粒子ビームを用いた患者における腫瘍組織の照射のためのデバイス
本発明は、粒子ビームを用いた患者における腫瘍組織（３）のスライス毎照射を達成するためのデバイスに関し、所定のスライス毎のエネルギーを有する粒子ビーム（５）を生成するための加速器（７）、腫瘍組織（３）のスライス毎照射のための粒子ビーム（５）に作用するラスタースキャンデバイス（９）、粒子ビーム（５）のエネルギーを変調するためのモジュレータ（１７）、腫瘍組織（３）の位置の時間分解検出のための検出デバイス（３７）、ならびに照射プロセスの前に決定された腫瘍組織（３）のデータを記憶するため、および該データをラスタースキャンデバイス（９）およびモジュレータ（１７）へ伝達するための第１の記憶デバイスを含む、前記デバイスに関する。本デバイスは、照射プロセスの間に照射プロセスの個別のデータを検出するモジュール（３９）および検出デバイス（３７）よって特徴づけられる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
説明
本発明は、請求項１の序文に従って、粒子ビームを用いた患者の、とくに患者における腫瘍の放射線照射のためのデバイスに関する。本発明はまた、請求項９に従って、照射操作の間の、患者の動きまたは患者の照射される範囲を補正する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ここに記載されている種類のデバイスは、既知である。それらは、患者における腫瘍組織の照射の間に、照射される標的範囲の動きを補正するために用いられる。照射されている腫瘍組織の動きは、とくに患者の呼吸の動きの間に生じる。腫瘍の累積照射線量への呼吸の動きの影響を最小限に抑えるため、標的の体積を通常は増加させ、このことは、健康な組織も照射されるため、患者にダメージを引き起こし得る。これは、副作用の確率を増加する。健康な組織へ適用される照射線量を低減するための提案が既になされている。一つの提案は、例えば、腹壁を圧迫すること、それにより患者の横隔膜の可動性を制限することによって、照射される腫瘍組織の動きの範囲を低減することである。他の可能性は、自然呼吸を高周波人工呼吸（ジェット換気）に置き換えることである。最終的に、呼吸を一定期間停止できる高酸素人口呼吸もまた、考慮すべきかもしれない。
【０００３】
さらなる可能性は断続照射（開閉）であり、そこでは、患者が普通に呼吸をし、照射されている腫瘍組織が所望の位置にある特定の時間の間だけ腫瘍が照射される。その手順は、照射操作の継続が持続的に増加する結果を有する。
【０００４】
放射線の照射線量を、一回だけでなく数サイクルにわたって適用することも可能である。その繰り返し照射（再スキャン）は、標的の容積の拡大を必要とする。腫瘍は動きの全ての状態において照射されることを必要とするため、標的の容積の拡大が必要である。これは結果的に、健康な組織も照射されるため、患者に対してダメージをもたらし得る。腫瘍の所望の照射線量負荷を達成するために、以下に記載されるように、干渉の平均が選ばれる。その方法では、腫瘍が、動きの全ての状態においてヒットされる必要があり、健康な組織の不必要な負荷の結果をもたらす。
【０００５】
もし粒子ビームが、そのとき照射を受けている腫瘍組織の動きを追跡しない場合には、静的な照射と比較して、照射の結果に悪影響を与える差異が生じるということが見出されている。照射されている組織において、照射の進行および腫瘍の動きが互いに重ね合わされるため、照射されていない部位または２回以上照射されている部位が生じる。
【０００６】
照射操作の間の腫瘍組織の位置の変化を補正することが可能な手段によって提供される制御手段を有する、腫瘍組織の照射に用いられるデバイスがまた、知られている(DE 1031071A1)。その処理において、適用される照射線量を理解するために、腫瘍の動きとの時間相関における照射操作の正確なコースを決定することが必要である。
【発明の開示】
【０００７】
したがって本発明の目的は、照射手順と腫瘍の動きとの間に正確な時間相関を構成することを可能にするデバイスを提供することである。
【０００８】
その問題を解決するために、請求項１に記載されている特徴を有するデバイスが提案される。本デバイスは、一般的な構成要素、すなわち、治療ビームといわれる各々のスライスのための所定の粒子エネルギーを有する粒子ビームを生成する加速器、および粒子ビームを互いに垂直である２方向に偏向させ、また腫瘍組織のスライス毎スキャン（slice-by-slice scanning）を可能な状態にするラスタースキャンデバイス（raster scanning device）を含む。本デバイスはまた、腫瘍組織の異なる深さで起こる粒子ビームのブラッグ最大（Bragg maximum）といわれる、加速エネルギーによって予め定められる最大照射線量負荷の範囲が、生体構造の変化に対して侵入深さを適合させるために素早く変更できるように、粒子ビームのエネルギーを変化させることができるモジュレータを有する。
【０００９】
デバイスの検出手段は、腫瘍組織の位置および腫瘍組織の位置ずれを検出する働きをする。したがってそれは、腫瘍組織の位置の時間分解検出（time-resolved detection）を可能な状態とする。検出デバイスによって得られたデータが、第１の記憶デバイスへ伝達される。さらに、腫瘍の動きを、例えば、照射操作に先行して記録されたような患者の呼吸の動きを、記憶デバイス内に記憶することができる。腫瘍の動きが、例えば患者の呼吸の動きが、照射操作に先行して検出され、記憶デバイスに記憶される。そのようにして、照射操作の間に粒子ビームを偏向することが可能であるため、それは実質的に腫瘍組織の動きを追跡し、所要の特定の侵入深さをモジュレータを経由して適合させる。
【００１０】
本発明のデバイスは、一方においては、照射のコースのデータを記録するモジュールを備えるという事実によって区別される。したがって、ラスタースキャンデバイスによって予め定められた粒子ビームの位置が、時間とともに検出され、可能な変調を含む粒子ビームのエネルギーもまた、照射のための加速手段によって提供される。したがって、粒子ビームのブラッグ最大がどの深さに存在するかを決定することが可能である。
【００１１】
他方では、モジュールが、患者の照射の間に用いられる検出デバイスのデータを記録し、このデバイスは、照射を受けている腫瘍組織の位置を、時間とともに検出する。その配置においては、位置を、カメラ手段によって、例えば、照射を受けている患者の皮膚、照射操作の間に検出される動きに適用されるカラーマーカまたは光源、とくに発光ダイオードによって、間接的に決定することが可能である。他の可能性は、腫瘍位置の直接蛍光透視法検出または患者の表面の動きの検出である。
【００１２】
したがって本デバイスは、照射操作の間に、正確な情報が、照射のコースおよび照射を受けている腫瘍組織の動きについて存在するという事実によって区別される。照射のコースと腫瘍組織の動きの間の間接的な関係は、モジュール内の相関ユニットによって記録される。相関ユニットのデータは、吸収量が腫瘍範囲またはラスターポイント（raster point）のどちらへ配分されたかについての情報を与える。
【００１３】
さらなる進展は、従属項から明らかである。
この問題はまた、請求項９に与えられた特徴をによる、粒子ビームを用いた照射の間の、患者の動きまたは患者の照射範囲を補正する方法によって解決される。本方法においては、腫瘍組織は、記憶デバイス内に記憶されたデータを考慮しながら照射される。これらのデータは、実際の照射操作の前に連続して関連付けられている検出操作の間に検出デバイス手段によって得られ、そのデバイスは、腫瘍組織の位置の時間分解検出のため、すなわち腫瘍組織の動きの検出のために用いられている。
【００１４】
照射操作の間の、照射のコースのデータは、モジュールに記録される。したがって、腫瘍組織のスライス毎スキャンは、ラスタースキャンデバイスおよび粒子ビームのエネルギーを用いて検出される。
【００１５】
照射の間に、さらに腫瘍組織の現在位置が、時間とともにモジュールによって記録される。次に、照射のコースのデータおよび動きのコースのデータの相関関係によって、現在の腫瘍の位置と実際の照射のコースの関連付けが可能となる。したがって、腫瘍内の照射線量の累積を確認することができる。
【００１６】
本方法のさらなる実施態様は、従属項から明らかである。
請求項１に記載のデバイスの操作および請求項９に記載の方法の実施に関連して、請求項１２の特徴を有する照射線量の計算方法、および／または請求項１５の特徴を有する照射計画の方法が、前述の問題を解決するために用いられる。
【００１７】
本発明は、以下の図を参照して、さらに詳細に説明される：
