專利名稱：用于檢查輻照規(guī)劃的方法和裝置以及輻照設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于檢查輻照規(guī)劃的一種方法和一種裝置以及具有這樣的裝置的一種輻照設(shè)備。這樣的方法和裝置特別用于輻照設(shè)備的質(zhì)量檢查，并且例如可以在規(guī)劃的輻照的準(zhǔn)備期間被采用，以便檢查設(shè)備的正確運(yùn)行。
背景技術(shù)：
粒子治療是一種用于治療組織、特別是腫瘤病變的確立的方法。然而，在粒子治療中采用的輻照方法，還被應(yīng)用于非治療領(lǐng)域。屬于此的例如有，如用于產(chǎn)品開發(fā)，在對(duì)非生命體模體或身體進(jìn)行的粒子治療的領(lǐng)域內(nèi)，對(duì)材料的輻照等。在此，將帶電粒子例如質(zhì)子或碳離子或其他離子加速到高能量，形成為粒子束并 且經(jīng)過高能量輻照傳輸系統(tǒng)傳輸?shù)揭粋€(gè)或多個(gè)輻照空間。在該輻照空間中利用粒子束輻照待照射的目標(biāo)體積。在此，待輻照的目標(biāo)體積可以發(fā)生運(yùn)動(dòng)。例如在輻照患者時(shí)通過呼吸運(yùn)動(dòng)引起待輻照的腫瘤的運(yùn)動(dòng)。一種補(bǔ)償目標(biāo)體積的運(yùn)動(dòng)的公知可能性是，以“再掃描(Rescanning)”^門控(Gating)”和“跟蹤(Tracking)”的概念所公知的輻照方法?！霸賿呙琛北焕斫鉃槎啻稳缫?guī)劃地那樣施加射線，從而將各個(gè)過程的誤差劑量平均?！伴T控”被理解為僅對(duì)運(yùn)動(dòng)的規(guī)定的時(shí)間窗施加射線，從而減小或者在最好情況下甚至消除運(yùn)動(dòng)影響?！案櫋北焕斫鉃閷⒂脕磔椪漳繕?biāo)體積的射線跟蹤目標(biāo)體積的運(yùn)動(dòng)。如果射線是粒子束，則這例如通過如下來實(shí)現(xiàn)，即通過磁體系統(tǒng)這樣偏轉(zhuǎn)射線，使得其走向跟蹤目標(biāo)體積的運(yùn)動(dòng)。必要時(shí)還可以改變射線的能量，以便將射線的入射深度與目標(biāo)體積的運(yùn)動(dòng)相匹配。在利用光子輻照時(shí)也可以進(jìn)行跟蹤。這例如可以通過對(duì)限制射線的準(zhǔn)直器的改變來進(jìn)行，其中將準(zhǔn)直器開口與目標(biāo)體積的運(yùn)動(dòng)相匹配。US 6891177BUUS 6710362B2 以及 US 2006/0033042A1 公開了可以用來執(zhí)行對(duì)射
線的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行跟蹤的方法和裝置。所有這些補(bǔ)償方法可以在粒子治療的范圍內(nèi)在所謂的掃描方法中被應(yīng)用，在所述方法中多個(gè)在空間上緊密局部化(raumlidieng umschriebenen)的福照劑量連續(xù)沉積在目標(biāo)體積中的不同位置處，其中由此掃描在目標(biāo)體積上的粒子束。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提出一種用于檢查輻照設(shè)備、特別是粒子治療設(shè)備，和/或一種特別是特定于患者的輻照規(guī)劃的方法，該方法即使在輻照運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)體積時(shí)也允許輻照設(shè)備的更安全運(yùn)行。此外，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供一種用于檢查這樣的設(shè)備的裝置以及一種用于執(zhí)行這樣的方法的輻照設(shè)備。上述技術(shù)問題通過獨(dú)立權(quán)利要求的特征解決。本發(fā)明的優(yōu)選構(gòu)造在從屬權(quán)利要求中給出并且在以下詳細(xì)描述。
各個(gè)特征的前面的和以下的描述既涉及裝置類別也涉及方法類別，而無需在每種情況下特別提到；在此公開的單個(gè)特征也可以按照不同于所示出的組合按照本發(fā)明的用于檢查可以利用治療射線在目標(biāo)對(duì)象中沉積劑量分布的輻照設(shè)備、特別是粒子治療設(shè)備的方法包括以下步驟-提供輻照規(guī)劃數(shù)據(jù)組，其構(gòu)造或優(yōu)化為用于輻照運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)體積，-提供運(yùn)動(dòng)信號(hào)，該運(yùn)動(dòng)信號(hào)模仿目標(biāo)體積的運(yùn)動(dòng)，-輻照模體，該模體構(gòu)造為在輻照期間或之后用于探測(cè)在模體中沉積的劑量分布，其中使用在輻照規(guī)劃數(shù)據(jù)組中存儲(chǔ)的控制參數(shù)和使用運(yùn)動(dòng)信號(hào)來輻照模體，-確定在模體中沉積的劑量分布，-根據(jù)在輻照期間與輻照設(shè)備的控制相關(guān)的參數(shù)計(jì)算預(yù)期的劑量分布，-將所確定的在模體中沉積的劑量分布與所計(jì)算的預(yù)期的劑量分布進(jìn)行比較。按照本發(fā)明的方法的基本思路是，用于輻照運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)體積的質(zhì)量保證比在輻照靜止的目標(biāo)體積的情況下明顯更難以實(shí)現(xiàn)，因?yàn)榘殡S運(yùn)動(dòng)添加了另一個(gè)參數(shù)，該參數(shù)原則上會(huì)導(dǎo)致在輻照期間的誤差。特別地，目標(biāo)體積的運(yùn)動(dòng)是一種在輻照期間才被確定并且不能精確預(yù)測(cè)的因素。