專利名稱:用于運(yùn)行粒子治療設(shè)備的方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種用于運(yùn)行粒子治療設(shè)備的方法以及一種在其中使用所述方法的粒子治療設(shè)備。
背景技術(shù):
使用粒子治療設(shè)備利用重粒子(例如質(zhì)子、碳離子)治療腫瘤。在此利用重粒子例如按照所謂的光柵掃描方法照射腫瘤。除了患者的腫瘤,還可以例如為了研究或預(yù)警目的照射模體。光柵掃描方法的基礎(chǔ)是,對(duì)于每個(gè)ISO能量層設(shè)置由粒子產(chǎn)生和加速裝置提供的射線強(qiáng)度并且實(shí)時(shí)采集在每個(gè)光柵點(diǎn)應(yīng)用的劑量并且對(duì)于每個(gè)光柵點(diǎn)維持直到達(dá)到了規(guī)劃的目標(biāo)劑量。例如可以借助快速磁鐵通斷輻射。因?yàn)樵趯⑤椛鋺?yīng)用于光柵點(diǎn)期間每個(gè)光柵點(diǎn)需要一個(gè)最小時(shí)間,所以用于以最小的劑量照射光柵點(diǎn)的應(yīng)用的該最小時(shí)間確定了可以使用的最大輻射強(qiáng)度。在此還必須考慮,用于從粒子產(chǎn)生和加速裝置中提取粒子束的技術(shù)方案會(huì)導(dǎo)致具有大的波動(dòng)的粒子流變化。用于提取粒子的典型方案例如是諧振提取或利用所謂的Knock-Out-Exciter (K0激勵(lì)器)的提取。這樣產(chǎn)生的粒子或微粒流變化由于快速波動(dòng)而在幾個(gè)微秒的范圍內(nèi)主導(dǎo)并且此外特別在提取的開始還附加地在幾十毫秒直到幾秒的時(shí)間范圍中改變。相反,值得期望的是,粒子束強(qiáng)度,即每單位時(shí)間粒子或微粒的數(shù)量,近似為如圖1 所示的方波,即,在預(yù)定的時(shí)刻非常陡地上升到期望的強(qiáng)度并且在例如5秒的預(yù)定的時(shí)間之后又非常陡地下降。相反,圖2示出了按照現(xiàn)有技術(shù)的粒子束的強(qiáng)度變化。強(qiáng)度的采集以50 μ s的分辨率進(jìn)行??梢钥闯鲩L(zhǎng)時(shí)間的波動(dòng)以及非常短時(shí)的波動(dòng)。在此,從JP-113^800公知一種用于發(fā)出帶電粒子束輻射的方法和一種加速裝置。加速裝置包括用于施加高頻的裝置、用于輻射(Ausstrahimg)的偏轉(zhuǎn)裝置、流測(cè)量裝置和計(jì)算機(jī)器。用于施加高頻的裝置基于高頻信號(hào)產(chǎn)生高頻電場(chǎng)、磁場(chǎng)或電磁場(chǎng),以便將其施加到帶電粒子流。偏轉(zhuǎn)裝置輻射帶電粒子束,該粒子束通過用于施加高頻的裝置向著諧振穩(wěn)定限制的外側(cè)運(yùn)動(dòng)。流測(cè)量裝置測(cè)量帶電粒子束的流的值,該粒子束是由用于輻射的偏轉(zhuǎn)裝置輻射的。計(jì)算機(jī)器按照由流測(cè)量裝置測(cè)量的流的值,確定高頻信號(hào)的強(qiáng)度。由于特別是在諧振提取時(shí)顯示的粒子束強(qiáng)度的強(qiáng)烈波動(dòng),目前這樣實(shí)施照射技術(shù),使得接受具有非常高的可變性的照射強(qiáng)度。由此要接受通過最小劑量的光柵點(diǎn)的劑量主導(dǎo)的相對(duì)長(zhǎng)的照射時(shí)間。此外為了仍能夠獲得可接受的照射時(shí)間,在規(guī)劃時(shí)相對(duì)高地設(shè)置每個(gè)光柵點(diǎn)的最小劑量。由此可以避免輻射應(yīng)用的持續(xù)時(shí)間由于限制到最小強(qiáng)度而變得非常大的極端情況。另一方面,由此在具有小的劑量需求的光柵點(diǎn)的情況下要接受可能不合比例地高的劑量。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是,如下地改進(jìn)粒子治療裝置的運(yùn)行,即縮短照射時(shí)間并且在不同的光柵點(diǎn)既能夠應(yīng)用小的也能夠應(yīng)用大的輻射劑量。
