(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターゲット点を走査するビーム（１０５）を有機材料または無機材料におけるターゲット（１０２）に照射するための方法であって、
ビームの位置およびビームの強度という量の少なくとも一方を測定するステップと、
少なくとも一つの測定された量に応じて前記ビームの位置および／または強度を変更するステップとを含む方法において、
前記少なくとも一方の測定される量が、１つのターゲット点につき最多で１回測定され、
特定の時間が経過したときに、順次のターゲット点へと前記ビームを向けることが決定され、前記特定の時間は、所期の線量が適用されたと予想される時間であって、抽出プロファイルを考慮して決定された時間であることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記ビーム（１０５）の位置が、１つのターゲット点につき最多で１回測定される請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記照射が、少なくとも２回の走査で当てられる複数回照射として設計され、前記各走査においてターゲット点が順次に適用される請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記ターゲット（１０２）が移動される請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記少なくとも一方の測定される量が、少なくとも２個のターゲット点での測定の総数が最多で１回である請求項１乃至４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記少なくとも一方の測定される量を測定するための時点が、経過時間によって決定される請求項１乃至５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
ビーム（１０５）の断面積が、ターゲットの直前における前記ビームの対応する断面積の最大で８０％に相当するビーム源（１０４）の方向において前記ビーム位置が測定される請求項１乃至６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
ビーム幅測定モジュールを用いてビーム（１０５）の幅が測定される請求項１乃至７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
ターゲット点を走査するビーム（１０５）を用いてターゲット（１０２）を照射するための装置であって、
ビーム（１０５）の位置（１１７）および前記ビーム（１０５）の強度（１１６）という量の少なくとも一方を測定するための測定機構（１１６、１１７）と、
シーケンス制御機構（１１２）とを備え、前記シーケンス制御機構（１１２）が、少なくとも一方の測定された量に応じて前記ビーム（１０５）の位置および／または強度を変更するように構成された装置において、
前記少なくとも一方の測定される量を、１つのターゲット点につき最多で１回測定するように構成され、
特定の時間が経過したときに順次のターゲット点へと前記ビームを向けることが決定され、前記特定の時間は、所期の線量が適用されたと予想される時間であって、抽出プロファイルを考慮して決定された時間であることを特徴とする装置。
【請求項１０】
複数の前記測定機構が直列に接続される請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法を実行する請求項９または１０に記載の装置。
【請求項１２】
請求項９〜１１のいずれか１項に記載の装置を制御する制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターゲット点を走査するビームを用いてターゲットを照射するための方法および装置、ならびに本発明による装置を制御するための制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
様々な点を走査するビーム（ビーム走査法）を用いたターゲットの照射は、それ自体知られている。すなわち、例えば腫瘍への照射の際、例えば粒子線、とりわけ、特に陽子、α粒子、または炭素核を有するイオン線が使用される。ターゲット領域の一部分、すなわちターゲット点が、ビームによって順次に走査される。
【０００３】
