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EP1294445B1

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).

EP1294445B1, drawing sheet 1
Sheet 1 of 7

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Expired 2 July 2021, 5.2 years ago.

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18 claims: 18 independent, 0 dependent

  1. 1
    Apparatus for irradiating tumour tissue (3) of a patient (10) by means of an ion beam (2), having - a deflecting device (1) for the ion beam (2) for slice-wise and area-wise scanning of the tumour tissue (3) and- an accelerator having an ion beam energy control device for step-wise and depth-wise scanning of the tumour tissue (3),characterised in that the apparatus further has:- an electromechanically driven ion-braking device (11, 12), which is used as a depth-wise scanning adaptation apparatus (5) for adapting the range of the ion beam (2) and which has faster depth-wise adaptation than the energy control device of the accelerator,- 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), and- a control device which controls the deflecting device (1) and the depth-wise scanning adaptation apparatus (5) for adjusting the ion beam direction and the 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). Apparatus for irradiating tumour tissue (3) of a patient (10) by means of an ion beam (2), having - a deflecting device (1) for the ion beam (2) for slice-wise and area-wise scanning of the tumour tissue (3) and- an accelerator having an ion beam energy control device for step-wise and depth-wise scanning of the tumour tissue (3),characterised in that the apparatus further has: - an electromechanically driven ion-braking device (11, 12), which is used as a depth-wise scanning adaptation apparatus (5) for adapting the range of the ion beam (2) and which has faster depth-wise adaptation than the energy control device of the accelerator,- 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), and- a control device which controls the deflecting device (1) and the depth-wise scanning adaptation apparatus (5) for adjusting the ion beam direction and the 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). Dispositif pour irradier un tissu tumoral (3) chez un patient (10) au moyen d'un faisceau d'ions (2), comportant • un dispositif de déviation (1) du faisceau d'ions (2) pour le balayage plan par tranches du tissu tumoral (3) et• un accélérateur avec un dispositif de contrôle de l'énergie du faisceau d'ions pour le balayage en profondeur par paliers du tissu tumoral (3),caractérisé par le fait que le dispositif présente en outre • un dispositif de freinage d'ions (11, 12) entraîné par des moyens électro-magnétiques, qui est utilisé en tant que dispositif de réglage du balayage en profondeur (5) pour régler la portée du faisceau d'ions (2) et offre un réglage de profondeur plus rapide que le dispositif de contrôle d'énergie de l'accélérateur,• un dispositif de détection de déplacement (7) pour détecter une modification dans le temps et dans l'espace de la position du tissu tumoral (3) dans une enceinte de traitement (8) et• un dispositif de commande qui commande le dispositif de déviation (1) et le dispositif de réglage du balayage en profondeur (5) aux fins de corriger la direction du faisceau d'ions ou la portée du faisceau d'ions au cours du balayage du tissu tumoral (3) en fonction de la modification dans le temps et dans l'espace de la position du tissu tumoral (3) dans l'enceinte de traitement (8). 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 Ionenstrahlrichtung bzw. Ionenstrahlreichweite beim Abtasten des Tumorgewebes (3) unter zeitlicher und örtlicher Lageveränderung des Tumorgewebes (3) im Behandlungsraum (8) steuert.
  2. 2
    Apparatus according to claim 1, characterised in that the deflecting device (1) has two electromagnets (13, 14), which, for slice-wise and area-wise scanning of the tumour tissue (3), deflect an ion beam orthogonally to the ion beam axis (15) in an X direction and a Y direction, which are in turn located perpendicular to one another. Apparatus according to claim 1, characterised in that the deflecting device (1) has two electromagnets (13, 14), which, for slice-wise and area-wise scanning of the tumour tissue (3), deflect an ion beam orthogonally to the ion beam axis (15) in an X direction and a Y direction, which are in turn located perpendicular to one another. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le dispositif de déviation (1) présente deux électro-aimants (13, 14) qui dévient un faisceau d'ions orthogonalement à l'axe (15) du faisceau d'ions dans des directions X et Y, elles-mêmes mutuellement perpendiculaires, à des fins de balayage plan par tranches du tissu tumoral (3). Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkvorrichtung (1) zwei Elektromagnete (13, 14) aufweist, die einen Ionenstrahl orthogonal zur Ionenstrahlachse (15) in einer X- und einer Y-Richtung, die ihrerseits senkrecht zueinander liegen, zum scheibenweisen Flächenabtasten des Tumorgewebes (3) ablenken.
