(57)【要約】本発明は、すべての加速器サイクルについて、ビームエネルギー、ビーム集束、およびビーム強度が調整される、ラスタスキャン技術に従って動作する重イオンのビーム取出照射装置を制御する方法および装置に関する。すべての加速器サイクルについてビーム取出時間を調整することによって、かなりの時間節約が達成される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
あらゆる加速器サイクルについて、ビームエネルギー、ビーム集束、およびビーム強度が調整される、ラスタスキャン技術に従って動作する重イオンまたは陽子のビーム取出照射装置を制御する方法であって、あらゆる加速器サイクルについてビーム取出しが決定されることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記ビーム取出しの時間が、あらゆる加速器サイクルについて調整されることを特徴とする、請求項１の方法。
【請求項３】
取出ビームの粒子の電荷が、あらゆる加速器サイクルについて調整されることを特徴とする、請求項１または２の方法。
【請求項４】
前記ビーム取出しが、加速器サイクル中に中断され再確立されることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項の方法。
【請求項５】
前記ビーム集束が、加速器サイクル中に変更されることを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項の方法。
【請求項６】
前記ビーム強度が、加速器サイクル中に変更されることを特徴とする、請求項１から５のいずれか１項の方法。
【請求項７】
加速器の磁石の電源およびビーム誘導装置のフィールド制御が行われることを特徴とする、請求項１から６のいずれか１項の方法。
【請求項８】
前記加速器サイクルが、要求があり次第（on request）終了することを特徴とする、請求項１から７のいずれか１項の方法。
【請求項９】
ラスタスキャン技術に従って動作する重イオンまたは陽子のビーム取出照射装置を制御する、特に請求項１から８のいずれか１項の方法を実行する装置であって、あらゆる加速器サイクルのビーム取出時間の調整装置が設けられていることを特徴とする装置。
【請求項１０】
１加速器サイクル内で取出ビームを中断し再確立する装置が設けられていることを特徴とする、請求項９の装置。
【請求項１１】
取出および／または注入キッカーが設けられていることを特徴とする、請求項１０の装置。
【請求項１２】
取出ビームのＫＯ取出し法用の装置が設けられていることを特徴とする、請求項１０の装置。
【請求項１３】
１加速器サイクル中に取出ビームの集束および／または強度を変更する調整装置が設けられていることを特徴とする、請求項１から１２のいずれか１項の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、あらゆる加速器サイクルについて、ビームエネルギー、ビーム集束、およびビーム強度が調整される、ラスタスキャン技術に従って動作する重イオンまたは陽子のビーム取出照射装置を制御する方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
そのような方法およびそのような装置は、従来技術から、例えばEP 1045399 A1（特許文献１）から、既知であり、線量注入（application）の幾何学的精度向上と、ビーム位置の変動（variations）からの独立性とに関する。その結果、計画した線量分布から平均５％未満異なる、全照射の結果として生じる線量分布を達成することが可能であった。
【０００３】
Th. Haberer, W. Becher, D. SchardtおよびG. Kraftによる論文「Magnetic scanning system for heavy ion therapy」Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A330, pages 296-305, 1993（非特許文献１）は、強度を制御したラスタスキャン技術の基本説明をしている。ラスタスキャン技術を用いて、治療上非常に有効なイオンを医師が定める治療容積に集中させることができ、それによって治療結果を最適にすることができる。ここでは、ラスタスキャン技術は、加速器内のビームエネルギーを変動させた状態での、高速の（rapid）双極磁石内での集束させた粒子線の横方向への方向転換（diversion）の組合せから成っており、粒子範囲（particle range）を決定する。放射線治療計画の範囲内での治療容積の仮想分割（virtual segmentation）を、図３に示す。粒子エネルギーが一定である一連のスライス（同一エネルギースライス（isoenergy slices）  ＩＥＳ）が作成される。このような同一エネルギースライスが今度は、ビーム位置のラスタに分割され、個々のビーム位置のそれぞれについて粒子密度が最適化される。
