專利名稱：用于在粒子照射計劃中確定照射持續時間的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于在照射計劃中確定照射持續時間的一種方法以及一種裝置。
背景技術：
在放射治療中，借助X射線射束、電子射束或者粒子射束來照射患病組織等。特別地，粒子治療在近年來發展成主流的用于治療組織、特別是腫瘤疾病的方法。然而，就像在粒子治療中所使用的那樣，照射方法也可以使用在非治療的領域，例如在科研工作范圍內照射模體或者非生命體、照射材料，等等。在粒子治療中產生粒子，尤其是諸如質子、碳離子或者其他離子類型的離子。這些 粒子在加速器中被加速到高能量、形成粒子射束并且隨后對準待照射的組織。粒子入射待照射的組織中并且在那里將其能量釋放在所限定的(umschriebenen)區域中。粒子射束在待照射的組織中的入射深度特別依賴于粒子射束的能量。粒子射束的能量越高，粒子在待照射的組織中入射越深。在照射計劃期間，計劃和其單個場/射束的所期望的照射持續時間是未知的。通過調節最優化參數，按照劑量測定的觀點對劑量分布進行最優化并且確定了分級模式(Frakt ions schema ),從而使得照射時間不固定，所述照射時間影響患者舒適度以及患者吞吐量并且影響患者的輻射負荷。由此帶來，加速器性能的變化可以不同強度地影響照射持續時間。影響場/射束的照射持續時間的因素是定性地公知的。為此，除了不受照射計劃影響的輻射應用系統或加速器的性能之外，還考慮最少的粒子數目、層間距以及待治療的目標區域的參數(例如腫瘤尺寸)。腫瘤尺寸自身是不可調整的；然而通過調整場角(Feldwinkel)和入射角度，可以相對于場方向在深度上改變腫瘤的延伸并且由此改變用于覆蓋腫瘤的層的所需數目。然而這些因素的定量作用是與患者有關的。例如，提高最少粒子數目在一種情況下可以帶來15%的時間節省，而在另一種情況下時間節省僅僅為3%并且由此位于加速器性能的可預期的波動范圍內。由于提高最少粒子數目通常伴隨著醫學參數(腫瘤覆蓋、最大輻射劑量)的降低，所以目前不可能權衡時間上的使用和劑量測定的效果。
發明內容
本發明要解決的技術問題是，提供用于計劃照射治療的一種裝置以及一種方法，其中應當確定盡可能精確的照射持續時間。所述技術問題通過按照獨立權利要求所述的方法以及裝置來解決。所述方法或裝置的有利構造是從屬權利要求的內容或者可以從下面的描述或者實施例中獲得。按照本發明的方法被用于，在考慮在照射持續時間的時刻不同的加速器效率的情況下盡可能精確地估算輻射時間。使用計劃數據或治療參數(諸如層數目和粒子數目或粒子能量)以及粒子加速器特征參數(諸如加速時間、噴射長度(SpiiIiange )以及粒子輻射的強度等級)以及過程數據生成的規則，以便以1%+/_4%的精度給出輻射持續時間的精確的估算。附加地，針對最好情況或最差情況進行估算，以便考慮在加速器效率中的視乎當天的波動。按照本發明的方法(就像在圖3和圖4中示意性示出的那樣)可以在照射計劃期間以及計劃最優化之后使用。其可以作為照射計劃的模塊或者作為特有的程序運行。例如(如下面根據圖3和圖4所闡述的)可以考慮下面的工作流程(工作流程-腳本)1.建立多個計劃，為這些計劃計算照射時間并且通過比較模式進行選擇，2.建立一個計劃并且判斷可期望的照射持續時間(平均值，最差/最好的情況)是否是令人滿意的。按照本發明在考慮可期望的照射持續時間的情況下在照射計劃中實現有針對的計劃選擇以便提高患者舒適度以及患者吞吐量。此外，在確定照射持續時間時改進了估算的精確性。 本發明的另一個方面是用于確定在粒子照射計劃中的照射持續時間的裝置，其具有用于實施上述方法的部件或模塊，所述部件或模塊可以分別是硬件方式的和/或軟件方式的或體現為計算機程序產品。所述裝置可以實施在計算機單元中。可以對所述裝置和所述計算機程序產品如所述方法那樣進行相應地擴展。