図１は、粒子ビーム５を用いた腫瘍組織３のスライス毎照射のためのデバイス１の基本ダイアグラムを示し、これは、ここに概説のみされている加速器７によって提供される。加速器は、実際に照射されている層に必要なエネルギーを有する粒子を供給する。粒子ビーム５は、腫瘍組織３のスライス毎のスキャンをするために、水平方向および垂直方向の両方に、ラスタースキャンデバイス９を用いて偏向される。一例として、ラスタースキャンデバイス９には、その目的のために、第１の一対の磁石１１および第２の一対の磁石１３が備えられる。照射されるスライスは、加速器によって供給される粒子エネルギーによって、処置を施される。用いられる粒子は、好ましくは１２Ｃ粒子である。
【００１８】
ラスタースキャンデバイス９から発するビームは、例えばイオン化チャンバーのような、粒子カウンタ１５を通して形成することができ、次にダウンビームに配置されたモジュレータ１７の中を通り、その後に照射されている腫瘍組織３に到達する。矢印１９によって示すように、後者は動くことができる。
【００１９】
モジュレータ１７は、互いに反対側に位置するくさび形の少なくとも２つのモジュレータプレート２１、２３を有することができ、これは好適な駆動部を用いて互いに近づきおよび離れることができ、その結果粒子ビーム５は、腫瘍組織３をヒットする前に、程度の差はあるが厚いモジュレータ材料の中を通る。好ましくは、モジュレータ１７は、互いに近接して設置されている複数個のプレート２１、２１’、２１’’など、および互いに近接して設置されているモジュレータプレート２３、２３’、２３’’などを有し、ここで、互いに近接して設置されている各々のプレート２１、２１は第１駆動部２５と関連し、互いに近接して設置されている各々のプレート２３、２３は第２駆動部２７と関連し、これらの駆動部は駆動デバイス２９の一部を形成する。その種類のモジュレータは既知であるため、それらについてのさらなる詳細はここに加えない。
【００２０】
粒子ビーム５のエネルギーはモジュレータ１７を用いて変調され、そのような手段により粒子ビームの方向に測定されたブラッグ最大の位置が変化し、とくに、例えば、呼吸の動きおよびそれによる患者における密度の変化という現象においてでさえ、そのような手段によって、侵入深さが変化されて所望の層にとどまる。
【００２１】
したがって、ラスタースキャンデバイス９を用いて、腫瘍組織３はスライス毎にスキャンされ、すなわち、粒子ビームの粒子によって作用を受ける。モジュレータ１７は、粒子ビーム５の方向に測定されたスキャンスライスの位置を、呼吸の動きの状態に適合させる働きをする。図１において、スライス３ａ、３ｂなどの番号は、腫瘍組織３の内部を示す。
【００２２】
腫瘍の範囲に累積される粒子ビーム５の照射線量は、粒子ビーム５の中に存在する粒子の数に依存する。照射操作の間に、腫瘍組織３に作用する粒子の数は、粒子カウンタ１５を用いて決定される。所望の粒子数に到達した場合、信号が、ライン３１によって制御手段３３へ伝達され、制御手段３３はライン３５を経由してラスタースキャンデバイス９に接続されている。所望の粒子数が粒子カウンタ１５によって検出された場合、ラスタースキャンデバイス９の作動は、ライン３５を経由して腫瘍組織３の内部の次のラスターポイントをアドレス指定する方法によって達成される。
【００２３】
デバイス１はまた、検出デバイス３７、ならびにライン４１を経て検出デバイス３７に、ライン４３を経てモジュレータ１７に、およびライン４５を経てラスタースキャンデバイス９に接続されているモジュール３９を含む。最後に、モジュール３９は、ライン４７を経て粒子カウンタ１５に接続されている。
【００２４】
特別な優先権が、例えば患者の呼吸の間の腫瘍組織の動きのコースの検出のために、蛍光透視法（fluoroscopy）システムまたはカメラシステムの方式の検出デバイスを有するデバイス１へ与えられている。
【００２５】
図２は、腫瘍組織３の一部の基本ダイアグラムであり、２ａの数字に従って左は、最初の位置であり、２ｂの数字に従って右は、例えば呼吸の動きが理由の２番目の傾いた位置である。
【００２６】
腫瘍組織３が照射されていることが、図２ａに示されているＥ１、Ｅ２およびＥ３平面などのグリッド形内の正方形によって示されている。平面内に存在する正方形は、個別のラスターポイントを示すことを目的としている。図２ａ内の腫瘍組織の部分は、ラスターポイントＲ１からＲ５を示す。
【００２７】
平面Ｅｘ内のラスターポイントＲｘが、粒子ビーム５を用いた照射線量によって作用を受けていることが図２ａから明らかである。ラスターポイントＲｘの左にあるラスターポイントＲ（ｘ−１）、Ｒ（ｘ−２）などからＲ３までは、部分的な照射線量によって同時にすでに作用を受けている。したがって、ラスターポイントにおいては、そこに位置するブラッグ最大のみならず、組織内のより深部にブラッグ最大の位置を有するビームもまた照射線量の累積にそれぞれ貢献する。
【００２８】
図２ｂは、図２ａに対して左回りに回転させた位置における、腫瘍組織３の部分要素を示す。同じリファレンス数字は、すでに図２ａにおいて図示されている同じ要素を示すために用いられる。したがって、ここに示される腫瘍組織３の部分が、Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３などの平面内に配列されているラスターポイント、平面Ｅ１内に位置するラスターポイントＲ１からＲ５を有することは明らかである。
【００２９】
ビーム位置の変調によって、粒子ビーム５は、ラスターポイントＲｘを再びヒットする。腫瘍組織３は傾いているため、図２ａとは異なり、粒子ビーム５は、互いに近接して位置しているラスターポイントの横列を通り抜けることができないが、異なる横列に位置するラスターポイントをヒットする。腫瘍組織３の部分の最上部の横列において、互いに近接して位置する４つのラスターポイント、すなわちラスターポイントＲ１およびその右に隣接する３つのラスターポイントがヒットされる。２番目の横列において、ラスターポイントＲ２から離れたラスターポイント、最終的に、平面Ｅ１内に位置するラスターポイントＥ３のような同一の横列内に位置するラスターポイントがヒットされる。
【００３０】
ラスターポイントＲｙは、若干低い照射線量によって作用を受ける。その左に位置するラスターポイントは、低い照射線量で順番に照射される。粒子ビームのブラッグ最大がＲｘ内に位置している粒子ビームによるラスターポイントＲｘの照射において、異なって配列されたラスターポイントが、照射線量によってすでに作用を受けていることは、図２ａおよび２ｂから明らかである。互いのラスターポイントの異なる相対位置は、腫瘍の動きとの関連によって、ここに図示されているように、例えば回転の角度によってもたらされる。
【００３１】
以下に、患者における腫瘍組織の照射のための図１に示されるデバイスの操作、および図１に記載のデバイスを用いた粒子ビームによる照射の間の、患者の動きまたは患者の照射範囲を補正する方法の詳細が加えられる。
【００３２】
動きの間に、例えば患者が呼吸をしている場合に、患者における腫瘍組織３は、検出デバイス、例えば検出デバイス３７を用いて検出される。動きのコースにおける腫瘍組織３の異なる位置はまた、動きを、準静的（quasi-static）、好ましくは動きの重なり合わないフェーズへ分解することよって検出することができる。したがって、腫瘍組織の動きの時間分解検出が起こる。
【００３３】
照射に先行して、動きの検出は、好ましくは４Ｄ−ＣＴ（４Ｄコンピュータ断層撮影）として設計されたデバイスを用いることにより達成される。その中に生成される動きのフェーズ（movement phases）は、例えば患者の皮膚上のカラーポイントまたはそこに適用された光源を検出するビデオカメラを用いて、間接的に検出することができる。照射の間の動きの存在の状態を、次に、例えば４Ｄ−ＣＴの動きのフェーズに関連付けることができる。しかしながら、好ましくは動きは、表面検出のための蛍光透視法システムまたはカメラシステム方式の検出デバイスを用いて検出される。したがって、照射手順の間の腫瘍組織の局所的位置は、連続的にまたは時間内のある特定の点で決定することができる。
【００３４】
異なる動きのフェーズのこれらのデータは、図１中には示されていない第１記憶デバイス内に記憶される。
照射操作の間、腫瘍の動きは、検出システムによって動きのフェーズに関係づけられる。第１記録デバイスからのデータを用いたモジュール３９における補正は、ラスタースキャンデバイス９およびモジュレータ１７を制御するために用いられ、その結果、粒子ビーム７が、異なる動きのフェーズにおける腫瘍組織３に、計画通りに照射される。
【００３５】