【０００４】
放射線治療計画の個々の同一エネルギースライスを照射するのに、現在は、ビームエネルギー、ビーム集束、およびビーム強度という調整可能な３つのパラメータで、加速器サイクルが決定される。サイクル時間（cycle duration）およびしたがってビーム取出時間は、固定値に設定される。１加速器サイクルでこのように同一エネルギースライスが必ずしも処理できるわけではなく、それどころか、１０倍までのビーム取出時間が必要であるので、この手順は不都合を伴う。加速器サイクルをいくつか用いることに関連する加速時間および減速時間、ならびに、加速器の準備に必要な時間によって、さらなる時間支出（time outlay）が生じてしまい、この時間支出は、取出時間の大きさの数値オーダーである。
【０００５】
いわゆる調整（conditioning）サイクル、すなわち、ビーム取出しのない加速器サイクルが必要であるということの結果として、さらなる時間ロスが生じ、調整サイクルは、加速器とビームガイドとの磁石において定められたフィールドの状態（field conditions）を作成するために行われなければならならず、その間照射を実行することはできない。
【０００６】
照射ターゲット（同一エネルギースライス内ですべての照射位置に照射することができる）またはいわゆるインターロック状態に達した場合に、照射、すなわちビーム取出しおよびビーム輸送が中断されるという事実の結果として、さらなる照射不感時間が生じるが、現在用いられている方法によれば、これは加速器サイクルの中断にはつながらず、すなわち、ビームを取り出すことなくこれが続行される。
【０００７】
また、照射される組織の幾何学的形状が複雑であり、密度が不均一であり、したがって不連続ではあるが同じビームパラメータで照射する必要がある領域を有する放射線治療計画を生じることになる場合にはいつでも、照射を中断する必要が生じる。不連続な領域を有する他の放射線治療計画では、ビームエネルギーは同じであるが集束および強度の設定は同じではない状態で照射しなければならない。しかし現在の最新技術によれば、ビームを中断すると、進行中の加速器サイクル内での取出能力（facility）のロスにつながってしまう、すなわち、新しい加速器サイクルを要求しなければならない。また、１加速器サイクル内でビーム取出しを再確立する（re-establish）ことも、１加速器サイクル内での集束状態および／またはビーム強度を変更することも不可能である。
【特許文献１】欧州特許特許出願公開EP 1045399 A1号
【非特許文献１】"Magnetic scanning system for heavy ion therapy" by Th. Haberer, W. Becher, D. Schardt and G. Kraft, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A330, pages 296-305, 1993
【発明の開示】
【０００８】
本発明は、照射時間が減少するとともに高効率指数（efficiency factor）が達成される方法で、ラスタスキャン技術に従って動作する照射装置の制御手段を構成するという課題に基づいている。
【０００９】
その課題は、方法の場合および装置の場合に、それぞれ請求項１および８の特徴（features）によって本発明に従って解決される。有利な発展形態（developments）は、従属項の主題である。
【００１０】
したがって、本発明によれば、あらゆる加速器サイクルについて、ビームエネルギー、ビーム集束、およびビーム強度が調整される、ラスタスキャン技術に従って動作する重イオンまたは陽子のビーム取出照射装置を制御する方法が提案される。同時に、ビーム取出しもまた、あらゆる加速器サイクルについて決定される。
【００１１】
したがって本発明は、サイクルで動作する加速器に適用される。有利には、本発明による方法において、あらゆる加速器サイクルについてビーム取出時間が調整される。ビーム取出時間（フラットトップ（flat-top）時間）を可変にすることによって、新しい加速器サイクル要求の結果として生じる照射不感時間をかなりの程度減少させ、したがって、時間をかなり節約し患者の回転率を著しく上げることができる。
【００１２】
本発明の方法をＤＣ（直流）マシンとともに、例えばサイクロトロンとともに、用いるためには、ビームの時間構造（ＯＮ／ＯＦＦ）の作成とビームパラメータ（強度、集束）の必要な柔軟性の作成とが、異なる方法で行われなければならない。
【００１３】
粒子の電荷もまた加速器サイクルごとに変動する可能性があるという事実から、照射手順をより柔軟に制御するさらなる対策（measure）が生じる。したがって、より効果的に放射（radiation）からの保護を行うことが可能である。