從下面結合附圖對實施例的描述中給出本發明更多的優點、細節和擴展。附圖中圖1示出了粒子治療設備的示意性構造，圖2示出了在治療空間之外或之內的裝置，以及圖3示意性地示出了用于按照本發明的運行的流程圖，其中生成多個照射計劃，以及圖4示意性地示出了用于按照本發明的運行的流程圖，其中生成一個照射計劃。
具體實施例方式圖1和圖2示意性地示出了在治療空間外部或內部的粒子治療設備和裝置，就像其二者例如由DE 10 2008 019 128 Al中已經公知的那樣。圖1示出了粒子治療設備10的構造的示意圖。在粒子治療設備10中特別借助粒子射束對身體、尤其是對腫瘤患病的組織進行了照射。特別是例如質子、介子、氦離子、碳離子或其他離子類型的離子被使用為粒子。通常在粒子源11中生成這樣的粒子。如果就像在圖1中示出的那樣存在兩個粒子源11，則可以在這兩個粒子源之間在短時間間隔內切換兩中離子類型。為此例如使用了電磁開關(Schaltmagnet) 12，其布置在一側的離子源11和另一側的預加速器13之間。例如可以由此同時以質子和以碳離子運行粒子治療設備10。將由離子源11或者其一所生成的并且必要時由電磁開關所選擇的離子在預加速器13中加速至第一能級。預加速器13例如是直線加速器(英語“LINear Accelerator”，縮寫為LINAC)。隨后將粒子饋入到加速器15中，例如同步加速器或者粒子回旋加速器。在加速器15中，將粒子加速至用于照射所必需的高能量。在粒子離開(粒子)加速器15之后，高能射束傳輸系統17將粒子射束傳輸至一個或者多個照射空間19。在照射空間19中，力口速了的粒子對準至待照射的身體。根據構造，所述粒子從固定的方向(按照所謂的“fixedbeam (固定射束)”空間)出發，但是由于沿著軸22移動可·旋轉的機架21所以所述粒子從不同的方向出發。依據圖1示出的粒子治療設備10的結構對于很多粒子治療設備是典型的，但是也可以與此不同。下面所描述的實施例既可以使用在按照圖1所示出的粒子治療設備的關聯中也可以使用在其他的粒子治療設備中。圖2示出了在照射空間外部或內部的可能的裝置。在圖2中未示出的成像單元通常包含X射線探測器和X射線輻射器，這兩者彼此相對置地布置在支撐臂、例如C形臂上。借助機器手臂、例如借助六軸式彎臂機器人，支撐臂本身在空間內是可靈活定位的。借助X射線探測器和X射線輻射器可以對患者39的X射線照片、例如透視照片進行拍攝，所述患者被定位在患者臥榻41上以便照射。特別是待照射的目標區域或待照射的目標體積43、例如待照射的患有腫瘤的器官可以在透視照片中成像。為了照射，粒子射束47從射束出口(Strahlaustritt) 45射出并且對準患者39。在此示出的是在空間內空間固定的安裝好的射束出口 45。替換地，也可以將射束出口 45固定在可旋轉的機架上，從而使得射束出口 45可以圍繞患者39旋轉。在粒子射束47的使用中，射束出口 45卻一般保持位置固定。控制單元51和/或用于圖像重建的計算機單元49可以實施在單一的計算機單元中或者劃分在不同的子單元中、實施為獨立的單元或者實施在用于整個粒子治療設備的控制單元中。在計算機單元49中實施地或在計算機單元49上直接或者遠程耦合地，可以使用另一個在圖2中未示出的用于計劃照射持續時間的治療計劃單元，其可以以硬件方式或以軟件方式來構造。下面闡述可能的按照本發明的工作流程，其步驟在圖3和圖4中通過附圖標記1、2、3、4、5、6、6a、6b、7、7a、8 來不出按照圖3，執行下面的步驟I加載患者數據2確定最優化參數,例如治療計劃參數3執行對最優化參數的最優化4生成治療計劃5驗證治療計劃如果治療計劃是不可接受的，則重復步驟2至56如果照射計劃是可接受的，則計算所期望的治療治療持續時間6a在數據存儲器中存儲治療計劃，其可以包含多個治療計劃7如果其他的治療計劃也是必須的，則重復步驟2至6a和77a如果沒有其他治療計劃是必須的，則從數據存儲器中建議和/或選擇治療計劃
