專利名稱：跟蹤用于照射運動目標體積的射線的方法和射線治療設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種跟蹤用于照射運動的目標體積的射線的方法以及一種相應構造的射線治療設備。
背景技術：
射線治療是為了治療腫瘤疾病的建立的方法。在此，將高能量的治療射線，例如高能量的X射線對準待照射的組織例如腫瘤。運動的目標體積，例如肺部腫瘤的射線治療是一種挑戰(zhàn)，因為待照射的解剖結構運動。也就是成立，治療射線要盡可能有針對地在腫瘤中施加并且盡可能好地保護周圍的組織。運動會降低照射的精度，因為目標體積離開治療射線的焦點。由此出現關于在目標體積中施加的射線劑量的欠劑量，而周圍的健康組織承受太高的劑量。消除這種不安全性的一種可能性是使用較大的安全余量，但是該安全余量會導致通過安全余量包圍的健康組織的較強的劑量負擔。在照射運動的腫瘤的情況下采用的方法是所謂的跟蹤方法。在該跟蹤方法中監(jiān)視目標體積的運動周期并且這樣改變射線，使得其始終跟蹤目標體積的運動，即射線跟蹤運動的目標體積。也就是將照射域自動與目標體積的運動匹配。在所謂的門控方法中，僅在確定的時刻施加劑量，也就是僅當目標體積位于預定義的規(guī)劃的位置時才施加
發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題是，提出一種射線治療設備，其允許精確地并且以小的開銷跟蹤目標體積的運動。此外要解決的技術問題是，提出一種在照射運動的目標體積的情況下用于跟蹤射線的相應方法。按照本發(fā)明的射線治療設備包括:-用于提供照射運動的目標體積的射線的治療用射線源，和-用于將射線對準目標體積的射線跟蹤裝置，其中，該射線跟蹤裝置包括:-具有用于限制射線的準直器開口的準直器，-用于相對于射線定位目標體積的定位裝置，和-用于如下地控制準直器開口相對于射線的位置和控制定位裝置的位置的控制裝置:在跟蹤射線的情況下，通過移動準直器開口來補償(ausgeglichen)目標體積在第一運動方向上的運動，和通過利用定位 裝置重新定位目標體積來補償目標體積在第二運動方向上的運動。為了更精確補償目標體積的運動，同時使用兩個互相獨立的部分系統(tǒng):患者定位裝置和準直器。它們被用于治療射線跟蹤目標體積的運動。在此，每個部分系統(tǒng)補償在另一個方向上目標體積的運動。為了實現組合的跟蹤方法，使用集成的控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)既控制準直器片也控制對于患者的定位裝置?？刂葡到y(tǒng)實時分析被傳輸到控制系統(tǒng)的關于目標體積運動的運動信息。相應地，實時控制為了跟蹤而采用的射線治療設備的運動軸，也就是準直器的運動軸和患者定位裝置的運動軸。本發(fā)明基于以下認識，即，僅通過準直器調整照射域與目標體積運動(方法是例如準直器開口跟蹤目標體積的運動)可能是不利的。也就是，在僅僅準直器跟蹤情況下會出現如下問題(因為準直器片具有一定的寬度)，即，由于垂直于準直器片的方向出現的目標體積的運動不能被精確補償，因為通過片寬度規(guī)定的分辨率抵 消了最佳的射線跟蹤。由此垂直于準直器片的方向出現的目標體積的運動時常不能被精確地補償。這一點會導致在周圍健康組織中的欠劑量或過劑量。但是，也可以看出，在通過連續(xù)地重新定位患者來跟蹤的情況下補償目標體積的運動的方案同樣是有問題的。在這種跟蹤情況下例如移動患者臥榻和上面定位的患者，以便運動的目標體積在空間上盡可能保持靜止。在此，所規(guī)劃的目標體積的對稱中心(從治療射線來看)保持盡可能在相同的位置或在射線治療設備的坐標系中的相同位置。