したがって、これらのデータは、ラスタースキャンデバイス９を制御するために用いられるため、動きの間でさえ、腫瘍組織３のスライス毎スキャンが起こる。
腫瘍組織内の粒子ビーム５の侵入深さ、すなわち粒子ビームのブラッグ最大が位置する腫瘍組織３内の平面３ａ、３ｂなどは、駆動部２５および２７を用いて、程度の差はあるが互いの方向へ移動されるモジュレータプレート２１、２１’、２１’’および２３、２３’、２３’’などの、モジュレータ１７の作動によって設定される。
【００３６】
腫瘍組織３内のラスターポイントの照射の間に、粒子ビーム５の粒子数は、例えばイオン化チャンバーの方式の粒子カウンタ１５を用いて決定される。ラスターポイントにおいて所望の粒子数に達した場合、ラスタースキャンデバイス９が、次のラスターポイントが照射される方法により作動される。照射スキャンの間に、患者または腫瘍組織３の現実の位置が、検出デバイス３７を用いた時間分解法により検出される。例えばビデオカメラを用いた間接的検出、または例えば蛍光透視システムもしくはカメラシステムを手段とした直接的検出を、ここで実施することが可能である。
【００３７】
一方では、モジュール３９は、腫瘍組織３内のラスターポイントおよびそこへ照射された吸収量を時間とともに検出することによって、現在進行中の照射操作を検出する。そのようにして、腫瘍組織３のどのラスターポイントが、時間内にどの程度の照射線量でどのポイントが照射されているかを正確に知ることができる。反対に、照射操作によって到達したラスターポイント毎の照射された吸収量をまた、決定できる。
【００３８】
一方で、照射の間の腫瘍組織３の動きは、モジュール３９を用いることによって決定される。その結果、時間内のある特定の点の照射線量によって、患者の身体内の実際のラスターポイントが作用を受けているかどうかを知ることができる。
【００３９】
照射操作に関連するデータ、および照射操作の間に生じる腫瘍組織３の動きは、患者の身体内のラスターポイントにおける照射線量についての前記情報を決定できるように、互いを用いて補正することができる。
【００４０】
補正によって得られた情報は、ここには示されていない第２記憶デバイスに記憶することができる。もし、第１記憶デバイスが適切に形成されている場合、それらのデータはまた、そこへ記憶することもできる。それらは、照射のプロトコルへ伝達され、そのプロトコルは照射後に評価される。そのようにして、照射結果を評価することが可能となる。例えば、腫瘍のラスターポイントが、低すぎる照射線量で照射されているどうかについて、確認することが可能である。
【００４１】
一般的に、複数の治療部分が、またの名を画分が、腫瘍組織の治療のために提供される。プロトコル内に策定されたデータに基づいて、次の照射における腫瘍組織のラスターポイントのため選択される照射線量を、もう一度決定することができる。
【００４２】
とくに好ましくは、モジュール３９のデータの補正によって得られた情報は、進行中の照射操作の調整に用いることができる。したがって、標的範囲が動いている場合に、腫瘍組織３の方へ向けられたラスタースキャンデバイス９によって方向付けされた粒子ビーム５の照射線量を適合することが可能である。照射操作において、腫瘍組織の個別のラスターポイントは、粒子ビームによって作用を受ける。さらなるラスターポイントの照射の前に、次のラスターポイントのために用いる照射線量を決定することが、モジュール３９内に存在するデータに基づいて可能である。そうすることで、前回のラスターポイントの照射の間の部分的な照射によって、すでに作用を受けているラスターポイントかどうかを検討事項へ取り入れることが可能である（図２参照）。そのような場合、次に、以前に照射されたのラスターポイントのための照射線量が適合される。しかしながら、そのような適合は、加えるべき照射線量の増加、または減少をも結果としてもたらすかもしれない。
【００４３】
デバイス１の処理において、モジュール３９内に存在する照射操作に関係するデータおよび患者の動きに関係するデータは、相互に関連づけられ、およびそれらから得られる情報は、ラスタースキャンデバイス９およびモジュレータ１７を直接的に操作するために用いられる。
【００４４】
好ましくは、腫瘍組織の可能性のある動きのフェーズは、照射操作に先行して、検出および記憶される。粒子ビーム５の腫瘍組織の特定のラスターポイントへの導入に先行して、記憶デバイスからの取り出した補正値を手段として、次のラスターポイントのための照射線量のみならず、ビーム位置の補正およびモジュレータの設定の必要性を決定することが可能となる。
【００４５】
モジュール３９のラスタースキャンデバイス９およびモジュレータ１７への接続を用いて、照射操作の間の腫瘍組織の動きが補正されるため、粒子ビームを用いる患者における腫瘍組織の照射の方法を大幅に向上させる制御回路が形成される。
ここに記載されたデバイス１を用いた患者における腫瘍組織３の照射が急に増加すると、線量計算および照射計画のためのプロセスが実行される。
【００４６】
スキャンされた粒子ビームのための照射線量の計算のためのプロセスにおいて、照射されている腫瘍組織の異なる位置が患者内に検出される。それに応じて、例えば患者の呼吸のために、照射操作の間に静止していない動いている患者における腫瘍への照射を可能とするために、腫瘍組織３の動きのコースが確認される。
【００４７】
腫瘍組織の動きは、好ましくは互いに重なり合わない、準静的な動きのフェーズへ分割される。したがって動きは、連続的に記録されるのではなく、個別の分離した動きのフェーズに関連して記憶される。
【００４８】
各々の動きのフェーズのために、部分的な照射計画が設定され、ここで、粒子ビーム５を用いて腫瘍組織３がスキャンされるの間の動きのフェーズのための照射線量が部分的照射計画から計算され、動きのフェーズが評価される。したがって、各々の動きのフェーズのために、部分的照射計画および部分的照射線量の両方が得られる。
【００４９】
異なる動きのフェーズにおける解剖学的な構造は、動きが理由で、正確に同じ位置に存在するとは限らない。動きのフェーズ毎の個別の照射線量は、すなわち部分的な照射線量は、したがって簡単には合計することができない。動きのフェーズを用いて評価した部分的な照射線量を、解剖学的な動き考慮に入れたリファレンス状態へ変換することが必要である。
その変換をして初めて、部分的な照射線量を全体の照射線量へ合計することが可能となる。
【００５０】
照射操作の間のブラッグ最大の位置を決定できるようにするために、ブラッグ最大が、リファレンス状態から補正値を用いた他のフェーズに変換されることが必要である。これは、ここに示されていないコンピュータ要素によって確保される。
【００５１】
その手順において、腫瘍組織３の動きに起因する最初の補正値を考慮に入れることが必要である。その場合、所要のエネルギーの変調が生成される、ビームトラッキングのための２つの横の補正値および深さの補正値からなるベクトルまたは補正三重項（correction triplet）が、補正値として用いられる。さらに補正値の決定において、他のラスターポイントの照射において、腫瘍組織３の個別のラスターポイントが、部分的な照射線量によって既に負荷されていることを考慮に入れることが必要である。その照射線量の寄与は、照射の進行の依存して異なっている。その場合のために、事前照射変数を補正値として用いることが必要である。
【００５２】
ここに記載された方法を用いて、リファレンス状態を用いて評価された粒子ビームのためのパラメータを、記憶することが可能となる。さらに、一方で動きに関係し、他方で事前照射に関係する補正値を含む数値テーブルが、記憶デバイスに記憶される。
【００５３】
粒子ビーム５を用いた患者における腫瘍組織３の照射のためのデバイス１のスキャンされた粒子ビームに対する、実際の照射の前に同様に連続して関連した、照射計画のプロセスは、以下のステップを含む：
【００５４】
照射線量計算のためのプロセスとして、患者における腫瘍組織の異なる位置は、動きのコースの間に、例えば患者の呼吸の間に検出される。このプロセス中の動きは、準静的に、好ましくは重なり合わない動きのフェーズに分割される。
【００５５】
さらなるステップにおいて、計画された照射のための現在のラスターポイントの解剖学的位置は、リファレンス状態のラスターポイントと、現在のラスターポイントに関係した動きの状態との組合せから確認される。したがって、ラスターポイントと現在のラスターポイントの解剖学的な動きの状態との任意の組合せは、前述の変換手段により追跡される。
【００５６】
ここで、リファレンス状態に基づいて決定されたラスターポイントと比較した現在のラスターポイントの偏差が存在し、現在のラスターポイントのために補正値が計算される。その補正値は、ベクトルまたは補正三重項として指定される。