  3. 3
    Apparatus according to claim 2, characterised in that the electromagnets are controlled by fast-reacting power units. Apparatus according to claim 2, characterised in that the electromagnets are controlled by fast-reacting power units. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que les électro-aimants sont commandés par des appareils de réseau à réaction rapide. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektromagnete durch reaktionsschnelle Netzgeräte gesteuert werden.
  4. 4
    Apparatus according to one of the preceding claims, characterised in that the apparatus has accelerators by means of which the energy of the ion beam (2) is arranged to be so adjusted that the tumour tissue (3) can be irradiated slice-wise, staggered in terms of depth. Apparatus according to one of the preceding claims, characterised in that the apparatus has accelerators by means of which the energy of the ion beam (2) is arranged to be so adjusted that the tumour tissue (3) can be irradiated slice-wise, staggered in terms of depth. Dispositif selon une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le dispositif comporte des accélérateurs, à l'aide desquels l'énergie du faisceau d'ions (2) peut être réglée de manière à irradier graduellement le tissu tumoral (3) par tranches successives en profondeur. 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.
  5. 5
    Apparatus according to one of the preceding claims, characterised in that the depth-wise scanning adaptation apparatus (5) has, for fast depth-wise scanning adaptation in the case of moving tumour tissue (3), an electromechanically operated ion-braking device which has two ion-braking plates (16, 17), which in cross-section are wedge-shaped and which cover the entire irradiation field of the ion beam (2). Apparatus according to one of the preceding claims, characterised in that the depth-wise scanning adaptation apparatus (5) has, for fast depth-wise scanning adaptation in the case of moving tumour tissue (3), an electromechanically operated ion-braking device which has two ion-braking plates (16, 17), which in cross-section are wedge-shaped and which cover the entire irradiation field of the ion beam (2). Dispositif selon une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le dispositif de réglage du balayage en profondeur (5), pour une adaptation rapide du balayage en profondeur en présence d'un déplacement du tissu tumoral (3), comporte un dispositif de freinage d'ions mû par des moyens électro-mécaniques, qui comporte deux plaques de freinage d'ions (16, 17) à section transversale cunéiforme, couvrant la totalité de la zone d'irradiation du faisceau d'ions. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefenabtast-Anpassungsvorrichtung (5) zur schnellen Tiefenabtastanpassung bei bewegtem Tumorgewebe (3) eine elektromechanisch betriebene Ionen-Abbremseinrichtung aufweist, die zwei im Querschnitt keilförmige Ionen-Abbremsplatten (16, 17) aufweist, die das gesamte Bestrahlungsfeld des Ionenstrahls (2) abdecken.
  6. 6
    Apparatus according to claim 5, characterised in that the ion-braking plates (16, 17) are mounted on linear motors. Apparatus according to claim 5, characterised in that the ion-braking plates (16, 17) are mounted on linear motors. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait que les plaques de freinage d'ions (16, 17) sont montées sur des moteurs linéaires. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ionen-Abbremsplatten (16, 17) auf Linearmotoren montiert sind.
  7. 7
    Apparatus according to claim 5, characterised in that the ion-braking plates (16, 17) are arranged on electromagnetically actuatable carriages. Apparatus according to claim 5, characterised in that the ion-braking plates (16, 17) are arranged on electromagnetically actuatable carriages. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait que les plaques de freinage d'ions (16, 17) sont montées sur des chariots actionnables des moyens électro-magnétiques. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ionen-Abbremsplatten (16, 17) auf elektromagnetisch betätigbaren Schlitten angeordnet sind.
  8. 8
    Apparatus according to one of claims 5 to 7, characterised in that the ion-braking plates are arranged to be displaced in opposite directions, their wedge-shaped cross-sections overlapping in the region of the ion beam (2). Apparatus according to one of claims 5 to 7, characterised in that the ion-braking plates are arranged to be displaced in opposite directions, their wedge-shaped cross-sections overlapping in the region of the ion beam (2). Dispositif selon une des revendications 5 à 7, caractérisé par le fait que les plaques de freinage d'ions à section transversale cunéiforme peuvent coulisser en direction l'une de l'autre en se chevauchant dans la région du faisceau d'ions (2). Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ionen-Abbremsplatten mit ihrem keilförmigen Querschnitt überlappend im Bereich des Ionenstrahls (2) gegeneinander verschiebbar sind.