本發(fā)明建議，一方面在檢查質(zhì)量的情況下輻照模體，從而在模體中按照輻照規(guī)劃數(shù)據(jù)組和提供的運(yùn)動(dòng)信號(hào)來沉積劑量分布。另一方面，計(jì)算在模體中預(yù)期什么樣的劑量分布。對(duì)于該計(jì)算，可以使用在輻照期間為控制輻照設(shè)備而使用的數(shù)據(jù)，也就是例如存儲(chǔ)在輻照規(guī)劃數(shù)據(jù)組中的并且直接或間接用于控制輻照設(shè)備的參數(shù)，以及在實(shí)際的輻照期間記錄的并且標(biāo)志了在輻照期間射線的走向和特別是射線的實(shí)際特征的數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)通常還包括在時(shí)間上為輻照而相關(guān)地記錄的運(yùn)動(dòng)軌跡。將所計(jì)算的預(yù)期的劑量分布與根據(jù)模體所測(cè)量或所確定的劑量分布對(duì)照，并且由此與其比較。通過將預(yù)期劑量分布與實(shí)際上在模體中所施加的并且根據(jù)模體所確定的劑量分布進(jìn)行比較，可以確定，是否即使輻照方法補(bǔ)償目標(biāo)體積的運(yùn)動(dòng)，也正確地進(jìn)行輻照。在粒子治療設(shè)備中劑量分布的計(jì)算特別地包括粒子束到目標(biāo)對(duì)象中，特別是到目標(biāo)體積中并且必要時(shí)還可以是圍繞目標(biāo)體積布置的區(qū)域的入射深度的計(jì)算。特別地，如果計(jì)算的預(yù)期劑量分布與所確定的劑量分布相應(yīng)，也就是與其幾乎一致，則確認(rèn)輻照設(shè)備的好的功能并且由此批準(zhǔn)輻照規(guī)劃。在此，這樣進(jìn)行對(duì)模體的輻照，S卩，基于在輻照規(guī)劃數(shù)據(jù)組中存儲(chǔ)的控制參數(shù)，通常與運(yùn)動(dòng)信號(hào)相結(jié)合，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償。也就是，這樣輻照模體，使得就像模體按照運(yùn)動(dòng)信號(hào)在運(yùn)動(dòng)一樣。設(shè)備的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)這樣控制設(shè)備的輻照，使得就像目標(biāo)體積按照運(yùn)動(dòng)信號(hào)運(yùn)動(dòng)。在此，設(shè)備的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)可以不同地構(gòu)造并且例如執(zhí)行跟蹤方法和/或門控方法和/或再掃描方法。運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)因此最小化目標(biāo)體積的運(yùn)動(dòng)帶來的劑量上的影響。在此這樣構(gòu)造模體，使得在輻照模體期間或之后可以確定或測(cè)量在模體中沉積的劑量，更精確來說在模體中沉積的劑量的空間分布。在一種簡單情況下模體可以是二維膠片，其在利用治療射線輻照時(shí)變黑。通過分析在輻照之后的膠片可以二維分析并且由此確定劑量分布。這樣所確定的變黑可以與預(yù)期的劑量分布或膠片的變黑進(jìn)行比較。然而優(yōu)選地，三維地構(gòu)造模體，使得能夠三維地確定劑量分布。例如可以在三維體中集成多個(gè)劑量測(cè)量室。通過分析在劑量測(cè)量室中產(chǎn)生的信號(hào)來測(cè)量在模體中沉積的劑量分布。還可以采用包括了生物細(xì)胞物質(zhì)(Zellmaterial)的模體，從而通過分析被輻照的細(xì)胞物質(zhì)可以跟蹤劑量分布或輻照的影響。在此，可以均勻地構(gòu)造模體-更確切地說，其中集成了劑量測(cè)量室的物質(zhì)是均勻的。然而該物質(zhì)也可以是非均勻的，具有不同的區(qū)域，所述區(qū)域具有對(duì)于粒子束的不同入射深度。由此例如可以模擬具有不同器官和組織的人體的結(jié)構(gòu)(擬人化(antrophomorphe )模體)。輻照規(guī)劃數(shù)據(jù)組可以是三維和特別是四維的輻照規(guī)劃數(shù)據(jù)組。后者意味著，輻照規(guī)劃數(shù)據(jù)組考慮時(shí)間維和目標(biāo)體積的運(yùn)動(dòng)。這樣的輻照規(guī)劃數(shù)據(jù)組通?；谒木S成像數(shù)據(jù)組(Abbildungsdatensatz),所述成像數(shù)據(jù)組對(duì)目標(biāo)體積的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行成像。根據(jù)四維成像數(shù)據(jù)組可以規(guī)劃目標(biāo)體積中的劑量分布和其必要的調(diào)整，以便在盡管存在目標(biāo)體積的運(yùn)動(dòng)的情況下還能夠確保期望的輻照。對(duì)于這樣的四維輻照規(guī)劃數(shù)據(jù)組的例子在US2009/0095921AI中公開，其描述了用于粒子治療設(shè)備的掃描方法的四維輻照規(guī)劃數(shù)據(jù) 組，其中粒子束跟蹤目標(biāo)體積的運(yùn)動(dòng)。輻照規(guī)劃數(shù)據(jù)組包括劑量分布和為此所需的用于參考階段的輻照參數(shù)以及用于其他運(yùn)動(dòng)階段的補(bǔ)償參數(shù)，利用所述補(bǔ)償參數(shù)改變參考階段的輻照參數(shù)，以便確保在其他運(yùn)動(dòng)階段中正確的劑量沉積。