【００５７】
各々のラスターポイントのための補正値は、各々の動きの状態を結合して、表の形式で記憶デバイスに記憶される。また、補正値の設定のために、各々のラスターポイントのための動きの状態の可能な組合せが、記憶デバイスに記憶される。したがって、ここで確認された照射計画に基づいた照射において、補正値は、その後に観察された腫瘍組織の動きに基づいて適用することができる。
【００５８】
各々のラスターポイントのために、他のラスターポイントの照射線量の累積は、動きのフェーズとラスターポイントの関連性との全ての組合せを取り入れることによって考慮することができる。事前照射変数の設定から、全ての可能性のある照射のコースを決定できる。照射計画のためのプロセスにおいて、また線量計算のためのプロセスにおいて、現在のラスターポイントの解剖学的位置は、４Ｄ−ＣＴまたは４Ｄ−ＭＲデバイス（４Ｄ磁気共鳴デバイス）を用いて決定することができる。解剖学的データは、したがって時間分解されたデータとして利用できる。
【００５９】
ここで、線量計算のためのプロセスに関連して前述したとおり、部分的な照射線量が合計できる前に、部分的な照射線量のリファレンス状態への変換が必要である。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】患者における腫瘍組織の照射のためのデバイスの基本ダイアグラムである。
【図２】照射操作における動きの影響を図示するための、腫瘍の位置の基本ダイアグラムである。
【技術分野】
【０００１】
説明
本発明は、請求項１の序文に従って、粒子ビームを用いた患者の、とくに患者における腫瘍の放射線照射のためのデバイスに関する。本発明はまた、請求項９に従って、照射操作の間の、患者の動きまたは患者の照射される範囲を補正する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ここに記載されている種類のデバイスは、既知である。それらは、患者における腫瘍組織の照射の間に、照射される標的範囲の動きを補正するために用いられる。照射されている腫瘍組織の動きは、とくに患者の呼吸の動きの間に生じる。腫瘍の累積照射線量への呼吸の動きの影響を最小限に抑えるため、標的の体積を通常は増加させ、このことは、健康な組織も照射されるため、患者にダメージを引き起こし得る。これは、副作用の確率を増加する。健康な組織へ適用される照射線量を低減するための提案が既になされている。一つの提案は、例えば、腹壁を圧迫すること、それにより患者の横隔膜の可動性を制限することによって、照射される腫瘍組織の動きの範囲を低減することである。他の可能性は、自然呼吸を高周波人工呼吸（ジェット換気）に置き換えることである。最終的に、呼吸を一定期間停止できる高酸素人口呼吸もまた、考慮すべきかもしれない。
【０００３】
さらなる可能性は断続照射（開閉）であり、そこでは、患者が普通に呼吸をし、照射されている腫瘍組織が所望の位置にある特定の時間の間だけ腫瘍が照射される。その手順は、照射操作の継続が持続的に増加する結果を有する。
【０００４】
放射線の照射線量を、一回だけでなく数サイクルにわたって適用することも可能である。その繰り返し照射（再スキャン）は、標的の容積の拡大を必要とする。腫瘍は動きの全ての状態において照射されることを必要とするため、標的の容積の拡大が必要である。これは結果的に、健康な組織も照射されるため、患者に対してダメージをもたらし得る。腫瘍の所望の照射線量負荷を達成するために、以下に記載されるように、干渉の平均が選ばれる。その方法では、腫瘍が、動きの全ての状態においてヒットされる必要があり、健康な組織の不必要な負荷の結果をもたらす。
【０００５】
もし粒子ビームが、そのとき照射を受けている腫瘍組織の動きを追跡しない場合には、静的な照射と比較して、照射の結果に悪影響を与える差異が生じるということが見出されている。照射されている組織において、照射の進行および腫瘍の動きが互いに重ね合わされるため、照射されていない部位または２回以上照射されている部位が生じる。
【０００６】
照射操作の間の腫瘍組織の位置の変化を補正することが可能な手段によって提供される制御手段を有する、腫瘍組織の照射に用いられるデバイスがまた、知られている(DE 1031071A1)。その処理において、適用される照射線量を理解するために、腫瘍の動きとの時間相関における照射操作の正確なコースを決定することが必要である。
【発明の開示】
【０００７】
したがって本発明の目的は、照射手順と腫瘍の動きとの間に正確な時間相関を構成することを可能にするデバイスを提供することである。
【０００８】
その問題を解決するために、請求項１に記載されている特徴を有するデバイスが提案される。本デバイスは、一般的な構成要素、すなわち、治療ビームといわれる各々のスライスのための所定の粒子エネルギーを有する粒子ビームを生成する加速器、および粒子ビームを互いに垂直である２方向に偏向させ、また腫瘍組織のスライス毎スキャン（slice-by-slice scanning）を可能な状態にするラスタースキャンデバイス（raster scanning device）を含む。本デバイスはまた、腫瘍組織の異なる深さで起こる粒子ビームのブラッグ最大（Bragg maximum）といわれる、加速エネルギーによって予め定められる最大照射線量負荷の範囲が、生体構造の変化に対して侵入深さを適合させるために素早く変更できるように、粒子ビームのエネルギーを変化させることができるモジュレータを有する。
【０００９】
デバイスの検出手段は、腫瘍組織の位置および腫瘍組織の位置ずれを検出する働きをする。したがってそれは、腫瘍組織の位置の時間分解検出（time-resolved detection）を可能な状態とする。検出デバイスによって得られたデータが、第１の記憶デバイスへ伝達される。さらに、腫瘍の動きを、例えば、照射操作に先行して記録されたような患者の呼吸の動きを、記憶デバイス内に記憶することができる。腫瘍の動きが、例えば患者の呼吸の動きが、照射操作に先行して検出され、記憶デバイスに記憶される。そのようにして、照射操作の間に粒子ビームを偏向することが可能であるため、それは実質的に腫瘍組織の動きを追跡し、所要の特定の侵入深さをモジュレータを経由して適合させる。
【００１０】
本発明のデバイスは、一方においては、照射のコースのデータを記録するモジュールを備えるという事実によって区別される。したがって、ラスタースキャンデバイスによって予め定められた粒子ビームの位置が、時間とともに検出され、可能な変調を含む粒子ビームのエネルギーもまた、照射のための加速手段によって提供される。したがって、粒子ビームのブラッグ最大がどの深さに存在するかを決定することが可能である。
【００１１】
他方では、モジュールが、患者の照射の間に用いられる検出デバイスのデータを記録し、このデバイスは、照射を受けている腫瘍組織の位置を、時間とともに検出する。その配置においては、位置を、カメラ手段によって、例えば、照射を受けている患者の皮膚、照射操作の間に検出される動きに適用されるカラーマーカまたは光源、とくに発光ダイオードによって、間接的に決定することが可能である。他の可能性は、腫瘍位置の直接蛍光透視法検出または患者の表面の動きの検出である。
【００１２】
したがって本デバイスは、照射操作の間に、正確な情報が、照射のコースおよび照射を受けている腫瘍組織の動きについて存在するという事実によって区別される。照射のコースと腫瘍組織の動きの間の間接的な関係は、モジュール内の相関ユニットによって記録される。相関ユニットのデータは、吸収量が腫瘍範囲またはラスターポイント（raster point）のどちらへ配分されたかについての情報を与える。
【００１３】
さらなる進展は、従属項から明らかである。
この問題はまた、請求項９に与えられた特徴をによる、粒子ビームを用いた照射の間の、患者の動きまたは患者の照射範囲を補正する方法によって解決される。本方法においては、腫瘍組織は、記憶デバイス内に記憶されたデータを考慮しながら照射される。これらのデータは、実際の照射操作の前に連続して関連付けられている検出操作の間に検出デバイス手段によって得られ、そのデバイスは、腫瘍組織の位置の時間分解検出のため、すなわち腫瘍組織の動きの検出のために用いられている。
【００１４】
照射操作の間の、照射のコースのデータは、モジュールに記録される。したがって、腫瘍組織のスライス毎スキャンは、ラスタースキャンデバイスおよび粒子ビームのエネルギーを用いて検出される。
【００１５】
