用于在粒子照射计划中确定照射持续时间的方法和装置

技术领域

本发明涉及用于在照射计划中确定照射持续时间的一种方法以及一种 装置。

背景技术

在放射治疗中，借助X射线射束、电子射束或者粒子射束来照射患病 组织等。特别地，粒子治疗在近年来发展成主流的用于治疗组织、特别是肿 瘤疾病的方法。然而，就像在粒子治疗中所使用的那样，照射方法也可以使 用在非治疗的领域，例如在科研工作范围内照射模体或者非生命体、照射材 料，等等。

在粒子治疗中产生粒子，尤其是诸如质子、碳离子或者其他离子类型的 离子。这些粒子在加速器中被加速到高能量、形成粒子射束并且随后对准待 照射的组织。粒子入射待照射的组织中并且在那里将其能量释放在所限定的 （umschriebenen）区域中。粒子射束在待照射的组织中的入射深度特别依赖 于粒子射束的能量。粒子射束的能量越高，粒子在待照射的组织中入射越深。

在照射计划期间，计划和其单个场/射束的所期望的照射持续时间是未 知的。通过调节最优化参数，按照剂量测定的观点对剂量分布进行最优化并 且确定了分级模式（Fraktionsschema），从而使得照射时间不固定，所述照 射时间影响患者舒适度以及患者吞吐量并且影响患者的辐射负荷。由此带 来，加速器性能的变化可以不同强度地影响照射持续时间。

影响场/射束的照射持续时间的因素是定性地公知的。为此，除了不受 照射计划影响的辐射应用系统或加速器的性能之外，还考虑最少的粒子数 目、层间距以及待治疗的目标区域的参数（例如肿瘤尺寸）。肿瘤尺寸自身 是不可调整的；然而通过调整场角（Feldwinkel）和入射角度，可以相对于 场方向在深度上改变肿瘤的延伸并且由此改变用于覆盖肿瘤的层的所需数 目。

然而这些因素的定量作用是与患者有关的。例如，提高最少粒子数目在 一种情况下可以带来15%的时间节省，而在另一种情况下时间节省仅仅为 3%并且由此位于加速器性能的可预期的波动范围内。由于提高最少粒子数 目通常伴随着医学参数（肿瘤覆盖、最大辐射剂量）的降低，所以目前不可 能权衡时间上的使用和剂量测定的效果。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供用于计划照射治疗的一种装置以及一 种方法，其中应当确定尽可能精确的照射持续时间。

所述技术问题通过按照独立权利要求所述的方法以及装置来解决。所述 方法或装置的有利构造是从属权利要求的内容或者可以从下面的描述或者 实施例中获得。

按照本发明的方法被用于，在考虑在照射持续时间的时刻不同的加速器 效率的情况下尽可能精确地估算辐射时间。使用计划数据或治疗参数（诸如 层数目和粒子数目或粒子能量）以及粒子加速器特征参数（诸如加速时间、 喷射长度以及粒子辐射的强度等级）以及过程数据生成的规则， 以便以1%+/-4%的精度给出辐射持续时间的精确的估算。附加地，针对最好 情况或最差情况进行估算，以便考虑在加速器效率中的视乎当天的波动。

按照本发明的方法（就像在图3和图4中示意性示出的那样）可以在照 射计划期间以及计划最优化之后使用。其可以作为照射计划的模块或者作为 特有的程序运行。例如（如下面根据图3和图4所阐述的）可以考虑下面的 工作流程（工作流程-脚本）：

1.建立多个计划，为这些计划计算照射时间并且通过比较模式进行选 择，

2.建立一个计划并且判断：可期望的照射持续时间（平均值，最差/最 好的情况）是否是令人满意的。

按照本发明在考虑可期望的照射持续时间的情况下在照射计划中实现 有针对的计划选择以便提高患者舒适度以及患者吞吐量。此外，在确定照射 持续时间时改进了估算的精确性。

本发明的另一个方面是用于确定在粒子照射计划中的照射持续时间的 装置，其具有用于实施上述方法的部件或模块，所述部件或模块可以分别是 硬件方式的和/或软件方式的或体现为计算机程序产品。