在該僅通過患者臥榻來跟蹤的情況下的缺陷是，必須克服系統(tǒng)的慣性。由此困難的是，快速調整位置。由此不再可能合適補償目標體積的運動，特別是在大的和快的運動幅度情況下，如在呼吸運動中觀察到的那樣。此外涉及目標體積形狀的改變如變形和/或旋轉僅僅通過平移檢查臺不能被補償。該問題現在可以借助所提出的射線治療設備來避免。使用準直器的跟蹤系統(tǒng)允許關于目標體積的位置和/或形狀的改變快速補償治療射線。準直器對目標體積的運動快速做出反應，并且通過準直器片的運動，照射域由此也快速地跟蹤目標體積的大的運動。但是準直器的缺陷是，垂直于片的運動方向，相應于準直器片的寬度(例如5_或甚至Icm)的僅離散分辨率是可能的。在該方向上的位于片寬度的整數倍之間的運動(對于例如5mm的片寬度:以2_3mm或7-8_偏移)利用準直器只能不充分地跟蹤；會出現過劑量或欠劑量。與之相反，利用定位裝置(例如患者臥榻)的跟蹤允許無需如在準直器情況下規(guī)定的預定義的分辨率精確和精準地移動患者。通過此時組合利用定位裝置的跟蹤與利用準直器的跟蹤，可以提供改進的跟蹤:準直器在縱向方向上調整治療射線，而定位裝置在橫向方向上調整檢查臺。由此補償了在橫向方向上準直器跟蹤的缺陷。盡管如此，僅在橫向方向上的補償不太強地進行，從而在利用定位裝置的跟蹤情況下出現的慣性問題被強烈地減小。通過組合兩個不同的跟蹤系統(tǒng)，也就是準直器跟蹤和患者臥榻跟蹤，利用了兩個跟蹤系統(tǒng)的不同的優(yōu)缺點，從而補充了優(yōu)點并且補償了缺點。改進的跟蹤方法還允許更嚴格地選擇安全余量，因為可以更精確地照射目標體積。以這種方式可以總體上降低對于患者的劑量負擔。跟蹤方法的另一個優(yōu)點是，此時比門控方法情況下提供更長的時間段用于照射，在所述門控方法中僅提供在運動周期中的確定的時間窗用于照射。特別地此時可以連續(xù)進行照射。
與門控方法相比，一個特別的優(yōu)點在照射技術中給出，在該照射技術中與靜態(tài)的“ step-and-shoot,步進一采集”相比,動態(tài)地給出射線。在動態(tài)的照射技術中，機架或患者臥榻例如在射線施加期間移動。不能以簡單的或相似的方式利用動態(tài)的治療方法應用這些照射技術。頻繁地和在一定的框架內不規(guī)則地中斷射線施加在動態(tài)的治療方法情況下與利用動態(tài)組件的同時運動在那里應用的連續(xù)的射線施加相反。該跟蹤方法避免了該缺陷，并且由此很好地適合于與動態(tài)的照射技術組合。特別是沿著兩個不同的運動方向，射線跟蹤分布到兩個不同的跟蹤系統(tǒng)，這允許在動態(tài)的照射技術情況下也應用精確的跟蹤。準直器特別是具有多個準直器片的多葉準直器。于是，第一運動方向可以相應于準直器片的運動方向。準直器補償在其準直器片的方向上目標體積的改變。由此實現了沿著第一運動方向特別精確的跟蹤。第一和第二運動方向特別地互相垂直。通過控制裝置如下分析目標體積的運動，即，其沿著兩個互相垂直的運動方向被分解。第一運動方向和第二運動方向可以這樣與目標體積的運動對齊，使得沿著第一運動方向目標體積的運動比沿著第二運動方向目標體積的運動更強。以這種方式可 以利用準直器補償目標體積的運動的大部分，其片允許在片的運動方向上的快速補償。沿著利用患者臥榻補償的那個方向的運動相應更小地突出。第一運動方向可以這樣與目標體積的運動對齊，使得目標體積的主運動方向基本上平行于第一運動方向對齊。以這種方式主要通過準直器或通過移動準直器開口來實現射線的跟蹤。準直器片的方向也就是優(yōu)選相應于目標體積的主運動方向。