按照本發(fā)明的第一方面提供一種用于運(yùn)行粒子治療裝置的方法。在該方法中產(chǎn)生并加速照射粒子并且從產(chǎn)生的照射粒子的至少一部分中產(chǎn)生粒子束。此外自動(dòng)采集粒子束的粒子束強(qiáng)度。此外按照預(yù)定的照射規(guī)劃自動(dòng)地利用粒子束順序地照射多個(gè)光柵點(diǎn)。在照射規(guī)劃中每個(gè)光柵點(diǎn)分別對(duì)應(yīng)于一個(gè)用于在該光柵點(diǎn)上的粒子束強(qiáng)度的額定值。自動(dòng)地根據(jù)采集的粒子束強(qiáng)度和分別預(yù)定的用于待照射的光柵點(diǎn)的粒子束強(qiáng)度的額定值來影響粒子束強(qiáng)度。通過測(cè)量粒子束強(qiáng)度并且自動(dòng)根據(jù)預(yù)定的額定值影響或調(diào)整粒子束強(qiáng)度,可以作為時(shí)間的函數(shù)實(shí)現(xiàn)粒子束強(qiáng)度變化,該粒子束強(qiáng)度變化非常近似于例如在圖1中所示的具有非常陡的上升、然后是恒定的變化和快速下降的期望的變化。為了自動(dòng)采集粒子束強(qiáng)度, 例如可以使用在粒子治療裝置中為了測(cè)量每個(gè)光柵點(diǎn)應(yīng)用的劑量而使用的探測(cè)器。由此不必將會(huì)影響輻射質(zhì)量并且由此影響醫(yī)療治療結(jié)果的附加的探測(cè)器引入粒子束中。由探測(cè)器測(cè)量的輻射強(qiáng)度例如可以實(shí)時(shí)地?cái)?shù)字地傳輸?shù)綌?shù)字的調(diào)節(jié)器。為了傳輸數(shù)字化的測(cè)量信號(hào),例如可以使用工業(yè)上常用的總線信號(hào)。調(diào)節(jié)器例如可以是使用比例調(diào)節(jié)、積分調(diào)節(jié)和微分調(diào)節(jié)的所謂的PID調(diào)節(jié)器。PID調(diào)節(jié)器特別適合于調(diào)節(jié)如圖2所示的快的以及慢的波動(dòng)。 替換地還可以使用在現(xiàn)有技術(shù)中公知的其他調(diào)節(jié)器。除了數(shù)字地傳輸由探測(cè)器采集的粒子束強(qiáng)度,還可以設(shè)置模擬的傳輸。此外輻射強(qiáng)度不再通過最低劑量的光柵點(diǎn)限制并且可以極大減小照射時(shí)間。此外在照射規(guī)劃中明顯更小地設(shè)置每個(gè)光柵點(diǎn)的最小劑量。由此可以實(shí)現(xiàn)改善的照射的均勻性和舒適性并且同時(shí)減小照射時(shí)間。這導(dǎo)致患者通過率的明顯提高并且由此導(dǎo)致粒子治療裝置的更有效利用。還可以在幾個(gè)光柵點(diǎn)的情況下在多個(gè)光柵點(diǎn)的順序照射期間設(shè)置額定值的改變。 特別地在照射屬于ISO能量層的光柵點(diǎn)期間可以發(fā)生額定值的改變。由此輻射強(qiáng)度不再通過ISO能量層中的最低劑量的光柵點(diǎn)限制并且可以極大減小照射時(shí)間。在照射規(guī)劃時(shí)可以更靈活,因?yàn)槟軌蛎黠@更小地設(shè)置每個(gè)光柵點(diǎn)的最小劑量。按照一種實(shí)施方式,將粒子束傳輸?shù)街委熚恢玫牧W邮敵龆瞬⑶也杉谥委熚恢玫牧W邮敵龆松系牧W邮鴱?qiáng)度。由此可以這樣調(diào)整對(duì)粒子束強(qiáng)度的自動(dòng)影響,使得在治療位置的粒子束輸出端上提供期望的粒子束強(qiáng)度,由此可以相應(yīng)地考慮在將粒子束傳輸?shù)搅W邮敵龆藭r(shí)粒子束強(qiáng)度的影響。按照另一種實(shí)施方式,利用同步加速器和/或線性加速器產(chǎn)生并加速照射粒子。替換地還可以利用粒子回旋加速器產(chǎn)生并加速照射粒子。在使用同步加速器和線性加速器的情況下為了影響粒子束強(qiáng)度可以借助所謂的Knock-Out-Exciter將照射粒子的一部分退耦。Knock-Out-Exciter例如借助控制設(shè)備來控制并且對(duì)加速器中的粒子束產(chǎn)生強(qiáng)度可調(diào)的高頻。功率越高,則單位時(shí)間退耦越多粒子。為了獲得期望的粒子束強(qiáng)度變化,在Knock-Out-Exciter的控制設(shè)備中自動(dòng)地利用例如前面提到的PID調(diào)節(jié)器調(diào)整輸出功率。由此取消了通常所需的對(duì)如下功能的參數(shù)的調(diào)整,該功能對(duì)于預(yù)控制調(diào)整 Knock-Out-Exciter的輸出功率的時(shí)間變化。此外通過粒子束強(qiáng)度的高的時(shí)間常數(shù),粒子束的應(yīng)用更精確和更均勻。由此也簡(jiǎn)化了對(duì)于粒子束應(yīng)用的控制和監(jiān)視系統(tǒng),由此運(yùn)行變得更可靠。通過這樣實(shí)現(xiàn)的優(yōu)化的和恒定的輻射強(qiáng)度可以減小輻射中斷的頻度,即所謂的互鎖anterlock)的頻度,由此可以更快地進(jìn)行治療并且更有效利用粒子治療裝置。