四維輻照規(guī)劃數(shù)據(jù)組可以與運(yùn)動(dòng)信號(hào)一起在輻照期間這樣控制輻照，使得盡管目標(biāo)體積發(fā)生運(yùn)動(dòng)還是實(shí)現(xiàn)在目標(biāo)體積中期望的劑量分布?？梢栽谳椪找?guī)劃裝置上建立四維輻照規(guī)劃數(shù)據(jù)組并加載到輻照設(shè)備的控制裝置中。根據(jù)在輻照規(guī)劃數(shù)據(jù)組中存儲(chǔ)的參數(shù)，控制裝置可以控制射線施加和特別是在射線施加時(shí)的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償。作為運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償，特別地可以進(jìn)行射線的運(yùn)動(dòng)跟蹤。在輻照期間的運(yùn)動(dòng)跟蹤根據(jù)運(yùn)動(dòng)信號(hào)來進(jìn)行。因?yàn)椴惠椪者M(jìn)行輻照規(guī)劃的目標(biāo)體積，而是輻照模體，所以提供模仿目標(biāo)體積運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)信號(hào)。這意味著，運(yùn)動(dòng)信號(hào)僅反映了在輻照目標(biāo)體積期間潛在地會(huì)出現(xiàn)的信號(hào)。目標(biāo)體積的運(yùn)動(dòng)因此通過運(yùn)動(dòng)信號(hào)來模擬。運(yùn)動(dòng)信號(hào)例如通過如下來產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)探測(cè)裝置(諸如在輻照目標(biāo)體積期間監(jiān)視運(yùn)動(dòng)的外部傳感器)通過運(yùn)動(dòng)的物理物體來模擬。如果外部傳感器例如是可以用來跟蹤在患者身上攜帶的標(biāo)記的運(yùn)動(dòng)的光學(xué)傳感器，則可以通過運(yùn)動(dòng)裝置移動(dòng)標(biāo)記，該標(biāo)記的運(yùn)動(dòng)通過傳感器探測(cè)，以便產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)信號(hào)。該實(shí)施變形的優(yōu)點(diǎn)是，運(yùn)動(dòng)監(jiān)視裝置也利用外部傳感器來監(jiān)視。但是還可以考慮，在計(jì)算機(jī)單元內(nèi)部產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)信號(hào)，從而運(yùn)動(dòng)信號(hào)是純虛擬的運(yùn)動(dòng)信號(hào)，該運(yùn)動(dòng)信號(hào)與物理地運(yùn)動(dòng)的物體不相關(guān)。模體特別可以是運(yùn)動(dòng)的模體。運(yùn)動(dòng)可以通過為模體設(shè)置的運(yùn)動(dòng)裝置來進(jìn)行。通過模體的運(yùn)動(dòng)可以模擬待輻照的目標(biāo)體積的運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)探測(cè)裝置在這種情況下為了產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)信號(hào)可以監(jiān)視模體的運(yùn)動(dòng)。如果在輻照時(shí)作為用于運(yùn)動(dòng)的補(bǔ)償方法采用門控或再掃描方法，則模體的運(yùn)動(dòng)是特別有利的。運(yùn)動(dòng)還可以這樣構(gòu)造，使得其與運(yùn)動(dòng)信號(hào)不相應(yīng)。優(yōu)點(diǎn)在于，由此可以影響劑量分布的模式。初始均勻的規(guī)劃的劑量分布可以通過不同的運(yùn)動(dòng)模式產(chǎn)生模體中不均勻的劑量分布。這可能是可以更簡單分析的。可以這樣控制運(yùn)動(dòng)裝置，使得模擬關(guān)鍵的運(yùn)動(dòng)軌跡，例如引起運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)的最大要求的運(yùn)動(dòng)軌跡。運(yùn)動(dòng)軌跡例如可以模擬運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的突然改變(例如通過咳嗽)、運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的基線的持續(xù)漂移，或在如下范圍中的運(yùn)動(dòng)，該范圍超過初始的輻照規(guī)劃，從而例如超過其中存儲(chǔ)了補(bǔ)償參數(shù)的查詢表的范圍，或安全余量。在這樣的運(yùn)動(dòng)軌跡中例如可以附加地檢查設(shè)備的連鎖系統(tǒng)(Interlocksystem),該系統(tǒng)在這樣的關(guān)鍵情況下中斷福照。但是，為檢查運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)馁|(zhì)量，模體不一定必須是運(yùn)動(dòng)的模體。模體特別可以具有與通過模仿運(yùn)動(dòng)信號(hào)來反映的不同運(yùn)動(dòng)模式。于是，模體本身可以具有與為了模仿運(yùn)動(dòng)信號(hào)而探測(cè)其運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)模體不同的運(yùn)動(dòng)模體。結(jié)合跟蹤方法采用具有這樣的運(yùn)動(dòng)模式的模體，其中粒子束通過運(yùn)動(dòng)信號(hào)控制地在其空間位置上偏轉(zhuǎn)。