专利名称：用于检查辐照规划的方法和装置以及辐照设备的制作方法粒子治疗是一种用于治疗组织、特别是肿瘤病变的确立的方法。然而，在粒子治疗中采用的辐照方法，还被应用于非治疗领域。属于此的例如有，如用于产品开发，在对非生命体模体或身体进行的粒子治疗的领域内，对材料的辐照等。在此，将带电粒子例如质子或碳离子或其他离子加速到高能量，形成为粒子束并 且经过高能量辐照传输系统传输到一个或多个辐照空间。在该辐照空间中利用粒子束辐照待照射的目标体积。在此，待辐照的目标体积可以发生运动。例如在辐照患者时通过呼吸运动引起待辐照的肿瘤的运动。一种补偿目标体积的运动的公知可能性是，以“再扫描(Rescanning)”^门控(Gating)”和“跟踪(Tracking)”的概念所公知的辐照方法。“再扫描”被理解为多次如规划地那样施加射线，从而将各个过程的误差剂量平均。“门控”被理解为仅对运动的规定的时间窗施加射线，从而减小或者在最好情况下甚至消除运动影响。“跟踪”被理解为将用来辐照目标体积的射线跟踪目标体积的运动。如果射线是粒子束，则这例如通过如下来实现，即通过磁体系统这样偏转射线，使得其走向跟踪目标体积的运动。必要时还可以改变射线的能量，以便将射线的入射深度与目标体积的运动相匹配。在利用光子辐照时也可以进行跟踪。这例如可以通过对限制射线的准直器的改变来进行，其中将准直器开口与目标体积的运动相匹配。US 6891177BUUS 6710362B2 以及 US 2006/0033042A1 公开了可以用来执行对射线的运动进行跟踪的方法和装置。所有这些补偿方法可以在粒子治疗的范围内在所谓的扫描方法中被应用，在所述方法中多个在空间上紧密局部化(raumlidieng umschriebenen)的福照剂量连续沉积在目标体积中的不同位置处，其中由此扫描在目标体积上的粒子束。
本发明要解决的技术问题是，提出一种用于检查辐照设备、特别是粒子治疗设备，和/或一种特别是特定于患者的辐照规划的方法，该方法即使在辐照运动的目标体积时也允许辐照设备的更安全运行。此外，本发明要解决的技术问题是，提供一种用于检查这样的设备的装置以及一种用于执行这样的方法的辐照设备。上述技术问题通过独立权利要求的特征解决。本发明的优选构造在从属权利要求中给出并且在以下详细描述。各个特征的前面的和以下的描述既涉及装置类别也涉及方法类别，而无需在每种情况下特别提到；在此公开的单个特征也可以按照不同于所示出的组合按照本发明的用于检查可以利用治疗射线在目标对象中沉积剂量分布的辐照设备、特别是粒子治疗设备的方法包括以下步骤-提供辐照规划数据组，其构造或优化为用于辐照运动的目标体积，-提供运动信号，该运动信号模仿目标体积的运动，-辐照模体，该模体构造为在辐照期间或之后用于探测在模体中沉积的剂量分布，其中使用在辐照规划数据组中存储的控制参数和使用运动信号来辐照模体，-确定在模体中沉积的剂量分布，-根据在辐照期间与辐照设备的控制相关的参数计算预期的剂量分布，-将所确定的在模体中沉积的剂量分布与所计算的预期的剂量分布进行比较。按照本发明的方法的基本思路是，用于辐照运动的目标体积的质量保证比在辐照静止的目标体积的情况下明显更难以实现，因为伴随运动添加了另一个参数，该参数原则上会导致在辐照期间的误差。特别地，目标体积的运动是一种在辐照期间才被确定并且不能精确预测的因素。本发明建议，一方面在检查质量的情况下辐照模体，从而在模体中按照辐照规划数据组和提供的运动信号来沉积剂量分布。另一方面，计算在模体中预期什么样的剂量分布。