可以可選地將粒子束傳輸?shù)蕉鄠€(gè)治療位置中的一個(gè)。在每個(gè)治療位置采集粒子束強(qiáng)度,特別是應(yīng)用的粒子束強(qiáng)度,并且自動(dòng)地將粒子束當(dāng)前被傳輸?shù)降哪莻€(gè)治療位置的采集的粒子束強(qiáng)度用來影響粒子束強(qiáng)度。通過在每個(gè)治療位置采集粒子束強(qiáng)度并且將其用來影響粒子束強(qiáng)度,可以確保,在當(dāng)前進(jìn)行治療的治療位置上正好提供期望的輻射強(qiáng)度。按照另一種實(shí)施方式,確定粒子產(chǎn)生裝置(例如同步加速器、線性加速器或粒子回旋加速器)的品質(zhì)信息。品質(zhì)信息自動(dòng)地根據(jù)采集的粒子束強(qiáng)度和粒子束強(qiáng)度的當(dāng)前的影響來確定。當(dāng)例如在加速器中存儲(chǔ)的粒子數(shù)由于技術(shù)問題隨時(shí)間改變時(shí),則在具有線性加速器的同步加速器的情況下必須相應(yīng)地再調(diào)整對(duì)退耦的照射粒子的部分的設(shè)置,以便保持對(duì)于粒子束強(qiáng)度的預(yù)定額定值。通過對(duì)退耦的照射粒子的部分的設(shè)置的合適記錄 (Protoko 11 ierung)和分析,由此可以導(dǎo)出粒子產(chǎn)生裝置的品質(zhì)信息?;谠撈焚|(zhì)信息可以導(dǎo)出例如對(duì)于粒子產(chǎn)生裝置預(yù)防性的維護(hù)的措施。按照本發(fā)明的另一方面,提供一種粒子治療裝置。粒子治療裝置包括用于產(chǎn)生并加速照射粒子的粒子產(chǎn)生裝置、射線產(chǎn)生裝置、采集裝置、光柵控制裝置和粒子束影響裝置。這樣構(gòu)造射線產(chǎn)生裝置,例如Knock-Out-Exciter,使得射線產(chǎn)生裝置從粒子產(chǎn)生裝置的照射粒子的至少一部分中產(chǎn)生粒子束。采集裝置能夠自動(dòng)采集粒子束的粒子束強(qiáng)度。這樣構(gòu)造粒子束影響裝置,使得其根據(jù)采集的粒子束強(qiáng)度和對(duì)于粒子束強(qiáng)度預(yù)定的額定值影響并且由此調(diào)整粒子束強(qiáng)度。構(gòu)造光柵控制裝置來利用粒子束按照預(yù)定的照射規(guī)劃順序地照射多個(gè)光柵點(diǎn)。照射規(guī)劃為多個(gè)光柵點(diǎn)的每一個(gè)分別對(duì)應(yīng)一個(gè)對(duì)于粒子束強(qiáng)度的額定值。光柵控制裝置與粒子束影響裝置耦合并且將待照射的光柵點(diǎn)的額定值傳輸?shù)搅W邮绊懷b置。粒子束影響裝置使用額定值來調(diào)整對(duì)于待照射的光柵點(diǎn)的期望的粒子束強(qiáng)度。由此對(duì)于不同的光柵點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)并且在短的照射時(shí)間中提供既可以是小的也可以是大的照射劑量。由此可以改善粒子治療裝置的利用并且縮短對(duì)于患者的照射時(shí)間。粒子治療裝置還可以包括將粒子束傳輸?shù)街委熚恢玫牧W邮敵龆说牧W邮鴤鬏攩卧?。在這種情況下用于自動(dòng)地采集粒子束強(qiáng)度的采集裝置優(yōu)選設(shè)置在粒子束輸出端。 由此可以確保在粒子束輸出端上的精確和期望的輻射強(qiáng)度。粒子治療裝置還可以包括將粒子束可選地傳輸?shù)蕉鄠€(gè)治療位置中的一個(gè)的粒子束傳輸單元。在每個(gè)治療位置設(shè)置用于自動(dòng)采集導(dǎo)出的粒子束的粒子束強(qiáng)度(特別是用于采集應(yīng)用的粒子束強(qiáng)度)的采集裝置。粒子治療裝置還可以包括切換單元,該切換單元將粒子束當(dāng)前被傳輸?shù)降哪莻€(gè)治療位置的采集的粒子束強(qiáng)度傳輸?shù)搅W邮绊懷b置。由此可以按順序利用粒子束顧及多個(gè)治療位置,由此能夠更有效地利用粒子治療裝置。借助切換單元確保在每個(gè)治療位置上提供期望的粒子束強(qiáng)度。