所述装置可以实施在计算机单元中。

可以对所述装置和所述计算机程序产品如所述方法那样进行相应地扩 展。

附图说明

从下面结合附图对实施例的描述中给出本发明更多的优点、细节和扩 展。

附图中：

图1示出了粒子治疗设备的示意性构造，

图2示出了在治疗空间之外或之内的装置，以及

图3示意性地示出了用于按照本发明的运行的流程图，其中生成多个照 射计划，以及

图4示意性地示出了用于按照本发明的运行的流程图，其中生成一个照 射计划。

具体实施方式

图1和图2示意性地示出了在治疗空间外部或内部的粒子治疗设备和装 置，就像其二者例如由DE 10 2008 019 128 A1中已经公知的那样。

图1示出了粒子治疗设备10的构造的示意图。在粒子治疗设备10中特 别借助粒子射束对身体、尤其是对肿瘤患病的组织进行了照射。

特别是例如质子、π介子、氦离子、碳离子或其他离子类型的离子被使 用为粒子。通常在粒子源11中生成这样的粒子。如果就像在图1中示出的 那样存在两个粒子源11，则可以在这两个粒子源之间在短时间间隔内切换两 中离子类型。为此例如使用了电磁开关（Schaltmagnet）12，其布置在一侧 的离子源11和另一侧的预加速器13之间。例如可以由此同时以质子和以碳 离子运行粒子治疗设备10。

将由离子源11或者其一所生成的并且必要时由电磁开关所选择的离子 在预加速器13中加速至第一能级。预加速器13例如是直线加速器（英语 “LINear ACcelerator”，缩写为LINAC）。随后将粒子馈入到加速器15中， 例如同步加速器或者粒子回旋加速器。在加速器15中，将粒子加速至用于 照射所必需的高能量。在粒子离开（粒子）加速器15之后，高能射束传输 系统17将粒子射束传输至一个或者多个照射空间19。在照射空间19中， 加速了的粒子对准至待照射的身体。根据构造，所述粒子从固定的方向（按 照所谓的“fixed beam（固定射束）”空间）出发，但是由于沿着轴22移动 可旋转的机架21所以所述粒子从不同的方向出发。

依据图1示出的粒子治疗设备10的结构对于很多粒子治疗设备是典型 的，但是也可以与此不同。下面所描述的实施例既可以使用在按照图1所示 出的粒子治疗设备的关联中也可以使用在其他的粒子治疗设备中。

图2示出了在照射空间外部或内部的可能的装置。

在图2中未示出的成像单元通常包含X射线探测器和X射线辐射器， 这两者彼此相对置地布置在支撑臂、例如C形臂上。借助机器手臂、例如借 助六轴式弯臂机器人，支撑臂本身在空间内是可灵活定位的。借助X射线 探测器和X射线辐射器可以对患者39的X射线照片、例如透视照片进行拍 摄，所述患者被定位在患者卧榻41上以便照射。特别是待照射的目标区域 或待照射的目标体积43、例如待照射的患有肿瘤的器官可以在透视照片中 成像。

为了照射，粒子射束47从射束出口（Strahlaustritt）45射出并且对准患 者39。在此示出的是在空间内空间固定的安装好的射束出口45。替换地， 也可以将射束出口45固定在可旋转的机架上，从而使得射束出口45可以围 绕患者39旋转。在粒子射束47的使用中，射束出口45却一般保持位置固 定。

控制单元51和/或用于图像重建的计算机单元49可以实施在单一的计 算机单元中或者划分在不同的子单元中、实施为独立的单元或者实施在用于 整个粒子治疗设备的控制单元中。

在计算机单元49中实施地或在计算机单元49上直接或者远程耦合地， 可以使用另一个在图2中未示出的用于计划照射持续时间的治疗计划单元， 其可以以硬件方式或以软件方式来构造。

下面阐述可能的按照本发明的工作流程，其步骤在图3和图4中通过附 图标记1、2、3、4、5、6、6a、6b、7、7a、8来示出：

按照图3，执行下面的步骤：

1加载患者数据

2确定最优化参数，例如治疗计划参数

3执行对最优化参数的最优化

4生成治疗计划

5验证治疗计划

如果治疗计划是不可接受的，则重复步骤2至5

6如果照射计划是可接受的，则计算所期望的治疗治疗持续时间

6a在数据存储器中存储治疗计划，其可以包含多个治疗计划

7如果其他的治疗计划也是必须的，则重复步骤2至6a和7

7a如果没有其他治疗计划是必须的，则从数据存储器中建议和/ 或选择治疗计划

8结束治疗计划和对治疗持续时间的计算

在图4中的流程与图3中的流程通过下面的步骤而有所区别：

图3中的步骤6a、7和7a被替换为步骤

6b如果在步骤6中所计算的治疗时间是可以接受的，则继续继续到步 骤8；如果所计算的照射时间是不可接受的，则重复步骤2至6和6b。

在图3和图4中“Tx”是指“Treatment”（治疗）。

按照本发明，上面所计算的、期望的治疗持续时间可以用于粒子加速器 15的调节最优化，就像在具有与本申请相同的时间顺序（Zeitrang）的德国 专利申请“用于优化粒子加速的方法和装置（Verfahern und Vorrichtung zur  Optimierung eines Partikelbeschleunigers）”中所建议的那样。