照射の間に、さらに腫瘍組織の現在位置が、時間とともにモジュールによって記録される。次に、照射のコースのデータおよび動きのコースのデータの相関関係によって、現在の腫瘍の位置と実際の照射のコースの関連付けが可能となる。したがって、腫瘍内の照射線量の累積を確認することができる。
【００１６】
本方法のさらなる実施態様は、従属項から明らかである。
請求項１に記載のデバイスの操作および請求項９に記載の方法の実施に関連して、請求項１２の特徴を有する照射線量の計算方法、および／または請求項１５の特徴を有する照射計画の方法が、前述の問題を解決するために用いられる。
【００１７】
本発明は、以下の図を参照して、さらに詳細に説明される：
図１は、粒子ビーム５を用いた腫瘍組織３のスライス毎照射のためのデバイス１の基本ダイアグラムを示し、これは、ここに概説のみされている加速器７によって提供される。加速器は、実際に照射されている層に必要なエネルギーを有する粒子を供給する。粒子ビーム５は、腫瘍組織３のスライス毎のスキャンをするために、水平方向および垂直方向の両方に、ラスタースキャンデバイス９を用いて偏向される。一例として、ラスタースキャンデバイス９には、その目的のために、第１の一対の磁石１１および第２の一対の磁石１３が備えられる。照射されるスライスは、加速器によって供給される粒子エネルギーによって、処置を施される。用いられる粒子は、好ましくは１２Ｃ粒子である。
【００１８】
ラスタースキャンデバイス９から発するビームは、例えばイオン化チャンバーのような、粒子カウンタ１５を通して形成することができ、次にダウンビームに配置されたモジュレータ１７の中を通り、その後に照射されている腫瘍組織３に到達する。矢印１９によって示すように、後者は動くことができる。
【００１９】
モジュレータ１７は、互いに反対側に位置するくさび形の少なくとも２つのモジュレータプレート２１、２３を有することができ、これは好適な駆動部を用いて互いに近づきおよび離れることができ、その結果粒子ビーム５は、腫瘍組織３をヒットする前に、程度の差はあるが厚いモジュレータ材料の中を通る。好ましくは、モジュレータ１７は、互いに近接して設置されている複数個のプレート２１、２１’、２１’’など、および互いに近接して設置されているモジュレータプレート２３、２３’、２３’’などを有し、ここで、互いに近接して設置されている各々のプレート２１、２１は第１駆動部２５と関連し、互いに近接して設置されている各々のプレート２３、２３は第２駆動部２７と関連し、これらの駆動部は駆動デバイス２９の一部を形成する。その種類のモジュレータは既知であるため、それらについてのさらなる詳細はここに加えない。
【００２０】
粒子ビーム５のエネルギーはモジュレータ１７を用いて変調され、そのような手段により粒子ビームの方向に測定されたブラッグ最大の位置が変化し、とくに、例えば、呼吸の動きおよびそれによる患者における密度の変化という現象においてでさえ、そのような手段によって、侵入深さが変化されて所望の層にとどまる。
【００２１】
したがって、ラスタースキャンデバイス９を用いて、腫瘍組織３はスライス毎にスキャンされ、すなわち、粒子ビームの粒子によって作用を受ける。モジュレータ１７は、粒子ビーム５の方向に測定されたスキャンスライスの位置を、呼吸の動きの状態に適合させる働きをする。図１において、スライス３ａ、３ｂなどの番号は、腫瘍組織３の内部を示す。
【００２２】
腫瘍の範囲に累積される粒子ビーム５の照射線量は、粒子ビーム５の中に存在する粒子の数に依存する。照射操作の間に、腫瘍組織３に作用する粒子の数は、粒子カウンタ１５を用いて決定される。所望の粒子数に到達した場合、信号が、ライン３１によって制御手段３３へ伝達され、制御手段３３はライン３５を経由してラスタースキャンデバイス９に接続されている。所望の粒子数が粒子カウンタ１５によって検出された場合、ラスタースキャンデバイス９の作動は、ライン３５を経由して腫瘍組織３の内部の次のラスターポイントをアドレス指定する方法によって達成される。
【００２３】
デバイス１はまた、検出デバイス３７、ならびにライン４１を経て検出デバイス３７に、ライン４３を経てモジュレータ１７に、およびライン４５を経てラスタースキャンデバイス９に接続されているモジュール３９を含む。最後に、モジュール３９は、ライン４７を経て粒子カウンタ１５に接続されている。
【００２４】
特別な優先権が、例えば患者の呼吸の間の腫瘍組織の動きのコースの検出のために、蛍光透視法（fluoroscopy）システムまたはカメラシステムの方式の検出デバイスを有するデバイス１へ与えられている。
【００２５】
図２は、腫瘍組織３の一部の基本ダイアグラムであり、２ａの数字に従って左は、最初の位置であり、２ｂの数字に従って右は、例えば呼吸の動きが理由の２番目の傾いた位置である。
【００２６】
腫瘍組織３が照射されていることが、図２ａに示されているＥ１、Ｅ２およびＥ３平面などのグリッド形内の正方形によって示されている。平面内に存在する正方形は、個別のラスターポイントを示すことを目的としている。図２ａ内の腫瘍組織の部分は、ラスターポイントＲ１からＲ５を示す。
【００２７】
平面Ｅｘ内のラスターポイントＲｘが、粒子ビーム５を用いた照射線量によって作用を受けていることが図２ａから明らかである。ラスターポイントＲｘの左にあるラスターポイントＲ（ｘ−１）、Ｒ（ｘ−２）などからＲ３までは、部分的な照射線量によって同時にすでに作用を受けている。したがって、ラスターポイントにおいては、そこに位置するブラッグ最大のみならず、組織内のより深部にブラッグ最大の位置を有するビームもまた照射線量の累積にそれぞれ貢献する。
【００２８】
図２ｂは、図２ａに対して左回りに回転させた位置における、腫瘍組織３の部分要素を示す。同じリファレンス数字は、すでに図２ａにおいて図示されている同じ要素を示すために用いられる。したがって、ここに示される腫瘍組織３の部分が、Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３などの平面内に配列されているラスターポイント、平面Ｅ１内に位置するラスターポイントＲ１からＲ５を有することは明らかである。
【００２９】
ビーム位置の変調によって、粒子ビーム５は、ラスターポイントＲｘを再びヒットする。腫瘍組織３は傾いているため、図２ａとは異なり、粒子ビーム５は、互いに近接して位置しているラスターポイントの横列を通り抜けることができないが、異なる横列に位置するラスターポイントをヒットする。腫瘍組織３の部分の最上部の横列において、互いに近接して位置する４つのラスターポイント、すなわちラスターポイントＲ１およびその右に隣接する３つのラスターポイントがヒットされる。２番目の横列において、ラスターポイントＲ２から離れたラスターポイント、最終的に、平面Ｅ１内に位置するラスターポイントＥ３のような同一の横列内に位置するラスターポイントがヒットされる。
【００３０】
ラスターポイントＲｙは、若干低い照射線量によって作用を受ける。その左に位置するラスターポイントは、低い照射線量で順番に照射される。粒子ビームのブラッグ最大がＲｘ内に位置している粒子ビームによるラスターポイントＲｘの照射において、異なって配列されたラスターポイントが、照射線量によってすでに作用を受けていることは、図２ａおよび２ｂから明らかである。互いのラスターポイントの異なる相対位置は、腫瘍の動きとの関連によって、ここに図示されているように、例えば回転の角度によってもたらされる。
【００３１】
以下に、患者における腫瘍組織の照射のための図１に示されるデバイスの操作、および図１に記載のデバイスを用いた粒子ビームによる照射の間の、患者の動きまたは患者の照射範囲を補正する方法の詳細が加えられる。
【００３２】
動きの間に、例えば患者が呼吸をしている場合に、患者における腫瘍組織３は、検出デバイス、例えば検出デバイス３７を用いて検出される。動きのコースにおける腫瘍組織３の異なる位置はまた、動きを、準静的（quasi-static）、好ましくは動きの重なり合わないフェーズへ分解することよって検出することができる。したがって、腫瘍組織の動きの時間分解検出が起こる。
【００３３】
照射に先行して、動きの検出は、好ましくは４Ｄ−ＣＴ（４Ｄコンピュータ断層撮影）として設計されたデバイスを用いることにより達成される。その中に生成される動きのフェーズ（movement phases）は、例えば患者の皮膚上のカラーポイントまたはそこに適用された光源を検出するビデオカメラを用いて、間接的に検出することができる。照射の間の動きの存在の状態を、次に、例えば４Ｄ−ＣＴの動きのフェーズに関連付けることができる。しかしながら、好ましくは動きは、表面検出のための蛍光透視法システムまたはカメラシステム方式の検出デバイスを用いて検出される。したがって、照射手順の間の腫瘍組織の局所的位置は、連続的にまたは時間内のある特定の点で決定することができる。