粒子線は、その飛程終端の近くにエネルギー付与の最大値があるので（ブラッグピーク）、ターゲットボリュームの照射に特に有利である。すなわち、例えば、埋入されている空間構造も、それを埋入している環境を著しく損傷することなく効果的に照射することができる。しばしば、空間的なターゲット領域が層ごとに照射され、その際、侵入深度を決定する照射エネルギーは、層ごとに一定に選択される（等エネルギー層）。また、いわゆるボリューム走査法も知られており、この走査法では、順次に走査されるターゲット点が個々の（等エネルギー）層に割り当てられる必要は必ずしもない。本発明は、基本的には、ビームが電磁波によって構成される実施形態にも関する。さらに、本発明は、基本的には、平面的なターゲット領域を照射するための実施形態にも関する。
【０００４】
走査法は、ビームによる走査によって、ターゲットの形状に適合した照射を可能にする。様々な走査法が区別される。
【０００５】
いわゆるスポット走査法およびピクセル走査法では、粒子線が、所定の時間にわたって各ターゲット点に留まり、かつ／または各ターゲット点に所定数の粒子を堆積し、偏向磁石（走査磁石）が次のターゲット点に調整される間は停止される。
【０００６】
いわゆるラスタ走査法では、粒子線が、多くのラスタ点のそれぞれに所定の期間留まり、または各ラスタ点に所定の数の粒子を堆積するが、ラスタ点の間で停止されない、または常に停止されるわけではない。ラスタ点は、ターゲット点とは異なることがある。なぜなら、ラスタ点は、基本的には照射装置の座標系で表され、一方、ターゲット点は、基本的にはターゲットの座標系で観察されるからであり、特に、ラスタ点とターゲット点は、同延に重なることが好ましくはあるが、必ずしもそうである必要はない。用語を簡単にするために、以下では、ラスタ走査法で走査する点を、一貫してはラスタ点と呼ばず、ターゲット点と呼ぶこともある。
【０００７】
いわゆる連続走査法では、ターゲット点が関連するラインを生成する、すなわち連続（またはほぼ連続）した量が生成され、ターゲット点の数は、例えば数えられるかぎり無限であり得る。連続走査法では、粒子線が、少なくとも等エネルギー層内のラインまたは行の中で連続的に偏向され、個々の場所に留まることなくターゲット点の上を掃引する。深度変調装置を用いて連続走査法を実施することもでき、この場合、粒子線の侵入深度が連続的に変調される。
【０００８】
また、いわゆる「均一走査法」も知られており、この走査法では、すべてのターゲット点に、または走査経路の上に１回あるいは複数回で同数の微粒子が堆積されることによって、それぞれ１つの等エネルギー層内で均質な線量付与が実現される。
【０００９】
基本的には、ビームは、その進行方向で、すなわち１次元または２次元で横方向にのみ偏向されるので、一連のターゲット点、すなわち経路は、ほぼ等エネルギー層内を走ることができる。あるいは、ビームのエネルギーを変えることにより、経路は例えば等エネルギー層の間を走ることもできる。
【００１０】
空間内におけるビームの位置または場所を照射中に測定することは、それ自体知られている。同様に、例えば微粒子の流量または当てられる微粒子数としてのビーム強度を照射中に測定することも知られている。本明細書では、用語を簡単にするために、概念「強度」を、対応するすべての量に関して画一的に使用する。
【００１１】
Ｈａｂｅｒｅｒ他の刊行物「Ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  ｈｅａｖｙ  ｉｏｎ  ｔｈｅｒａｐｙ」Ｎｕｃｌｅａｒ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｉｎ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ａ３３０（１９９３）２９６ｆｆ．において、照射中にビームの位置を測定するための、例えば多線式比例計数箱（ＭＷＰＣ；Ｍｕｌｔｉ−Ｗｉｒｅ−Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ−Ｃｈａｍｂｅｒ）が示されている。さらに、この文献には、ビームの強度を測定すること、および照射を制御するためにその測定結果を使用することが示されている（強度制御）。すなわち、例えば、ターゲット点あたり付与すべき線量が比較的小さく、かつビーム強度が高いときには、ビームがより速く移動される。それに対応して、ターゲット点あたり付与すべき線量が比較的高く、かつビーム強度が低いときには、よりゆっくりと移動される。言い換えると、ビームは、必要な数の微粒子が先行のターゲット点に堆積されたとき、それぞれ次のターゲット点に向けられる。