按照另一種實(shí)施方式,粒子治療裝置包括用于確定粒子產(chǎn)生裝置的品質(zhì)信息的品質(zhì)確定裝置。品質(zhì)信息由品質(zhì)確定裝置根據(jù)采集的粒子束強(qiáng)度和通過粒子束影響裝置對(duì)粒子束強(qiáng)度的影響來確定。由此可以及時(shí)地識(shí)別并且消除在粒子治療裝置上的故障或?qū)硭璧木S護(hù)。前面描述的粒子治療裝置還適合于執(zhí)行前面描述的方法并且由此包括結(jié)合方法所描述的優(yōu)點(diǎn)。此外本發(fā)明還包括一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品,特別是軟件,其可以被加載到粒子治療裝置的可編程控制裝置(例如粒子束影響裝置)的存儲(chǔ)器中。當(dāng)計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品在粒子治療裝置中被運(yùn)行時(shí),利用該計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的程序裝置可以執(zhí)行按照本發(fā)明的方法的上述所有實(shí)施方式。最后本發(fā)明還涉及一種電子可讀的數(shù)據(jù)載體,例如CD或DVD,在其上存儲(chǔ)了電子可讀的控制信息,特別是軟件。當(dāng)該控制信息由數(shù)據(jù)載體讀取并且存儲(chǔ)在粒子治療裝置的控制裝置,例如粒子束影響裝置中時(shí),可以利用粒子治療裝置執(zhí)行前面描述的方法的所有按照本發(fā)明的實(shí)施方式。
以下借助附圖結(jié)合優(yōu)選實(shí)施方式詳細(xì)解釋本發(fā)明。各個(gè)特征、其優(yōu)點(diǎn)和其作用的上述和以下描述既關(guān)于裝置類別也關(guān)于方法類別, 無(wú)需在每種情況下個(gè)別地明確指出;在此公開的各個(gè)特征還可以與示出的組合不同地組
I=I O圖1示出了粒子束強(qiáng)度隨時(shí)間的期望變化。圖2示出了按照現(xiàn)有技術(shù)的粒子束強(qiáng)度隨時(shí)間的典型變化。圖3示出了按照本發(fā)明的實(shí)施方式的粒子治療裝置的示意圖。圖4示出了按照本發(fā)明的實(shí)施方式的粒子束強(qiáng)度的時(shí)間變化。圖5示出了與按照現(xiàn)有技術(shù)的粒子束強(qiáng)度的變化相比,按照本發(fā)明的粒子束強(qiáng)度的變化。圖6示出了照射規(guī)劃,該照射規(guī)劃將照射規(guī)劃的每個(gè)光柵點(diǎn)對(duì)應(yīng)于一個(gè)照射劑量。圖7示出了按照本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式的粒子束強(qiáng)度的變化。
具體實(shí)施例方式圖3示出了粒子治療裝置100。該粒子治療裝置100包括粒子產(chǎn)生裝置101、射線產(chǎn)生裝置102和未示出的粒子束傳輸單元。在粒子產(chǎn)生裝置101中,例如在線性加速器和同步加速器或粒子回旋接收器中產(chǎn)生并加速照射粒子,例如質(zhì)子或碳離子。在同步加速器和線性加速器的情況下,借助射線產(chǎn)生裝置102將產(chǎn)生并加速的粒子或微粒的一部分從粒子產(chǎn)生裝置101中退耦并且作為粒子束傳輸?shù)轿词境龅牧W邮鴤鬏攩卧?。射線產(chǎn)生裝置 102例如可以是Knock-Out-Exciter,其對(duì)粒子產(chǎn)生裝置101中的粒子束輸出可調(diào)功率的高頻。功率越高,則單位時(shí)間越多的粒子被退耦并且被傳輸?shù)酵笋畹牧W邮?。粒子束傳輸單元將這樣產(chǎn)生的粒子束可選地傳輸?shù)嚼缭诓煌闹委熓抑性O(shè)置的多個(gè)治療位置中的一個(gè)。粒子治療裝置還包括在每個(gè)治療位置上的采集裝置103-105,用于采集由粒子束傳輸單元傳輸?shù)街委熚恢玫牧W邮牧W邮鴱?qiáng)度。在圖3中示例性示出了三個(gè)治療位置,其中在第一治療位置設(shè)置采集裝置103,在第二治療位置設(shè)置了采集裝置104并且在第三治療位置設(shè)置了采集裝置105。采集裝置103-105例如借助充氣的電離室和其中設(shè)置的平板電容器采集輻射強(qiáng)度。這樣采集的粒子束強(qiáng)度給出了每單位時(shí)間的粒子束劑量。