(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン源装置と、十分な透過深度を達成するために必要なイオン加速度に設定可能なイオン加速システムと、収束集中イオンビーム（３）のためのイオンビーム放出ウィンドウ（２）を備えるイオンビーム誘導システム（１）と、走査される標的体積（５）のための機械的なアラインメントシステム（４）と、イオンビームと垂直の平面において、イオンビームの中心を横切って移動（以下横断移動ともいう）可能なエネルギー吸収手段（７）と、標的体積（５）に対してイオンビーム（３）の向きを合わせるガントリシステム（２７）とを有するイオンビーム走査システムであって；
前記イオンビーム（３）が、ガントリシステム（２７）に供給されると共に、ガントリ回転軸線（２８）に垂直な平面内において０〜３６０°の調整角度で磁気光学的手段（２３、２４、２５）により、イオンビーム（３）がガントリシステム（２７）のアイソセンタ（２９）でガントリ回転軸線（２８）と交差するように、標的体積（５）に対して向きを合わせることができ、前記ガントリシステム（２７）が、ガントリ回転軸線（２８）の方向で横方向（Ｃ）に移動可能な標的体積キャリヤ（３０）を備え、前記標的体積（５）がアイソセンタ（２９）の上流に配置され、
前記走査システム（６）が、イオンビームと垂直の平面において、イオンビームの中心を横切って標的体積（５）とイオンビーム放出ウィンドウ（２）との間のイオンビームの経路内に配置される、アブソーバーウェッジ（１３）を備える、エネルギー吸収手段（７）と前記アブソーバーウェッジ（１３）のリニア駆動のためのリニアモーター（８）と、さらに、アブソーバーウェッジ（１３）を備えるエネルギー吸収手段（７）の上流にあるビーム粒子率を測定するためのイオン化チャンバー（１６）含む該アブソーバーウェッジ（１３）のリニアー駆動のための電子制御システム（１４，３４）とを含み、それにより、ビーム強度制御式深度走査がイオンビームのエネルギーの変化によっておこなわれ、その結果、エネルギー吸収手段（７）の横断移動と共にリニアモータ（８）により、標的体積（５）においてイオンビームの深度調節を実施することが可能であり、以って標的体積（５）として腫瘍組織（１１）の体積要素（９）の深度差走査を迅速に連続して実施し得ることを特徴とするイオンビーム走査システム。
【請求項２】
前記標的体積（５）が健康な組織（１０）に囲まれた腫瘍組織（１１）であり、イオンビーム（３）の透過深度（１２）がイオンビーム（１２）のイオンのエネルギーにより決定され、腫瘍組織（１１）への透過深度がイオンの可変加速により到達され得ることを特徴とする請求項１記載のイオンビーム走査システム。
【請求項３】
前記走査システムが、アブソーバウェッジ（１３）のリニア駆動のための電子制御システム（１４、３４）を備えると共に、イオンビームの粒子率（単位時間当たりに加えられる粒子数）を測定するイオン化チャンバを含み、深度ステップ毎に異なり得る所定の粒子数に到達した時、アブソーバウェッジ（１３）を好ましくは１０μｍ〜１００μｍのステップで互いに接近するように移動させ、以って標的体積（５）の体積要素（９）の深度差走査を可能にしたことを特徴とする請求項３記載のイオンビーム走査システム。
【請求項４】
前記エネルギー吸収手段（７）が、イオンビームと垂直の平面において、前記イオンビームを横切って反対方向に移動可能な少なくとも２つのアブソーバウェッジ（１３）を備えることを特徴とする前記請求項１〜３のいずれか１項に記載のイオンビーム走査システム。
【請求項５】
前記エネルギー吸収手段（７）が、イオンビームと垂直の平面において、前記イオンビームを横切って反対方向に移動可能な少なくとも２つのアブソーバウェッジ組立体（１８）を備えることを特徴とする前記請求項１〜４のいずれか１項に記載のイオンビーム走査システム。
【請求項６】
前記システムが、標的体積（５）とエネルギー吸収手段（７）との間に、イオンビームに直交する平面内で、移動可能なシャッタ要素（２１）を有する境界決定装置（２０）を備えることを特徴とする前記請求項１〜５のいずれか１項に記載のイオンビーム走査システム。
【請求項７】
前記走査システムが、標的体積に対してイオンビーム（３）の境界の一部を決定するためにアイリスダイアフラムの方法で独立して調節可能な境界シャッタ（１９）を備えることを特徴とする前記請求項１〜６のいずれか１項に記載のイオンビーム走査システム。
【請求項８】
前記標的体積（５）を搬送し、イオンビーム（３）を横切る平面内で照射中に座標の２方向に移動可能な患者テーブル（２２）を備えることを特徴とする前記請求項１〜７のいずれか１項に記載のイオンビーム走査システム。
【請求項９】
前記標的体積（５）を搬送し、照射手順中にイオンビーム（３）を横切る横方向（Ｃ）の移動が可能な患者テーブル（２２）を備え、患者テーブル（２２）の横方向を横切る放出ウィンドウ（２）の中央位置からのイオンビーム（１）を偏向させる偏向磁石（２３、２４、２５）を有することを特徴とする前記請求項１〜８のいずれか１項に記載のイオンビーム走査システム。
【請求項１０】
イオンビーム走査の強度が、体積要素（９）に衝突するイオンの総数により決定されることを特徴とする前記請求項１〜９のいずれか１項に記載のイオンビーム走査システム。
【請求項１１】
前記エネルギー吸収手段（７）の上流に配置されてイオンビーム強度を測定するイオン化チャンバ（１６）を有することを特徴とする前記請求項１〜１０のいずれか１項に記載のイオンビーム走査システム。
【請求項１２】
前記標的体積（５）を搬送し、照射中にイオンビーム（３）を横断する横方向（Ｃ）の移動が可能な患者テーブル（２２）を備え、患者テーブル（２２）の移動の横方向（Ｃ）を横切る（Ｄ）ガントリ回転軸線の周りを回転可能なガントリシステム（２７）を有することを特徴とする前記請求項１〜１１のいずれか１項に記載のイオンビーム走査システム。
【請求項１３】
標的体積（５）に対してイオンビーム（３）の向きを合わせるガントリシステムを有するイオンビーム走査システムであって、 前記イオンビーム（３）が、ガントリシステムに供給されると共に、ガントリ回転軸線（２８）に垂直な平面内において０〜３６０°の調整角度で磁気光学的手段（２３、２４、２５）により、イオンビーム（３）がガントリシステム（２７）のアイソセンタ（２９）でガントリ回転軸線（２８）と交差するように、標的体積（５）に対して向きを合わせることができ、前記ガントリシステム（２７）が、ガントリ回転軸線（２８）の方向で横方向（Ｃ）に移動可能な標的体積キャリヤ（３０）を備え、前記標的体積（５）がアイソセンタ（２９）の上流に配置され、ガントリシステム（２７）の半径方向上流に配置されるエネルギー吸収手段（７）が深度方向での体積要素走査を規定し、前記ガントリシステム（２７）が横方向（Ｄ）での角度のある体積要素走査を規定し、横方向（Ｃ）に移動可能な標的体積キャリヤ（３０）が横方向（Ｃ）に対する縦方向での体積要素走査を規定し、これら３種類の走査手段により、任意の形状の標的体積を体積要素毎に走査可能にしたことを特徴とするイオンビーム走査システム。
