das Verfahren 1600 durchzuführen. According to various embodiments, the evaluation unit 510 may be configured to perform the method 1600.
Fig.17 veranschaulicht ein Verfahren 1700 gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einem schematischen Ablaufdiagram. FIG. 17 illustrates a method 1700 according to various embodiments in a schematic flowchart.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die Bilddaten, z.B. die ersten Bilddaten, die zweiten Bilddaten und/oder deren Überlagerung, mittels einer Anzeige 1702 (z.B. ein Monitor) dargestellt 1701 werden. Mit anderen Worten kann die Anzeige 1702 zum According to various embodiments, the image data, e.g. the first image data, the second image data, and / or their overlay are displayed 1701 by a display 1702 (e.g., a monitor). In other words, the display 1702 may be for
Anzeigen 1701 der Bilddaten eingerichtet sein. Display 1701 of the image data to be established.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Auswerteeinheit 510 eingerichtet sein, das Verfahren 1700 durchzuführen. Die Anzeige 1702 kann beispielsweise eine According to various embodiments, the evaluation unit 510 may be configured to perform the method 1700. The display 1702 may be, for example, a
Flüssigkristallanzeige oder eine Leuchtdiodenanzeige aufweisen oder daraus gebildet sein. Have or be formed of liquid crystal display or a light emitting diode display.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Anregung der Partikel eine According to various embodiments, the excitation of the particles may be a
Spinresonanz der Partikel repräsentieren. Represent spin resonance of the particles.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Anregung des Materials eine According to various embodiments, the excitation of the material may be a
Kernspinresonanz des Materials repräsentieren. Represent nuclear magnetic resonance of the material.
Anschaulich kann ein hierin beschriebenes Verfahren zum Durchführen einer Illustratively, a method described herein for performing a
Kernspintomographie (kann auch als Magnetresonanztomographie bezeichnet werden) eingerichtet sein. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann neben einer Lage und Form des Materials (z.B. von Organen) auch Informationen über dessen Mikrostruktur und Funktion (z.B. einer Durchblutung) ermittelt und/oder dargestellt werden. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Echtzeit- Magnetresonanztomographie erfolgen, z.B. zum Ermitteln und/oder filmischen Darstellen bewegter Gelenke oder Organe (z. B. eines Herzens). Magnetic resonance imaging (may also be referred to as magnetic resonance imaging) be set up. According to various embodiments, information about its microstructure and function (eg a blood circulation) can be determined and / or displayed in addition to a position and shape of the material (eg of organs). According to various embodiments, a real-time magnetic resonance tomography may be performed, eg for the determination and / or cinematic presentation of moving joints or organs (for example of a heart).
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Magnetresonanzangiographie (MRA) erfolgen, z.B. zum Ermitteln und/oder Darstellen von Gefäßen. According to various embodiments, magnetic resonance angiography (MRA) may be performed, e.g. for detecting and / or representing vessels.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine funktionelle According to various embodiments, a functional
Magnetresonanztomographie (fMRT oder fMRI) erfolgen, z.B. zum Ermitteln und/oder Darstellen von Funktionen des Gehirns. Magnetic resonance imaging (fMRI or fMRI), e.g. for determining and / or presenting functions of the brain.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Perfusions-MRT erfolgen, z.B. zum Ermitteln und/oder Darstellen von Gewebedurchblutung. According to various embodiments, perfusion MRI may be performed, e.g. for determining and / or presenting tissue perfusion.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Diffusions- bzw. Diffusions-Tensor- Bildgebung (DTI) erfolgen, z.B. zum Ermitteln und/oder Darstellen einer virtuellen Rekonstruktion von Nervenfaserverbindungen. According to various embodiments, diffusion tensor imaging (DTI) may be performed, e.g. for determining and / or presenting a virtual reconstruction of nerve fiber connections.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das statische Magnetfeld mittels eines oder mehrerer Permanentmagnete und/oder mittels eines oder mehrerer Elektromagnete erzeugt werden, z.B. für magnetische Flussdichten bis zu 0,5 Tesla (T). Zum Erzeugen größerer magnetischer Flussdichten können z.B. supraleitende Magnetspulen verwendet werden. According to various embodiments, the static magnetic field may be generated by means of one or more permanent magnets and / or by means of one or more electromagnets, e.g. for magnetic flux densities up to 0.5 Tesla (T). For generating larger magnetic flux densities, e.g. superconducting solenoids are used.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die Atomkerne im untersuchten Material (z.B. Gewebe) durch eine Kombination eines statischen Magnetfelds (kann auch als erstes Magnetfeld oder Hintergrundfeld bezeichnet werden) und eines hochfrequenten Magnetfelds (kann auch als magnetisches Anregungsfeld bezeichnet werden, z.B. das zweite Magnetfeld und/oder das weitere Magnetfeld) angeregt werden, z.B. According to various embodiments, the atomic nuclei in the examined material (eg tissue) may be referred to as a magnetic field (may also be referred to as a first magnetic field or background field) and a high frequency magnetic field (may also be referred to as a magnetic excitation field, eg the second magnetic field and / or the further magnetic field) are excited, eg