【００１４】
本発明による方法の有利な改良形態（variant）によれば、加速器サイクル中に、ビーム取出しを中断し再び再確立することができる。本改良形態は、一定のビームエネルギーで、そしてことによると、かつ一定のビーム集束およびビーム強度で、不連続な領域を照射するのに特に好適である。
【００１５】
加速器サイクル中に、ビーム集束および／またはビーム強度が変更される場合に柔軟な照射治療が行われる。このようにして、加速器サイクル内で、例えばビームエネルギーは同じであるが治療ビームは変更した状態で、動作することが可能である。
【００１６】
可変かつ中断可能なビーム取出し、変更可能な集束および強度等のビーム取出しを決定する上記対策によって、非常に柔軟なビーム要求機構が製造される。したがって、照射時間を劇的に減少させることができる。
【００１７】
加速器の磁石の電源（supply）およびビーム誘導装置（guidance）のフィールド制御の手段（measure）によって、序説（introduction）で言及した調整サイクルを大部分または完全に省くことができる。それは、取り出した治療ビームを安定かつ精密な形で利用できるようにすることができるからである。
【００１８】
本発明による上述の対策を、単独でまたは組み合わせて適用することによって、照射時間をかなり減少させることができる。既に行われた放射線治療計画について、すべての対策を組み合わせた場合に予想される照射時間の減少を計算すると、平均照射時間が、従来必要であった時間の約３分の１に減少した。
【００１９】
本発明による、ラスタスキャン技術に従って動作する重イオンのビーム取出照射装置を制御する、特に本発明による方法を実行する装置は、それぞれの加速器サイクルのビーム取出時間の調整装置を含む。好ましくは、装置は、加速器サイクル内で取出（extraction）ビームを中断し再確立する装置を含む。その目的のために、本発明の好ましい例示的な実施形態によれば、取出および／または注入（injection）キッカー、すなわち高速の（fast）磁石が設けられる。または、取出ビームのＫＯ取出し用の装置を設けてもよい。
【００２０】
本発明の装置の他の実施形態によれば、加速器サイクル中に取出ビームの集束および／または強度を変更する調整装置が設けられる。
【００２１】
本発明を図面を参照して以下で説明する：
【００２２】
図１は、同じビームパラメータで照射しなければならない不連続な領域を含む、本発明による放射線治療計画の図である。
図２は、同じビームパラメータで照射しなければならない不連続な領域を含む、従来技術による放射線治療計画を示す。
図３は、一連の同一エネルギースライス（ＩＥＳ）を有する、放射線治療計画の範囲内で行われる治療体積の仮想分割の図である。
【００２３】
図１および図２に示す放射線治療計画は、上側の部分ににシンクロトロンの双極磁場（dipole field）を示し、横座標に時間、縦座標にエネルギーをプロットしている。それぞれの場合の下側の図は、取出ビームの強度を示し、強度もまた、治療時間に対してプロットしている。
【００２４】
図２に示す従来の方法によれば、異なる粒子パルス（流出（spills））が生じ、これが、互いから隔離された同一エネルギースライスを照射しなければいけない時間Teを長くすることにつながる、すなわち、ある取出時間について、領域ごとに別個の粒子パルス（流出）が生じる。
【００２５】
図１の実例は、本発明によって達成することができるタイムゲイン（time gain）を明確に示している。ビームを中断することにより１回のビーム取出しで異なる領域のマスキングを達成することができることによって、粒子パルスを減少させることが可能であった。したがって本例においては、３つの粒子パルスの代わりに単一の粒子パルスが生じ、不感時間が少なくなる。図１の図は経験的に得られた図ではなく、２０００年に行われた４６例の放射線治療計画の分析に基づいている。平均照射時間の減少によって、２５１秒から８７秒に、実質的に３分の１の時間に減少した。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】同じビームパラメータで照射しなければならない不連続な領域を含む、本発明による放射線治療計画の図である。
【図２】同じビームパラメータで照射しなければならない不連続な領域を含む、従来技術による放射線治療計画を示す。
【図３】一連の同一エネルギースライス（ＩＥＳ）を有する、放射線治療計画の範囲内で行われる治療体積の仮想分割の図である
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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