  9. 9
    Apparatus according to one of claims 1 to 4, characterised in that the depth-wise scanning adaptation apparatus (5) has, for fast depth-wise scanning adaptation in the case of moving tumour tissue (3), a hydraulically assisted ion-braking device wherein the thickness of a water layer (30) between two transparent plates (31, 32), through which the ion beam (2) is directed, is adapted to the movements of the tumour tissue. Apparatus according to one of claims 1 to 4, characterised in that the depth-wise scanning adaptation apparatus (5) has, for fast depth-wise scanning adaptation in the case of moving tumour tissue (3), a hydraulically assisted ion-braking device wherein the thickness of a water layer (30) between two transparent plates (31, 32), through which the ion beam (2) is directed, is adapted to the movements of the tumour tissue. Dispositif selon une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que le dispositif de réglage du balayage en profondeur (5), pour une adaptation rapide du balayage en profondeur en présence d'un déplacement du tissu tumoral (3), comporte un dispositif de freinage d'ions à action renforcée par des moyens hydrauliques, dans lequel l'épaisseur d'une couche d'eau (30) entre deux plaques (31, 32) transparentes traversées par le faisceau d'ions, est adaptée aux déplacements du tissu tumoral. 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.
  10. 10
    Apparatus according to claim 9, characterised in that the two transparent plates (31, 32) are arranged to be moved towards one another and have water in their intermediate space (33). Apparatus according to claim 9, characterised in that the two transparent plates (31, 32) are arranged to be moved towards one another and have water in their intermediate space (33). Dispositif selon la revendication 9, caractérisé par le fait que les deux plaques (31, 32) transparentes peuvent être déplacées en direction l'une de l'autre et que de l'eau est contenue dans l'espace intermédiaire (33) entre les plaques. 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.
  11. 11
    Apparatus according to claim 9 or 10, characterised in that the spacing between the transparent plates (31, 32) and, consequently, the thickness of the water layer (33) are arranged to be adjusted by means of linear motors (34, 35). Apparatus according to claim 9 or 10, characterised in that the spacing between the transparent plates (31, 32) and, consequently, the thickness of the water layer (33) are arranged to be adjusted by means of linear motors (34, 35). Dispositif selon la revendication 9 ou 10, caractérisé par le fait que la distance entre les deux plaques (31, 32) transparentes et par conséquent l'épaisseur de la couche d'eau (33) peut être réglée à l'aide de moteurs linéaires (34, 35). 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.
  12. 12
    Apparatus according to one of claims 9 to 11, characterised in that the depth-wise scanning adaptation apparatus (5) has a hydraulically operated compensation tank (36) for the water volume between the transparent plates (31, 32). Apparatus according to one of claims 9 to 11, characterised in that the depth-wise scanning adaptation apparatus (5) has a hydraulically operated compensation tank (36) for the water volume between the transparent plates (31, 32). Dispositif selon une des revendications 9 à 11, caractérisé par le fait que le dispositif de réglage du balayage en profondeur (5) comporte un réservoir de compensation (36) hydraulique pour le volume d'eau entre les plaques (31, 32) transparentes. 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.
  13. 13
    Apparatus according to one of claims 9 to 12, characterised in that a bellows (37) is arranged between the transparent plates (31, 32). Apparatus according to one of claims 9 to 12, characterised in that a bellows (37) is arranged between the transparent plates (31, 32). Dispositif selon une des revendications 9 à 12, caractérisé par le fait qu'un soufflet (37) est disposé entre les plaques (31, 32) transparentes. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein Faltenbalg (37) zwischen den transparenten Platten (31, 32) angeordnet ist.
  14. 14
    Apparatus according to one of the preceding claims, characterised in that the movement detection device (7) has at least two measurement sensors (19, 20), which detect, from two spatial angles (α, β) in relation to an ion beam axis (15), the temporal and positional location of markings on a region of the body of a patient (10) that contains tumour tissue(3). Apparatus according to one of the preceding claims, characterised in that the movement detection device (7) has at least two measurement sensors (19, 20), which detect, from two spatial angles (α, β) in relation to an ion beam axis (15), the temporal and positional location of markings on a region of the body of a patient (10) that contains tumour tissue(3). Dispositif selon une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le dispositif de détection de déplacement (7) comporte au moins deux détecteurs (19, 20) qui, sous deux angles solides (α, β) par rapport à un axe de faisceau d'ions (15), mesurent la position dans le temps et dans l'espace de repères sur une zone du corps d'un patient (10) présentant un tissu tumoral (3). Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungserfassungseinrichtung (7) mindestens zwei Meßaufnehmer (19, 20) aufweist, die aus zwei Raumwinkeln (α, β) in bezug auf eine Ionenstrahlachse (15), die zeitliche und örtliche Lage von Markierungen auf einem, ein Tumorgewebe (3) enthaltenden Körperbereich eines Patienten (10) erfassen.