以優(yōu)選方式模體甚至可以是靜止的模體，盡管在該方法中檢查運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償。該實(shí)施方式基于如下事實(shí)當(dāng)目標(biāo)體積在輻照期間運(yùn)動(dòng)而射線不跟蹤運(yùn)動(dòng)時(shí)，形成所謂的干涉效應(yīng)。由此在目標(biāo)體積中的位置上出現(xiàn)關(guān)于規(guī)劃的劑量分布的不期望的過高或過低劑量。但是正是為了避免在運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)體積中的干涉效應(yīng)而采用的跟蹤會(huì)在輻照經(jīng)歷與在運(yùn)動(dòng)信號(hào)中所反映的不同的運(yùn)動(dòng)模式的模體時(shí)導(dǎo)致類似的“逆轉(zhuǎn)”干涉效應(yīng)?；谂c通過運(yùn)動(dòng)信號(hào)給出的不同的運(yùn)動(dòng)模式的模體與跟蹤方法的組合，導(dǎo)致在模體中的基于特征性的分布模式的劑量分布。例如，初始規(guī)劃的均勻的劑量分布在模體中產(chǎn)生非均勻的劑量分布?？梢詫⒃摲蔷鶆虻膭┝糠植寂c在輻照期間的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償相關(guān)的預(yù)期的 非均勻的劑量分布進(jìn)行比較。該實(shí)施變形基于如下認(rèn)識(shí)正是非均勻的劑量分布相對(duì)于在輻照時(shí)在運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)中的誤差是特別敏感的，并且比在均勻的劑量分布情況下更容易探測(cè)到偏差。為了識(shí)別在輻照系統(tǒng)中和在運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)中的可能誤差，將所確定的與預(yù)期的非均勻的劑量分布模式進(jìn)行比較是特別有效的。為了計(jì)算預(yù)期的劑量分布而使用的參數(shù)可以包括在輻照規(guī)劃數(shù)據(jù)組中存儲(chǔ)的參數(shù)和運(yùn)動(dòng)信號(hào)。原則上這些參數(shù)足以計(jì)算預(yù)期的劑量分布。根據(jù)這些參數(shù)例如可以確定如下的序列該序列預(yù)測(cè)輻照走向，并且說明何時(shí)并且在何處沉積哪個(gè)部分劑量，也就是粒子束何時(shí)位于何處，從而可以利用該序列從特定的運(yùn)動(dòng)軌跡和特定的輻照時(shí)間來計(jì)算整個(gè)預(yù)期的劑量分布。但是優(yōu)選地，在計(jì)算中考慮如下數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)表征了在輻照期間在時(shí)間歷程中所施加的治療射線的特征。這些數(shù)據(jù)例如可以在輻照的歷程中被記錄。這例如可以是實(shí)際上從具有實(shí)際的補(bǔ)償參數(shù)(dx，dy, dz)的射線(x，y，z)的位置、具有可能的補(bǔ)償參數(shù)(dN)的治療射線的實(shí)際的粒子數(shù)(N)，特別是每個(gè)目標(biāo)點(diǎn)所施加的實(shí)際的粒子數(shù)，和/或治療射線的強(qiáng)度，從而從這些表征了實(shí)際的輻照走向的數(shù)據(jù)中可以確定預(yù)期的劑量分布。該實(shí)施方式的優(yōu)點(diǎn)是，其不是如在預(yù)測(cè)輻照走向時(shí)那樣基于可能與實(shí)際不符的假定。利用該實(shí)施方式可以將運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)的不可靠性和局限如它們實(shí)際上所呈現(xiàn)的那樣一起采集。對(duì)預(yù)期的劑量分布的計(jì)算同樣考慮模體的結(jié)構(gòu)，因?yàn)槟ｓw的結(jié)構(gòu)特別是在粒子輻照的情況下與射線的入射深度相關(guān)。因此，例如在非均勻構(gòu)造的模體的情況下預(yù)期與在均勻構(gòu)造的模體的情況下不同的劑量分布。在一種優(yōu)選構(gòu)造中，使用參數(shù)將劑量分布與作為輻照規(guī)劃數(shù)據(jù)組的基礎(chǔ)的成像數(shù)據(jù)組相關(guān)。劑量分布可以在成像數(shù)據(jù)組中，例如在四維計(jì)算機(jī)程序中被重建。特別地，這樣例如可以檢查，患者的解剖的預(yù)期劑量分布是否是最佳匹配的并且在患者解剖的關(guān)系上具有運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)妮椪帐侨绾纹鹱饔玫摹＠缈梢詸z查，是否充分輻照了目標(biāo)體積的遠(yuǎn)側(cè)的邊或者是否充分保護(hù)了可能的風(fēng)險(xiǎn)器官。
用于檢查其中可以利用治療射線在目標(biāo)對(duì)象中沉積劑量分布的輻照設(shè)備、特別是粒子治療設(shè)備的按照本發(fā)明的裝置包括-用于提供輻照規(guī)劃數(shù)據(jù)組的裝置，例如輻照規(guī)劃裝置或用于加載對(duì)于輻照運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)體積優(yōu)化的輻照規(guī)劃的接口，-用于提供模仿目標(biāo)體積運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)信號(hào)的裝置，例如運(yùn)動(dòng)探測(cè)裝置或可以用來產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)信號(hào)的計(jì)算機(jī)單元，-模體，構(gòu)造為在輻照期間或之后用于探測(cè)在模體中沉積的劑量分布，-計(jì)算機(jī)裝置，構(gòu)造為用于計(jì)算模體中預(yù)期的劑量分布，該劑量分布是借助具有輻照規(guī)劃數(shù)據(jù)組的參數(shù)的輻照實(shí)現(xiàn)了的，也就是根據(jù)與輻照期間對(duì)輻照設(shè)備的控制相關(guān)的參數(shù)，并且構(gòu)造為用于將在模體中沉積的確定劑量分布與計(jì)算的預(yù)期的劑量分布進(jìn)行比較。