专利名称：跟踪用于照射运动目标体积的射线的方法和射线治疗设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种跟踪用于照射运动的目标体积的射线的方法以及一种相应构造的射线治疗设备。
背景技术：
射线治疗是为了治疗肿瘤疾病的建立的方法。在此，将高能量的治疗射线，例如高能量的X射线对准待照射的组织例如肿瘤。运动的目标体积，例如肺部肿瘤的射线治疗是一种挑战，因为待照射的解剖结构运动。也就是成立，治疗射线要尽可能有针对地在肿瘤中施加并且尽可能好地保护周围的组织。运动会降低照射的精度，因为目标体积离开治疗射线的焦点。由此出现关于在目标体积中施加的射线剂量的欠剂量，而周围的健康组织承受太高的剂量。消除这种不安全性的一种可能性是使用较大的安全余量，但是该安全余量会导致通过安全余量包围的健康组织的较强的剂量负担。在照射运动的肿瘤的情况下采用的方法是所谓的跟踪方法。在该跟踪方法中监视目标体积的运动周期并且这样改变射线，使得其始终跟踪目标体积的运动，即射线跟踪运动的目标体积。也就是将照射域自动与目标体积的运动匹配。在所谓的门控方法中，仅在确定的时刻施加剂量，也就是仅当目标体积位于预定义的规划的位置时才施加
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提出一种射线治疗设备，其允许精确地并且以小的开销跟踪目标体积的运动。此外要解决的技术问题是，提出一种在照射运动的目标体积的情况下用于跟踪射线的相应方法。按照本发明的射线治疗设备包括:-用于提供照射运动的目标体积的射线的治疗用射线源，和-用于将射线对准目标体积的射线跟踪装置，其中，该射线跟踪装置包括:-具有用于限制射线的准直器开口的准直器，-用于相对于射线定位目标体积的定位装置，和-用于如下地控制准直器开口相对于射线的位置和控制定位装置的位置的控制装置:在跟踪射线的情况下，通过移动准直器开口来补偿(ausgeglichen)目标体积在第一运动方向上的运动，和通过利用定位 装置重新定位目标体积来补偿目标体积在第二运动方向上的运动。为了更精确补偿目标体积的运动，同时使用两个互相独立的部分系统:患者定位装置和准直器。它们被用于治疗射线跟踪目标体积的运动。在此，每个部分系统补偿在另一个方向上目标体积的运动。为了实现组合的跟踪方法，使用集成的控制系统，该控制系统既控制准直器片也控制对于患者的定位装置。控制系统实时分析被传输到控制系统的关于目标体积运动的运动信息。相应地，实时控制为了跟踪而采用的射线治疗设备的运动轴，也就是准直器的运动轴和患者定位装置的运动轴。本发明基于以下认识，即，仅通过准直器调整照射域与目标体积运动(方法是例如准直器开口跟踪目标体积的运动)可能是不利的。也就是，在仅仅准直器跟踪情况下会出现如下问题(因为准直器片具有一定的宽度)，即，由于垂直于准直器片的方向出现的目标体积的运动不能被精确补偿，因为通过片宽度规定的分辨率抵 消了最佳的射线跟踪。由此垂直于准直器片的方向出现的目标体积的运动时常不能被精确地补偿。这一点会导致在周围健康组织中的欠剂量或过剂量。但是，也可以看出，在通过连续地重新定位患者来跟踪的情况下补偿目标体积的运动的方案同样是有问题的。在这种跟踪情况下例如移动患者卧榻和上面定位的患者，以便运动的目标体积在空间上尽可能保持静止。在此，所规划的目标体积的对称中心(从治疗射线来看)保持尽可能在相同的位置或在射线治疗设备的坐标系中的相同位置。在该仅通过患者卧榻来跟踪的情况下的缺陷是，必须克服系统的惯性。由此困难的是，快速调整位置。由此不再可能合适补偿目标体积的运动，特别是在大的和快的运动幅度情况下，如在呼吸运动中观察到的那样。此外涉及目标体积形状的改变如变形和/或旋转仅仅通过平移检查台不能被补偿。该问题现在可以借助所提出的射线治疗设备来避免。使用准直器的跟踪系统允许关于目标体积的位置和/或形状的改变快速补偿治疗射线。准直器对目标体积的运动快速做出反应，并且通过准直器片的运动，照射域由此也快速地跟踪目标体积的大的运动。但是准直器的缺陷是，垂直于片的运动方向，相应于准直器片的宽度(例如5_或甚至Icm)的仅离散分辨率是可能的。在该方向上的位于片宽度的整数倍之间的运动(对于例如5mm的片宽度:以2_3mm或7-8_偏移)利用准直器只能不充分地跟踪；会出现过剂量或欠剂量。与之相反，利用定位装置(例如患者卧榻)的跟踪允许无需如在准直器情况下规定的预定义的分辨率精确和精准地移动患者。