【請求項１４】
照射中、前記標的体積キャリヤ（３０）が静止状態を維持し、照射中、偏向磁石（２３、２４、２５）がガントリ平面内のイオンビームを偏向させることを特徴とする請求項１３に記載のガントリシステムを有するイオンビーム走査システム。
【請求項１５】
前記エネルギー吸収手段（７）が、ガントリシステム（２７）の回転円の接線方向に移動可能なアブソーバウェッジ（１３）を備えることを特徴とする請求項１３〜１４のいずれか１項に記載のガントリシステムを有するイオンビーム走査システム。
【請求項１６】
前記エネルギー吸収手段（７）が、ガントリシステム（２７）の回転円の接線方向で反対方向に移動可能な少なくとも２つのアブソーバウェッジ（１３）を備えることを特徴とする請求項１３〜１５のいずれか１項に記載のガントリシステムを有するイオンビーム走査システム。
【請求項１７】
前記エネルギー吸収手段（７）が、ガントリシステム（２７）の回転円の接線方向で半径方向にずれのある形で移動可能なアブソーバウェッジ組立体（１８）を備えることを特徴とする請求項１３〜１６のいずれか１項に記載のガントリシステムを有するイオンビーム走査システム。
【請求項１８】
前記標的体積（５）の中央領域が、ガントリシステムの半径の少なくとも５分の１だけアイソセンタの上流に配置され、その結果、体積要素（９）自体がアイソセンタ（２９）に存在しないことを特徴とする請求項１３〜１７のいずれか１項に記載のガントリシステムを有するイオンビーム走査システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、請求項１〜２０の前文に係るイオンビーム走査システム及び該システムの操作方法に関する。
【０００２】
こうしたシステムは米国特許第５５８５６４２号公報から公知であり、粒子線治療において使用される。こうしたシステムを使用して腫瘍組織に対して実施することが可能なイオンビーム治療は主に、Ｘ線治療と比較して、より優れた線量分布、つまり高い腫瘍線量と、健康な組織が影響を受ける照射を減らす事実とにより主として区別される。こうした線量分布は、粒子線の物理特性の結果であり、これは逆線量プロフィールを有し、つまり透過深度とともに線量が増加する。結果として、通例の放射線治療で得られる従来的に可能な線量と比較して、腫瘍線量を増加させることができる。
【０００３】
照射量を所定の標的体積に可能な限り上手く適合させるために、現在の治療においては、受動線生成用の装置が使用されているが、しかしながら、これは問題を十分に解決できない。こうした線生成装置は、標的体積、つまり腫瘍の体積よりも広い範囲に照射を行う発散イオンビームを扱うが、適切な境界決定装置と、腫瘍の外形をかたどった補正材料で作った補正形状とにより発散イオンビームを腫瘍体積に制限する。こうしたシステム及び方法には、発散イオンビームのために高いイオンビームエネルギーが必要となり、標的体積又は腫瘍の明確な個々の体積要素を標的とすることが不可能であるという不都合がある。
【０００４】
個々の体積要素を明確に標的とし、照射量を体積要素に最適なものに適合させるために、イオンビーム用のラスタ走査装置が開発された。この装置により、標的体積は同一の粒子範囲の層に分解され、微細な強度制御イオンのペンシルビームがラスタの形態の個々の層に誘導される。イオン加速器による活動エネルギーの変化と併せることで、三次元である任意の望ましい標的体積において、正確な照射を達成することができる。
【０００５】
しかしながら、こうした強度制御ラスタ走査装置にも、大きな不都合がある。第一に、ビームの配置をマイクロセカンドの範囲でモニタする複雑な制御システムが必要である。更に、密度の非均一性の結果として等エネルギーの断片化のリスクが存在する。特に治療中にエネルギー及びビームの幅が変化した場合、所定の横方向のビームの位置（ビームの焦点）を維持することも問題である。最後に、ビームプロフィールの幅により変化する標的体積の境界のカットオフは、標的体積の正確な照射にとって不利である。
【０００６】
こうした問題は、この装置のビームパラメータの調整及び制御に、実際の患者への照射よりも遥かに多くの時間を要することを意味する。更に、専門家の集団において提案されているような、イオンビームのラスタ走査装置と、米国特許第５５８５６４２号公報の可動回転可能イオンビーム誘導システム、ガントリシステムとの組み合わせは、大きな技術的な課題を意味する。
【０００７】
ガントリシステムにラスタ走査を組み込む場合、欧州特許出願公告第０７７９０８１Ａ２号公報から公知であるように、制御手順は、これまでに達成された固定ビーム誘導よりも多くの時間を必要とする複雑なものとなる。更に、照射フィールドにおいて実用的なサイズを達成するためには、提案されるラスタ走査装置の組み込みにおいて、大きなアパーチャを有する磁石が必要である。急速なエネルギーの変化と相まって、この提案されるソリューションの大きなアパーチャと、これにより必要な散乱フィールドの遮断とから、超電導磁石の使用は除外される。したがって走査システムの組み込みにより、大きなアパーチャ、つまり多くの空間を占める高価な偏向磁石と長いガントリシステムが生じる。この走査システムを最後の偏向磁石の後ろ、つまりイオンビーム誘導システムの下流及び誘導システムのイオンビーム放出ウィンドウの下流に配置する場合、欧州特許出願公告第０７７９０８１Ａ２号公報から知られるように、小さなアパーチャが可能であり、つまりコンパクトな磁石が使用できるが、必要なドリフトの長さ又は治療室の内部の幅のため、ガントリの半径は７ｍを超えることになる。したがって、不都合なことに、どちらの場合においても、１００トンを超える質量をミリメートルの精度で移動させる必要がある。
【０００８】
本発明の課題は、従来技術の欠点を克服すること、及び特に、提案されるイオンビームラスタ走査装置と比較して、現在の障害を克服するイオンビーム走査システムを提供することである。
【０００９】
こうした課題は、請求項１〜２０の本文により解決される。本発明の好適な実施形態の更なる特徴は従属請求項で与えられる。
【００１０】
この課題を解決するために、イオン源装置と、イオン加速システムと、収束集中イオンビームのためのイオンビーム放出ウィンドウを備えるイオンビーム誘導システムとを有するイオンビーム走査システムが提供され、これには走査される標的体積のための機械的アラインメントシステムが結合される。こうしたアラインメントシステムは、従来技術で知られており、室内の任意の決定可能な角度から標的体積を照射できるように構成される。したがって、こうしたアラインメントシステムは通例、少なくとも１つの回転軸線の周りを回転可能で、３つの移動方向に移動可能な患者搬送テーブルを備え、アラインメント後、通例では（場合により）照射中、移動方向での更なる変更は行われない。
【００１１】