对于该计算，可以使用在辐照期间为控制辐照设备而使用的数据，也就是例如存储在辐照规划数据组中的并且直接或间接用于控制辐照设备的参数，以及在实际的辐照期间记录的并且标志了在辐照期间射线的走向和特别是射线的实际特征的数据。这些数据通常还包括在时间上为辐照而相关地记录的运动轨迹。将所计算的预期的剂量分布与根据模体所测量或所确定的剂量分布对照，并且由此与其比较。通过将预期剂量分布与实际上在模体中所施加的并且根据模体所确定的剂量分布进行比较，可以确定，是否即使辐照方法补偿目标体积的运动，也正确地进行辐照。在粒子治疗设备中剂量分布的计算特别地包括粒子束到目标对象中，特别是到目标体积中并且必要时还可以是围绕目标体积布置的区域的入射深度的计算。特别地，如果计算的预期剂量分布与所确定的剂量分布相应，也就是与其几乎一致，则确认辐照设备的好的功能并且由此批准辐照规划。在此，这样进行对模体的辐照，S卩，基于在辐照规划数据组中存储的控制参数，通常与运动信号相结合，进行运动补偿。也就是，这样辐照模体，使得就像模体按照运动信号在运动一样。设备的运动补偿系统这样控制设备的辐照，使得就像目标体积按照运动信号运动。在此，设备的运动补偿系统可以不同地构造并且例如执行跟踪方法和/或门控方法和/或再扫描方法。运动补偿系统因此最小化目标体积的运动带来的剂量上的影响。在此这样构造模体，使得在辐照模体期间或之后可以确定或测量在模体中沉积的剂量，更精确来说在模体中沉积的剂量的空间分布。在一种简单情况下模体可以是二维胶片，其在利用治疗射线辐照时变黑。通过分析在辐照之后的胶片可以二维分析并且由此确定剂量分布。这样所确定的变黑可以与预期的剂量分布或胶片的变黑进行比较。然而优选地，三维地构造模体，使得能够三维地确定剂量分布。例如可以在三维体中集成多个剂量测量室。通过分析在剂量测量室中产生的信号来测量在模体中沉积的剂量分布。还可以采用包括了生物细胞物质(Zellmaterial)的模体，从而通过分析被辐照的细胞物质可以跟踪剂量分布或辐照的影响。在此，可以均匀地构造模体-更确切地说，其中集成了剂量测量室的物质是均匀的。然而该物质也可以是非均匀的，具有不同的区域，所述区域具有对于粒子束的不同入射深度。由此例如可以模拟具有不同器官和组织的人体的结构(拟人化(antrophomorphe )模体)。辐照规划数据组可以是三维和特别是四维的辐照规划数据组。后者意味着，辐照规划数据组考虑时间维和目标体积的运动。这样的辐照规划数据组通常基于四维成像数据组(Abbildungsdatensatz),所述成像数据组对目标体积的运动进行成像。根据四维成像数据组可以规划目标体积中的剂量分布和其必要的调整，以便在尽管存在目标体积的运动的情况下还能够确保期望的辐照。对于这样的四维辐照规划数据组的例子在US2009/0095921AI中公开，其描述了用于粒子治疗设备的扫描方法的四维辐照规划数据 组，其中粒子束跟踪目标体积的运动。辐照规划数据组包括剂量分布和为此所需的用于参考阶段的辐照参数以及用于其他运动阶段的补偿参数，利用所述补偿参数改变参考阶段的辐照参数，以便确保在其他运动阶段中正确的剂量沉积。四维辐照规划数据组可以与运动信号一起在辐照期间这样控制辐照，使得尽管目标体积发生运动还是实现在目标体积中期望的剂量分布。可以在辐照规划装置上建立四维辐照规划数据组并加载到辐照设备的控制装置中。根据在辐照规划数据组中存储的参数，控制装置可以控制射线施加和特别是在射线施加时的运动补偿。作为运动补偿，特别地可以进行射线的运动跟踪。