8結束治療計劃和對治療持續時間的計算在圖4中的流程與圖3中的流程通過下面的步驟而有所區別圖3中的步驟6a、7和7a被替換為步驟6b如果在步驟6中所計算的治療時間是可以接受的，則繼續繼續到步驟8 ;如果所計算的照射時間是不可接受的，則重復步驟2至6和6b。在圖3和圖4中“Tx”是指“Treatment”(治療)。按照本發明，上面所計算的、期望的治療持續時間可以用于粒子加速器15的調節最優化，就像在具有與本申請相同的時間順序(Zeitrang)的德國專利申請“用于優化粒子加速的方法和裝置(Verfahern und Vorrichtung zur Optimierung eines Partikelbeschleunigers)” 中所建議的那樣。
權利要求
1.一種用于確定在照射計劃中的照射持續時間的方法，具有以下步驟a)對治療計劃參數進行最優化，從中生成至少一個治療計劃(2，3，4，5)，以及b)從所述治療計劃中并且借助粒子加速器特征參數來計算所期望的治療持續時間(6)。
2.按照權利要求1所述的方法，其特征在于，重復步驟a)至步驟b)，直到確定了至少一個具有合適照射持續時間的治療計劃(6b ;7)。
3.按照上述權利要求任一項所述的方法，其特征在于，從之前所計算的治療計劃中輸出所期望的治療持續時間的值。
4.按照上述權利要求任一項所述的方法，其特征在于，建議和/或選擇所述計算的治療計劃(7a)。
5.按照上述權利要求任一項所述的方法，其特征在于，治療計劃參數至少包含粒子數目和粒子能量。
6.按照上述權利要求任一項所述的方法，其特征在于，所述粒子加速器特征參數至少包含加速時間、噴射長度、強度等級。
7.一種用于確定在照射計劃中的照射持續時間的裝置(49)，其具有a)用于對治療計劃參數進行最優化的部件，從中生成至少一個治療計劃，b)用于從所建議的和/或所選擇的治療計劃中并且借助粒子加速器特征參數來計算所期望的照射持續時間的部件，以及c)用于輸出所計算的、期望的治療持續時間的值的部件。
8.按照上述權利要求任一項所述的裝置，其特征在于，能夠確定至少一個具有合適照射持續時間的治療計劃。
9.按照上述權利要求任一項所述的裝置，其特征在于，其具有用于從之前所計算的治療計劃中輸出所期望的治療持續時間的值的部件。
10.按照上述權利要求任一項所述的裝置，其特征在于，建議和/或選擇所計算的治療計劃。
11.按照上述權利要求任一項所述的裝置，其特征在于，所述治療計劃參數至少包含粒子數目和粒子能量。
12.按照上述權利要求任一項所述的裝置，其特征在于，所述粒子加速器特征參數至少包含加速時間、噴射長度、強度等級。
13.一種計算機程序產品，適用于按照上述權利要求任一項所述的裝置(49)，所述計算機程序產品具有能夠加載到計算機上和/或能夠執行的程序代碼，所述程序代碼具有下述步驟a)提供至少一個最優化的治療計劃，以及b)從所述至少一個治療計劃中并且借助粒子加速器特征參數來計算所期望的照射持續時間(6)。
14.按照上述權利要求所述的計算機程序產品，其特征在于，在計算所期望的治療持續時間之前，對所述治療計劃參數進行最優化，從所述治療計劃參數中生成至少一個治療計劃(2，3，4，5)。
15.按照上述權利要求任一項所述的計算機程序產品，其特征在于，重復權利要求13和14中的步驟，直到至少一個具有合適的治療持續時間的治療計劃被確定(6b ;7)。
16.按照上述權利要求任一項所述的計算機程序產品，其特征在于，作為其他的步驟， 從之前所計算的治療計劃中輸出所期望的治療持續時間的值。
17.按照權利要求16所述的計算機程序產品，其特征在于，所述計算的治療計劃被建議和/或被選擇(7a)。
全文摘要
本發明涉及用于在照射計劃中確定照射持續時間的一種方法以及一種裝置(49)。所述方法具有下面的步驟a)對治療計劃參數進行最優化，從中生成至少一個治療計劃(2，3，4，5)，以及b)從所述治療計劃中并且借助粒子加速器特征參數計算所期望的治療持續時間(6)。
文檔編號A61N5/10GK103007438SQ20121035512
公開日2013年4月3日 申請日期2012年9月21日 優先權日2011年9月22日
發明者T.埃爾薩瑟, A.格默爾, P.克雷布斯 申請人:西門子公司