每個(gè)采集裝置103-105分別對(duì)應(yīng)于一個(gè)劑量確定裝置106-108,其分別將對(duì)應(yīng)的采集裝置的粒子束強(qiáng)度在時(shí)間上積分,以確定在治療位置上的粒子束劑量。粒子治療裝置100還包括切換單元109,其與采集裝置103-105耦合。切換單元109還與粒子束影響裝置110耦合。粒子束影響裝置110例如可以包括電子控制裝置,例如微處理器。粒子治療裝置100的上級(jí)設(shè)置的(未示出的)控制裝置(該控制裝置還控制粒子束傳輸單元)為切換單元109提供信息,即,哪個(gè)治療位置當(dāng)前由粒子束傳輸單元提供粒子束。相應(yīng)地,切換單元109選擇由采集裝置103-105中采集的粒子束強(qiáng)度,以將其進(jìn)一步傳輸?shù)搅W邮绊懷b置110。在采集裝置103-105和切換單元109之間的連接通過例如分開的導(dǎo)線或總線系統(tǒng)例如可以傳輸數(shù)字信號(hào)。上級(jí)設(shè)置的控制裝置為粒子束影響裝置110 提供對(duì)于粒子束強(qiáng)度的額定值并且粒子束影響裝置110為射線產(chǎn)生裝置102提供用于控制電路111的控制值。對(duì)于控制電路111的控制值由粒子束影響裝置110根據(jù)由采集裝置 103-105中的一個(gè)采集的粒子束強(qiáng)度和預(yù)先給出的對(duì)于粒子束強(qiáng)度的額定值來確定。此外粒子束影響裝置Iio例如包括PID調(diào)節(jié)器。PID調(diào)節(jié)器提供用于控制電路111的控制值, 由此例如調(diào)整Knock-Out-Exciter的高頻功率,以便這樣以通過額定值規(guī)定的時(shí)間上恒定的速率調(diào)節(jié)在同步加速器中的粒子的退耦率或提取率。粒子束影響裝置110例如可以以工業(yè)上通用的控制裝置的形式(所謂的存儲(chǔ)器可編程的控制裝置)實(shí)現(xiàn),并且由此作為標(biāo)準(zhǔn)組件集成到粒子治療裝置中。由粒子束影響裝置110傳輸?shù)缴渚€產(chǎn)生裝置102的控制電路 111的控制值例如可以模擬地或優(yōu)選數(shù)字地被傳輸。替換地,切換單元109還可以不取決于上級(jí)設(shè)置的控制裝置,將采集的粒子束強(qiáng)度從設(shè)置在報(bào)告一個(gè)不等于零的額定強(qiáng)度的治療位置上的那個(gè)采集裝置103-105傳輸?shù)搅W邮绊懷b置110,因?yàn)樯霞?jí)設(shè)置的系統(tǒng)由于患者安全些原因本來就要保證,在一個(gè)時(shí)間利用粒子束僅提供到剛好一個(gè)治療位置。粒子治療裝置100還可以包括(未示出的)品質(zhì)確定裝置,其例如集成在粒子治療裝置100的前面提到的上級(jí)設(shè)置的控制裝置中。品質(zhì)確定裝置采集控制值,該控制值由粒子束影響裝置110輸出到控制電路111,并且隨時(shí)間與對(duì)于粒子束強(qiáng)度的額定值一起記錄控制值。例如當(dāng)由粒子產(chǎn)生裝置101產(chǎn)生并存儲(chǔ)的粒子數(shù)例如由于技術(shù)原因隨時(shí)間改變時(shí),則在達(dá)到規(guī)劃的照射時(shí)間結(jié)束之前,粒子束影響裝置110的控制值取異樣的值,例如高于或低于邊界值。通過對(duì)達(dá)到邊界值的時(shí)刻的合適記錄和分析,可以導(dǎo)出對(duì)于粒子產(chǎn)生裝置101的功能的品質(zhì)參數(shù)。根據(jù)該品質(zhì)參數(shù)可以導(dǎo)出用于預(yù)防性維護(hù)粒子產(chǎn)生裝置101的措施。當(dāng)由粒子束影響裝置110輸出到控制電路111的控制值達(dá)到邊界值時(shí),這也可以發(fā)信號(hào),在粒子產(chǎn)生裝置101的加速器中不再存在粒子。可以利用該信息來一直進(jìn)行粒子束的受調(diào)節(jié)的應(yīng)用,直到通過控制值由粒子束影響裝置110向控制電路111發(fā)信號(hào),在加速器中不再存在粒子。由此可以實(shí)現(xiàn),最佳地利用在加速器中存儲(chǔ)的粒子數(shù)。這可以對(duì)減小環(huán)境負(fù)擔(dān)作出貢獻(xiàn),因?yàn)榉駝t必須消除存儲(chǔ)的和加速的其余射線,這導(dǎo)致消除單元和/或設(shè)備部件的放射性污染。