在辐照期间的运动跟踪根据运动信号来进行。因为不辐照进行辐照规划的目标体积，而是辐照模体，所以提供模仿目标体积运动的运动信号。这意味着，运动信号仅反映了在辐照目标体积期间潜在地会出现的信号。目标体积的运动因此通过运动信号来模拟。运动信号例如通过如下来产生运动探测装置(诸如在辐照目标体积期间监视运动的外部传感器)通过运动的物理物体来模拟。如果外部传感器例如是可以用来跟踪在患者身上携带的标记的运动的光学传感器，则可以通过运动装置移动标记，该标记的运动通过传感器探测，以便产生运动信号。该实施变形的优点是，运动监视装置也利用外部传感器来监视。但是还可以考虑，在计算机单元内部产生运动信号，从而运动信号是纯虚拟的运动信号，该运动信号与物理地运动的物体不相关。模体特别可以是运动的模体。运动可以通过为模体设置的运动装置来进行。通过模体的运动可以模拟待辐照的目标体积的运动。运动探测装置在这种情况下为了产生运动信号可以监视模体的运动。如果在辐照时作为用于运动的补偿方法采用门控或再扫描方法，则模体的运动是特别有利的。运动还可以这样构造，使得其与运动信号不相应。优点在于，由此可以影响剂量分布的模式。初始均匀的规划的剂量分布可以通过不同的运动模式产生模体中不均匀的剂量分布。这可能是可以更简单分析的。可以这样控制运动装置，使得模拟关键的运动轨迹，例如引起运动补偿系统的最大要求的运动轨迹。运动轨迹例如可以模拟运动状态的突然改变(例如通过咳嗽)、运动系统的基线的持续漂移，或在如下范围中的运动，该范围超过初始的辐照规划，从而例如超过其中存储了补偿参数的查询表的范围，或安全余量。在这样的运动轨迹中例如可以附加地检查设备的连锁系统(Interlocksystem),该系统在这样的关键情况下中断福照。但是，为检查运动补偿的质量，模体不一定必须是运动的模体。模体特别可以具有与通过模仿运动信号来反映的不同运动模式。于是，模体本身可以具有与为了模仿运动信号而探测其运动的运动模体不同的运动模体。结合跟踪方法采用具有这样的运动模式的模体，其中粒子束通过运动信号控制地在其空间位置上偏转。以优选方式模体甚至可以是静止的模体，尽管在该方法中检查运动补偿。该实施方式基于如下事实当目标体积在辐照期间运动而射线不跟踪运动时，形成所谓的干涉效应。由此在目标体积中的位置上出现关于规划的剂量分布的不期望的过高或过低剂量。但是正是为了避免在运动的目标体积中的干涉效应而采用的跟踪会在辐照经历与在运动信号中所反映的不同的运动模式的模体时导致类似的“逆转”干涉效应。基于与通过运动信号给出的不同的运动模式的模体与跟踪方法的组合，导致在模体中的基于特征性的分布模式的剂量分布。例如，初始规划的均匀的剂量分布在模体中产生非均匀的剂量分布。可以将该非均匀的剂量分布与在辐照期间的运动补偿相关的预期的 非均匀的剂量分布进行比较。该实施变形基于如下认识正是非均匀的剂量分布相对于在辐照时在运动补偿系统中的误差是特别敏感的，并且比在均匀的剂量分布情况下更容易探测到偏差。为了识别在辐照系统中和在运动补偿系统中的可能误差，将所确定的与预期的非均匀的剂量分布模式进行比较是特别有效的。为了计算预期的剂量分布而使用的参数可以包括在辐照规划数据组中存储的参数和运动信号。原则上这些参数足以计算预期的剂量分布。根据这些参数例如可以确定如下的序列该序列预测辐照走向，并且说明何时并且在何处沉积哪个部分剂量，也就是粒子束何时位于何处，从而可以利用该序列从特定的运动轨迹和特定的辐照时间来计算整个预期的剂量分布。但是优选地，在计算中考虑如下数据，该数据表征了在辐照期间在时间历程中所施加的治疗射线的特征。