比較的結(jié)果可以顯示給用戶，然后用戶可以決定采取何種措施?？梢钥紤]，維護(hù)設(shè)備或調(diào)整或者說改變輻照規(guī)劃數(shù)據(jù)組。例如當(dāng)所述比較確定一個(gè)高于閾值的偏差時(shí)可以輸出信號(hào)。按照本發(fā)明的輻照設(shè)備、特別是粒子治療設(shè)備，具有用于檢查輻照設(shè)備的這樣的裝置。用于控制輻照的輻照設(shè)備控制裝置包括運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)，從而利用輻照設(shè)備也可以輻照運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)體積。


根據(jù)以下附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的具有按照從屬權(quán)利要求的特征的擴(kuò)展的實(shí)施方式，然而并不局限于此。附圖中，圖I示出了粒子治療設(shè)備的示意性結(jié)構(gòu)，在該粒子治療設(shè)備中按照第一實(shí)施方式變形進(jìn)行具有運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)妮椪辗椒ǖ馁|(zhì)量檢查，圖2、圖3和圖4示出了粒子治療設(shè)備的示意性結(jié)構(gòu)，在該粒子治療設(shè)備中按照第二、第三或第四實(shí)施方式變形進(jìn)行質(zhì)量檢查，和圖5示出了在按照本發(fā)明的方法的實(shí)施方式中可以實(shí)施的不同方法步驟的流程圖。
具體實(shí)施例方式圖I以強(qiáng)烈示意圖示出了粒子治療設(shè)備10的結(jié)構(gòu)。粒子治療設(shè)備10用于利用粒子的射線來輻照布置在定位裝置上的身體，該射線在以下稱為粒子束12。特別地，可以利用粒子束12輻照作為目標(biāo)體積的患者的腫瘤病變組織。但是為了對(duì)其中采用運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償以便將劑量的施加與目標(biāo)體積的運(yùn)動(dòng)相匹配的輻照方法進(jìn)行質(zhì)量檢查，對(duì)模體14進(jìn)行輻照。在待輻照的模體14中在目標(biāo)區(qū)域18中沉積劑量分布，該目標(biāo)體積一般相應(yīng)于在輻照規(guī)劃數(shù)據(jù)組中所定義的目標(biāo)體積。在模體中分布多個(gè)探測(cè)器20用于空間分辨地探測(cè)劑量分布。因此，在輻照模體14之后或期間可以空間分辨地確定實(shí)際上沉積的劑量分布。
粒子治療設(shè)備10典型地具有加速器單元16，例如同步加速器、回旋加速器或其他提供用于輻照所需能量的粒子束12的加速器。作為粒子，主要采用質(zhì)子、π介子(Pionen)、氦離子、碳離子或其他元素的離子。典型地，粒子束12具有3-10_的射線直徑。一般地，將粒子束在目標(biāo)體積上掃描。
作為掃描方法，優(yōu)選使用光柵掃描(Rasterscan)方法,其中粒子束12連續(xù)地在模體中的不同的目標(biāo)點(diǎn)偏轉(zhuǎn)并且在那里分別施加在輻照規(guī)劃數(shù)據(jù)組中所存儲(chǔ)的部分劑量。粒子束12從目標(biāo)點(diǎn)到目標(biāo)點(diǎn)偏轉(zhuǎn)，而在各個(gè)目標(biāo)點(diǎn)之間不一定關(guān)斷。為了利用粒子束12輻照目標(biāo)區(qū)域，還可以采用在各個(gè)目標(biāo)點(diǎn)之間關(guān)斷粒子束12的點(diǎn)掃描方法，或者其他掃描方法，諸如連續(xù)掃描方法。
典型地借助掃描磁體30的系統(tǒng)來影響粒子束12在其側(cè)面的偏轉(zhuǎn)，即，在其位置上垂直于也稱為X和y方向的射線延伸方向偏轉(zhuǎn)。此外，還可以設(shè)置能量調(diào)制裝置32，利用該能量調(diào)制裝置可以快速改變粒子束12的能量，從而改變粒子束12的入射深度并且由此可以改變?cè)讦品较蛏喜祭穹宓奈恢?。以這種方式可以執(zhí)行跟蹤方法。這意味著，在輻照目標(biāo)體積時(shí)以校正值(dx, dy, dz)改變粒子束(x，y, ζ)的實(shí)際位置，并且必要時(shí)以校正值(dN)改變每個(gè)目標(biāo)點(diǎn)待施加的粒子數(shù)(N)，所述校正值根據(jù)運(yùn)動(dòng)信號(hào)來控制并且由于運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)體積引起的與理想位置的偏差被均衡。此外，該設(shè)備具有位置探測(cè)器34和強(qiáng)度探測(cè)器35，用于監(jiān)視射線參數(shù)，諸如實(shí)際上的側(cè)面的偏轉(zhuǎn)(Χ_ y )和實(shí)際上所施加的粒子數(shù)(N)。通過控制裝置36來控制輻照設(shè)備10和特別是輻照過程。