本発明によるイオンビーム走査システムにおいて、イオン加速システムは最大の透過深度を得るために必要なイオンの加速を設定可能であり、この走査システムは、標的体積とイオンビーム放出ウィンドウとの間のイオンビームの経路に配置されるエネルギー吸収手段を備え、これはイオンビームの中心を横断し、イオンビームのエネルギーを変化させるために、イオンビームの中心を横断して移動できる。イオンビームの深度を調節するために、この目的で本発明にしたがって、エネルギー吸収手段はリニアモータにより、イオンビームを横断して移動し、都合の良いことに、標的体積においては、標的体積の体積要素の深度差走査を迅速に連続して実施可能である。
【００１２】
こうしたイオンビーム走査システムは、深度調節に基づいており、ラスタ走査システムのガントリシステムへの設置及び組み込みに関して、有利な改善を提供する。本発明に従ったシステムでは、ラスタ走査システムで達成されるものと同様の線量分布が可能となるが、複雑性が大幅に減少した制御システムを要する。更に、このシステムは、超伝導磁石と連動させた場合でもコンパクトな構築が可能であり、このシステムでは、任意の望ましいフィールドサイズを達成できる。最後に、このシステムでは、腫瘍組織の上にある健康な組織への影響が大幅に減少し、特に皮膚への影響が少なくなる。更に、本発明によるイオンビーム走査システムは、固定イオンビーム誘導システム及び回転可能イオンビーム誘導システムの両方で共通して使用可能である。
【００１３】
このイオンビーム走査システムの好適な実施形態において、エネルギー吸収手段は、イオンビームの中心を横断して移動可能なアブソーバウェッジを有し、このアブソーバウェッジは高性能リニアモータにより駆動され、ビーム強度制御式深度走査が実施可能である。このアブソーバウェッジシステムは、減速度によりビームの透過深度を調節し、つまり腫瘍深度上でブラッグの最大値が調節される。横方向の移動は、患者を２方向、例えば平面のｘ及びｙ方向に移動させることで達成される。これは、イオンビーム誘導システム全体で制御する必要があるのが固定エネルギーの微細ペンシルビームのみであるという利点を有する。システムにおけるビームの固定位置は、有利なことに、機械的に固定されるアパーチャダイヤフラムにより保証することが可能であり、小さな局所的な解像カウンタによりチェックすることもできる。ビーム強度は、体積要素あたりのビーム線量を追加するために、単純なイオン化チャンバで測定できる。
【００１４】
好適な実施形態において、この走査システムは、アブソーバウェッジのリニア駆動のための電子制御システムと、ビームの粒子率を測定するためのイオン化チャンバとを備える。アブソーバウェッジは、所定の粒子数に達した時、好ましくは１０〜１００μｍで、ステップ毎に共に接近するように移動し、この粒子数はイオン化チャンバで測定され、深度ステップに関して全く異なるものにすることが可能であるため、標的体積の体積要素の深度差走査が可能となる。こうした実施形態は、照射フィールド全体をチェックする大きな局所的解像検出器を必要としない利点を有する。これは、制御システムを大幅に減少させ、システム全体を小型化できることを意味する。
【００１５】
理論的には、アブソーバウェッジシステムは、イオンビームを横断してステップ毎に移動し、厚さの増加により、組織又は標的体積へのイオンビームと透過深度を減少させる単一のアブソーバウェッジを含むことができる。しかしながら、単一のアブソーバウェッジのみを有するアブソーバウェッジシステムには、吸収度及びしたがって透過深度が、イオンビームの幅全体で変化するという不都合を有する。したがって、本発明の好適な実施形態において、エネルギー吸収手段は、少なくとも２つのアブソーバウェッジを備え、これらはイオンビームの中心を横断して反対方向に移動できる。これら２つのアブソーバウェッジは、同じアブソーバウェッジ角度を有し、２つのアブソーバウェッジが共にステップ毎に移動する時、イオンビームは常に同じ厚さのアブソーバ材料を通過することになる。しかしながら、この場合においても、イオンビーム自体は収束するため、一方のアブソーバウェッジから第二のアブソーバウェッジに移動する際にアブソーバウェッジの面において異なる断面を有し、この断面における吸収度が異なるため、イオンビームの断面において最低限のエネルギーの差異が発生する。
【００１６】
この影響を減少させるため、エネルギー吸収手段は、好ましくは、イオンビームの中心を横断して反対方向に移動することが可能な２つのアブソーバウェッジ組立体を備える。こうしたアブソーバウェッジ組立体において、２つのアブソーバウェッジ間のギャップは複数のギャップに分布し、前記の不利な影響は他方に対する相対的なアブソーバウェッジの適切な配置により大幅に除去され、ウェッジ当たりの勾配は、互いに反対方向に移動可能な２つのウェッジを有するシステムと比較して減少する。
【００１７】
本発明の更に好適な実施形態において、このイオンビーム走査システムは、標的体積とエネルギー吸収手段との間に移動可能なシャッタ要素を有する境界決定装置を備える。こうした機械的な境界決定は、複雑な制御システムを必要とすることなく、急勾配の境界のカットオフが可能になるという利点を有する。この目的のため、この走査システムは、好ましくは、標的体積に関するイオンビームの境界決定のためのアイリスダイヤフラムの形で独立して調整可能な境界シャッタを備える。
【００１８】
標的体積全体を好ましく照射するために、このイオンビーム走査システムは、標的体積を搬送し、照射手順中にイオンビームを横断する平面において２次元の座標で移動可能な患者テーブルを備える。
【００１９】
本発明による深度調節システムにより、標的体積は最初に、個別の標的ビーム周囲のカラムに分解される。このカラムに沿って、ビームの経路が個別の位置又はピクセルに区分され、ビーム範囲又はビーム線量が事前に計算される。リニアドライブが付いた複数のウェッジを含む、イオンのエネルギー吸収のための機械的な減速度システムを使用して、個別のピクセルの粒子範囲に達した時、あるピクセルから次のピクセルに対する妨害を発生させずに、強度を制御する形で、ビームのブラッグの最大値を誘導する。こうしたカラムへの区分は、提案されるラスタ走査装置の平坦な表面への区分よりも、腫瘍照射の実際の状況に上手く対応し、これは例えば腫瘍の上にある健康な組織構造等、標的体積の上流の密度の不均一性が正又は負の方向のカラムの移動を生じさせるが、カラム内の妨害を生じさせないためである。
【００２０】
患者の腫瘍の治療に関して、本発明によるソリューションでは、ビーム誘導システムに必要な最高のエネルギーは患者に対する加速器から都合よく設定される。こうしたエネルギーの設定は、患者の直前にあるエネルギー吸収手段の急速に移動可能なアブソーバウェッジシステムの結果のみとして、深度の変更、つまりエネルギーの変化が発生するため、治療全体を通じて一定を維持する。個々の照射カラムの長さは、標的体積の形状により決定される。カラムの線量断面はガウスのプロフィールである。カラムの中心間の感覚は、連続的な重複を生成するために、ガウス分布の半値幅の半分よりも小さくする必要がある。過剰照射又は過小照射位置を排除するために、直径１０ｍｍの規模の範囲での比較的幅の広いビームプロフィールが有利である。こうしたビームプロフィールは、提案されるラスタ走査装置のものと比較して大きく、大きな標的体積の場合においても、患者当たりの照射時間が減少する。
【００２１】