通过此时组合利用定位装置的跟踪与利用准直器的跟踪，可以提供改进的跟踪:准直器在纵向方向上调整治疗射线，而定位装置在横向方向上调整检查台。由此补偿了在横向方向上准直器跟踪的缺陷。尽管如此，仅在横向方向上的补偿不太强地进行，从而在利用定位装置的跟踪情况下出现的惯性问题被强烈地减小。通过组合两个不同的跟踪系统，也就是准直器跟踪和患者卧榻跟踪，利用了两个跟踪系统的不同的优缺点，从而补充了优点并且补偿了缺点。改进的跟踪方法还允许更严格地选择安全余量，因为可以更精确地照射目标体积。以这种方式可以总体上降低对于患者的剂量负担。跟踪方法的另一个优点是，此时比门控方法情况下提供更长的时间段用于照射，在所述门控方法中仅提供在运动周期中的确定的时间窗用于照射。特别地此时可以连续进行照射。
与门控方法相比，一个特别的优点在照射技术中给出，在该照射技术中与静态的“ step-and-shoot,步进一采集”相比,动态地给出射线。在动态的照射技术中，机架或患者卧榻例如在射线施加期间移动。不能以简单的或相似的方式利用动态的治疗方法应用这些照射技术。频繁地和在一定的框架内不规则地中断射线施加在动态的治疗方法情况下与利用动态组件的同时运动在那里应用的连续的射线施加相反。该跟踪方法避免了该缺陷，并且由此很好地适合于与动态的照射技术组合。特别是沿着两个不同的运动方向，射线跟踪分布到两个不同的跟踪系统，这允许在动态的照射技术情况下也应用精确的跟踪。准直器特别是具有多个准直器片的多叶准直器。于是，第一运动方向可以相应于准直器片的运动方向。准直器补偿在其准直器片的方向上目标体积的改变。由此实现了沿着第一运动方向特别精确的跟踪。第一和第二运动方向特别地互相垂直。通过控制装置如下分析目标体积的运动，即，其沿着两个互相垂直的运动方向被分解。第一运动方向和第二运动方向可以这样与目标体积的运动对齐，使得沿着第一运动方向目标体积的运动比沿着第二运动方向目标体积的运动更强。以这种方式可 以利用准直器补偿目标体积的运动的大部分，其片允许在片的运动方向上的快速补偿。沿着利用患者卧榻补偿的那个方向的运动相应更小地突出。第一运动方向可以这样与目标体积的运动对齐，使得目标体积的主运动方向基本上平行于第一运动方向对齐。以这种方式主要通过准直器或通过移动准直器开口来实现射线的跟踪。准直器片的方向也就是优选相应于目标体积的主运动方向。以这种方式可以利用准直器补偿目标体积的运动的大部分，其片允许在片的运动方向上的快速补偿。与之相反，定位装置则补偿基本上垂直于准直器片的运动方向发生的目标体积的运动。因为该运动方向不是目标体积的主运动方向，所以仅需目标体积的小的补偿运动，尽管存在补偿的惯性仍可以利用定位装置来处理所述补偿运动。特别地可以这样对齐第二运动方向，使得为了沿着第二运动方向重新定位目标体积仅激活定位装置的一个运动轴。以这种方式避免患者卧榻的复杂控制，该复杂控制可能要求同时协调地运动多于一个运动轴。按照本发明的跟踪用于照射运动的目标体积的射线的方法包括以下步骤:-采集目标体积的运动。-分析目标体积沿着第一运动方向和沿着第二运动方向的运动，-通过沿着第一运动方向移动准直器的准直器开口，跟踪射线以补偿目标体积沿着第一运动方向的运动，-通过沿着第二运动方向重新定位目标体积，跟踪射线以补偿目标体积沿着第二运动方向的运动。准直器可以是具有多个准直器片的多叶准直器，其中第一运动方向相应于准直器片的运动方向。第一和第二运动方向特别地互相垂直。在此，准直器片平行地与目标体积的运动一起运动，以跟踪治疗射线。与此相反，将患者定位装置与目标体积的运动相对地移动，以便又使得目标体积回到治疗射线的焦点中。第一运动方向和第二运动方向这样与目标体积的运动对齐，使得目标体积比沿着第二运动方向更强地沿着第一运动方向运动。第二运动方向这样取向，使得为了沿着第二运动方向重新定位目标体积仅激活定位装置的一个运动轴。在这种情况下，目标体积的运动这样分解为两个运动方向，使得该一个运动方向相应于射线治疗设备的机械轴。例如，第一运动方向可以垂直于定位装置的运动轴对齐。准直器然后垂直于该运动轴取向。例如，该一个运动轴相应于定位装置的总轴，而准直器垂直于患者卧榻布置。如果此时移动定位装置以用于跟踪，则仅要移动定位装置的一个运动轴，这在技术上比在同时使用定位装置的两个运动周到情况下对角地平的移动更容易完成。各个特征、其优点和其作用的前面和以下的描述既涉及装置类别也涉及方法类另IJ，无需在每种情况下单独指出；在此公开的单个特征也可以按照与所示出的组合不同地进行组合。