【００１２】
基本的に、当技術分野では、目標値からの偏差が生じた場合、ビームを照射中にそのつど修正するために、測定されたビームの位置および測定されたビームの強度を使用することも知られている。例えば目標値からより大きくずれた場合には、照射が中断されることもある。従来、高い測定精度を達成するために、ターゲット点につき何回も測定が実施されている。これは、ビームの位置にも、その強度にも当てはまる。さらに、ビーム幅を測定することもできる。
【００１３】
位置測定のための十分な時間が得られるよう、各ターゲット点ごとに測定を行うことができるようにビーム強度を適合させることが知られている。そのために、ビーム強度は、加速器から発生可能な強度よりも小さく選択されることが多い。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１４】
【非特許文献１】Ｈａｂｅｒｅｒ他の刊行物「Ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  ｈｅａｖｙ  ｉｏｎ  ｔｈｅｒａｐｙ」Ｎｕｃｌｅａｒ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｉｎ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ａ３３０（１９９３）２９６ｆｆ．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明の課題は、ターゲット点を走査するビームを用いてターゲットを照射するための有利な方法および有利な装置、ならびに本発明による装置を制御するための制御システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
この課題は、ターゲット点を走査するビームによってターゲットを照射するための方法であって、ビームの位置またはビームの強度という量の少なくとも一方を測定するステップと、少なくとも一方の測定された量に応じて、特に、少なくとも一方の測定された量に関する偏差に応じて、ビームを変更するステップとを含む方法によって解決される。この方法は、少なくとも一方の測定される量が、１つのターゲット点につき最多で１回測定されることを特徴とする。
【００１７】
本発明の好ましい形態を従属請求項に提示し、以下でより詳細に説明する。
【００１８】
本発明は、ビーム位置の測定もビーム強度の測定も、時間をできるだけ短くする必要があるという知見に基づく。さらに、本発明は、上記の測定サイクルが走査速度を制限するという認識に基づく。
【００１９】
とりわけ、１つのターゲット点につき複数回の位置測定を行うことができるようにビーム強度が適合される場合には、特にターゲットが複数回のパスで走査される場合（後述の再走査法を参照のこと）には、全体の照射時間がかなり長くなることがある。また、強度が比較的低いと、強度測定の信号対雑音比に悪影響が生じる。
【００２０】
さらに、例えば、相応に正確なビーム案内のために装置が設計されており、または特別な照射の構成の故に照射が特に誤差許容性を有する（後述の再走査法を参照のこと）ので、ビーム位置および／またはビーム強度、またはビーム幅の知識に関して、複数回の測定によって達成できる精度が必ずしも必要でないことが確認された。
【００２１】
本発明の概念は、測定すべき量、すなわちビームの位置および／またはビームの強度をそれぞれ１つのターゲット点につき最多で１回しか測定しないことである。本発明は、これら２つの量の一方のみが、１つのターゲット点につき最多で１回測定される場合を含む。本発明は、特にまた、２つの量の一方が１つのターゲット点につき複数回測定され、または全く測定されず、もしくは複数のターゲット点にわたって分散して測定され、それぞれ他方の量が、１つのターゲット点につき最多で１回だけ測定される場合をも含む。
【００２２】
今日の技術では、位置測定よりも格段に速い強度測定が可能である。好ましい一実施形態では、それに対応して、位置測定は、１つのターゲット点につき最多で１回行われ、一方、強度測定は、１つのターゲット点につき必ず複数回行われる。
【００２３】