因?yàn)榱W邮鴱?qiáng)度的信息由采集裝置或探測(cè)器103-105為了調(diào)節(jié)粒子束強(qiáng)度被實(shí)時(shí)傳輸?shù)搅W邮绊懷b置110,所以可以在治療位置上提供極其精確的粒子束強(qiáng)度。圖4示出了按照本發(fā)明調(diào)節(jié)的粒子束強(qiáng)度的變化。同樣如圖2中所示以50μ s的間隔采集強(qiáng)度。 在時(shí)刻t = 22. 7s激活調(diào)節(jié)。與圖2比較,可以明顯看出,通過調(diào)節(jié)能夠明顯減小長(zhǎng)時(shí)間的波動(dòng)。圖5示出了具有調(diào)節(jié)和沒有調(diào)節(jié)的粒子束強(qiáng)度的比較。圖5中,對(duì)強(qiáng)度數(shù)據(jù)利用FIR濾波器通過在20ms上取平均來進(jìn)行平滑。如從圖5可以看出的,在近似22. 7s至27. 2s 的時(shí)間范圍中的被調(diào)節(jié)的粒子束中不僅明顯減小慢的波動(dòng)而且還減小了短時(shí)的波動(dòng)。在近似31. 4s至36. 3s的未調(diào)節(jié)的強(qiáng)度變化中,除了明顯更慢的波動(dòng)之外還可以看出明顯更短時(shí)的波動(dòng)。在粒子束治療中典型地利用光柵掃描方法治療腫瘤。在此將腫瘤邏輯地劃分為多個(gè)光柵體積,即所謂的光柵點(diǎn),并且在照射規(guī)劃中為每個(gè)光柵點(diǎn)對(duì)應(yīng)一個(gè)照射劑量。為了照射光柵點(diǎn)將粒子束對(duì)準(zhǔn)光柵點(diǎn)并且將具有預(yù)定能量的粒子輻射到腫瘤中,所述預(yù)定能量確定粒子的入射深度。照射規(guī)劃在此可以具有對(duì)于每個(gè)光柵點(diǎn)極其不同的粒子劑量。圖6示例性示出了對(duì)于照射規(guī)劃的多個(gè)光柵點(diǎn)的期望的粒子劑量。通常在應(yīng)用光柵點(diǎn)的照射期間每個(gè)光柵點(diǎn)需要一個(gè)最小時(shí)間。用于以最小劑量照射光柵點(diǎn)的該最小時(shí)間限制了能夠使用的最大射線強(qiáng)度。在圖6中利用箭頭標(biāo)出了具有最小劑量的光柵點(diǎn)。在按照現(xiàn)有技術(shù)的粒子治療裝置中,其中沒有如前面所述地調(diào)節(jié)粒子束強(qiáng)度,對(duì)于具有明顯更高的劑量的多個(gè)光柵點(diǎn)由此接受一個(gè)相對(duì)長(zhǎng)照射時(shí)間,該照射時(shí)間通過較小劑量的光柵點(diǎn)的劑量主導(dǎo)。相反,利用在圖3中所示的具有受調(diào)節(jié)的粒子束強(qiáng)度的粒子治療裝置100,可以在不同的光柵點(diǎn)之間動(dòng)態(tài)改變粒子束強(qiáng)度。對(duì)于粒子束強(qiáng)度的額定值例如可以從照射規(guī)劃中自動(dòng)被導(dǎo)出并且在照射不同的光柵點(diǎn)期間實(shí)時(shí)地同步傳輸?shù)搅W邮绊懷b置110。因?yàn)榧铀傧到y(tǒng)具有如下特性,即,對(duì)調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)參數(shù)改變以幾個(gè)毫秒的延遲時(shí)間響應(yīng),所以可以以“提前時(shí)間”輸出對(duì)于粒子束影響裝置110的額定值的規(guī)定。當(dāng)在上級(jí)設(shè)置的控制系統(tǒng)中在開始照射之前存在具有光柵點(diǎn)的數(shù)據(jù)的在時(shí)間上歸類的列表(照射規(guī)劃)時(shí),可以在準(zhǔn)備階段通過合適的算法確定額定值傳輸?shù)搅W邮绊懷b置110的最佳時(shí)刻。以這種方式, 可以將射線強(qiáng)度總是最佳地與各個(gè)光柵點(diǎn)的要求匹配。圖7示出了射線強(qiáng)度根據(jù)預(yù)定的額定值改變的改變。本發(fā)明的主要優(yōu)點(diǎn)從如下得出射線強(qiáng)度不再通過最低劑量的光柵點(diǎn)限制。通過改變粒子束強(qiáng)度可以在極其更短的時(shí)間以預(yù)定的劑量照射對(duì)于其設(shè)置了高的射線劑量的光柵點(diǎn)。由此可以極大減小整個(gè)照射時(shí)間。此外可以在治療規(guī)劃系統(tǒng)中將每個(gè)光柵點(diǎn)的最小劑量明顯更低地設(shè)置。由此實(shí)現(xiàn)了照射的改善的均勻性和舒適性。同時(shí)通過激活的粒子流強(qiáng)度調(diào)節(jié)避免了長(zhǎng)的照射時(shí)間。由此明顯提高了粒子治療裝置的患者通過量并且改善了治療規(guī)劃的質(zhì)