以這種方式可以利用準直器補償目標體積的運動的大部分，其片允許在片的運動方向上的快速補償。與之相反，定位裝置則補償基本上垂直于準直器片的運動方向發(fā)生的目標體積的運動。因為該運動方向不是目標體積的主運動方向，所以僅需目標體積的小的補償運動，盡管存在補償的慣性仍可以利用定位裝置來處理所述補償運動。特別地可以這樣對齊第二運動方向，使得為了沿著第二運動方向重新定位目標體積僅激活定位裝置的一個運動軸。以這種方式避免患者臥榻的復雜控制，該復雜控制可能要求同時協(xié)調地運動多于一個運動軸。按照本發(fā)明的跟蹤用于照射運動的目標體積的射線的方法包括以下步驟:-采集目標體積的運動。-分析目標體積沿著第一運動方向和沿著第二運動方向的運動，-通過沿著第一運動方向移動準直器的準直器開口，跟蹤射線以補償目標體積沿著第一運動方向的運動，-通過沿著第二運動方向重新定位目標體積，跟蹤射線以補償目標體積沿著第二運動方向的運動。準直器可以是具有多個準直器片的多葉準直器，其中第一運動方向相應于準直器片的運動方向。第一和第二運動方向特別地互相垂直。在此，準直器片平行地與目標體積的運動一起運動，以跟蹤治療射線。與此相反，將患者定位裝置與目標體積的運動相對地移動，以便又使得目標體積回到治療射線的焦點中。第一運動方向和第二運動方向這樣與目標體積的運動對齊，使得目標體積比沿著第二運動方向更強地沿著第一運動方向運動。第二運動方向這樣取向，使得為了沿著第二運動方向重新定位目標體積僅激活定位裝置的一個運動軸。在這種情況下，目標體積的運動這樣分解為兩個運動方向，使得該一個運動方向相應于射線治療設備的機械軸。例如，第一運動方向可以垂直于定位裝置的運動軸對齊。準直器然后垂直于該運動軸取向。例如，該一個運動軸相應于定位裝置的總軸，而準直器垂直于患者臥榻布置。如果此時移動定位裝置以用于跟蹤，則僅要移動定位裝置的一個運動軸，這在技術上比在同時使用定位裝置的兩個運動周到情況下對角地平的移動更容易完成。各個特征、其優(yōu)點和其作用的前面和以下的描述既涉及裝置類別也涉及方法類另IJ，無需在每種情況下單獨指出；在此公開的單個特征也可以按照與所示出的組合不同地進行組合。


以下借助附圖詳細解釋本發(fā)明的實施方式和按照所附權利要求的特征的擴展，但是不限于此。其中，圖1示出了用于解釋在純準直器跟蹤情況下的問題的示意圖，圖2示出了用于解釋在具有定位裝置的純跟蹤情況下的問題的圖示，圖3示出了目標體積的運動沿著其主運動方向和與之垂直的方向的分解，圖4不出了目標體積的運動分解為第一較大的運動分量和第二較小的運動分量，圖5示出了具有所屬的準直器域的第一運動狀態(tài)中的目標體積，圖6示出了具有所屬的準直器域的第二運動狀態(tài)中的目標體積，圖7示出了具有所屬的準直器域的、通過患者臥榻重新定位的第二運動狀態(tài)中的目標體積，圖8示出了射線治療設備的極其示意性的構造。
具體實施例方式圖1示出了準直器11，其對于目標體積15合適地限制用于照射的照射域。可以看出多個形成照射域的準直器片13。虛線示出了在第二位置處的目標體積15。目標體積15在第一和第二位置之間進行的運動具有沿著準直器片的運動方向和與之垂直的運動方向的分量。如果此時對于位移的目標體積15形成照射域，則可能出現過劑量或欠劑量。這可以通過考察片對17來解釋。如果該片對17打開，如虛線所示，則位于目標體積15右邊的組織遭受附加的射線。如果該片對17保持閉合，則目標體積15的陰影部分不被照射。圖2示出一幅相對于時間畫出了目標體積在X方向上的運動的圖示。在目標體積在X方向上相應的大的運動幅度情況下(實線)，定位裝置的慣性時常導致定位裝置的運動(虛線)滯后于目標體積的運動。