特に、測定されたビームの強度に基づいて走査速度を決定すること（上述の強度制御を参照のこと）、およびそのためにビームの強度を場合によってはターゲット点につき複数回測定することが好ましく、一方、ビームの位置は、１つのターゲット点につき最多で１回決定される。
【００２４】
位置測定および／または強度測定を利用して、所定値または目標値からの偏差（誤差と言うこともできる）を確定することができる。そのような確定に、ビームの変更を関連付けることができる。最も簡単な場合には、位置測定の結果および／または強度測定の結果が特定の偏差を超えた場合、照射が中断され、それどころか中止すらされる。本発明の枠内において、偏差の大きさに応じてビームの位置および／または強度を修正することも考えられる。
【００２５】
特に、２つの量の一方の測定、またはさらには両方の量の測定がビームを監視するためにのみ使用され、ある偏差を超えた場合に照射を中断することが好ましい。この好ましい実施形態では、測定は、ビームの修正には使用されない。したがって、例えば、照射中の走査磁石（実施例参照）の調整を修正する時間を節約することもできる。
【００２６】
ヒトまたは動物への照射の他に、有機物質全般、特に細胞への照射、あるいはまた例えばプラスチックなど無機材料への照射も、例えば材料研究の枠組において重要である。
【００２７】
好ましくは、ラスタ走査法が使用され、これは、特に高速の走査を可能にする。
【００２８】
様々なターゲット点を走査するビームを用いたそれ自体知られている複数回照射（再走査法）では、目標線量が、セッション中に、場合によっては短い休止を挟んで分けられた複数回のパス（走査）で順次に適用される。その際、個々のパス中で、必ずしもすべてでなくてもよいが、複数のターゲット点が順次に照射される。あるセッション中に、通常は、ターゲット点の大部分またはターゲット点のすべてが、したがってターゲット領域の大部分またはターゲット領域全体が、複数回照射される。このセッションのために適用すべき、ターゲット点あたりの総線量が、個々のパスに分割され、すなわち例えば均等に分割され、または場合によっては様々な重み付けを以て分割される。また、複数回照射を、層ごとに、またはボリューム照射で行うことができる。
【００２９】
この再走査のためには、高い走査速度が有利である。なぜなら、複数回のパスに分割することにより、セッションあたり進むべき道筋が、１回のパスで線量すべてを付与する場合よりも格段に長くなるからである。本発明を用いないと、例えば、照射を受ける者にとって照射による負担が大きくなりすぎるため、照射期間が全体として長くなりすぎる可能性があり、時間と共に固定が悪くなり、さらに設備のスループットは比較的小さいままである。
【００３０】
再走査法は、照射位置および照射強度の不正確さを、複数回のパスにわたる平均化によって小さく保つことができるので、あまり正確には動作しない設備においても本発明の使用を可能にする。複数回照射が適切に設計されている場合、照射位置または照射強度の正確な知識は照射中に必要ない。
【００３１】
強度測定を位置測定よりも速く行うことができる場合、再走査法の枠内においても、強度に関してビームを制御し、位置測定は１つのターゲット点につき最多で１回実施するのが適切である。
【００３２】
移動されるターゲットが照射される場合、再走査法を使用することが有利である。すなわち、ターゲットの移動により、目標線量分布の偏差が生じる。この偏差はまた、例えば照射の進行とターゲットの移動との間の干渉によっても生じる。複数回のパスで照射される場合、この線量誤差を平均化することができる。粒子線治療の枠内において、そのような移動されるターゲットは、例えば照射を受ける者の肺の近くにある腫瘍であることがあり、このような腫瘍は、呼吸によって周期的に上下に動かされる。
【００３３】
好ましくは、少なくとも１つの測定される量が、少なくとも２つのターゲット点に関して最多で１回測定される。３個のターゲット点、１０個のターゲット点、または１行のターゲット点に対して最多で１回の測定が、この記載の順に、より好ましくなる。測定に必要な時間が走査速度を制限しないように、測定の数を少なくしておくことが特に好ましい。このようなことは、例えば照射の強度が制御される場合において、所期の線量を複数のターゲット点に適用するのに必要な時間が、これらのターゲット点に関する位置測定にかかる時間を超える場合に当てはまることがある。
【００３４】