量。
附圖標(biāo)記列表
100粒子治療裝置
101粒子產(chǎn)生裝置
102射線產(chǎn)生裝置
103采集裝置
104采集裝置
105采集裝置
106劑量確定裝置
107劑量確定裝置
108劑量確定裝置109切換單元110粒子束影響裝置111控制電路
權(quán)利要求
1.一種用于運(yùn)行粒子治療裝置的方法,包括 -產(chǎn)生并加速照射粒子,-從產(chǎn)生的照射粒子的至少一部分中產(chǎn)生粒子束, -自動(dòng)采集所述粒子束的粒子束強(qiáng)度,-按照預(yù)定的照射規(guī)劃利用粒子束自動(dòng)地順序地照射多個(gè)光柵點(diǎn),其中,所述照射規(guī)劃為多個(gè)光柵點(diǎn)的每個(gè)分別對(duì)應(yīng)于一個(gè)用于所述粒子束強(qiáng)度的額定值,并且-根據(jù)采集的粒子束強(qiáng)度和待照射的光柵點(diǎn)的各自的額定值來自動(dòng)地影響所述粒子束強(qiáng)度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,還包括將粒子束傳輸?shù)街委熚恢玫牧W邮敵龆?,其中,采集在粒子束輸出端上的粒子束?qiáng)度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法,其中,為了產(chǎn)生粒子束借助KO激勵(lì)器(102)將產(chǎn)生的照射粒子的一部分退耦,其中,為了影響粒子束強(qiáng)度自動(dòng)調(diào)整所述KO激勵(lì)器(102)的高頻功率。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法,其中,所述粒子束強(qiáng)度的額定值具有時(shí)間上不恒定的變化。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法,其中,為了影響所述粒子束強(qiáng)度使用比例調(diào)節(jié)器、積分調(diào)節(jié)器、微分調(diào)節(jié)器或其組合。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法,其中,利用同步加速器(101)、線性加速器 (101)和/或粒子回旋加速器產(chǎn)生并加速所述照射粒子。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法,其中,可選地將所述粒子束傳輸?shù)蕉鄠€(gè)治療位置中的一個(gè),其中,在每個(gè)治療位置采集所述粒子束強(qiáng)度,并且其中自動(dòng)地將粒子束當(dāng)前被傳輸?shù)降哪莻€(gè)治療位置的采集的粒子束強(qiáng)度用來影響所述粒子束強(qiáng)度。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法,還包括確定產(chǎn)生并加速所述照射粒子的粒子產(chǎn)生裝置的品質(zhì)信息,其中所述品質(zhì)信息自動(dòng)地根據(jù)采集的粒子束強(qiáng)度和退耦的照射粒子的部分的調(diào)整來確定。
9.一種粒子治療裝置,包括-粒子產(chǎn)生裝置(101),用于產(chǎn)生并加速照射粒子,-射線產(chǎn)生裝置(102),用于從產(chǎn)生的照射粒子的至少一部分中產(chǎn)生粒子束, -采集裝置(103-10 ,用于自動(dòng)采集粒子束的粒子束強(qiáng)度,-光柵控制裝置,所述光柵控制裝置構(gòu)造為利用粒子束按照預(yù)定的照射規(guī)劃順序地照射光柵點(diǎn),其中,所述照射規(guī)劃為所述光柵點(diǎn)的每一個(gè)分別對(duì)應(yīng)一個(gè)對(duì)于粒子束強(qiáng)度的額定值,和-粒子束影響裝置(110),其與所述光柵控制裝置耦合并且構(gòu)造為根據(jù)采集的粒子束強(qiáng)度和對(duì)于待照射的光柵點(diǎn)的粒子束強(qiáng)度的分別預(yù)定的額定值影響所述粒子束強(qiáng)度。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的粒子治療裝置,還包括粒子束傳輸單元,用于將粒子束傳輸?shù)街委熚恢玫牧W邮敵龆?,其中所述采集裝置(103-10 設(shè)置在所述粒子束輸出端上。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的粒子治療裝置,其中,所述射線產(chǎn)生裝置(10 包括具有用于調(diào)整高頻功率的控制輸入端的KO激勵(lì)器,利用該高頻功率改變照射粒子的退耦的部分,其中,所述粒子束影響裝置為了影響射線強(qiáng)度,根據(jù)采集的粒子束強(qiáng)度和對(duì)于粒子束強(qiáng)度的預(yù)定的額定值影響KO激勵(lì)器的控制輸入端。