可以用來加載輻照規(guī)劃數(shù)據(jù)組40并特定地控制輻照設(shè)備10的控制裝置36，包括運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償裝置，該運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償裝置在這種情況下構(gòu)造為射線跟蹤單元26 (“beam tracking unit”)。射線跟蹤單元26將控制參數(shù)發(fā)送到掃描磁體30，以便將粒子束12的側(cè)面位置(X，y)與目標(biāo)體積的位移(dx，dy)匹配，并發(fā)送到能量調(diào)制裝置32，以便匹配(dz)粒子束12的布拉格峰的縱向位置(ζ)。必要時(shí)，還可以匹配在目標(biāo)點(diǎn)中要施加的粒子數(shù)(N)。補(bǔ)償參數(shù)借助四維輻照規(guī)劃數(shù)據(jù)組40并借助運(yùn)動(dòng)信號(hào)24在輻照期間來確定?？刂蒲b置36記錄利用探測(cè)器34、35所采集的數(shù)據(jù)，從而可以從中重建，粒子束12是何時(shí)在哪個(gè)位置并且以何種強(qiáng)度被施加的。通常根據(jù)輻照規(guī)劃或根據(jù)借助輻照規(guī)劃裝置38所確定并提供的輻照規(guī)劃數(shù)據(jù)組40來進(jìn)行控制。此處所示出的輻照規(guī)劃數(shù)據(jù)組40是對(duì)于(未示出的)患者(其待輻照的目標(biāo)體積運(yùn)動(dòng))而建立的。輻照規(guī)劃數(shù)據(jù)組40考慮了該運(yùn)動(dòng)并且因此被稱為四維的輻照規(guī)劃數(shù)據(jù)組40。其通常根據(jù)四維計(jì)算機(jī)程序42來建立。粒子治療設(shè)備10還具有計(jì)算機(jī)單元44，利用該計(jì)算機(jī)單元可以將通過輻照模體18所探測(cè)的劑量分布與從運(yùn)動(dòng)信號(hào)24的、四維輻照規(guī)劃數(shù)據(jù)組40的和記錄的射線參數(shù)的數(shù)據(jù)中所計(jì)算的預(yù)期的劑量分布進(jìn)行比較。計(jì)算機(jī)單元44在此為概覽起見作為單獨(dú)的單元示出。但是,通過計(jì)算機(jī)單元44所實(shí)施的功能也可以在粒子治療設(shè)備10的已經(jīng)存在的組件中、特別是在控制組件中被執(zhí)行。在通過模體14所確定的劑量分布與所計(jì)算的劑量分布偏差太大的情況下，輸出信號(hào)，該信號(hào)向用戶顯示，在能夠?qū)⑤椪找?guī)劃數(shù)據(jù)組40應(yīng)用于患者之前必須改變輻照設(shè)備10和/或輻照規(guī)劃40。該校正在最好的情況下可以自動(dòng)進(jìn)行，但在通常情況下由用戶手動(dòng)建立和/或評(píng)估新的劑量分布。圖I中模體14被靜態(tài)地構(gòu)造。通過如下來模擬運(yùn)動(dòng)通過未示出的運(yùn)動(dòng)裝置來移動(dòng)特別設(shè)置的運(yùn)動(dòng)模體46，從而運(yùn)動(dòng)探測(cè)裝置48可以探測(cè)運(yùn)動(dòng)并且產(chǎn)生移動(dòng)信號(hào)24。
控制裝置36和射線跟蹤單元26借助該運(yùn)動(dòng)信號(hào)24進(jìn)行對(duì)粒子束12的跟蹤，就像待輻照的模體14按照運(yùn)動(dòng)信號(hào)24運(yùn)動(dòng)一樣。在靜態(tài)模體14中沉積的劑量分布由于粒子束12的運(yùn)動(dòng)跟蹤而具有特征性的劑量分布模式。該劑量分布模式相對(duì)于與規(guī)劃的輻照的偏差是特別靈敏的。通過將所測(cè)量的劑量分布模式與所計(jì)算的劑量分布模式的比較，可以特別靈敏地探測(cè)在輻照時(shí)的不精確性。圖2與圖I中所示的粒子治療設(shè)備10區(qū)別在于，現(xiàn)在將模體14本身通過未示出的運(yùn)動(dòng)裝置運(yùn)動(dòng)。利用運(yùn)動(dòng)探測(cè)裝置48來探測(cè)模體14的運(yùn)動(dòng)，并且控制裝置36據(jù)此控制輻照過程。但是，在圖2中的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償裝置28這樣構(gòu)造，使得運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償借助門控方法或借助再掃描方法來進(jìn)行。門控方法基于根據(jù)探測(cè)的運(yùn)動(dòng)信號(hào)24對(duì)輻照進(jìn)行調(diào)整(接通或關(guān)斷)。根據(jù)構(gòu)造的不同，再掃描方法還可基于對(duì)輻照的調(diào)整，例如基于根據(jù)探測(cè)的運(yùn)動(dòng)信號(hào)對(duì)單個(gè)再掃描歷程的調(diào)整。 圖3與圖I中示出的粒子治療設(shè)備10的區(qū)別在于，此時(shí)在質(zhì)量檢查中棄用運(yùn)動(dòng)探測(cè)裝置。在此，運(yùn)動(dòng)信號(hào)24在控制裝置36中內(nèi)部地產(chǎn)生并且是純虛擬的信號(hào)24，該信號(hào)例如模仿目標(biāo)體積的重心運(yùn)動(dòng)。該實(shí)施方式變形的缺點(diǎn)是，不能采集到可能通過運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償裝置引起的可能的誤差源。其優(yōu)點(diǎn)是，為產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)信號(hào)不需要運(yùn)動(dòng)模體或本身的測(cè)量裝置。圖4與按照?qǐng)DI的實(shí)施方式區(qū)別在于，所示出的模體14具有多個(gè)不同區(qū)域22，粒子束12不同深地入射到這些區(qū)域中。