複数のターゲット点に関する測定が最多で１回行われ、その測定にかかる時間が、個々のターゲット点の照射よりも長い場合には、複数のターゲット点にわたって平均された値が得られる。すなわち、例えば照射の強度が制御される場合、ビーム強度は基本的にはターゲット点ごとに異なり、したがって全体として不均質な分布となる。
【００３５】
特に位置測定および場合によってはビーム幅測定に関してできるだけ予測力のある平均値を得るために、時間的効果、例えば検出器特性、例えば検出器ガス中でのイオン化の広がりを考慮することも有利となることがある。これは、特に照射中のビーム位置の厳密な修正に有用であることがある。
【００３６】
本発明の好ましい一実施形態では、少なくとも１つの測定された量に関する測定の時点が、照射中の経過時間によって決定される。
【００３７】
すなわち、それぞれの量の測定を、例えばそれぞれ一定の時間間隔の経過後に行うことができる。順次できるだけ速く、すなわちできるだけ短い時間間隔で行うことが最良である。それに対応して、この方法では、測定の時点がターゲット点の走査と無関係である。言い換えると、ターゲット点の走査と、ビーム位置および／またはビーム強度の測定とが非同期で行われる。位置測定と強度測定とに、例えば異なる時間間隔を選択することもできる。そのような場合、位置測定と強度測定も互いに非同期である。
【００３８】
また、ビーム強度に関して照射を制御し、ビームの位置をそれぞれ一定の時間間隔後に繰り返し測定することも有利となることがある。この場合もまた、２つの量の測定が互いに非同期であり、ビームの位置の測定がターゲット点の走査と非同期である。
【００３９】
時間制御によって特定のターゲット点に特定の線量を適用するために、したがって、経過時間によってターゲット点の走査が決定される場合、このターゲット点で所期の線量が適用されると予想される走査速度が、ビームに関して選択される。あるターゲット点にビームが留まる場合、ビームは、所期の線量が適用されたと予想される時間が経過するとすぐに次のターゲット点に向けられる。
【００４０】
しかし、そのような時間制御は、ビームの特性に関する知識を考慮に入れることを除外するものではない。すなわち、ビーム源の抽出プロファイルを考慮することが好ましい。すなわち、抽出される粒子の数は、粒子源に応じて、時間と共に強く変動することがある。特定の粒子源に関する抽出プロファイルが一般に知られている。抽出プロファイルは、例えば照射の前段階で決定することができる。目標線量分布が均質である最も簡単な場合には、これは、抽出プロファイルに従って粒子数が高いときには走査速度が比較的高く選択され、抽出プロファイルに従って粒子数が少ないときには走査速度が比較的低く選択されることを意味する。目標線量分布が均質でない場合、抽出プロファイルは、重み付けして考慮に入れることができる。それに対して、抽出プロファイルを考慮せずに、平均ビーム強度およびそれに対応する走査速度に基づく場合、抽出プロファイルに従ってビーム強度が高いときには走査速度を高めることができ、抽出プロファイルに従ってビーム強度が低いときには走査速度を下げることができる。したがって、目標線量分布からの偏差を減少させることができ、適用すべき微粒子数をより正確に遵守することができる。
【００４１】
いくつかのタイプの検出器、例えば多線式比例計数箱は、断面積が大きいビームよりも、断面積が小さいビームで迅速に位置測定を行うことができる。ビームの断面積は、ターゲットに向かうにつれて増加する。したがって、ビームの断面積が、ターゲットの直前におけるビーム断面積の最大で８０％、好ましくは６０％となる、ビーム源の方向に離れたビーム位置を測定することが好ましい。
【００４２】
好ましくは、ビーム幅は、専用のモジュールによって決定される。ビームの位置を決定するのと同じモジュールによってビーム幅を決定する解決策に比べて、速度の利点を実現することができる。モジュールは、例えば、検出器からソフトウェアまでのすべての評価チェーンおよび／またはすべての制御チェーンに対応するものとすることができる。また、例えば専用の計算機もしくは計算機上での専用のプロセスであってもよく、これは、場合によっては上記の量を互いに別々に決定するのにも十分である。
【００４３】