個々の線量カラムのいくつかの放射線量分布は、本発明の好適な実施形態の境界決定装置により吸収されるため、大きな半値幅にもかかわらず、決定的な位置での急勾配の境界カットオフを得ることができる。
【００２２】
深度調節装置、或いは深度調節器又は深度スキャナの形態でのエネルギー吸収手段は、空気ベアリングを有するリニアモータによるアブソーバウェッジシステムの駆動により、標的体積を素早くカラムにおいて走査可能であるが、平面の２方向、ｘ及びｙにおける標的体積の横方向の移動に関して十分な時間が存在するため、標的体積を搬送し、照射手順中にイオンビームを横断して２つの横方向に移動可能な患者テーブルでは、カラム毎に段階的に、互いに重複して走査する十分な時間が存在する。
【００２３】
本発明の更なる好適な実施形態においては、治療中、患者テーブルを１方向の座標のみで移動可能であり、他の横方向に関しては、イオンビームの適切な偏向磁石が提供され、イオンビームは患者テーブルの横方向を横断する放出ウィンドウにおける中心位置から変更させることができる。こうしたシステムの利点は、機械的な仕組みに依存するため１方向のみで移動が遅いこと、及び振動調節と横方向調節とが比較的迅速に実施できることである。
【００２４】
好ましくは、体積要素に衝突するイオンの加重のためのイオン化チャンバは、エネルギー吸収手段の上流及びイオンビーム放出ウィンドウの下流に配置される。こうした配置により、有利なことに、体積要素に衝突するイオンの合計数により定義される放射線量を決定することができる。
【００２５】
本発明の更に好適な実施形態において、このイオンビーム走査システムは、横方向に移動可能な患者テーブルに加えて、患者テーブルが移動する横方向を横断するガントリ回転軸線の周りを回転することが可能なガントリシステムを備える。照射フィールドでのガントリシステムの遅い前後移動のため、個々のカラムは互いに隣接する位置に配置されるため、有利なことに、腫瘍に一致する照射の第二の次元が達成される。
【００２６】
ガントリシステムを有する好適なイオンビーム走査システムにおいて、イオンビームはガントリ回転軸線にあるガントリシステムに供給され、ガントリ回転軸線に対して直角な平面において０〜３６０°の調整角度で磁気光学の手段により標的体積に対して調整される。したがってイオンビームはガントリシステムのアイソセンタにおいてガントリ回転軸線と交差する。このガントリシステムは、ガントリ回転軸線の方向で横方向に移動可能な標的体積キャリヤを備え、この標的体積キャリヤはアイソセンタの上流に配置される。エネルギー吸収手段は、ガントリシステムの半径方向上流に配置される。深度方向での体積要素走査は、本発明による深度調節装置により達成され、横方向における傾斜体積要素走査は、ガントリシステムにより規定され、縦方向の体積要素走査は横方向に移動可能な標的体積キャリヤにより規定され、その結果、任意の形状の標的体積は、これら３種類の走査手段により、体積要素毎に走査できる。
【００２７】
本発明の好適な実施形態において、ガントリ移動のアイソセンタは、照射量の下流、つまり後ろに存在することが重要である。照射量の僅かな円錐形状は、均一性を失うことなく、放射支持点の密なネットワークにおけるピクセルの適切な加重により考慮に入れることができる。
【００２８】
ガントリの回転の結果としての偏心照射の角度の差異は、インレットチャネルにおける線量付加の更なる減少に関する決定的な利点を有するため、腫瘍組織の上の健康な組織が影響を受ける線量を減少させる。その大きな質量から、ガントリシステムは連続的又は小さなステップにおいてのみ移動可能であるため、供給される粒子フルエンスはカラム毎に求められるフルエンスよりも高い必要がある。これは、個々のカラムの照射が、ガントリシステムの小さな角度の移動の過程において実行されることを意味する。こうした好適な実施形態においては、ガントリ回転軸線の方向における照射装置を通じた標的体積キャリヤ上の横になった患者の遅いステップ毎の移動により、照射の第三の座標が達成される。こうした手順において、好ましくは、１ｃｍ／ｓ未満の速度が観察され、患者の照射の十分な許容期間となる。
【００２９】
本発明の更に好適な実施形態において、治療中、標的体積キャリヤは静止状態を維持し、照射中、イオンビームは偏向磁石によりガントリ平面で偏向される。したがって、患者カウチを移動させる代わりに、イオンビームは、ガントリ内の最後の偏向磁石において変化する磁場により偏向される。これにより、以下の自由な三次元での必要な移動シーケンス、つまりエネルギー吸収手段又は深度調節器により発生する最高の速度を有するビーム偏向において、有利な結果が得られる。このビームは、中程度の速度（例えば１〜２秒毎に４ｍｍ）で、ガントリ平面において、偏向磁石により次のカラムに誘導される。最も遅い移動はガントリの回転で、これはカラムの列の照射後、ガントリシステムをカラムの次の列に回転させることで実行される。こうしたイオンビーム走査システムの利点は、患者を移動させる必要がないこと、及び照射中にガントリシステムを前後に移動させる必要がなく、ステップ毎に回転させることが可能であることである。
【００３０】
従来のシステムと比較して、ガントリ平面でのビームの可変偏向では、偏向磁石はどちらにしても必要であるため、必要な追加費用を比較的少ないもののみにすることができる。ビームの偏向の変化は低速（秒単位）で発生するため、磁石の電源又は制御システムに関する大きな要求も発生しない。ビームの偏向の変化に関する監視装置としては、比較的低い繰り返し率を有するものを選択する必要がある単純なワイヤチャンバで十分である。本発明の低速走査手法の制御電子機器は、ビームの追跡と制御を可能にするために、１００μｓごとにビーム位置を測定する必要がある、提案される競合するラスタ走査手法に比べ、複雑性が遥かに少ない。
【００３１】
ガントリシステムを有するイオンビーム走査システムの好適な実施形態において、エネルギー吸収手段はガントリシステムの回転円の接線方向に移動することが可能なアブソーバ要素を備える。この実施形態は、ガントリシステムに直接固定された、つまりイオンビームの放出ウィンドウの下流にある、エネルギー吸収手段において達成される。ガントリシステムを有するイオンビーム吸収システムのこうした実施形態においては、単一のアブソーバウェッジの代わりに、ガントリシステムの回転円の接線方向で反対方向に移動することが可能な少なくとも２つのアブソーバウェッジ、又はガントリシステムの回転円の接線方向で半径方向にずれのあるアブソーバウェッジ組立体を有するようにすることも可能である。
【００３２】
ガントリシステムを有するイオンビーム走査システムの更に好適な実施形態においては、標的体積の中央領域をガントリシステムの半径の少なくとも１／５だけアイソセンタの上流に配置し、標的体積自体がアイソセンタに存在しないようにする。こうした実施形態の利点については、すでに上で詳細に説明している。照射のインレットチャネルにおいて、健康な組織が影響を受ける照射を低く保つために、標的体積とアイソセンタとの間の光学的な間隔を設定することを重視すべきである。
【００３３】