【００３４】
異なる動きのフェーズのこれらのデータは、図１中には示されていない第１記憶デバイス内に記憶される。
照射操作の間、腫瘍の動きは、検出システムによって動きのフェーズに関係づけられる。第１記録デバイスからのデータを用いたモジュール３９における補正は、ラスタースキャンデバイス９およびモジュレータ１７を制御するために用いられ、その結果、粒子ビーム７が、異なる動きのフェーズにおける腫瘍組織３に、計画通りに照射される。
【００３５】
したがって、これらのデータは、ラスタースキャンデバイス９を制御するために用いられるため、動きの間でさえ、腫瘍組織３のスライス毎スキャンが起こる。
腫瘍組織内の粒子ビーム５の侵入深さ、すなわち粒子ビームのブラッグ最大が位置する腫瘍組織３内の平面３ａ、３ｂなどは、駆動部２５および２７を用いて、程度の差はあるが互いの方向へ移動されるモジュレータプレート２１、２１’、２１’’および２３、２３’、２３’’などの、モジュレータ１７の作動によって設定される。
【００３６】
腫瘍組織３内のラスターポイントの照射の間に、粒子ビーム５の粒子数は、例えばイオン化チャンバーの方式の粒子カウンタ１５を用いて決定される。ラスターポイントにおいて所望の粒子数に達した場合、ラスタースキャンデバイス９が、次のラスターポイントが照射される方法により作動される。照射スキャンの間に、患者または腫瘍組織３の現実の位置が、検出デバイス３７を用いた時間分解法により検出される。例えばビデオカメラを用いた間接的検出、または例えば蛍光透視システムもしくはカメラシステムを手段とした直接的検出を、ここで実施することが可能である。
【００３７】
一方では、モジュール３９は、腫瘍組織３内のラスターポイントおよびそこへ照射された吸収量を時間とともに検出することによって、現在進行中の照射操作を検出する。そのようにして、腫瘍組織３のどのラスターポイントが、時間内にどの程度の照射線量でどのポイントが照射されているかを正確に知ることができる。反対に、照射操作によって到達したラスターポイント毎の照射された吸収量をまた、決定できる。
【００３８】
一方で、照射の間の腫瘍組織３の動きは、モジュール３９を用いることによって決定される。その結果、時間内のある特定の点の照射線量によって、患者の身体内の実際のラスターポイントが作用を受けているかどうかを知ることができる。
【００３９】
照射操作に関連するデータ、および照射操作の間に生じる腫瘍組織３の動きは、患者の身体内のラスターポイントにおける照射線量についての前記情報を決定できるように、互いを用いて補正することができる。
【００４０】
補正によって得られた情報は、ここには示されていない第２記憶デバイスに記憶することができる。もし、第１記憶デバイスが適切に形成されている場合、それらのデータはまた、そこへ記憶することもできる。それらは、照射のプロトコルへ伝達され、そのプロトコルは照射後に評価される。そのようにして、照射結果を評価することが可能となる。例えば、腫瘍のラスターポイントが、低すぎる照射線量で照射されているどうかについて、確認することが可能である。
【００４１】
一般的に、複数の治療部分が、またの名を画分が、腫瘍組織の治療のために提供される。プロトコル内に策定されたデータに基づいて、次の照射における腫瘍組織のラスターポイントのため選択される照射線量を、もう一度決定することができる。
【００４２】
とくに好ましくは、モジュール３９のデータの補正によって得られた情報は、進行中の照射操作の調整に用いることができる。したがって、標的範囲が動いている場合に、腫瘍組織３の方へ向けられたラスタースキャンデバイス９によって方向付けされた粒子ビーム５の照射線量を適合することが可能である。照射操作において、腫瘍組織の個別のラスターポイントは、粒子ビームによって作用を受ける。さらなるラスターポイントの照射の前に、次のラスターポイントのために用いる照射線量を決定することが、モジュール３９内に存在するデータに基づいて可能である。そうすることで、前回のラスターポイントの照射の間の部分的な照射によって、すでに作用を受けているラスターポイントかどうかを検討事項へ取り入れることが可能である（図２参照）。そのような場合、次に、以前に照射されたのラスターポイントのための照射線量が適合される。しかしながら、そのような適合は、加えるべき照射線量の増加、または減少をも結果としてもたらすかもしれない。
【００４３】
デバイス１の処理において、モジュール３９内に存在する照射操作に関係するデータおよび患者の動きに関係するデータは、相互に関連づけられ、およびそれらから得られる情報は、ラスタースキャンデバイス９およびモジュレータ１７を直接的に操作するために用いられる。
【００４４】
好ましくは、腫瘍組織の可能性のある動きのフェーズは、照射操作に先行して、検出および記憶される。粒子ビーム５の腫瘍組織の特定のラスターポイントへの導入に先行して、記憶デバイスからの取り出した補正値を手段として、次のラスターポイントのための照射線量のみならず、ビーム位置の補正およびモジュレータの設定の必要性を決定することが可能となる。
【００４５】
モジュール３９のラスタースキャンデバイス９およびモジュレータ１７への接続を用いて、照射操作の間の腫瘍組織の動きが補正されるため、粒子ビームを用いる患者における腫瘍組織の照射の方法を大幅に向上させる制御回路が形成される。
ここに記載されたデバイス１を用いた患者における腫瘍組織３の照射が急に増加すると、線量計算および照射計画のためのプロセスが実行される。
【００４６】
スキャンされた粒子ビームのための照射線量の計算のためのプロセスにおいて、照射されている腫瘍組織の異なる位置が患者内に検出される。それに応じて、例えば患者の呼吸のために、照射操作の間に静止していない動いている患者における腫瘍への照射を可能とするために、腫瘍組織３の動きのコースが確認される。
【００４７】
腫瘍組織の動きは、好ましくは互いに重なり合わない、準静的な動きのフェーズへ分割される。したがって動きは、連続的に記録されるのではなく、個別の分離した動きのフェーズに関連して記憶される。
【００４８】
各々の動きのフェーズのために、部分的な照射計画が設定され、ここで、粒子ビーム５を用いて腫瘍組織３がスキャンされるの間の動きのフェーズのための照射線量が部分的照射計画から計算され、動きのフェーズが評価される。したがって、各々の動きのフェーズのために、部分的照射計画および部分的照射線量の両方が得られる。
【００４９】
異なる動きのフェーズにおける解剖学的な構造は、動きが理由で、正確に同じ位置に存在するとは限らない。動きのフェーズ毎の個別の照射線量は、すなわち部分的な照射線量は、したがって簡単には合計することができない。動きのフェーズを用いて評価した部分的な照射線量を、解剖学的な動き考慮に入れたリファレンス状態へ変換することが必要である。
その変換をして初めて、部分的な照射線量を全体の照射線量へ合計することが可能となる。
【００５０】
照射操作の間のブラッグ最大の位置を決定できるようにするために、ブラッグ最大が、リファレンス状態から補正値を用いた他のフェーズに変換されることが必要である。これは、ここに示されていないコンピュータ要素によって確保される。
【００５１】
その手順において、腫瘍組織３の動きに起因する最初の補正値を考慮に入れることが必要である。その場合、所要のエネルギーの変調が生成される、ビームトラッキングのための２つの横の補正値および深さの補正値からなるベクトルまたは補正三重項（correction triplet）が、補正値として用いられる。さらに補正値の決定において、他のラスターポイントの照射において、腫瘍組織３の個別のラスターポイントが、部分的な照射線量によって既に負荷されていることを考慮に入れることが必要である。その照射線量の寄与は、照射の進行の依存して異なっている。その場合のために、事前照射変数を補正値として用いることが必要である。
【００５２】
ここに記載された方法を用いて、リファレンス状態を用いて評価された粒子ビームのためのパラメータを、記憶することが可能となる。さらに、一方で動きに関係し、他方で事前照射に関係する補正値を含む数値テーブルが、記憶デバイスに記憶される。
【００５３】
粒子ビーム５を用いた患者における腫瘍組織３の照射のためのデバイス１のスキャンされた粒子ビームに対する、実際の照射の前に同様に連続して関連した、照射計画のプロセスは、以下のステップを含む：
【００５４】
照射線量計算のためのプロセスとして、患者における腫瘍組織の異なる位置は、動きのコースの間に、例えば患者の呼吸の間に検出される。このプロセス中の動きは、準静的に、好ましくは重なり合わない動きのフェーズに分割される。