本発明は、ターゲット点を走査するビームを用いてターゲットを照射するための装置であって、ビームの位置およびビームの強度という量の少なくとも一方を測定するための測定機構と、シーケンス制御機構とを備え、シーケンス制御機構が、少なくとも一方の測定された量に応じて、特に少なくとも一方の測定された量に関する偏差に応じてビームを変更するように構成された装置を対象とする。照射装置は、少なくとも一方の測定される量を、１つのターゲット点につき最多で１回測定するように構成されることを特徴とする。
【００４４】
そのような照射装置は、ビームを発生するための、特に、粒子線または特にイオン線を発生するための機構も含む。ビーム発生機構として、例えば加速器、特にシンクロトロンやサイクロトロンが考えられる。
【００４５】
イオン線を照射する場合、照射装置は、イオン線を偏向させるための走査磁石を備える走査機構（略してスキャナと呼ぶ）を含み、かつ／または深度変調器も含む。
【００４６】
位置測定のために、ＭＷＰＣ、ストリップ・イオン化室、シンチレータやＰＥＴをベースとする測定室も適している。強度は、例えば、イオン化室（ＩＣ）によって、あるいはまたＭＷＰＣ、ピクセル・イオン化室、またはシンチレータに基づく測定室によっても測定することができる。
【００４７】
本属概念に属する照射装置に関するシーケンス制御は、基本的には知られている。例えば、上記のＨａｂｅｒｅｒ他の刊行物に示されている。そのようなシーケンス制御の課題は、典型的には、照射、特に走査のシーケンスの制御、最大線量、照射計画との比較、および文書化に関する方策を含む。
【００４８】
また、シーケンス制御は、例えばビームの強度が変動するとき、またはその他の外乱があるときには、例えば中断または修正によって照射シーケンスに介入することもある（インターロック）。
【００４９】
シーケンス制御は、例えば計算機または計算機システムを用いて実現することもできる。すなわち、例えば、パスおよび等エネルギー層のエネルギー分布、ターゲット点、ラスタ点、ラスタ点あたりの目標線量、治療計画、および照射の終了のための基準に関する情報をそのような計算機に保存することができる。照射を終了するための基準は、例えば、治療計画で設定されたターゲット点あたりの目標線量の達成であってよい。目標線量の達成は、走査装置にフィードバックすることができる。ターゲット点あたりの目標線量を表として保存するのが適切である。それに対応する表または少なくともそれと同等の表を、シーケンス制御のためのすべてのパラメータを含めて、再走査法における各パスごとに作成することもできる。
【００５０】
計算機は、それぞれ１つの機能のための複数のモジュールによって構成することができる。計算機システムは、それぞれ１つの機能のための複数の計算機によって構成することができる。そのような機能の例は、以下のようなものである。スキャナ制御、パルス中心（イオン線が要求する）、強度測定（最多で１回の位置測定が行われる限りにおいて、ターゲット点につき少なくとも１回、より好ましくは冗長性を高めるために２回）、位置測定（最多で１回の強度測定が行われる限りにおいて、ターゲット点につき少なくとも１回、より好ましくは冗長性を高めるために２回）、文書化。典型的には、パルス中心からのビームパラメータ、スキャナパラメータ、および強度測定と位置測定の結果が文書化される。
【００５１】
強度測定用の機構および位置測定用の機構が装置内に複数ある場合（これは冗長性を高めるために望ましいことがある）、測定のサンプリングレートを高めるために、すなわち測定期間を全体として短縮するために、これらの機構を直列に接続することが好ましい。装置が例えば強度測定用の機構および位置測定用の機構を２つずつ備え、強度測定用の機構および位置測定用の機構がそれぞれ直列に接続される場合、それぞれの最大サンプリングレートを場合によっては倍にすることができる。これらの機構は、例えば、検出器、モジュール、計算機、または一般に評価電子機器である。
【００５２】
好ましくは、照射装置は、好ましい実施形態の任意の１つにおける本発明による方法を実施するように構成される。
【００５３】
また、本発明は、照射装置を制御するための制御システムも対象とする。照射装置と異なり、制御システム自体は、ビーム発生装置を含まない。制御システムが、ヒトまたは動物への照射用の照射装置を制御するために使用される場合、治療制御システム（ＴＣＳ）とも呼ばれる。
【００５４】
本発明による方法は、例えば、位置測定モジュールとも呼ぶ位置測定機構（ＳＡＭ；記憶および読み出しモジュール）の改変によって実施することができ、この機構は、制御システムの一部であってもよい。その際、制御システムが１構成単位分だけ拡張されるか、または既存のモジュールが置き換えられる。基本的には、シーケンス制御機構を適合させる必要がある。制御ソフトウェアを適合させれば足りることもある。