イオン源装置と、イオン加速システムと、収束集中イオンビームのためのイオンビーム放出ウィンドウ及び走査される標的体積のための機械的なアラインメントシステムを含むイオンビーム誘導システムとを使用したイオンビーム走査の好適な方法においては、以下の方法ステップ、即ち、
イオン加速システムを、最高の透過深度を得るために必要なイオンの加速に設定するステップと、
イオンビーム強度の検出ステップと、
イオンビームの深度調節のために厚さが変更可能なエネルギー吸収手段を横方向に移動させるステップと、
標的体積の体積要素の放射イオンを所定の放射線量まで加重するステップと、
体積要素の所定の放射線量に達した時、次の上流の体積要素を照射するために、エネルギー吸収手段の横方向の移動により、イオンビームの透過深度を変更するステップと、
が実施される。
【００３４】
こうした方法の利点は、イオン加速システムでのイオンの加速を一度だけ決定し、治療段階全体で維持できることである。照射の深度調節は、照射される標的体積の上流及びイオンビーム放出ウィンドウの下流に配置されたエネルギー吸収手段のみにより実行される。エネルギー吸収手段又は深度調節器を除いて、ビームが組織に到達する前にビームの経路にその他の材料が存在しないため、吸収の全体量は深度調節器と一定である組織の深度とにより発生することになり、核の断片化は最小となり、透過深度に関係しなくなる。したがって一定のブラッグプロフィールが標的深度で達成される。従来の方法で使用されていた、ブラッグプロフィールを均一にする特別なフィルタ、更にはリップルフィルタの使用は、本発明による方法では必要なくなる。
【００３５】
深度調節のためのアブソーバウェッジの移動は、線量分布の計算モデルに従って、入射線の強度により制御される。それぞれの照射カラムの長さは、個々の画像点で区分され、ビーム、つまりビームのブラッグの最大値は、有利なことに、必要な粒子数に達した時、あるピクセル又は画像点から、次へと移行される。したがって、本発明による方法は、患者に関する可能な限りの安全性と、腫瘍組織の照射における高い精度と、上流の健康な組織への最低限の照射を提供する。
【００３６】
この方法を実施する好適な形において、アブソーバウェッジのリニア駆動のための電子制御システムは、イオン化チャンバによりビームの粒子率を測定し、それぞれの深度ステップに関して異なる可能性のある所定の粒子数に達した時、ウェッジをステップ毎に移動させ、共に接近させる。これにより標的体積の体積要素の深度差走査が達成される。好ましくは、アブソーバウェッジが移動して共に接近するステップの幅は、１０〜１００μｍである。
【００３７】
体積要素毎に測定された強度は、標的体積の走査中、１０６〜１０８吸収イオンである。標的体積は、深度調節中、患者テーブル又はガントリの一方或いは両方が他の２方向に同時に移動する点において前進的に継続して走査可能である。深度方向での標的体積の走査は常に深度調節の結果としてカラムにおいて達成されるが、こうしたカラムは、継続する前進的な走査の場合、ジグザグの形で移行可能である。
【００３８】
この方法を実施する別の好適な形において、標的体積の走査はステップ毎に行われる。こうしたステップ毎の手順は、移動する質量の差異により、異なる速度で移動が達成される時、特に有利である。
【００３９】
従って、好ましくは、標的体積の走査は、深度方向において連続的に実行し、横方向及び縦方向においてステップ毎に実行することが可能であり、或いは標的体積の走査は深度方向及び横方向において連続的に実施し、縦方向においてステップ毎に行うことができる。この方法を実施する好適な態様において、イオンビーム走査システムは、ガントリシステムを使用して操作される。このため、以下の方法ステップ、即ち
１．標的体積をアイソセンタの上流に配置するステップ、
２．ガントリシステムの半径方向上流に配置されたエネルギー吸収手段により、深度方向で体積要素を走査するステップ、
３．ガントリシステムの回転角度を変更することにより、横方向で体積要素を走査するステップ、
４．標的体積キャリヤのラスタ移動により、縦方向で体積要素を走査するステップ、
が実施される。
【００４０】
こうした方法の利点は、照射中に標的体積キャリヤ又は患者テーブルを１方向のみに移動させる必要があり、他の２方向の一方はエネルギー吸収手段による深度調節により得られ、他方はガントリシステムの回転又は前後の移動により実施されることである。
【００４１】
エネルギー吸収手段のアブソーバウェッジシステムに関しては、リニアモータを使用して比較的小さな質量が移動されるが、ガントリシステムの回転移動は相応して更に低速で達成され、患者テーブルの移動は、ガントリシステムと比較して小さな質量だがエネルギー吸収手段と比較して大きな質量であるため、これら２種類の装置の中間の慣性を有する。
【００４２】
更に好適な方法において、患者はガントリシステムが使用される時、患者テーブル上に完全に静止し、標的体積キャリヤは治療前に調整され、照射中に静止状態を維持し、イオンビームは縦方向での体積要素走査を実施するために、最後のガントリ偏向磁石により、ガントリ平面で偏向される。
【００４３】
以下、本発明の更なる利点、特徴、及び可能な応用について、実施形態に基き更に詳細に説明する。
図１は、イオン源装置（表示なし）と、イオン加速システム（表示なし）と、収束集中イオンビーム３のためのイオンビーム放出ウィンドウ２を備えるビーム誘導システム１とを備えるイオンビーム走査システムの第一の実施形態を示す図である。このイオンビーム走査システムは、走査される標的体積５のための機械的なアラインメントシステム（表示なし）を含む。
このアラインメントシステムにより、標的体積を少なくとも１つの軸線の周りで回転させ、３つの空間座標の方向に移動させることが可能となり、標的体積に対して室内の任意の望ましい選択可能な角度からイオンビームを照射することができる。こうした配置は、標的体積に対するイオンの実際の照射の前に達成される。
【００４４】
イオン加速システム（表示なし）により、最初に最大の透過深度を得るために必要なイオンの加速が設定される。このエネルギーは治療全体を通じて変化せず、イオンビームが標的体積の最深のポイントまで組織を透過できる状態を確保する。標的体積５とイオンビームの中心を横断するイオンビーム放出ウィンドウ２との間に配置され、イオンビームのエネルギーを変化させるために、イオンビームの中心を横断して矢印Ａの方向に移動可能なエネルギー吸収手段７により、最大の透過深度のブラッグの最大値は、エネルギー吸収を増加させることで低い透過深度へと移行される。この手順は、深度調節又は深度走査が発生するように継続的又はステップ毎に実施することが可能で、これらは以下では深度走査とも呼ばれる。エネルギー吸収の変化は、エネルギー吸収手段において、互いに対をなして向き合って配置されたアブソーバウェッジ１３をリニアモータ８により互いに向けて矢印Ａの方向で横に移動させることにより達成され、そのため標的体積の体積要素の深度差走査は迅速に連続して実施できる。
【００４５】