以下借助附图详细解释本发明的实施方式和按照所附权利要求的特征的扩展，但是不限于此。其中，图1示出了用于解释在纯准直器跟踪情况下的问题的示意图，图2示出了用于解释在具有定位装置的纯跟踪情况下的问题的图示，图3示出了目标体积的运动沿着其主运动方向和与之垂直的方向的分解，图4不出了目标体积的运动分解为第一较大的运动分量和第二较小的运动分量，图5示出了具有所属的准直器域的第一运动状态中的目标体积，图6示出了具有所属的准直器域的第二运动状态中的目标体积，图7示出了具有所属的准直器域的、通过患者卧榻重新定位的第二运动状态中的目标体积，图8示出了射线治疗设备的极其示意性的构造。
具体实施例方式图1示出了准直器11，其对于目标体积15合适地限制用于照射的照射域。可以看出多个形成照射域的准直器片13。虚线示出了在第二位置处的目标体积15。目标体积15在第一和第二位置之间进行的运动具有沿着准直器片的运动方向和与之垂直的运动方向的分量。如果此时对于位移的目标体积15形成照射域，则可能出现过剂量或欠剂量。这可以通过考察片对17来解释。如果该片对17打开，如虚线所示，则位于目标体积15右边的组织遭受附加的射线。如果该片对17保持闭合，则目标体积15的阴影部分不被照射。图2示出一幅相对于时间画出了目标体积在X方向上的运动的图示。在目标体积在X方向上相应的大的运动幅度情况下(实线)，定位装置的惯性时常导致定位装置的运动(虚线)滞后于目标体积的运动。为了补偿惯性，需要开销大的机械。此外，在太快运动的情况下患者舒适度受到威胁。图3示出了目标体积在χ-y平面中的运动。该运动象征性地通过椭圆形21表示，沿着椭圆形21的箭头示出了运动方向。沿着第一(倾斜)方向23，目标体积的运动最强。这是目标体积的主运动方向。沿着与之垂直的方向25，目标体积的运动最小。此时，这样对齐准直器片，使得这些片平行于第一方向23对齐。沿着该方向仅通过相应移动准直器片进行照射域的跟踪。与之相反，利用定位装置进行目标体积沿着第二方向25的重新定位，以便将目标体积保持在射线的焦点中。图4示出了在χ-y平面中目标体积的相同运动。但是，此时将该运动不同地分解，即沿着坐标系。沿着y方向，目标体积的运动虽然不是最强，但是比在X方向上强。此时，这样对齐准直器片，使得片平行于y方向对齐。沿着该第一方向27仅通过相应移动准直器片进行照射域的跟踪。与之相反，利用定位装置进行目标体积沿着与之垂直的方向29，也就是X方向的重新定位，以便将目标体积保持在射线的焦点中。与图3中所 示出的实施相反，这样的实施可以具有优点，S卩，其容易实现，因为准直器或定位装置不必精确按照目标体积的最强运动方向对齐。但是，按照在图3中所示出的实施的跟踪最佳地利用了组合的跟踪关于准直器片的运动性和定位装置的惯性的优点。图5从治疗射线的角度再次示出了在第一运动状态中的目标体积15和所属的由准直器11产生的准直器域。在准直器域下面示出了定位装置31，例如患者卧榻，在患者卧榻上定位了用于照射的目标体积15。图6示出了在具有所属的准直器域的第二运动状态中的目标体积15。目标体积在定位装置31上这样位移，使得此时需要其它准直器片，以便合适地限制照射域。图7示出了在第二运动状态中的目标体积15，但是该目标体积此时通过定位装置31重新定位回去，并且具体来说沿着与准直器片的移动方向垂直的运动方向，也就是X方向。箭头示出运动分解为两个分量，所述分量然后分别由一个跟踪子系统补偿。此时，仅需移动已经在图5中使用的准直器片，以便合适地限制照射域。在目标体积的附加的形状改变的情况下必要时可以需要或多或少的准直器片，以便合适地限制照射域。图8示出了射线治疗设备51，使用所述射线治疗设备可以利用两个跟踪子系统如描述地那样执行射线跟踪。治疗的射线源例如位于L形机架53中。在机架上固定了准直器55。患者57 (或用于测试射线跟踪的模体)位于患者卧榻59上，其位置可以利用不同的自由度来调整。运动传感器61提供信号，借助该信号可以确定待照射的目标体积的运动。具有用于采集信号的输入端的控制装置63将目标体积的运动分解为两个分量，它们应当利用不同的跟踪子系统来补偿。在此，一个跟踪子系统通过相应控制的准直器55实现，而另一个跟踪子系统通过相`应控制的患者卧榻59实现。
权利要求