【００５５】
上記および下記の個々の特徴の説明は、それぞれの場合で個々に明示してはいないが、方法にも装置にも、さらには制御システムにも関わる。説明において開示した詳細な特徴は、示したものとは異なる組合せでも本発明にとって本質的なものとなり得る。
【００５６】
以下にまた、本発明を例示的実施形態に基づいてより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明による方法を実施するための本発明による制御装置を備える本発明による照射装置の概略図である。
【図２】本発明による方法の流れ図である。
【図３】ビーム位置およびビーム強度の測定に関わる本発明による方策の選択肢を示す図である。
【図４】ビームの変更に関する本発明による方策の選択肢を示す図である。
【図５】図１における装置の概略的な抽出プロファイルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００５８】
照射装置が、ターゲットボリューム１０２を照射するように構成される。ターゲットボリューム１０２は、例えば、ヒトの肺の近くまたは肺の中にある腫瘍である。ここで図示されるターゲットボリューム１０２は、ビーム方向に対し垂直に直径が約２０ｃｍである。あるいは、例えば水やプレキシガラスまたは他の材料に基づく臓器模型でもよい。ターゲットボリュームは、周期的に例えば上下に動き、これは図１でターゲットボリューム１０２の上下の矢印によって示されている。
【００５９】
照射装置は、例えば陽子や１２Ｃ核からなる粒子線１０５を提供するためのシンクロトロン、サイクロトロン、または他の加速器１０４を備える。典型的には、そのようなビームは、１ミリメートルまたは数ミリメートル、例えば３〜１０ｍｍの広がりを有する。ターゲットボリューム１０２中に、特定の微粒子エネルギーに対するブラッグピークの深さに対応する層（等エネルギー層）が示されている。
【００６０】
走査法として、ここではラスタ走査法が選択される。粒子線１０５によって、照射装置は、ターゲットボリューム１０２に黒い点として概略的に示されるラスタ点を走査する。これらのラスタ点は、ターゲットボリューム内に互いに約２ｍｍ離れて位置する。より簡単な図示のために、ラスタ点の層ごとの走査が概略的に示されている。別法として、当然、ラスタ点をボリューム走査することもできる（図示せず）。
【００６１】
粒子線１０５の横方向の影響は、走査磁石１０６を用いて及ぼすことができる。ここでは双極子磁石１０６である。（ビーム方向に沿った）長手方向での影響のために、照射装置は、例えば楔システム１０８の形状のエネルギー変調用の受動型エネルギー変更機構を備える。楔システム１０８は、例えばプラスチックからなる楔を有し、それらの楔はリニアモータ（図示せず）によって動かすことができる。楔システム１０８は、好ましくはボリューム走査の際に使用される。層ごとの走査では、エネルギーは、好ましくは加速器によって、または走査磁石１０６の前方に設置されたエネルギー変調ユニットによって変更される。
【００６２】
さらに、照射装置は、シーケンス制御機構１１２と、スキャナ制御機構１１４と、微粒子計数器１１６と、位置検出器１１７とを備える。微粒子計数器１１６および位置検出器１１７は別の位置に配置することもでき、例えば、図示された微粒子計数器１１６の位置に両方を配置することもできる。シーケンス制御機構１１２は、ここでは制御システムとして機能する。
【００６３】
微粒子計数器１１６は、イオン化室（ＩＣ）であり、ここでは強度測定機構として働く。位置検出器１１７は、多線式比例計数箱（ＭＷＰＣ）である。イオン化室１１６は、強度測定に１５μｓを要する。多線式比例計数箱１１７は、ビーム１０５の位置決定に１５０μｓを要した。ビームの位置は、例えばターゲットの直前で、あるいはまたターゲットの約１ｍ前で測定することができる。別法として、さらにビーム源寄りでビームの位置を測定することも適切である。なぜなら、そこではビーム断面積が小さく、したがって位置測定をより迅速に行うことができるからである。位置検出器１１７は、例えば、ビーム断面積がターゲットの直前における断面積の値の最大で５０％となる位置に配置することができる。
【００６４】