その目的で、リニアモータ８のロータ３１は空気ベアリング上に取り付けられ、圧縮空気シリンダ３２により圧縮空気が供給される。アブソーバウェッジ１３をステップ毎に共に接近させるために、モータ電流はステッパモータコントロール３５を通じて制御され、これは１つのパワーステージを有する。
【００４６】
標的体積の体積要素当たりの所定のビーム線量に到達するまで、及びリニアモータ８がアブソーバウェッジ１３を更なるステップ毎、好ましくは１０〜１００μｍ毎に、共に接近させることが可能になるまで、イオンの数を測定し合算するために、周波数が発生イオン率（イオン／秒）に比例するＴＴＬパルスを有するパルスコントロールは、イオン化チャンバ１６により、下流電圧周波数コンバータ３３を有する電流増幅器を通じて制御される。特定のＴＴＬパルス数に対応する、体積要素のために十分な線量に到達するとすぐに、パルスコントロールは、ステッパモータコントロールへの制御パルスにより、次のステップを始動する。この手順は深度走査が完了するまで繰り返される。
【００４７】
図２は、互いに相対的に移動する深度線量の重ね合わせの原理を示している。深度走査により、個々のブラッグ曲線３６〜４４は、それぞれの場合において、あるアブソーバ位置から次の位置まで、４．３ｍｍ移動される。ブラッグ曲線の高さは、対応するアブソーバ位置で標的に衝突する粒子の数により決定する。粒子数が事前に正確に計算されている場合、ブラッグ曲線の重ね合わせにより、標的体積の深度の範囲に対応する望ましい幅の広いブラッグのピークが発生する。したがって、透過の深度はｃｍ単位の横座標と共に示され、相対的な線量は％単位の縦座標と共に示される。
こうした例において、明確に分かるように、ブラッグ曲線が合算される時、標的体積は１００％の相対線量で照射され、その上の健康な組織の照射付加は６０％未満となり、その下の組織が吸収する必要があるのは２０％を大きく下回る放射線量である。Ｘ線治療と比較したイオンビーム治療の利点の範囲は、これにより明らかとなる。
【００４８】
図２は、重ね合わせの原理を明らかにするものである。実際の深度走査においては、遥かに小さな間隔を有する数千のブラッグ曲線を重ね合わせる。これにより、エネルギー吸収手段７のドライブの事実上継続的な移動が可能になり、したがって、均一な重ね合わせが確保されるため、本発明の実施形態によるイオンビーム走査システムが使用される時、従来のリップルフィルタは必要なくなる。
【００４９】
図３は、図１による実施形態を使用したカラムにおける標的体積の走査の原理を示している。こうした実施形態において、標的体積は、矢印Ｘ及びＹの方向に機械的に移動され、固定イオンビーム誘導システムのイオンビーム３は中心方向を維持する。エネルギー吸収手段による深度調節又は深度走査により、標的体積５の体積要素９はカラムにおいて、カラムの長さ又はブラッグ曲線３６〜４３の加重によるポイントでの標的体積の深度に対応する幅の広いブラッグのピークの範囲１で走査される。図３が明確に示すように、健康な組織１０は、可能な限り大きな範囲で照射を免れ、腫瘍組織は非常に多様な形状を取ることが可能であり、これは深度調節のみが、例えばｚ座標等、座標の１方向における腫瘍組織の範囲に従う必要があることを意味する。
【００５０】
図４は単一のアブソーバウェッジの形態のエネルギー吸収手段を示す斜視図である。このアブソーバウェッジは、図６に示すようなアブソーバウェッジ組立体の単一のウェッジである。このアブソーバウェッジ角度αは６〜１０°であり、この例においては８．７６５°±０．０１に設定されている。アブソーバウェッジの長さは１００〜１５０ｍｍで、この例においては１２０±０．０２ｍｍに設定されている。アブソーバウェッジの最大の厚さは１５〜３０ｍｍで、この例においては１９±０．０１ｍｍに設定されている。アブソーバエッジの平行六面体端部は、図６に示すように、アブソーバエッジを組立体に積み重ねる役割を果たす。平行六面体端部の寸法は、１５×１５ｍｍ２〜３０×３０ｍｍ２で、長さは４０〜６０ｍｍであり、この例では５０ｍｍである。この平行六面体断面は、最大のアブソーバウェッジ深度である１９ｍｍと一致し、この例では２０×２０ｍｍ２である。中央穴４４により、個々のウェッジを複数組み合わせ、図６に示すように、アブソーバウェッジ組立体を作成できる。
【００５１】
図５は、矢印Ａの方向へ移動し互いに接近することが可能で、矢印Ｂの方向へ移動して離れることが可能な２つのアブソーバウェッジ１３を有するエネルギー吸収手段の断面を示している。これら２つのアブソーバウェッジが移動して離れる時、傾いたアブソーバウェッジ表面の間に大きな間隔が生じる。収束集中イオンビーム３のため、イオンビームの領域の右側はビームの左側に比べて大きな厚さのアブソーバ材料を通過する必要があることが明らかとなる。したがって、イオンビームの断面で見られる標的体積への透過深度は異なる。これのバランスを取り、最小化するために、図６においては、５つのアブソーバウェッジ１３をそれぞれ備えるアブソーバウェッジ組立体１８を備えるエネルギー吸収手段７の断面が表示されている。明確に分かるように、収束イオンビームの右側が透過する必要のあるアブソーバ材料は、左側に比べてほとんど多くない。したがって、アブソーバウェッジ組立体１８を使用した深度調節は、図５に示すように、２つのアブソーバウェッジ１３を使用した深度調節に好適である。
【００５２】
アブソーバウェッジ１３は、好ましくは、複数のプレキシガラスウェッジで構成される。アブソーバウェッジ組立体１８として一方を他方の上におくことで、図５の２つのアブソーバウェッジ１３と同じ効果を有するが、勾配は異なる。図５に示すように、２つのアブソーバウェッジの場合、アブソーバウェッジ１３で得ることが可能な加速により、十分なアブソーバ効果を得るために、大きな勾配が必要である。図６において、大きな勾配は、小さな勾配を有する複数のアブソーバウェッジに分散している。
【００５３】
２つの厚いアブソーバウェッジ１３と比較して、互いの上に配置された複数のアブソーバウェッジ１３を有することの利点は、ビームが不可避的にアブソーバウェッジ１３において散乱することで、２つの厚いアブソーバウェッジの場合では、一部のビームがビームの別の部分よりも多くの材料を通過する。その結果、ビームの不確定なエネルギー分布が生じ、これは避けることが好ましい。このアブソーバウェッジ１３は、アルミニウムコーナピースによりリニアモータ８に固定される。ネジ固定は正確に行い、遊びは作らない。
【００５４】
アブソーバウェッジ１３の材料としてのプレキシガラスは、正確に加工可能であるという利点を有し、放射線学の観点からは、水と非常に似ている。したがって、炭素イオンビームに関して、厚さ１ｃｍのピクセルガラス層は、厚さ１．１５ｃｍの水の層と正確に同じように振る舞う。勾配の角度α＝８．７６５°を有する２×４のアブソーバウェッジが使用される時、モータによる１ｍｍの移動により、アブソーバの厚さは、１．４２ｍｍの水に相当する距離で増加する。
【００５５】