為了補償慣性，需要開銷大的機械。此外，在太快運動的情況下患者舒適度受到威脅。圖3示出了目標體積在χ-y平面中的運動。該運動象征性地通過橢圓形21表示，沿著橢圓形21的箭頭示出了運動方向。沿著第一(傾斜)方向23，目標體積的運動最強。這是目標體積的主運動方向。沿著與之垂直的方向25，目標體積的運動最小。此時，這樣對齊準直器片，使得這些片平行于第一方向23對齊。沿著該方向僅通過相應移動準直器片進行照射域的跟蹤。與之相反，利用定位裝置進行目標體積沿著第二方向25的重新定位，以便將目標體積保持在射線的焦點中。圖4示出了在χ-y平面中目標體積的相同運動。但是，此時將該運動不同地分解，即沿著坐標系。沿著y方向，目標體積的運動雖然不是最強，但是比在X方向上強。此時，這樣對齊準直器片，使得片平行于y方向對齊。沿著該第一方向27僅通過相應移動準直器片進行照射域的跟蹤。與之相反，利用定位裝置進行目標體積沿著與之垂直的方向29，也就是X方向的重新定位，以便將目標體積保持在射線的焦點中。與圖3中所 示出的實施相反，這樣的實施可以具有優(yōu)點，S卩，其容易實現，因為準直器或定位裝置不必精確按照目標體積的最強運動方向對齊。但是，按照在圖3中所示出的實施的跟蹤最佳地利用了組合的跟蹤關于準直器片的運動性和定位裝置的慣性的優(yōu)點。圖5從治療射線的角度再次示出了在第一運動狀態(tài)中的目標體積15和所屬的由準直器11產生的準直器域。在準直器域下面示出了定位裝置31，例如患者臥榻，在患者臥榻上定位了用于照射的目標體積15。圖6示出了在具有所屬的準直器域的第二運動狀態(tài)中的目標體積15。目標體積在定位裝置31上這樣位移，使得此時需要其它準直器片，以便合適地限制照射域。圖7示出了在第二運動狀態(tài)中的目標體積15，但是該目標體積此時通過定位裝置31重新定位回去，并且具體來說沿著與準直器片的移動方向垂直的運動方向，也就是X方向。箭頭示出運動分解為兩個分量，所述分量然后分別由一個跟蹤子系統(tǒng)補償。此時，僅需移動已經在圖5中使用的準直器片，以便合適地限制照射域。在目標體積的附加的形狀改變的情況下必要時可以需要或多或少的準直器片，以便合適地限制照射域。圖8示出了射線治療設備51，使用所述射線治療設備可以利用兩個跟蹤子系統(tǒng)如描述地那樣執(zhí)行射線跟蹤。治療的射線源例如位于L形機架53中。在機架上固定了準直器55?；颊?7 (或用于測試射線跟蹤的模體)位于患者臥榻59上，其位置可以利用不同的自由度來調整。運動傳感器61提供信號，借助該信號可以確定待照射的目標體積的運動。具有用于采集信號的輸入端的控制裝置63將目標體積的運動分解為兩個分量，它們應當利用不同的跟蹤子系統(tǒng)來補償。在此，一個跟蹤子系統(tǒng)通過相應控制的準直器55實現，而另一個跟蹤子系統(tǒng)通過相`應控制的患者臥榻59實現。
權利要求
1.一種射線治療設備(51)，包括: -用于提供照射運動的目標體積(51)的射線的治療用射線源，和 -用于將射線對準目標體積(51)的射線跟蹤裝置， 其中，所述 射線跟蹤裝置包括: -具有用于限制射線的準直器開口的準直器(11，55 )， -用于相對于射線定位目標體積(15)的定位裝置(31，59)，和 -用于如下地控制所述準直器開口相對于射線的位置和控制定位裝置(31，59)的位置的控制裝置(63): 在跟蹤射線的情況下，通過移動準直器開口來補償目標體積(15)在第一運動方向(23，27)上的運動，和 通過利用定位裝置(31，59)重新定位目標體積(15)來補償目標體積(15)在第二運動方向(25，29)上的運動。