利用這樣的模體14例如可以模仿患者的解剖結(jié)構(gòu)，以便可以檢查現(xiàn)實(shí)的輻照情形。在劑量分布的計(jì)算中考慮在模體14中的不同入射深度。這例如可以根據(jù)模體14的計(jì)算機(jī)程序來進(jìn)行，根據(jù)該計(jì)算機(jī)程序可以確定在模體14中粒子束12的到達(dá)范圍。圖5示出了關(guān)于在該方法的實(shí)施方式中可以執(zhí)行的不同方法步驟的示意性概覽。首先提供在患者的4DCT的基礎(chǔ)上的輻照規(guī)劃數(shù)據(jù)組(步驟51 )。但是，首先基于所提供的模擬的運(yùn)動(dòng)信號(hào)(步驟55)，使用該輻照規(guī)劃來輻照模體(步驟53)。在輻照期間，記錄表征了輻照的特征性的射線參數(shù)(諸如粒子束的位置的和/或偏轉(zhuǎn)的時(shí)間走向)和/或粒子束的其他特征(諸如強(qiáng)度、實(shí)際的粒子數(shù)或焦點(diǎn))，并且建立輻照協(xié)議(步驟57)。然后，測(cè)量或確定在輻照時(shí)在模體中所施加的劑量分布(步驟59)。然后，計(jì)算在模體中的預(yù)期的劑量分布，所述劑量分布是借助根據(jù)輻照規(guī)劃數(shù)據(jù)組的參數(shù)的輻照進(jìn)行的，也就是基于輻照規(guī)劃數(shù)據(jù)組、基于在輻照期間使用的運(yùn)動(dòng)信號(hào)以及基于在在輻照期間記錄的測(cè)量或控制數(shù)據(jù)(步驟61)。劑量分布的計(jì)算可以包括模體的成像，例如模體的計(jì)算機(jī)斷層造影。將所計(jì)算的預(yù)期的劑量分布與模體的實(shí)際所確定和測(cè)量的劑量分布進(jìn)行比較(步驟63)。由此，可以進(jìn)行對(duì)輻照系統(tǒng)或粒子治療設(shè)備和/或輻照規(guī)劃數(shù)據(jù)組的檢查(步驟65)。在另一個(gè)可選的步驟中，可以在使用輻照規(guī)劃數(shù)據(jù)組、在輻照期間所使用的運(yùn)動(dòng)信號(hào)以及在輻照期間記錄的測(cè)量或控制數(shù)據(jù)的條件下，在患者計(jì)算機(jī)斷層造影圖像中、并且具體來說在作為輻照規(guī)劃數(shù)據(jù)組的基礎(chǔ)的(時(shí)間分辨的)計(jì)算機(jī)程序中，計(jì)算劑量分布(步驟67)。
通過該計(jì)算可以確定，在實(shí)際輻照時(shí)劑量分布對(duì)患者如何起作用。以這種方式可以關(guān)于實(shí)際上所呈現(xiàn)的解剖特性來檢查規(guī)劃的輻照的質(zhì)量(步驟69)。參考標(biāo)記列表10粒子治療設(shè)備12粒子束14 模體16加速器單元18目標(biāo)區(qū)域20探測(cè)器 22不同的區(qū)域24運(yùn)動(dòng)信號(hào)26射線跟蹤單元28運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償裝置30系統(tǒng)或掃描磁體32能量調(diào)制裝置34位置探測(cè)器35強(qiáng)度探測(cè)器36控制裝置38輻照規(guī)劃裝置40輻照規(guī)劃數(shù)據(jù)組42計(jì)算機(jī)斷層造影44計(jì)算機(jī)單元46運(yùn)動(dòng)模體48運(yùn)動(dòng)探測(cè)裝置51 步驟 5153 步驟 5355 步驟 5557 步驟 5759 步驟 5961 步驟 6153 步驟 6365 步驟 6567 步驟 6769 步驟 69
權(quán)利要求
1.一種用于檢查可以利用治療射線(12)在目標(biāo)對(duì)象(14)中沉積劑量分布的輻照設(shè)備、特別是粒子治療設(shè)備的方法，包括以下步驟 -提供輻照規(guī)劃數(shù)據(jù)組(40)，其用于輻照運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)體積， -提供運(yùn)動(dòng)信號(hào)(24)，該運(yùn)動(dòng)信號(hào)模仿目標(biāo)體積的運(yùn)動(dòng)， -使用在所述輻照規(guī)劃數(shù)據(jù)組(40)中存儲(chǔ)的控制參數(shù)以及所述運(yùn)動(dòng)信號(hào)(24)來輻照模體(14)，其中，該模體(14)被構(gòu)造為在輻照期間或之后用于探測(cè)在該模體中所沉積的劑量分布， -確定在所述模體(14)中所沉積的劑量分布， -根據(jù)在輻照期間與所述輻照設(shè)備(10)的控制相關(guān)的參數(shù)來計(jì)算預(yù)期的劑量分布， -將所確定的在模體(14)中沉積的劑量分布與所計(jì)算的預(yù)期的劑量分布進(jìn)行比較。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，所述模體(14)是運(yùn)動(dòng)的模體。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述輻照方法是門控方法，在所述方法中輻照受控制地通過運(yùn)動(dòng)信號(hào)(24)來激活或解除激活，或者是再掃描方法，在該方法中通過在相同位置多次連續(xù)施加部分劑量來構(gòu)建所述目標(biāo)體積中的總劑量。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的方法，其中，所述模體(14)具有與所述運(yùn)動(dòng)信號(hào)(24)不同的運(yùn)動(dòng)模式，其中所述模體(14)特別是靜態(tài)的，并且其中，采用跟蹤方法作為輻照方法，在該方法中根據(jù)該運(yùn)動(dòng)信號(hào)(24)來偏轉(zhuǎn)所述治療射線(12)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，根據(jù)在所述模體(14)中沉積的在劑量分布中的非均勻的模式與預(yù)期的非均勻模式，來進(jìn)行所述比較。