phasensynchron. Durch die Anregung kann eine messbare Emission in Form eines magnetischen Wechselfeldes (kann auch als magnetisches Antwortfeld bezeichnet werden) erzeugt werden, welche z.B. andauert, bis die Anregung abgeklungen ist. Die Anregung kann eine Larmorpräzession sein. Sowohl zum Anregen des Materials als auch zum Erfassen der Emission kann eine Resonanzbedingung erfüllt sein oder werden. Aufgrund der Resonanzbedingung kann mittels eines inhomogenen (z.B. statischen oder phase synchronous. By the excitation, a measurable emission in the form of an alternating magnetic field (can also be referred to as a magnetic response field) are generated, which, for example, lasts until the excitation has subsided. The stimulus can be a Larmor precession. Both to stimulate the material as well as to Detecting the emission, a resonance condition may or may not be satisfied. Due to the resonance condition, an inhomogeneous (eg static or
niederfrequenten) Magnetfelds (kann auch als drittes Magnetfeld oder magnetisches Störfeld bezeichnet werden) der Ort der präzedierenden Atomkerne ermittelt werden. Low frequency magnetic field (can also be referred to as a third magnetic field or magnetic interference field), the location of the precessing atomic nuclei are determined.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die spinpolarisierten Partikel (z.B. Protonen) durch ein Magnetfeld angeregt werden, z.B. phasensynchron. Durch die Anregung kann eine messbare Emission in Form eines magnetischen Wechselfeldes erzeugt werden, welche z.B. andauert, bis die Anregung abgeklungen ist. Die Anregung kann eine Spinpräzession der Partikel sein (und kann analog zur Larmorpräzession erfolgen). Sowohl zum Anregen der Partikel als auch zum Erfassen der Emission kann eine Resonanzbedingung erfüllt sein oder werden. Aufgrund der Resonanzbedingung kann mittels eines inhomogenen (z.B. statischen oder niederfrequenten) Magnetfelds (kann auch als drittes Magnetfeld oder magnetisches Störfeld bezeichnet werden) der Ort der präzedierenden Partikel ermittelt werden. According to various embodiments, the spin-polarized particles (e.g., protons) may be excited by a magnetic field, e.g. phase synchronous. By the excitation, a measurable emission in the form of an alternating magnetic field can be generated, which e.g. lasts until the suggestion has subsided. The excitation may be a spin precession of the particles (and may be analogous to the Larmor precession). Both for exciting the particles and for detecting the emission, a resonance condition may or may not be met. Due to the resonance condition, the location of the precessing particles can be determined by means of an inhomogeneous (e.g., static or low frequency) magnetic field (may also be referred to as the third magnetic field or magnetic interference field).
Einige Atomkerne (wie etwa die Wasserstoffkerne) des Materials, z.B. in dessen Some atomic nuclei (such as the hydrogen nuclei) of the material, e.g. in whose
Molekülen, und/oder die Partikel können einen Eigendrehimpuls (kann auch als Spin bezeichnet werden) aufweisen, d.h. magnetisch sein. Eine Wechselwirkung des Spins mit dem statischen Magnetfeld kann eine longitudinale Magnetisierung (d.h. entlang der Feldrichtung des Magnetfelds) bewirken. Optional kann ein zusätzliches magnetisches (z.B. hochfrequentes) Wechselfeld (magnetisches Anregungsfeld) den Spin entlang der Feldrichtung des Magnetfelds auslenken (anschaulich kippen). Eine Wechselwirkung des Spins mit dem magnetischen Wechselfeld kann eine zumindest teilweise (teilweise oder vollständige) transversale Magnetisierung (d.h. quer zur Feldrichtung des Magnetfelds) bewirken. Das magnetische Wechselfeld kann beispielsweise eine Frequenz im Molecules, and / or the particles may have an intrinsic angular momentum (may also be referred to as spin), i. be magnetic. An interaction of the spin with the static magnetic field can cause a longitudinal magnetization (i.e., along the field direction of the magnetic field). Optionally, an additional magnetic (e.g., high frequency) alternating field (magnetic excitation field) may deflect (flip) the spin along the field direction of the magnetic field. Interaction of the spin with the alternating magnetic field may cause at least partial (partial or complete) transverse magnetization (i.e., transverse to the field direction of the magnetic field). The alternating magnetic field, for example, a frequency in
Radiofrequenzbereich aufweisen. Radiofrequency range have.