12.根據(jù)權(quán)利要求9至11中任一項(xiàng)所述的粒子治療裝置,其中,所述粒子束強(qiáng)度的額定值具有時(shí)間上不恒定的變化。
13.根據(jù)權(quán)利要求9至12中任一項(xiàng)所述的粒子治療裝置,其中,所述粒子束影響裝置 (110)包括比例調(diào)節(jié)器、積分調(diào)節(jié)器、微分調(diào)節(jié)器或其組合。
14.根據(jù)權(quán)利要求9至13中任一項(xiàng)所述的粒子治療裝置,其中,所述粒子產(chǎn)生裝置 (101)包括同步加速器、線性加速器和/或粒子回旋加速器。
15.根據(jù)權(quán)利要求9至14中任一項(xiàng)所述的粒子治療裝置,其中,還包括-粒子束傳輸單元,用于可選地將所述粒子束傳輸?shù)蕉鄠€(gè)治療位置中的一個(gè),其中,在每個(gè)治療位置設(shè)置用于自動(dòng)地采集所述導(dǎo)出的粒子束的粒子束強(qiáng)度的采集裝置 (103-105),和-切換單元(109),其構(gòu)造為,將粒子束當(dāng)前被傳輸?shù)降哪莻€(gè)治療位置的采集的粒子束強(qiáng)度傳輸?shù)剿隽W邮绊懷b置(110)。
16.根據(jù)權(quán)利要求9至15中任一項(xiàng)所述的粒子治療裝置,還包括品質(zhì)確定裝置,用于根據(jù)采集的粒子束強(qiáng)度和對(duì)粒子束強(qiáng)度的影響確定所述粒子產(chǎn)生裝置(101)的品質(zhì)信息。
17.根據(jù)權(quán)利要求9至16中任一項(xiàng)所述的粒子治療裝置,其中,所述粒子治療裝置 (100)構(gòu)造為用于執(zhí)行按照權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的方法。
18.一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品,其可以被直接加載到粒子治療裝置(100)的粒子束影響裝置(110)的存儲(chǔ)器中,當(dāng)所述計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品在所述粒子治療裝置(100)的粒子束影響裝置(110)中被運(yùn)行時(shí),用于執(zhí)行按照權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述方法的所有步驟。
19.一種電子可讀的數(shù)據(jù)載體,具有在其上存儲(chǔ)的電子可讀的控制信息,這樣構(gòu)造所述控制信息,使得其在所述粒子束影響裝置(110)中使用所述數(shù)據(jù)載體時(shí)執(zhí)行按照權(quán)利要求 1至8中任一項(xiàng)所述的方法。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于運(yùn)行粒子治療裝置(100)的方法。所述粒子治療裝置(100)包括粒子產(chǎn)生裝置(101)、用于從產(chǎn)生的照射粒子的至少一部分中產(chǎn)生粒子束的射線產(chǎn)生裝置(102)、用于自動(dòng)采集粒子束的粒子束強(qiáng)度的采集裝置(103-105)和粒子束影響裝置(110),所述粒子束影響裝置(110)構(gòu)造為根據(jù)采集的粒子束強(qiáng)度和對(duì)于粒子束強(qiáng)度的預(yù)定的額定值影響所述粒子束強(qiáng)度。
文檔編號(hào)A61N5/10GK102210909SQ201110083139
公開日2011年10月12日 申請(qǐng)日期2011年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月7日
發(fā)明者馬丁·布勞爾 申請(qǐng)人:西門子公司