这些数据例如可以在辐照的历程中被记录。这例如可以是实际上从具有实际的补偿参数(dx，dy, dz)的射线(x，y，z)的位置、具有可能的补偿参数(dN)的治疗射线的实际的粒子数(N)，特别是每个目标点所施加的实际的粒子数，和/或治疗射线的强度，从而从这些表征了实际的辐照走向的数据中可以确定预期的剂量分布。该实施方式的优点是，其不是如在预测辐照走向时那样基于可能与实际不符的假定。利用该实施方式可以将运动补偿系统的不可靠性和局限如它们实际上所呈现的那样一起采集。对预期的剂量分布的计算同样考虑模体的结构，因为模体的结构特别是在粒子辐照的情况下与射线的入射深度相关。因此，例如在非均匀构造的模体的情况下预期与在均匀构造的模体的情况下不同的剂量分布。在一种优选构造中，使用参数将剂量分布与作为辐照规划数据组的基础的成像数据组相关。剂量分布可以在成像数据组中，例如在四维计算机程序中被重建。特别地，这样例如可以检查，患者的解剖的预期剂量分布是否是最佳匹配的并且在患者解剖的关系上具有运动补偿的辐照是如何起作用的。例如可以检查，是否充分辐照了目标体积的远侧的边或者是否充分保护了可能的风险器官。用于检查其中可以利用治疗射线在目标对象中沉积剂量分布的辐照设备、特别是粒子治疗设备的按照本发明的装置包括-用于提供辐照规划数据组的装置，例如辐照规划装置或用于加载对于辐照运动的目标体积优化的辐照规划的接口，-用于提供模仿目标体积运动的运动信号的装置，例如运动探测装置或可以用来产生运动信号的计算机单元，-模体，构造为在辐照期间或之后用于探测在模体中沉积的剂量分布，-计算机装置，构造为用于计算模体中预期的剂量分布，该剂量分布是借助具有辐照规划数据组的参数的辐照实现了的，也就是根据与辐照期间对辐照设备的控制相关的参数，并且构造为用于将在模体中沉积的确定剂量分布与计算的预期的剂量分布进行比较。比较的结果可以显示给用户，然后用户可以决定采取何种措施。可以考虑，维护设备或调整或者说改变辐照规划数据组。例如当所述比较确定一个高于阈值的偏差时可以输出信号。按照本发明的辐照设备、特别是粒子治疗设备，具有用于检查辐照设备的这样的装置。用于控制辐照的辐照设备控制装置包括运动补偿系统，从而利用辐照设备也可以辐照运动的目标体积。
根据以下附图详细描述本发明的具有按照从属权利要求的特征的扩展的实施方式，然而并不局限于此。附图中，图I示出了粒子治疗设备的示意性结构，在该粒子治疗设备中按照第一实施方式变形进行具有运动补偿的辐照方法的质量检查，图2、图3和图4示出了粒子治疗设备的示意性结构，在该粒子治疗设备中按照第二、第三或第四实施方式变形进行质量检查，和图5示出了在按照本发明的方法的实施方式中可以实施的不同方法步骤的流程图。

粒子治疗设备10典型地具有加速器单元16，例如同步加速器、回旋加速器或其他提供用于辐照所需能量的粒子束12的加速器。作为粒子，主要采用质子、π介子(Pionen)、氦离子、碳离子或其他元素的离子。典型地，粒子束12具有3-10_的射线直径。一般地，将粒子束在目标体积上扫描。
作为扫描方法，优选使用光栅扫描(Rasterscan)方法,其中粒子束12连续地在模体中的不同的目标点偏转并且在那里分别施加在辐照规划数据组中所存储的部分剂量。粒子束12从目标点到目标点偏转，而在各个目标点之间不一定关断。为了利用粒子束12辐照目标区域，还可以采用在各个目标点之间关断粒子束12的点扫描方法，或者其他扫描方法，诸如连续扫描方法。