  15. 15
    Apparatus according to claim 14, characterised in that the measurement sensors (19, 20) are precision video cameras (21, 22), which cooperate with an image-evaluating unit. Apparatus according to claim 14, characterised in that the measurement sensors (19, 20) are precision video cameras (21, 22), which cooperate with an image-evaluating unit. Dispositif selon la revendication 14, caractérisé par le fait que les détecteurs (19, 20) sont des caméras vidéo de précision (21, 22) qui coopèrent avec une unité de traitement d'image. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßaufnehmer (19, 20) Präzisionsvideokameras (21, 22) sind, die mit einer Bildauswerteeinheit zusammenwirken.
  16. 16
    Apparatus according to one of claims 1 to 13, characterised in that the movement detection device (7) has at least two measurement sensors (19, 20), which are arranged orthogonally to ion beam and perpendicular to one another, the temporal and positional change in the location of the tumour tissue being monitored by short pulses of X-ray beams (38, 39), and the movement detection device (7) having, for detection of the images of the tumour tissue, correspondingly arranged sensor plates (40, 41) and an evaluating unit (42). Apparatus according to one of claims 1 to 13, characterised in that the movement detection device (7) has at least two measurement sensors (19, 20), which are arranged orthogonally to ion beam and perpendicular to one another, the temporal and positional change in the location of the tumour tissue being monitored by short pulses of X-ray beams (38, 39), and the movement detection device (7) having, for detection of the images of the tumour tissue, correspondingly arranged sensor plates (40, 41) and an evaluating unit (42). Dispositif selon une des revendications 1 à 13, caractérisé par le fait que le dispositif de détection de déplacement (7) comporte au moins deux détecteurs (19, 20) qui sont disposés orthogonalement au faisceau d'ions et perpendiculairement entre eux, la modification dans le temps et dans l'espace de la position du tissu tumoral étant surveillée par des impulsions courtes de rayons X (38, 39) et le dispositif de détection de déplacement (7) comportant pour la saisie des images du tissu tumoral des plaques de détecteur (40, 41) disposées de manière appropriée et une unité de traitement (42). Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungserfassungseinrichtung (7) mindestens zwei Meßaufnehmer (19, 20) aufweist, die orthongonal 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.
  17. 17
    Apparatus according to one of the preceding claims, characterised in that an ionisation chamber having a fast read-out for monitoring the intensity of the ion beam flow is arranged as a transmission counter in the beam path of the ion beam (2). Apparatus according to one of the preceding claims, characterised in that an ionisation chamber having a fast read-out for monitoring the intensity of the ion beam flow is arranged as a transmission counter in the beam path of the ion beam (2). Dispositif selon une des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'une chambre d'ionisation à accès rapide est disposée sur le trajet du faisceau d'ions (2) en tant que compteur de transmission pour la surveillance de l'intensité du faisceau d'ions. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ionisationskammer mit schneller Auslese zur Überwachung der Intensität des Ionenstrahlstroms als Transmissionszähler im Strahlengang des Ionenstrahls (2) angeordnet ist.
  18. 18
    Apparatus according to claim 17, characterised in that the ionisation chamber is arranged between the deflecting device (1) and the depth-wise scanning adaptation apparatus (5). Apparatus according to claim 17, characterised in that the ionisation chamber is arranged between the deflecting device (1) and the depth-wise scanning adaptation apparatus (5). Dispositif selon la revendication 17, caractérisé par le fait que la chambre d'ionisation est disposée entre le dispositif de déviation (1) et le dispositif de réglage de balayage en profondeur (5). Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Ionisationskammer zwischen der Ablenkeinrichtung (1) und der Tiefenabtast-Anpassungsvorrichtung (5) angeordnet ist.
Independent claims18