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，為計(jì)算預(yù)期的劑量分布而使用的參數(shù)包括在所述輻照規(guī)劃數(shù)據(jù)組(40)中存儲(chǔ)的參數(shù)，以及包括所述運(yùn)動(dòng)信號(hào)(24)。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，為計(jì)算預(yù)期的劑量而使用的參數(shù)，是表征了在輻照期間治療射線(12)的實(shí)際特征、特別是該治療射線(12)的狀態(tài)(X，y, z, dx, dy, dz)的數(shù)據(jù)，和/或是表征了在輻照期間治療射線(12)的所施加的粒子數(shù)的數(shù)據(jù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，將所述參數(shù)用于將劑量分布與作為輻照規(guī)劃數(shù)據(jù)組(40)的基礎(chǔ)的成像數(shù)據(jù)組(42)相關(guān)。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述運(yùn)動(dòng)信號(hào)(24)是內(nèi)部地在計(jì)算機(jī)單元中產(chǎn)生的虛擬運(yùn)動(dòng)信號(hào)(24)。
10.根據(jù)上述權(quán)利要求I至8中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述運(yùn)動(dòng)信號(hào)是通過運(yùn)動(dòng)探測(cè)裝置(48 )采集的運(yùn)動(dòng)信號(hào)(24 )。
11.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述模體(14)是三維模體。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述模體(14)具有多個(gè)不同的區(qū)域(22)，所述區(qū)域由具有對(duì)于粒子束的不同入射深度的物質(zhì)組成，其中所述模體(14)特別地?cái)M人化構(gòu)造。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的方法，其中，在計(jì)算所述預(yù)期的劑量分布時(shí)考慮所述模體(14)的結(jié)構(gòu)。
14.一種用于檢查可以利用治療射線(12)在目標(biāo)對(duì)象(14)中沉積劑量分布的輻照設(shè)備(10)、特別是粒子治療設(shè)備的裝置，包括-用于提供輻照規(guī)劃數(shù)據(jù)組(40)的裝置(38)，該輻照規(guī)劃數(shù)據(jù)組是對(duì)于輻照運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)體積優(yōu)化的， -用于提供模仿目標(biāo)體積運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)信號(hào)(24 )的裝置(48 )， -模體(14)，其被構(gòu)造為在輻照期間或之后用于探測(cè)在該模體(14)中沉積的劑量分布， -計(jì)算機(jī)裝置(44)，其被構(gòu)造為用于根據(jù)與輻照期間對(duì)輻照設(shè)備(10)的控制相關(guān)的參數(shù)計(jì)算預(yù)期的劑量分布，并且被構(gòu)造為用于將所確定的在所述模體(14)中沉積的劑量分布與所計(jì)算的預(yù)期的劑量分布進(jìn)行比較。
15.一種輻照設(shè)備(10)，特別是粒子治療設(shè)備，具有按照權(quán)利要求14所述的裝置，其特別被構(gòu)造為用于執(zhí)行按照權(quán)利要求I至13中任一項(xiàng)所述的方法。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于檢查可以利用治療射線在目標(biāo)對(duì)象中沉積劑量分布的輻照設(shè)備、特別是粒子治療設(shè)備的方法，包括以下步驟-提供輻照規(guī)劃數(shù)據(jù)組，其用于輻照運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)體積，-提供運(yùn)動(dòng)信號(hào)，該運(yùn)動(dòng)信號(hào)模仿目標(biāo)體積的運(yùn)動(dòng)，-使用在輻照規(guī)劃數(shù)據(jù)組中所存儲(chǔ)的控制參數(shù)和運(yùn)動(dòng)信號(hào)來輻照模體，-確定在模體中所沉積的劑量分布，-根據(jù)在輻照期間與輻照設(shè)備的控制相關(guān)的參數(shù)計(jì)算預(yù)期的劑量分布，-將所確定的在模體中沉積的劑量分布與所計(jì)算的預(yù)期的劑量分布進(jìn)行比較。此外，本發(fā)明還涉及一種相應(yīng)的裝置和一種具有這樣的裝置的輻照設(shè)備。
文檔編號(hào)A61N5/10GK102648023SQ201080053875
公開日2012年8月22日 申請(qǐng)日期2010年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月29日
發(fā)明者C.伯特, E.里澤, N.賽托 申請(qǐng)人:Gsi亥姆霍茲重離子研究中心有限責(zé)任公司, 西門子公司