Die transversale Magnetisierung kann um die Feldrichtung des Magnetfeldes präzedieren (Larmorpräzession), d.h. die Magnetisierungsrichtung kann rotieren. Diese The transverse magnetization can precess around the field direction of the magnetic field (Larmor precession), i. the magnetization direction can rotate. These
Präzessionsbewegung der Magnetisierung kann in der Sensor anordnung (z.B. deren Spule) eine elektrische Spannung induzieren, welche erfasst werden kann. Die Amplitude der elektrischen Spannung kann proportional zur transversalen Magnetisierung sein. Nach Abschalten des magnetischen Wechselfeldes kann die transversale Magnetisierung abnehmen, d.h. die Spins richten sich also wieder parallel zum statischen Magnetfeld aus. Diese sogenannte Relaxation kann eine charakteristische Relaxationszeit definieren. Die Relaxationszeit kann Rückschlüsse auf chemische Verbindungen und/oder die molekulare Umgebung ermöglichen, in der sich der präzedierende Spin befindet. Precession movement of the magnetization can in the sensor arrangement (eg the coil) induce an electrical voltage, which can be detected. The amplitude of the electrical voltage can be proportional to the transverse magnetization. After switching off the alternating magnetic field, the transverse magnetization can decrease, ie the spins align themselves again parallel to the static magnetic field. This so-called relaxation can define a characteristic relaxation time. The Relaxation time may allow conclusions to be drawn about chemical compounds and / or the molecular environment in which the precessing spin is located.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das magnetische Anregungsfeld mittels eines modulierten Partikelstrahls erzeugt werden. In dem Fall kann der Partikelstrahl eine Larmorpräzession des Materials anregen (anschaulich nur in der Umgebung des According to various embodiments, the magnetic excitation field may be generated by means of a modulated particle beam. In that case, the particle beam can excite a Larmor precession of the material (clearly only in the environment of the
Partikelstrahls), welche erfasst werden kann. Auf Grundlage der räumlichen Verteilung der Larmorpräzession des Materials kann die räumliche Charakteristik des Partikelstrahls ermittelt werden. Anschaulich emittiert das Material nur in der Umgebung des Particle beam), which can be detected. Based on the spatial distribution of the Larmor precession of the material, the spatial characteristics of the particle beam can be determined. Clearly, the material emits only in the environment of
Partikelstrahls . Particle beam.
Alternativ oder zusätzlich kann das statische Magnetfeld mit einem magnetischen Störfeld überlagert werden, welches mittels des Partikelstrahls erzeugt werden kann. Ferner kann ein extern erzeugtes Anregungsfeld eine Larmorpräzession des Materials anregen. Alternatively or additionally, the static magnetic field can be superimposed with a magnetic interference field, which can be generated by means of the particle beam. Furthermore, an externally generated excitation field can excite a Larmor precession of the material.
Anschaulich wird in der Umgebung des Partikelstrahls die Larmorpräzession des Materials von dem magnetischen Störfeld gestört. Auf Grundlage der räumlichen Verteilung der Störung der Larmorpräzession des Materials kann die räumliche Charakteristik des Partikelstrahls ermittelt werden. Anschaulich wird die Larmorpräzession des Materials nur in der Umgebung des Partikelstrahls gestört. Clearly, in the vicinity of the particle beam, the Larmor precession of the material is disturbed by the magnetic interference field. Based on the spatial distribution of the disorder of the Larmorpräzession the material, the spatial characteristics of the particle beam can be determined. Clearly, the Larmor precession of the material is disturbed only in the vicinity of the particle beam.
Alternativ oder zusätzlich kann ein spinpolarisierter Partikelstrahl angeregt werden und dessen Emission erfasst werden. Anschaulich kann nur entlang des Partikelstrahls ein entsprechendes magnetisches Antwortfeld der Partikel entstehen. Alternatively or additionally, a spin-polarized particle beam can be excited and its emission can be detected. Clearly, only along the particle beam can a corresponding magnetic response field of the particles be formed.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren ( 100), aufweisend: A method (100), comprising:
• Erzeugen (101) eines Magnetfeldes in einem Bestrahlungsbereich;  Generating (101) a magnetic field in an irradiation area;
• Bestrahlen (103) des Bestrahlungsbereichs mittels eines Partikelstrahls, welcher spinpolarisierte Partikel aufweist;  Irradiating (103) the irradiation area by means of a particle beam having spin-polarized particles;
• Erfassen (105) einer Anregung der spinpolarisierten Partikel, welche durch das Magnetfeld bewirkt wird; und  Detecting (105) excitation of the spin-polarized particles caused by the magnetic field; and
• Ermitteln (107) einer räumlichen Charakteristik des Partikelstrahls auf  • determining (107) a spatial characteristic of the particle beam
Grundlage der Anregung.  Basis of the suggestion.