典型地借助扫描磁体30的系统来影响粒子束12在其侧面的偏转，即，在其位置上垂直于也称为X和y方向的射线延伸方向偏转。此外，还可以设置能量调制装置32，利用该能量调制装置可以快速改变粒子束12的能量，从而改变粒子束12的入射深度并且由此可以改变在ζ方向上布拉格峰的位置。以这种方式可以执行跟踪方法。这意味着，在辐照目标体积时以校正值(dx, dy, dz)改变粒子束(x，y, ζ)的实际位置，并且必要时以校正值(dN)改变每个目标点待施加的粒子数(N)，所述校正值根据运动信号来控制并且由于运动的目标体积引起的与理想位置的偏差被均衡。此外，该设备具有位置探测器34和强度探测器35，用于监视射线参数，诸如实际上的侧面的偏转(Χ_ y )和实际上所施加的粒子数(N)。通过控制装置36来控制辐照设备10和特别是辐照过程。可以用来加载辐照规划数据组40并特定地控制辐照设备10的控制装置36，包括运动补偿装置，该运动补偿装置在这种情况下构造为射线跟踪单元26 (“beam tracking unit”)。射线跟踪单元26将控制参数发送到扫描磁体30，以便将粒子束12的侧面位置(X，y)与目标体积的位移(dx，dy)匹配，并发送到能量调制装置32，以便匹配(dz)粒子束12的布拉格峰的纵向位置(ζ)。必要时，还可以匹配在目标点中要施加的粒子数(N)。补偿参数借助四维辐照规划数据组40并借助运动信号24在辐照期间来确定。控制装置36记录利用探测器34、35所采集的数据，从而可以从中重建，粒子束12是何时在哪个位置并且以何种强度被施加的。通常根据辐照规划或根据借助辐照规划装置38所确定并提供的辐照规划数据组40来进行控制。此处所示出的辐照规划数据组40是对于(未示出的)患者(其待辐照的目标体积运动)而建立的。辐照规划数据组40考虑了该运动并且因此被称为四维的辐照规划数据组40。其通常根据四维计算机程序42来建立。粒子治疗设备10还具有计算机单元44，利用该计算机单元可以将通过辐照模体18所探测的剂量分布与从运动信号24的、四维辐照规划数据组40的和记录的射线参数的数据中所计算的预期的剂量分布进行比较。计算机单元44在此为概览起见作为单独的单元示出。但是,通过计算机单元44所实施的功能也可以在粒子治疗设备10的已经存在的组件中、特别是在控制组件中被执行。在通过模体14所确定的剂量分布与所计算的剂量分布偏差太大的情况下，输出信号，该信号向用户显示，在能够将辐照规划数据组40应用于患者之前必须改变辐照设备10和/或辐照规划40。该校正在最好的情况下可以自动进行，但在通常情况下由用户手动建立和/或评估新的剂量分布。图I中模体14被静态地构造。通过如下来模拟运动通过未示出的运动装置来移动特别设置的运动模体46，从而运动探测装置48可以探测运动并且产生移动信号24。
控制装置36和射线跟踪单元26借助该运动信号24进行对粒子束12的跟踪，就像待辐照的模体14按照运动信号24运动一样。在静态模体14中沉积的剂量分布由于粒子束12的运动跟踪而具有特征性的剂量分布模式。该剂量分布模式相对于与规划的辐照的偏差是特别灵敏的。通过将所测量的剂量分布模式与所计算的剂量分布模式的比较，可以特别灵敏地探测在辐照时的不精确性。图2与图I中所示的粒子治疗设备10区别在于，现在将模体14本身通过未示出的运动装置运动。利用运动探测装置48来探测模体14的运动，并且控制装置36据此控制辐照过程。但是，在图2中的运动补偿装置28这样构造，使得运动补偿借助门控方法或借助再扫描方法来进行。门控方法基于根据探测的运动信号24对辐照进行调整(接通或关断)。