本発明によるイオンビーム走査システムは、深度調節システム及びエネルギー吸収手段７の移動性に関する高い要求を行う。エネルギー吸収手段、又は深度スキャナは、重イオンビームにより、深さ２〜１５ｃｍの一般的な寸法を有する滑らかな深度線量プロフィールを生成するべきである。この目的から、移動によりビームが通過する距離を変更することが可能なアブソーバウェッジが使用される。深度スキャナは、ビーム抽出中、正確に規定された形でアブソーバの厚さを変化させる。変化する厚さの吸収設定を通過する重イオンビームは、このプロセスにおいて重ね合わせ、合算した時、望ましい深度線量プロフィールを生成する。
【００５６】
重ね合わせにおいて、所定の設定からの逸脱が発生しないように、アブソーバウェッジの厚さのそれぞれの設定において、正確に規定された量のイオンビーム又は粒子数が標的に衝突しなくてはならない。これは、アブソーバウェッジが特定の位置に存在する期間が長すぎる時又は短すぎる時、望ましい深度線量プロフィールからの逸脱が存在することを意味する。こうした逸脱を避けるために、イオンビーム流は時間の関数として測定する必要があり、測定されたイオン数に応じて、アブソーバウェッジを高い精度及び変化するステップ速度で移動させる。
【００５７】
イオンビーム流は、特にイオン加速システム、好ましくはシンクロトロンにより加速された重イオンの場合、一定ではなく、非常に大きな変動を示すため、不均一なイオンビーム流の結果として、アブソーバウェッジ１３を非常に不規則及び場合によりは断続的に移動させる必要もある。これは、こうしたエネルギー吸収手段７の駆動及び制御システムの精度と力学に関して極めて高い要求となり、結果として、好ましくは以下のパラメータが観察される。
【００５８】
抽出期間：２〜４秒
深度線量プロフィール：２〜１５ｃｍ
最高速度：１〜２ｍ／ｓ
加速：２０〜３０ｍ／ｓ
精度：１００〜２００μｍ
【００５９】
この目的で図６に示すアブソーバウェッジ組立体が使用される。
可能な限り、測定されたイオンビーム強度との高い同時性を有するアブソーバウェッジの移動を実施するために、測定及び制御電子機器は比較的迅速に反応する必要がある。反応時間、つまり図１に示すイオン化チャンバ１６、電流増幅器３３、及びステッパモータコントロール３５の遅延時間定数の合計は、結果として１ｍｓ未満となる。
【００６０】
境界決定装置２０の力学に関する要求はこれより少ない。図７は動作不能位置にある境界決定装置を示している。この例において、境界決定装置は、６つの個別の長方形タングステンプレート４５〜５０により構成されており、これらは独立して図７に示す動作不能位置から中心に向けて移動できる。この目的から、タングステンプレート４５〜５０は、高さにおいてオフセットを付けて配置し、これらを合わせた時に互いに邪魔にならないようにする。イオンビームが腫瘍組織、又は標的体積５の境界に接近する時、図８に示す対応する境界シャッタ１９を移動させ、相対的に幅の広いイオンビームの境界を明確に決定することが可能となる。原則としては、長方形のタングステンプレートを備える３枚の高さにずれのあるシャッタにより、組織の任意の境界を決定することが可能だが、６枚のプレートは大きな多様性を提供する利点を有する。
【００６１】
図９は、空気ベアリングを有するリニアモータ８の図であり、このモータにエネルギー吸収手段７のアブソーバ組立体１８を固定することが可能である。こうしたモータは、恒久的に励起される２相リラクタンスモータであり、二つの構造単位、つまり静止ステータ５１と可動部分、つまり空気ベアリングを有するロータ５２とにより構成される。
【００６２】
ロータは少なくとも２つの磁石システム５３及び５４を備え、それぞれが一定の磁束源として永久磁石５５を有する。巻線５６の電流により、リムの磁束を制御することが可能であり、これは１つのリムにおいて磁束を増幅し、関連する他方のリムにおいて磁束を弱められることを意味する。移動方向での動的な影響は、ステータ５１とロータ５２との間のエアギャップにおける磁場のエネルギーの変化の結果である。磁石システム５３及び５４の両方の巻線が、横方向に移動するｓｉｎｏｉｄａｌ電流により操作される場合、同時性のある行動、又はそれぞれの電流の関係に関する所定の位置が得られる。ロータ要素は、直線運動が影響を受けるように、Ｘ方向に配置される。ステータ要素５１は、接着により鋼鉄の本体、成型鉱物材料、天然の硬岩、或いは軽量グラスファイバ又は中空カーボンファイバの本体に取り付けられる構造化された柔らかい鉄の細片で構成される。
【００６３】
空気静力学的空気ベアリングを得るために、それぞれのロータ５２には空気ベアリングジェットが設けられる。ロータ５２とステータ５１との間の電磁力学的効果により、空気ベアリングには大きなバイアスがかかり、動作圧力では、エアギャップは極めて一定である。摩擦及び摩耗は発生しないため、耐用年数は有利なことに原則として無制限である。潤滑剤も必要としない。これは、医療の分野での好適な使用を促進する。
【００６４】
本発明によるイオンビーム走査システムの実施形態では、リニアモータは、図１に表示するように、２つのモータが同じステータ上で矢印Ａの方向で反対方向に動くように設計された。この目的から、ステータの寸法は６４ｍｍ×６４ｍｍ×１ｍの高さで、深度スキャナには約５０ｃｍのみの長さが必要である。ステータも１．２８ｍｍの期間を有する薄膜構造を有する。モータは空気ベアリングに取り付けられ、原則として磁気浮上の形で動作する。モータの技術データは以下の通りである。
【００６５】
質量：７００ｇ
保持力：１００Ｎ
最高速度：２ｍ／ｓ
最高加速：４０ｍ／ｓ２
位置精度：１０μｍ
繰り返し精度：３μｍ
誘導精度：５μｍ
空気圧ベアリング：３．５ｂａｒ
【００６６】
有利なことに、図１の位置３５に示すステッパモータコントロール３５は、深度スキャナ又は深度調節器に適している。ステッパモータコントロール３５は、ステップコマンド又は方向コマンドを与える、ほぼ２つのＴＴＬ入力８０、８１のみで構成される単純で効果的なインタフェースを有する。ステップコマンドの場合、パワーステージのモータ電流は、第一の入力８０でのそれぞれの着信ＴＴＬパルスにより偏向され、この例において、モータは引き続き２０μｍで反対方向に動く。方向コマンドでは、第二の入力８１のレベル（ＴＴＬ）が方向、つまり互いに離れる運動又は互いに向かう運動を決定する。
【００６７】
図１に示すイオン化チャンバは、加速器により１秒毎に抽出された粒子（重イオン）の数を示す。この値は時間的な変化が大きいため、リアルタイムで測定する必要がある。この目的から、約１ｃｍの気体距離（窒素ＣＯ２混合物：８０／２０％）を有する平行板伝達イオン化チャンバが使用され、これは１６００Ｖで動作する。チャンバの放出口で測定可能な電流は、粒子エネルギーが同じ状態を維持する時、ビーム電流に比例する。加速器の通常のビーム電流では、イオン化チャンバからの電流はμＡの領域にある。
【００６８】
検出器の反応速度は、イオン化チャンバ内のイオン化検出分子（イオンコア）のドリフト時間により制限され、約１００μｓの遅延定数を有する。
【００６９】
電流増幅器ブロック３３の測定電子機器は、イオン化チャンバから電流をＴＴＬパルスの比例周波数に変換する。Ｖｏｌｔ範囲の電圧信号は電流信号から生成される。ＴＴＬパルスは、振幅周波数変換により電圧信号から生成され、このパルスの周波数は電圧に比例する。４ＭＨｚは約１０Ｖに対応する。