2. Verfahren (200), aufweisend: 2. Method (200), comprising:
• Erzeugen (201) eines Magnetfeldes in einem Bestrahlungsbereich, in dem ein Material angeordnet ist, wobei das Magnetfeld eine Larmorfrequenz des Materials definiert;  Generating (201) a magnetic field in an irradiation area in which a material is arranged, the magnetic field defining a Larmor frequency of the material;
• Bestrahlen (203) des Materials mittels eines Partikelstrahls, wobei der  Irradiating (203) the material by means of a particle beam, wherein the
Partikelstrahl ein weiteres Magnetfeld erzeugt, welches das Magnetfeld überlagert;  Particle beam generates a further magnetic field which superimposes the magnetic field;
• Erfassen (205) einer Veränderung der Larmorfrequenz, welche durch das weitere Magnetfeld bewirkt wird; und  Detecting (205) a change in the Larmor frequency caused by the further magnetic field; and
• Ermitteln (207) einer räumlichen Charakteristik des Partikelstrahls auf  • determining (207) a spatial characteristic of the particle beam
Grundlage der Veränderung.  Basis of change.
3. Verfahren (1500), aufweisend: 3. Method (1500), comprising:
• Erzeugen (1501) eines Magnetfeldes in einem Bestrahlungsbereich, in dem ein Material angeordnet ist, wobei das Magnetfeld eine Larmorfrequenz des Materials definiert;  Generating (1501) a magnetic field in an irradiation region in which a material is disposed, the magnetic field defining a Larmor frequency of the material;
• Erzeugen (1503) eines Partikelstrahls, wobei der Partikelstrahl mehrere Pulse aufweist, deren Häufigkeit eine Frequenz des Partikelstrahls definiert, welche verschieden ist von der Larmorfrequenz;  Generating (1503) a particle beam, the particle beam having a plurality of pulses whose frequency defines a frequency of the particle beam other than the Larmor frequency;
• Bestrahlen (1505) des Materials mittels des Partikelstrahls, wobei der  Irradiating (1505) the material by means of the particle beam, wherein the
Partikelstrahl ein weiteres Magnetfeld erzeugt, welches das Magnetfeld überlagert;  Particle beam generates a further magnetic field which superimposes the magnetic field;
• Modulieren (1507) des Partikelstrahls mit der Larmorfrequenz;  Modulating (1507) the particle beam at the Larmor frequency;
• Erfassen (1509) einer Anregung des Materials, welche durch das weitere Magnetfeld bewirkt wird; und • Ermitteln (1511) einer räumlichen Charakteristik des Partikelstrahls auf Grundlage der Anregung. Detecting (1509) excitation of the material caused by the further magnetic field; and • determining (1511) a spatial characteristic of the particle beam based on the excitation.
Verfahren (1500) gemäß Anspruch 3, Method (1500) according to claim 3,
wobei die Frequenz eine Umlauffrequenz ist, mit der der Partikelstrahl erzeugt wird. wherein the frequency is a rotational frequency at which the particle beam is generated.
Verfahren (1500) gemäß Anspruch 3, Method (1500) according to claim 3,
wobei das Erzeugen des Partikelstrahls aufweist, den Partikelstrahl zum Bilden der mehreren Pulse mit der Frequenz auszublenden, und wherein generating the particle beam comprises fading the particle beam to form the plurality of pulses at the frequency, and
wobei das Ausblenden des Partikelstrahls und das Erfassen der Anregung abwechselnd erfolgen. wherein the masking of the particle beam and the detection of the excitation take place alternately.
Verfahren (1500) gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5, Method (1500) according to one of claims 3 to 5,
wobei das Modulieren aufweist, eine Amplitude des Partikelstrahls mit der wherein modulating comprises an amplitude of the particle beam with the
Larmorfrequenz zu variieren.  Larmor frequency to vary.