2.根據權利要求1所述的射線治療設備(51)，其中，所述準直器(11，55)是具有多個準直器片(13)的多葉準直器，并且其中，第一運動方向(23，27)相應于準直器片(13)的運動方向。
3.根據上述權利要求中任一項所述的射線治療設備(51)，其中，第一運動方向(23，27)和第二運動方向(25，29)互相垂直。
4.根據上述權利要求中任一項所述的射線治療設備(51)，其中，第一運動方向(23，27)和第二運動方向(25，29)這樣與目標體積(15)的運動對齊，使得目標體積(15)沿著第一運動方向(23，27)的運動比目標體積(15)沿著第二運動方向(25，29)的運動更強。
5.根據權利要求4所述的射線治療設備(51)，其中，第一運動方向(23，27)這樣與目標體積(15)的運動對齊，使得目標體積(15)的主運動方向基本上平行于第一運動方向(23，27)對齊。
6.根據上述權利要求中任一項所述的射線治療設備(51)，其中，這樣對齊第二運動方向(25，29)，使得為了沿著第二運動方向(25，29)重新定位目標體積(15)僅激活定位裝置(31,59)的一個運動軸。
7.—種跟蹤用于照射運動的目標體積(15)的射線的方法，包括以下步驟: -采集目標體積(15)的運動， -分析目標體積(15 )沿著第一運動方向(23，27 )和沿著第二運動方向(25，29 )的運動，-通過沿著第一運動方向(23，27 )移動準直器(11，59 )的準直器開口，跟蹤射線以補償目標體積(15)沿著第一運動方向(23，27)的運動， -通過沿著第二運動方向(25，29)重新定位目標體積(15)，跟蹤射線以補償目標體積(15)沿著第二運動方向(25，29)的運動。
8.根據權利要求7所述的方法，其中，所述準直器(11，59)是具有多個準直器片(13)的多葉準直器，并且其中，第一運動方向(23，27)相應于準直器片(13)的運動方向。
9.根據權利要求7或8所述的方法，其中，其中，所述第一運動方向(23，27)和第二運動方向(25，29)互相垂直。
10.根據權利要求7至9中任一項所述的方法，其中，所述第一運動方向(23，27)和第二運動方向(25，29)這樣與目標體積(15)的運動對齊，使得目標體積(15)沿著第一運動方向(23，27)比沿著第二運動方向(25，29)更強地運動。
11.根據權利要求10所述的方法，其中，所述第一運動方向(23，27)基本上平行于目標體積(15 )的主運動方向對齊。
12.根據權利要求7至11中任一項所述的方法，其中，這樣對齊所述第二運動方向(25，29)，使得為了沿著第二運動方向(25，29)重新定位目標體積(15)僅激活定位裝置(31,59)的一個運動軸?！?br> 全文摘要
本發(fā)明涉及一種射線治療設備(51)，包括用于提供照射運動的目標體積(51)的射線的治療用射線源，和-用于將射線對準目標體積(51)的射線跟蹤裝置，其中，所述射線跟蹤裝置包括具有用于限制射線的準直器開口的準直器(11,55)，用于相對于射線定位目標體積(15)的定位裝置(31,59)，和用于如下地控制準直器開口相對于射線的位置和控制定位裝置(31,59)的位置的控制裝置(63)在跟蹤射線的情況下，通過移動準直器開口來補償目標體積(15)在第一運動方向(23,27)上的運動，和通過利用定位裝置(31,59)重新定位目標體積(15)來補償目標體積(15)在第二運動方向(25,29)上的運動。
文檔編號A61N5/10GK103170067SQ20121055876
公開日2013年6月26日 申請日期2012年12月20日 優(yōu)先權日2011年12月23日
發(fā)明者M.塔克 申請人:西門子公司