1.一种射线治疗设备(51)，包括: -用于提供照射运动的目标体积(51)的射线的治疗用射线源，和 -用于将射线对准目标体积(51)的射线跟踪装置， 其中，所述 射线跟踪装置包括: -具有用于限制射线的准直器开口的准直器(11，55 )， -用于相对于射线定位目标体积(15)的定位装置(31，59)，和 -用于如下地控制所述准直器开口相对于射线的位置和控制定位装置(31，59)的位置的控制装置(63): 在跟踪射线的情况下，通过移动准直器开口来补偿目标体积(15)在第一运动方向(23，27)上的运动，和 通过利用定位装置(31，59)重新定位目标体积(15)来补偿目标体积(15)在第二运动方向(25，29)上的运动。
2.根据权利要求1所述的射线治疗设备(51)，其中，所述准直器(11，55)是具有多个准直器片(13)的多叶准直器，并且其中，第一运动方向(23，27)相应于准直器片(13)的运动方向。
3.根据上述权利要求中任一项所述的射线治疗设备(51)，其中，第一运动方向(23，27)和第二运动方向(25，29)互相垂直。
4.根据上述权利要求中任一项所述的射线治疗设备(51)，其中，第一运动方向(23，27)和第二运动方向(25，29)这样与目标体积(15)的运动对齐，使得目标体积(15)沿着第一运动方向(23，27)的运动比目标体积(15)沿着第二运动方向(25，29)的运动更强。
5.根据权利要求4所述的射线治疗设备(51)，其中，第一运动方向(23，27)这样与目标体积(15)的运动对齐，使得目标体积(15)的主运动方向基本上平行于第一运动方向(23，27)对齐。
6.根据上述权利要求中任一项所述的射线治疗设备(51)，其中，这样对齐第二运动方向(25，29)，使得为了沿着第二运动方向(25，29)重新定位目标体积(15)仅激活定位装置(31,59)的一个运动轴。
7.—种跟踪用于照射运动的目标体积(15)的射线的方法，包括以下步骤: -采集目标体积(15)的运动， -分析目标体积(15 )沿着第一运动方向(23，27 )和沿着第二运动方向(25，29 )的运动，-通过沿着第一运动方向(23，27 )移动准直器(11，59 )的准直器开口，跟踪射线以补偿目标体积(15)沿着第一运动方向(23，27)的运动， -通过沿着第二运动方向(25，29)重新定位目标体积(15)，跟踪射线以补偿目标体积(15)沿着第二运动方向(25，29)的运动。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述准直器(11，59)是具有多个准直器片(13)的多叶准直器，并且其中，第一运动方向(23，27)相应于准直器片(13)的运动方向。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其中，其中，所述第一运动方向(23，27)和第二运动方向(25，29)互相垂直。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的方法，其中，所述第一运动方向(23，27)和第二运动方向(25，29)这样与目标体积(15)的运动对齐，使得目标体积(15)沿着第一运动方向(23，27)比沿着第二运动方向(25，29)更强地运动。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述第一运动方向(23，27)基本上平行于目标体积(15 )的主运动方向对齐。
12.根据权利要求7至11中任一项所述的方法，其中，这样对齐所述第二运动方向(25，29)，使得为了沿着第二运动方向(25，29)重新定位目标体积(15)仅激活定位装置(31,59)的一个运动轴。·
全文摘要
本发明涉及一种射线治疗设备(51)，包括用于提供照射运动的目标体积(51)的射线的治疗用射线源，和-用于将射线对准目标体积(51)的射线跟踪装置，其中，所述射线跟踪装置包括具有用于限制射线的准直器开口的准直器(11,55)，用于相对于射线定位目标体积(15)的定位装置(31,59)，和用于如下地控制准直器开口相对于射线的位置和控制定位装置(31,59)的位置的控制装置(63)在跟踪射线的情况下，通过移动准直器开口来补偿目标体积(15)在第一运动方向(23,27)上的运动，和通过利用定位装置(31,59)重新定位目标体积(15)来补偿目标体积(15)在第二运动方向(25,29)上的运动。
文档编号A61N5/10GK103170067SQ20121055876
公开日2013年6月26日 申请日期2012年12月20日 优先权日2011年12月23日
发明者M.塔克 申请人:西门子公司