Verfahren (100, 200, 1500) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, Method (100, 200, 1500) according to one of claims 1 to 6,
wobei die räumliche Charakteristik des Partikelstrahls eine räumliche wherein the spatial characteristics of the particle beam a spatial
Energieverteilung des Partikelstrahls repräsentiert. Energy distribution of the particle beam represents.
Verfahren (100, 200, 1500) gemäß Anspruch 7, Method (100, 200, 1500) according to claim 7,
wobei das Erfassen der Anregung aufweist einen Doppler-Effekt des Partikelstrahls zu erfassen, und wherein detecting the excitation comprises detecting a Doppler effect of the particle beam, and
wobei die räumliche Energieverteilung des Partikelstrahls auf Grundlage des Doppler-Effekts ermittelt wird. wherein the spatial energy distribution of the particle beam is determined based on the Doppler effect.
Verfahren (100, 200, 1500) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, ferner aufweisend: Ermitteln einer räumlichen Charakteristik des Materials, welches in dem A method (100, 200, 1500) according to any one of claims 1 to 8, further comprising: determining a spatial characteristic of the material used in the
Bestrahlungsbereich angeordnet ist. Irradiation range is arranged.
Verfahren (100, 200, 1500) gemäß Anspruch 9, ferner aufweisend: The method (100, 200, 1500) of claim 9, further comprising:
Identifizieren eines Zielbereichs des Materials, welcher mittels des Partikelstrahls bestrahlt werden soll, auf Grundlage der räumlichen Charakteristik des Materials; und Identifying a target area of the material to be irradiated by the particle beam based on the spatial characteristic of the material; and
Bestrahlen des Zielbereichs mittels des Partikelstrahls. Irradiating the target area by means of the particle beam.
11. Verfahren (100, 200, 1500) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, ferner aufweisend: The method (100, 200, 1500) according to any one of claims 1 to 10, further comprising:
Erzeugen eines Satzes von ersten Bilddaten, welcher die räumliche Charakteristik des Partikelstrahls repräsentiert, und  Generating a set of first image data representing the spatial characteristic of the particle beam, and
Erzeugen eines Satzes von zweiten Bilddaten, welcher eine räumliche  Generating a set of second image data which is a spatial
Charakteristik des Materials in dem Bestrahlungsbereich repräsentiert; und Überlagern der ersten Bilddaten und der zweiten Bilddaten.  Represents characteristic of the material in the irradiation area; and superimposing the first image data and the second image data.
12. Verfahren (100, 200, 1500) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, ferner 12. The method (100, 200, 1500) according to any one of claims 1 to 11, further
aufweisend:  comprising:
Steuern und/oder Regeln des Partikelstrahls auf Grundlage der räumlichen  Controlling and / or controlling the particle beam based on the spatial
Charakteristik des Partikelstrahls; und/oder  Characteristic of the particle beam; and or
Steuern und/oder Regeln des Materials auf Grundlage der räumlichen  Taxes and / or rules of material based on the spatial
Charakteristik des Partikelstrahls.  Characteristic of the particle beam.
13. Verfahren (100, 200, 1500) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, 13. Method (100, 200, 1500) according to one of claims 1 to 12,
wobei das Ermitteln der räumlichen Charakteristik des Partikelstrahls in Echtzeit erfolgt.  wherein the determination of the spatial characteristics of the particle beam in real time.
14. Vorrichtung, aufweisend: 14. Device comprising:
• einen Bestrahlungsbereich;  • an irradiation area;
• eine Magnetanordnung zum Erzeugen eines Magnetfeldes in dem  A magnet arrangement for generating a magnetic field in the
Bestrahlungsbereich;  Irradiation region;
• eine Partikelstrahlkanone, welche zum Bestrahlen des Bestrahlungsbereichs mittels eines Partikelstrahls eingerichtet ist;  A particle beam gun, which is set up to irradiate the irradiation area by means of a particle beam;
• eine Sensoranordnung, welche zum Erfassen einer Anregung in dem  A sensor arrangement which is used to detect an excitation in the
Bestrahlungsbereich eingerichtet ist;  Irradiation area is set up;
• eine Auswerteeinheit, welche zum Ermitteln einer räumlichen Charakteristik des Partikelstrahls auf Grundlage der Anregung eingerichtet ist; und An evaluation unit which is set up to determine a spatial characteristic of the particle beam on the basis of the excitation; and
• eine Steuerung, welche zum Steuern und/oder Regeln der Magnetanordnung, der Partikelstrahlkanone, der Sensor anordnung und/oder der Auswerteeinheit eingerichtet ist gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13. A control, which is arranged for controlling and / or regulating the magnet arrangement, the particle beam gun, the sensor arrangement and / or the evaluation unit according to one of claims 1 to 13.
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