図１の電流増幅器３３の一定の増幅において、ＴＴＬパルスは結果的にイオン化チャンバで生成された特定の電荷に対応し、これは同様に特定の粒子数により生成される。したがって、生成されるＴＴＬパルスの数は、イオン化チャンバ１６内を飛ぶ重イオンの数に比例する。比例定数は±３％の精度で実験的に決定可能であり、これは粒子エネルギー及び増幅により変化する。
【００７０】
図１のパルスコントロールは、原則として、可変パルス率コンバータである。このコントロールシステムは、複数の領域に区分できるメモリを有する。接続したＰＣにより、照射前に、個々の領域に関する一連の数字を入力できる。数字の数は、リニアモータが深度操作に利用する位置の数に対応し、実際には、領域当たり数千の位置となる。
【００７１】
照射が開始されると、パルスコントロール３４は、測定電子機器から来るパルスをカウントし、第一の位置に関するパルス数に到達した時、それ自体がステッパモータコントロールにパルスを送る。その後、カウンタは０にリセットされ、第二の位置に関するパルス数に到達するまで、再びカウントを実施し、ＴＴＬパルスは再び送出される。この手順は、最後の位置に到達するまで繰り返される。パルスコントロールはその後、加速器に停止信号を送り、数μｓ以内にビーム抽出が終了される。
【００７２】
その後直ちに、異なる深度走査を実施するために、別の一連の数字を有する次のメモリ領域を起動できる。コンピュータ６０は、一連の数字をパルスコントロールにロードするために使用される。更に、コンピュータは、インデックスカードにより、直接ステッパモータコントロール３５を制御できる。したがって、モータは、実際の深度走査の前に、基準位置又は開始位置に自動的に移動することができる。
【００７３】
図１０は本発明の第二の実施形態を示している。深度スキャナ７０は、その構造及び動作において、図１の深度スキャナに対応している。しかしながら、この好適な応用においては、ガントリシステムが使用され、これはイオンビーム３をガントリの回転軸線２８の周りで回転させることを可能にする。深度調節器又は深度スキャナ７０により、標的体積５をカラムにおいて走査することが可能であり、ガントリシステムを数度の角度で回転させることにより、標的体積を横方向方走査できる。こうした仕組みの利点は特に、標的体積をガントリシステム２７のアイソセンタ２９の上に配置できることである。したがって、イオンビームのインレットチャネルは上流方向で分岐し、これは、標的体積５の上の領域でのイオンビームの照射が大きな体積に分散するため、患者の皮膚及び更には健康な組織が影響を受ける照射が少なくなることを意味する。図１０によるガントリシステムを使用することで、標的体積キャリヤ３０は１方向のみ、好ましくは矢印の方向Ｃにより示す、ガントリの回転軸線２８の方向にのみ移動する必要がある。
【００７４】
図１１は、図１０による実施形態における標的体積のアイソセンタの上の配置を示す図である。この図は、深度スキャナ７０を使用して、連続するカラムにおいて標的体積５が深度走査されるガントリの回転方向Ｄを明確に示している。それぞれの体積要素９に関して、イオン化チャンバ１６内のイオン数が測定され、必要であれば、境界決定装置２０により、腫瘍の境界近くで明確な境界カットオフを調整できる。更に明確に分かるように、腫瘍組織の上にある健康な組織１０の照射は、比較的大きな体積に分散し、健康な組織が影響を受ける照射の量は減少する。
【００７５】
図１０及び１１に示すシステムでは、標的体積キャリヤ３０は、標的体積全体を照射するために、縦方向に移動する必要があるが、図１２は本発明の第三の実施形態を示す図であり、ここではアイソセンタに対する標的体積のアラインメント後、標的体積を更に機械的に移動させる必要はない。図１２による実施形態においては、標的体積キャリヤの代わりとして、ガントリシステム内のイオンビーム誘導システムの偏向磁石２３、２４、及び２５により、ガントリシステムのビーム誘導平面において、イオンビームが偏向され、イオンビームは最後の偏向磁石のダイポールのギャップの方向に偏向されることから、偏向磁石の設計を改める必要がないため、偏向磁石の電流に関する大きな出費を必要としない。こうしたシステムにおいては、図１及び図１０による本発明の第一及び第二の実施形態と同じ深度スキャナ７０が使用される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第一の実施形態を示す模式図である。
【図２】  互いに相対的に移動する深度線量の重ね合わせの原理を示す図である。
【図３】  図１による実施形態を使用したカラムにおける標的体積の走査の原理を示す図である。
【図４】  単一のアブソーバウェッジの形態のエネルギー吸収手段を示す斜視図である。
【図５】  二つのアブソーバウェッジを有するエネルギー吸収手段の断面図である。
【図６】  それぞれが５つのアブソーバウェッジを備えるアブソーバウェッジ組立体を有するエネルギー吸収手段の断面図である。
【図７】  動作不能位置にある境界決定装置を示す図である。
【図８】  動作位置にある２つのシャッタを有する境界決定装置を示す図である。
【図９】  空気ベアリングを有するリニアモータの概略図である。
【図１０】  本発明の第二の実施形態の概略図である。
【図１１】  図１０による実施形態における標的体積のアイソセンタ上の配置の概略図である。
【図１２】  本発明の第三の実施形態を示す概略図である。
【符号の説明】
１    ビーム誘導システム
２    イオンビーム放出ウィンドウ
３    収束集中イオンビーム
４    アラインメントシステム
５    標的体積
６    走査システム
７    エネルギー吸収手段
８    リニアモータ
９    体積要素
１０    健康な組織
１１    腫瘍組織
１２    透過深度
１３    アブソーバウェッジ
１４    電子制御システム
１６    イオン化チャンバ
１７    イオンビームの中心
１８    アブソーバウェッジ組立体
１９    境界シャッタ
２０    境界決定装置
２１    移動可能シャッタ要素
２２    患者テーブル
２３    偏向磁石
２４    偏向磁石
２５    偏向磁石
２７    ガントリシステム
２８    ガントリ回転軸線
２９    アイソセンタ
３０    標的体積キャリヤ
３１    ロータ
３２    圧縮空気シリンダ
３３    下流電圧周波数コンバータ
３４    電子制御システム
３５    ステッパモータコントロール
３６〜４４    ブラッグ曲線
４５〜５０    タングステンプレート
５１    静止ステータ
５２    ロータ
５３    磁石システム
５４    磁石システム
５５    永久磁石
５６    巻線
６０    コンピュータ
７０    深度スキャナ
８０    ＴＴＬ入力
８１    ＴＴＬ入力
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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