【００５５】
さらなるステップにおいて、計画された照射のための現在のラスターポイントの解剖学的位置は、リファレンス状態のラスターポイントと、現在のラスターポイントに関係した動きの状態との組合せから確認される。したがって、ラスターポイントと現在のラスターポイントの解剖学的な動きの状態との任意の組合せは、前述の変換手段により追跡される。
【００５６】
ここで、リファレンス状態に基づいて決定されたラスターポイントと比較した現在のラスターポイントの偏差が存在し、現在のラスターポイントのために補正値が計算される。その補正値は、ベクトルまたは補正三重項として指定される。
【００５７】
各々のラスターポイントのための補正値は、各々の動きの状態を結合して、表の形式で記憶デバイスに記憶される。また、補正値の設定のために、各々のラスターポイントのための動きの状態の可能な組合せが、記憶デバイスに記憶される。したがって、ここで確認された照射計画に基づいた照射において、補正値は、その後に観察された腫瘍組織の動きに基づいて適用することができる。
【００５８】
各々のラスターポイントのために、他のラスターポイントの照射線量の累積は、動きのフェーズとラスターポイントの関連性との全ての組合せを取り入れることによって考慮することができる。事前照射変数の設定から、全ての可能性のある照射のコースを決定できる。照射計画のためのプロセスにおいて、また線量計算のためのプロセスにおいて、現在のラスターポイントの解剖学的位置は、４Ｄ−ＣＴまたは４Ｄ−ＭＲデバイス（４Ｄ磁気共鳴デバイス）を用いて決定することができる。解剖学的データは、したがって時間分解されたデータとして利用できる。
【００５９】
ここで、線量計算のためのプロセスに関連して前述したとおり、部分的な照射線量が合計できる前に、部分的な照射線量のリファレンス状態への変換が必要である。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】患者における腫瘍組織の照射のためのデバイスの基本ダイアグラムである。
【図２】照射操作における動きの影響を図示するための、腫瘍の位置の基本ダイアグラムである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
−各スライスに対する所定のエネルギーを備えた粒子ビーム（５）を生成するための加速器（７）、
−粒子ビーム（５）に作用する、腫瘍組織（３）のスライス毎スキャンのためのラスタースキャンデバイス（９）、
−粒子ビーム（５）のエネルギーを調整するためのモジュレータ（１７）、
−腫瘍組織（３）の位置の時間分解検出のための検出デバイス（３７）、
−照射操作に先行して決定される腫瘍組織（３）に関するデータを記憶するため、および該データをラスタースキャンデバイス（９）およびモジュレータ（１７）へ送るための第１の記憶デバイス、
を有する、粒子ビームを用いた患者における腫瘍組織（３）のスライス毎照射用デバイスであって、
−照射操作の間に、照射のコースのデータおよび検出デバイス（３７）のデータを記録するモジュール（３９）、および
−照射のコースのデータおよび検出デバイス（３７）のデータを、時間関係でともに配置する相関ユニット、
を有することを特徴とする、前記スライス毎照射用デバイス。
【請求項２】
モジュール（３９）によって記録されたデータを記憶する第２の記憶デバイスを備えることを特徴とする、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
ラスタースキャンデバイス（９）と関連付けられている粒子カウンタ（１５）を特徴とする、請求項１または２に記載のデバイス。
【請求項４】
モジュール（３９）が、ラスタースキャンデバイス（９）および／またはモジュレータ（１７）と接続され、制御回路を形成していることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載のデバイス。
【請求項５】
第１の記憶デバイスが、異なる腫瘍位置に関するデータを含むことを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載のデバイス。
【請求項６】
現在の照射コースと記憶された照射データとを比較する比較デバイスを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載のデバイス。
【請求項７】
補正値を与えるコンピュータ要素を特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載のデバイス。
【請求項８】
検出デバイスが、蛍光透視法システムまたはカメラシステムであることを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載のデバイス。
【請求項９】
腫瘍組織のスライス毎スキャンのためのラスタースキャンデバイスおよび粒子ビームのエネルギーを調整するためのモジュレータを含むデバイスを用いた、とくに請求項１〜８のいずれかに記載のデバイスを用いた粒子ビームの照射の間において、患者の動きまたは患者の照射範囲を補正する方法であって、該方法が以下のステップ：
−照射されている腫瘍組織の現在の位置の経時的な検出、
−記憶デバイスに記憶されたデータ／仕様に基づく腫瘍組織の照射、
−照射のコースのデータのモジュールへの記録、
−照射の間の現在の腫瘍組織の位置の経時的なモジュールへの記録、および
−現在の腫瘍位置と現在の照射のコースとの関連付け、
を含む、前記方法。
【請求項１０】
モジュール内の得られたデータが、記憶されることを特徴とする、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
効果的な制御のために得られたデータが、ラスタースキャンデバイスおよび／またはモジュレータを操作するために用いられることを特徴とする、請求項９または１０に記載の方法。
【請求項１２】
患者における腫瘍組織の粒子ビームを用いた照射のためのデバイスのスキャンされた粒子ビームの線量計算の方法であって、以下のステップ：
−動きのコースの間の腫瘍組織の異なる位置の検出、
−動きの、好ましくは互いに重なり合わない準静的な動きのフェーズへの分割、
−動きのフェーズ毎のリファレンス照射計画の部分的照射計画、部分的照射計画および関連した動きのフェーズから計算される動きのフェーズのための照射線量の確立、
−動きのフェーズに対応する、動きのフェーズに関連した部分的照射線量のリファレンス状態への変換、および
−個別の照射線量の全体の照射線量への合計、
をふくむ、前記方法。
【請求項１３】
照射の間に、リファレンス状態からのブラッグ最大が、他のフェーズ内の補正値を用いて変換されることを特徴とする、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
事前照射を考慮した動きおよび／または事前照射変数を補正するためのベクトルまたは補正三重項を補正値として用いることを特徴とする、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
粒子ビームを用いた患者における腫瘍組織の照射のためのデバイスのスキャンされた粒子ビームの照射計画の方法であって、以下のステップ：
−動きのコースの間の腫瘍組織の異なる位置の検出、
−動きの、好ましくは重なり合わない準静的な動きのフェーズへの分割、
−動きのフェーズおよび計画された照射の時間的経過に基づき、個別の動きのフェーズを部分的照射計画のラスターポイントと関連付けること、
−動きのフェーズの部分的照射線量の計算、
−部分的照射線量のリファレンス状態への変換、
−部分的照射線量の合計、
−リファレンス状態のラスターポイントと現在のラスターポイントに関連した動きの状態との組み合わせから計画された照射のための、現在のラスターポイントの解剖学的位置の決定、
−現在のラスターポイントのための一連の補正値の計算、および
−記憶デバイスに記憶されたテーブル内の動きの状態に従った一連の補正値の記憶、
を含む、前記方法。
【請求項１６】
照射されている腫瘍組織の動きを考慮した第１の補正値三重項、およびそれに加えて腫瘍組織のラスターポイントの事前照射を考慮した第２の補正値を、一連の補正値として計算することを特徴とする、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
第２の一連の補正値が、動きの状態と照射のコースとの全ての可能な組み合わせのために計算されることを特徴とする、請求項１５または１６に記載の方法。
【請求項１８】