根据构造的不同，再扫描方法还可基于对辐照的调整，例如基于根据探测的运动信号对单个再扫描历程的调整。 图3与图I中示出的粒子治疗设备10的区别在于，此时在质量检查中弃用运动探测装置。在此，运动信号24在控制装置36中内部地产生并且是纯虚拟的信号24，该信号例如模仿目标体积的重心运动。该实施方式变形的缺点是，不能采集到可能通过运动补偿装置引起的可能的误差源。其优点是，为产生运动信号不需要运动模体或本身的测量装置。图4与按照图I的实施方式区别在于，所示出的模体14具有多个不同区域22，粒子束12不同深地入射到这些区域中。利用这样的模体14例如可以模仿患者的解剖结构，以便可以检查现实的辐照情形。在剂量分布的计算中考虑在模体14中的不同入射深度。这例如可以根据模体14的计算机程序来进行，根据该计算机程序可以确定在模体14中粒子束12的到达范围。图5示出了关于在该方法的实施方式中可以执行的不同方法步骤的示意性概览。首先提供在患者的4DCT的基础上的辐照规划数据组(步骤51 )。但是，首先基于所提供的模拟的运动信号(步骤55)，使用该辐照规划来辐照模体(步骤53)。在辐照期间，记录表征了辐照的特征性的射线参数(诸如粒子束的位置的和/或偏转的时间走向)和/或粒子束的其他特征(诸如强度、实际的粒子数或焦点)，并且建立辐照协议(步骤57)。然后，测量或确定在辐照时在模体中所施加的剂量分布(步骤59)。然后，计算在模体中的预期的剂量分布，所述剂量分布是借助根据辐照规划数据组的参数的辐照进行的，也就是基于辐照规划数据组、基于在辐照期间使用的运动信号以及基于在在辐照期间记录的测量或控制数据(步骤61)。剂量分布的计算可以包括模体的成像，例如模体的计算机断层造影。将所计算的预期的剂量分布与模体的实际所确定和测量的剂量分布进行比较(步骤63)。由此，可以进行对辐照系统或粒子治疗设备和/或辐照规划数据组的检查(步骤65)。在另一个可选的步骤中，可以在使用辐照规划数据组、在辐照期间所使用的运动信号以及在辐照期间记录的测量或控制数据的条件下，在患者计算机断层造影图像中、并且具体来说在作为辐照规划数据组的基础的(时间分辨的)计算机程序中，计算剂量分布(步骤67)。
通过该计算可以确定，在实际辐照时剂量分布对患者如何起作用。以这种方式可以关于实际上所呈现的解剖特性来检查规划的辐照的质量(步骤69)。参考标记列表10粒子治疗设备12粒子束14 模体16加速器单元18目标区域20探测器 22不同的区域24运动信号26射线跟踪单元28运动补偿装置30系统或扫描磁体32能量调制装置34位置探测器35强度探测器36控制装置38辐照规划装置40辐照规划数据组42计算机断层造影44计算机单元46运动模体48运动探测装置51 步骤 5153 步骤 5355 步骤 5557 步骤 5759 步骤 5961 步骤 6153 步骤 6365 步骤 6567 步骤 6769 步骤 69


本发明涉及一种用于检查可以利用治疗射线在目标对象中沉积剂量分布的辐照设备、特别是粒子治疗设备的方法，包括以下步骤-提供辐照规划数据组，其用于辐照运动的目标体积，-提供运动信号，该运动信号模仿目标体积的运动，-使用在辐照规划数据组中所存储的控制参数和运动信号来辐照模体，-确定在模体中所沉积的剂量分布，-根据在辐照期间与辐照设备的控制相关的参数计算预期的剂量分布，-将所确定的在模体中沉积的剂量分布与所计算的预期的剂量分布进行比较。此外，本发明还涉及一种相应的装置和一种具有这样的装置的辐照设备。