強度を決定するためのモジュールおよびビームの位置を決定するためのモジュールが、それぞれ２つ設けられている。これらは、それぞれ直列に接続される（図示せず）。ここで、例えば「時間をずらした」測定により、より高い時間分解能を実現することができる。このとき、信頼性を高めるために、時間のずれを考慮した比較によって冗長性を利用することもできる。
【００６５】
微粒子計数器１１６は、粒子線１０５中の微粒子の数を決定し、その結果をシーケンス制御機構１１２に供給する。シーケンス制御機構１１２は、加速器１１４と、走査磁石１０６と、楔システム１０８とを制御するように構成される。このために、シーケンス制御機構１１２は、微粒子計数器１１６および位置検出器１１７が受け取ったデータを考慮して、対応する制御パラメータを決定する。
【００６６】
照射は複数回のパスで行われ、すなわち再走査法が使用される。
【００６７】
例えば５回または１０回、より好ましくは１５回から２０回まで、または３０回までのパスを選択することができる。典型的には、ターゲットボリュームが５０層に分割される。典型的には、１層を完全に走査するのに１００ｍｓ〜１ｓかかる。ボリュームが走査される場合、走査期間は、典型的には数秒のオーダーである。
【００６８】
照射中、基本的には、それぞれラスタ点につき最多で１回の位置測定または最多で１回の強度測定が行われる（図２参照）。
【００６９】
本発明によるビームの位置またはビームの強度の決定に関して取り得る方策は、例えば以下のようなものである。
−ラスタ点につき最多で１回の位置測定。強度測定なし。
−ラスタ点につき最多で１回の強度測定。位置測定なし。
−ラスタ点につき最多で１回の位置測定と、ラスタ点につき最多で１回の強度測定。
−ラスタ点につき最多で１回の位置測定と、ラスタ点につき複数回の強度測定。
−ラスタ点につき最多で１回の強度測定と、ラスタ点につき複数回の位置測定。
−ビームの強度に従った照射のシーケンスの制御（強度制御）。場合によっては、ラスタ点につき複数回の強度測定を伴い、ビームの位置は、ラスタ点につき最多で１回測定される。
−３個または１０個のラスタ点、あるいはまた１列のラスタラインに対して最多で１回の位置測定。
−３個または１０個のラスタ点、あるいはまた１列のラスタラインに対して最多で１回の強度測定。
−一定の時間間隔に従った強度測定および／または位置測定の実施。
−できるだけ短い時間間隔の選択。
−照射の強度制御。位置測定に関しては一定の時間間隔。
−測定間で３個または１０個のラスタ点が、あるいはまた１列のラスタラインが走査されるような時間間隔の設定。
−測定によって照射時間が長引かないような時間間隔の設定。
−複数のラスタ点にわたる測定の平均化。
−そのような平均化を改善するための検出器ガス中でのイオン化の考慮。
−照射の時間制御。位置は、ラスタ点につき最多で１回測定される。
−そのような時間制御における抽出プロファイルの考慮。
−放射源の比較的近くでのビーム位置の測定。
−ビーム幅の測定を、専用のモジュールによって、位置測定とは切り離して実施する。
−測定機構の直列接続。
選択肢が図３に示される。
【００７０】
本発明によるビームの位置または強度の決定に基づくビームの変更に関して取り得る方策は、例えば以下のようなものである。
−測定された位置または測定された強度が対応する目標値からかなりずれている場合、照射を中断する。
−測定された位置がその目標値からわずかにずれている場合、ビーム位置を修正する。
選択肢が図４に示される。
【００７１】
図５は、３００ＭｅＶ／ｕのエネルギーを有するクリプトン線に関する、図１に示される装置の概略的な抽出プロファイルを示す。実際の（シンクロトロン）プロファイルは、上昇および下降の他に、「リップル」と呼ばれる変動を伴うプラトーを有する。まず、抽出（スピル）あたりの微粒子数（事象）が急速に増加し、約１／２秒で最大値を通り過ぎ、その後、早くも１秒で、ほぼ完全にゼロに再び低下するのが見られる。ラスタ点の走査が、ビームの強度に関してではなく時間に関して制御される場合、この抽出プロファイルは、走査速度を決定するために考慮される。抽出された粒子の数が特に多い場合、高い走査速度を選択することができ、少ない場合、低い走査速度が選択される。
【図１】
0006009765.tif 000002
【図２】
0006009765.tif 000003
【図３】
0006009765.tif 000004
【図４】
0006009765.tif 000005
【図５】
0006009765.tif 000006