現在のラスターポイントの解剖学的な位置が、４Ｄ−ＣＴまたは４Ｄ−ＭＲデバイスを用いて決定されることを特徴とする、請求項１５〜１７のいずれかに記載の方法。
【請求項１】
−各スライスに対する所定のエネルギーを備えた粒子ビーム（５）を生成するための加速器（７）、
−粒子ビーム（５）に作用する、腫瘍組織（３）のスライス毎スキャンのためのラスタースキャンデバイス（９）、
−粒子ビーム（５）のエネルギーを調整するためのモジュレータ（１７）、
−腫瘍組織（３）の位置の時間分解検出のための検出デバイス（３７）、
−照射操作に先行して決定される腫瘍組織（３）に関するデータを記憶するため、および該データをラスタースキャンデバイス（９）およびモジュレータ（１７）へ送るための第１の記憶デバイス、
を有する、粒子ビームを用いた患者における腫瘍組織（３）のスライス毎照射用デバイスであって、
−照射操作の間に、照射のコースのデータおよび検出デバイス（３７）のデータを記録するモジュール（３９）、および
−照射のコースのデータおよび検出デバイス（３７）のデータを、時間関係でともに配置する相関ユニット、
を有することを特徴とする、前記スライス毎照射用デバイス。
【請求項２】
モジュール（３９）によって記録されたデータを記憶する第２の記憶デバイスを備えることを特徴とする、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
ラスタースキャンデバイス（９）と関連付けられている粒子カウンタ（１５）を特徴とする、請求項１または２に記載のデバイス。
【請求項４】
モジュール（３９）が、ラスタースキャンデバイス（９）および／またはモジュレータ（１７）と接続され、制御回路を形成していることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載のデバイス。
【請求項５】
第１の記憶デバイスが、異なる腫瘍位置に関するデータを含むことを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載のデバイス。
【請求項６】
現在の照射コースと記憶された照射データとを比較する比較デバイスを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載のデバイス。
【請求項７】
補正値を与えるコンピュータ要素を特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載のデバイス。
【請求項８】
検出デバイスが、蛍光透視法システムまたはカメラシステムであることを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載のデバイス。
【請求項９】
腫瘍組織のスライス毎スキャンのためのラスタースキャンデバイスおよび粒子ビームのエネルギーを調整するためのモジュレータを含むデバイスを用いた、とくに請求項１〜８のいずれかに記載のデバイスを用いた粒子ビームの照射の間において、患者の動きまたは患者の照射範囲を補正する方法であって、該方法が以下のステップ：
−照射されている腫瘍組織の現在の位置の経時的な検出、
−記憶デバイスに記憶されたデータ／仕様に基づく腫瘍組織の照射、
−照射のコースのデータのモジュールへの記録、
−照射の間の現在の腫瘍組織の位置の経時的なモジュールへの記録、および
−現在の腫瘍位置と現在の照射のコースとの関連付け、
を含む、前記方法。
【請求項１０】
モジュール内の得られたデータが、記憶されることを特徴とする、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
効果的な制御のために得られたデータが、ラスタースキャンデバイスおよび／またはモジュレータを操作するために用いられることを特徴とする、請求項９または１０に記載の方法。
【請求項１２】
患者における腫瘍組織の粒子ビームを用いた照射のためのデバイスのスキャンされた粒子ビームの線量計算の方法であって、以下のステップ：
−動きのコースの間の腫瘍組織の異なる位置の検出、
−動きの、好ましくは互いに重なり合わない準静的な動きのフェーズへの分割、
−動きのフェーズ毎のリファレンス照射計画の部分的照射計画、部分的照射計画および関連した動きのフェーズから計算される動きのフェーズのための照射線量の確立、
−動きのフェーズに対応する、動きのフェーズに関連した部分的照射線量のリファレンス状態への変換、および
−個別の照射線量の全体の照射線量への合計、
をふくむ、前記方法。
【請求項１３】
照射の間に、リファレンス状態からのブラッグ最大が、他のフェーズ内の補正値を用いて変換されることを特徴とする、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
事前照射を考慮した動きおよび／または事前照射変数を補正するためのベクトルまたは補正三重項を補正値として用いることを特徴とする、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
粒子ビームを用いた患者における腫瘍組織の照射のためのデバイスのスキャンされた粒子ビームの照射計画の方法であって、以下のステップ：
−動きのコースの間の腫瘍組織の異なる位置の検出、
−動きの、好ましくは重なり合わない準静的な動きのフェーズへの分割、
−動きのフェーズおよび計画された照射の時間的経過に基づき、個別の動きのフェーズを部分的照射計画のラスターポイントと関連付けること、
−動きのフェーズの部分的照射線量の計算、
−部分的照射線量のリファレンス状態への変換、
−部分的照射線量の合計、
−リファレンス状態のラスターポイントと現在のラスターポイントに関連した動きの状態との組み合わせから計画された照射のための、現在のラスターポイントの解剖学的位置の決定、
−現在のラスターポイントのための一連の補正値の計算、および
−記憶デバイスに記憶されたテーブル内の動きの状態に従った一連の補正値の記憶、
を含む、前記方法。
【請求項１６】
照射されている腫瘍組織の動きを考慮した第１の補正値三重項、およびそれに加えて腫瘍組織のラスターポイントの事前照射を考慮した第２の補正値を、一連の補正値として計算することを特徴とする、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
第２の一連の補正値が、動きの状態と照射のコースとの全ての可能な組み合わせのために計算されることを特徴とする、請求項１５または１６に記載の方法。
【請求項１８】
現在のラスターポイントの解剖学的な位置が、４Ｄ−ＣＴまたは４Ｄ−ＭＲデバイスを用いて決定されることを特徴とする、請求項１５〜１７のいずれかに記載の方法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公表番号】特表２００９−５２０５３２（Ｐ２００９−５２０５３２Ａ）
【公表日】平成２１年５月２８日（２００９．５．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−５４６１９１（Ｐ２００８−５４６１９１）
【出願日】平成１８年１２月８日（２００６．１２．８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００６／０１１７９９
【国際公開番号】ＷＯ２００７／０７９８５４
【国際公開日】平成１９年７月１９日（２００７．７．１９）
【出願人】（５０４３４３１７７）ゲーエスイー ヘルムホルツツェントルム フュア シュヴェアイオーネンフォルシュング ゲーエムベーハー (8)
【住所又は居所原語表記】Ｐｌａｎｃｋｓｔｒ． １， Ｄ−６４２９１ Ｄａｒｍｓｔａｄｔ， Ｇｅｒｍａｎｙ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２１年５月２８日（２００９．５．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１２月８日（２００６．１２．８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００６／０１１７９９
【国際公開番号】ＷＯ２００７／０７９８５４
【国際公開日】平成１９年７月１９日（２００７．７．１９）
【出願人】（５０４３４３１７７）ゲーエスイー ヘルムホルツツェントルム フュア シュヴェアイオーネンフォルシュング ゲーエムベーハー (8)
【住所又は居所原語表記】Ｐｌａｎｃｋｓｔｒ． １， Ｄ−６４２９１ Ｄａｒｍｓｔａｄｔ， Ｇｅｒｍａｎｙ
【Ｆターム（参考）】
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