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EP1294445A2

Device for irradiating a tumor tissue

Abstract

The invention relates to an apparatus and a method for irradiating tumour tissue (3) of a patient (10) by means of an ion beam (2). For that purpose, the apparatus has a deflecting device (1) for the ion beam (2) for slice-wise and area-wise scanning of the tumour tissue (3) and an ion beam energy control device for slice-wise and depth-wise scanning of the ion beam (2). An electromechanically driven ion-braking device (11, 12) is provided as a depth-wise scanning adaptation apparatus (5) for adapting the range of the ion beam (2) and has faster depth-wise adaptation than the energy control device of an accelerator. The movement of a patient is monitored by means of a movement detection device (7) for detecting a temporal and positional change in the location of the tumour tissue (3) in a treatment space (8). A control device controls the deflecting device (1) and the depth-wise adaptation apparatus (5) for adjusting the ion beam direction and ion beam range, respectively, when scanning the tumour tissue (3) in the course of temporal and positional change in the location of the tumour tissue (3) in the treatment space (8).

Term

Term ended

Projected expiry passed 2 July 2021, 5.2 years ago.

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19 claims: 19 independent, 0 dependent

  1. 1
    Claims of equivalent WO 0207817 A2 Translation of claims of equivalent WO 0207817 A2 Claims 1. Device for irradiating a tumor tissue (3) of a patient (10) by means of an ion beam (2), comprising a deflection device (1) of the ion beam (2) for slice-by-slice scanning of the tumor tissue (3) and an accelerator with an ion beam energy control device for stepwise depth scanning of the tumor tissue (3), characterized, in that the apparatus further comprises:an electromechanically driven ion-braking device (11, 12), which is used as a depth-scan adjustment device (5) for adjusting the range of the ion beam (2) and has a faster depth adjustment than the energy control device of the accelerator, a movement detection device (7) for detecting a temporal and spatial change in the position of the tumor tissue (3) in a treatment space (8), and a control device, which the deflecting device (1) and the depth-scanning adjustment device (5) for tracking the ion beam direction or Ion beam range during scanning of the tumor tissue (3) under temporal and spatial change in position of the tumor tissue (3) in the treatment room (8) controls. Patentansprüche 1. Vorrichtung zur Bestrahlung eines Tumorgewebes (3) eines Patienten (10) mittels Ionenstrahl (2) , die eine Ablenkeinrichtung (1) des Ionenstrahls (2) zum scheibenweise Flächenabtasten des Tumorgewebes (3) und einen Beschleuniger mit einer Ionenstrahl- Energiesteuereinrichtung zur stufenweisen Tiefenabtastung des Tumorgewebes (3) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung weiterhin aufweist: eine elektromechanisch angetriebene Ionen- Abbremseinrichtung (11, 12) , die als eine Tiefenabtast- Anpassungsvorrichtung (5) zur Anpassung der Reichweite des Ionenstrahls (2) eingesetzt ist und eine schnellere Tiefenanpassung als die Energiesteuereinrichtung des Beschleunigers aufweist, eine Bewegungserfassungseinrichtung (7) zur Erfassung einer zeitlichen und örtlichen Änderung der Lage des Tumorgewebes (3) in einem Behandlungsraum (8) , und eine Steuereinrichtung, welche die Ablenkeinrichtung (1) und die Tiefenabtast-Anpassungsvorrichtung (5) zur Nachführung der lonenstrahlrichtung bzw. lonenstrahlreichweite beim Abtasten des Tumorgewebes (3) unter zeitlicher und örtlicher Lageveränderung des Tumorgewebes (3) im Behandlungsraum (8) steuert.
  2. 2
    Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkvorrichtung (1) zwei Elektromagnete (13, 14) aufweist, die einen Ionenstrahl orthogonal zur Ionenstrahlach- se (15) in einer X- und einer Y-Richtung, die ihrerseits senkrecht zueinander liegen, zum scheibenweisen Flächenabtasten des Tumorgewebes (3) ablenken. Second Device according to Claim 1, characterized in that the deflection device (1) has two electromagnets (13, 14) which have an ion beam orthogonal to the ion beam axis (15) in an X and a Y direction, which in turn are perpendicular to each other, to disc-scan the tumor tissue (3).
  3. 3
    Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektromagnete durch reaktionsschnelle Netzgeräte gesteuert werden. Third Apparatus according to claim 2, characterized in that the electromagnets are controlled by fast response power supplies.
  4. 4
    Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung Beschleuniger aufweist, mit denen die Energie des Ionenstrahls (2) einstellbar ist, so daß das Tumorgewebe (3) scheibenweise in der Tiefe gestaffelt bestrahlbar ist. 4th Device according to one of the preceding claims, characterized in that the device comprises accelerators with which the energy of the ion beam (2) can be adjusted, so that the tumor tissue (3) can be irradiated staggered in the form of a disk.
  5. 5
    Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefenabtast- Anpassungsvorrichtung (5) zur schnellen Tiefenabtastanpas- sung bei bewegtem Tumorgewebe (3) eine elektromechanisch betriebene Ionen-Abbremseinrichtung aufweist, die zwei im Querschnitt keilförmige lonen-Abbremsplatten (16, 17) aufweist, die das gesamte Bestrahlungsfeld des Ionenstrahls (2) abdecken. 5th Device according to one of the preceding claims, characterized in that the depth-scanning adaptation device (5) for rapid depth-scanning adaptation with moving tumor tissue (3) has an electromechanically operated ion-braking device which has two wedge-shaped ion-braking plates (16, 17) which are wedge-shaped in cross-section. which cover the entire irradiation field of the ion beam (2).
  6. 6
    Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die lonen-Abbremsplatten (16, 17) auf Linearmotoren montiert sind. 6th Apparatus according to claim 5, characterized in that the ion-brake plates (16, 17) are mounted on linear motors.
  7. 7
    Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die lonen-Abbremsplatten (16, 17) auf elektromagnetisch betätigbaren Schlitten angeordnet sind. 7th Apparatus according to claim 5, characterized in that the ion-braking plates (16, 17) are arranged on electromagnetically actuated carriage.
  8. 8
    Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die lonen-Abbremsplatten mit ihrem keil- förmigen Querschnitt überlappend im Bereich des Ionenstrahls (2) gegeneinander verschiebbar sind. 8th. Device according to one of claims 5 to 7, characterized in that the ion-braking plates with their wedge-shaped cross-section overlapping in the region of the ion beam (2) are mutually displaceable.
  9. 9
    Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefenabtast-Anpassungsvorrichtung (5) zur schnellen Tiefenabtastanpassung bei bewegtem Tumorgewebe (3) eine hydraulisch unterstützte Ionen- Abbremseinrichtung aufweist, bei der die Dicke einer Wasserschicht (30) zwischen zwei transparenten Platten (31, 32) , durch welche der Ionenstrahl (2) geleitet wird, den Bewegungen des Tumorgewebes angepaßt ist. 9th Device according to any one of Claims 1 to 4, characterized in that the depth scanning adjustment device (5) for rapidly moving tumor tissue (3) has a hydraulically assisted ion-stopping device, in which the thickness of a layer of water (30) between two transparent plates (31, 32), through which the ion beam (2) is passed, adapted to the movements of the tumor tissue.
  10. 10
    Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei transparenten Platten (31, 32) auf einander zu bewegbar sind und in ihrem Zwischenraum (33) Wasser aufweisen. 10th Apparatus according to claim 9, characterized in that the two transparent plates (31, 32) are movable towards each other and have water in their space (33).
  11. 11
    Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der transparenten Platten (31, 32) und somit die Dicke der Wasserschicht (33) mittels Linearmotoren (34, 35) einstellbar ist. 11th Apparatus according to claim 9 or 10, characterized in that the distance of the transparent plates (31, 32) and thus the thickness of the water layer (33) by means of linear motors (34, 35) is adjustable.
  12. 12
    Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefenabtast-Anpassungsvorrichtung (5) einen hydraulisch betriebenen Ausgleichsbehälter (36) für das Wasservolumen zwischen den transparenten Platten (31, 32) aufweist. 12th Apparatus according to any one of claims 9 to 11, characterized in that the depth sensing adapter (5) comprises a hydraulically operated reservoir (36) for the volume of water between the transparent plates (31, 32).
  13. 13
    Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein Faltenbalg (37) zwischen den transparenten Platten (31, 32) angeordnet ist. 13th Device according to one of claims 9 to 12, characterized in that a bellows (37) between the transparent plates (31, 32) is arranged.
  14. 14
    Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungserfassungseinrichtung (7) mindestens zwei Meßaufnehmer (19, 20) aufweist, die aus zwei Raumwinkeln (α, ß) in bezug auf eine Ionen- strahlachse (15) , die zeitliche und örtliche Lage von Markierungen auf einem, ein Tumorgewebe (3) enthaltenden Körperbereich eines Patienten (10) erfassen. 14th Device according to one of the preceding claims, characterized in that the movement detection device (7) has at least two measuring sensors (19, 20) which consist of two solid angles (α, β) with respect to an ion beam axis (15), the temporal and spatial Detect the position of markings on a body region of a patient (10) containing a tumor tissue (3).
  15. 15
    Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßaufnehmer (19, 20) Präzisionsvideokameras (21, 22) sind, die mit einer Bildauswerteeinheit zusammenwirken. 15th Apparatus according to claim 14, characterized in that the measuring sensors (19, 20) are precision video cameras (21, 22) which cooperate with an image evaluation unit.
  16. 16
    Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungserfassungseinrichtung (7) mindestens zwei Meßaufnehmer (19, 20) aufweist, die orthon- gonal zum Ionenstrahl und zueinander senkrecht angeordnet sind, wobei die zeitliche und örtliche Änderung der Lage des Tumorgewebes durch kurze Impulse von Röntgenstrahlen (38, 39) überwacht werden, und wobei zum Erfassen der Bilder des Tumorgewebes die Bewegungserfassungseinrichtung (7) entsprechend angeordnete Sensorplatten (40, 41) und eine Auswerteeinheit (42) aufweist. 16th Device according to one of claims 1 to 13, characterized, in that the movement detection device (7) has at least two measuring sensors (19, 20), which are orthogonal to the ion beam and perpendicular to each other, the temporal and spatial changes in the position of the tumor tissue being effected by short pulses of X-rays (38, 39) are monitored, and wherein for detecting the images of the tumor tissue, the movement detection device (7) has correspondingly arranged sensor plates (40, 40). 41) and an evaluation unit (42).
  17. 17
    Vorrichtung according to any one of the preceding claims, characterized in that an ionization chamber with rapid readout for monitoring the intensity of the ion beam current as a transmission counter in the beam path of the ion beam (2) is arranged. 17.Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ionisationskammer mit schneller Auslese zur Überwachung der Intensität des Ionen- strahlstroms als Transmissionszähler im Strahlengang des lonenstrahls (2) angeordnet ist.
  18. 18
    Vorrichtung according to claim 17, characterized in that the ionization chamber between the deflector (1) and the Tiefenabtast-fitting device (5) is arranged. 18.Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Ionisationskammer zwischen der Ablenkeinrichtung (1) und der Tiefenabtast-Anpassungsvorrichtung (5) angeordnet ist.
  19. 19
    Verfahren zur Bestrahlung eines Tumorgewebes eines Patienten mittels Ionenstrahl (2) , das folgende Verfahrensschritte aufweist :19th Method for irradiating a tumor tissue of a patient by means of an ion beam (2), comprising the following method steps: Lagerung des Patienten (10) auf einer der Patientenkontur angepaßten Vorrichtung zum Plazieren des Patienten (10) in einem Bestrahlungsraum (8) , Anbringen von Markierungen auf einem Körperbereich des Patienten (10) nahe dem Tumorgewebe (3) , Erfassen der zeitlichen und örtlichen Änderung der Markierungen über eine Bewegungserfassungseinrichtung (7) oder Erfassen von Röntgenbildern des Tumorgewebes aus zwei senkrecht aufeinanderstehenden Richtungen von Röntgenstrahlen orthogonal zum Ionenstrahl, Nachführen des Ionenstrahls (2) beim Abtasten des Tumorgewebes mit einer Ionenstrahl-Ablenkeinrichtung (1) und einer Ionenstrahl-Energiesteuereinrichtung mittels einer zusätzlichen Tiefenabtast- Anpassungsvorrichtung (5) , welche die Reichweite des Ionenstrahls an die durch die Bewegungserfassungseinrichtung (7) erfaßten zeitlichen und örtlichen Änderungen der Markierungen oder des Tumorgewebes in Zusammenwirken mit der Ionenstrahl-Ablenkungseinrichtung (1) anpaßt . Mounting the patient (10) on a patient contour adapted device for placing the patient (10) in an irradiation room (8), Applying markings on a body region of the patient (10) near the tumor tissue (3), Detecting the temporal and spatial change of the markings via a movement detection device (7) or detecting X-ray images of the tumor tissue from two mutually perpendicular directions of X-rays orthogonal to the ion beam, Tracking the ion beam (2) upon scanning the tumor tissue with an ion beam deflector (1) and an ion beam energy controller by means of an additional depth scan adapter (5), which adjusts the range of the ion beam to the temporal and spatial changes of the markings or the tumor tissue detected by the movement detection means (7) in cooperation with the ion beam deflection means (1).
Independent claims19