多重的有效深度调制器的制作方法

专利名称:多重的有效深度调制器的制作方法
技术领域：
用于匹配一个粒子射束的有效深度的装置和方法。
本发明涉及一种在权利要求
I中给出的装置和一种在权利要求
6中给出的方法，用于匹配一种粒子射束治疗设备的一个粒子射束的有效深度。
背景技术：
总的来说一种用于治疗肿瘤疾病的医学治疗方法被称作射束治疗。在此，将高能的光子射线(X射线、Y射线)或粒子射线(电子、质子、离子)对准一个病人的待治疗的身体区域。优选将粒子射束治疗设备用于治疗肿瘤。这些粒子射束治疗设备具有的优点是，在 照射一个目标对象(靶)时，粒子射束的绝大部分能量被传到靶上，而只有很少的能量传到健康的组织上。因此可以将较高的放射剂量用于治疗病人。
利用一种加速设备产生高能的离子射线用于粒子射束治疗。加速到高能量的粒子形成一个粒子射束并紧接着对准待照射的组织。粒子侵入待照射的组织并在那里在一个限定的区域内放出其能量。粒子射束的侵入深度尤其取决于粒子射束的能量。粒子射束的能量越高，粒子侵入待照射的组织越深。与利用X射束和电子射束工作的传统的放射方法相t匕，该粒子射束治疗的特征在于，粒子的能量在一个限定的和可界定的区域内放出。借此可以更精确地对例如一个肿瘤进行照射并且可以更好地保护周围的组织。
为了能够针对性地控制一个目标体积或肿瘤的各个体积单元并且能够为体积单元优化地匹配一个射束剂量，开发了一种用于粒子射束的网格扫描装置。利用该网格扫描装置将目标体积分为一些相同微粒有效深度的层并且网格形地经由各个层引导一个由粒子构成的细的、强度受控的铅笔射束。因此与通过一个粒子加速器的有效的能量变化一起，可以在每一任意的目标体积的三个维度中达到一个准确的照明。但在不变地预定粒子射束的动能情况下，一种精确的3D剂量使用只有在目标体积的位置在时间上不改变时才会出现。在头部的区域内这可以借助单个制成的头部面具通过固定达到。但在内部的器官中这是不可能的，这些器官例如由于呼吸而运动，像例如肺或在胸腔区域内的器官。例如在胸部区域内目标体积的运动特别是有问题的，因为在一根肋骨的阴影区域内的目标体积可能运动。
由现有技术已知一些用于匹配粒子射束的有效深度的侵入深度的装置，该侵入深度亦即优选在目标体积运动时，在照射的组织中的布喇格氏(Bragg)最大值的位置。在此，布喇格氏最大值说明最大的能量损失继而也说明最大的伤害。而借助网格扫描磁铁的快速的控制可以补偿沿射束方向看目标体积的侧向位移，但沿射束方向的位移需要粒子的比能量的快速匹配继而在组织的深度中的布喇格氏最大值的位置的快速匹配。
这借助一种所谓有效深度调制来达到。一个高能量的细的粒子射束，如它有些由一个同步加速器或一个回旋加速器提供，在通过一块同质材料时遭受无疑地确定的能量损失。通过改变这种无源的有效深度调制器的厚度(有效深度调制器也称为“范围移动器(Range shifter)”),可以调节粒子的起始速度继而调节其在组织中的有效深度。通过有效深度调制器的一个楔形的、阶梯形的或弯曲的结构达到厚度的变化。
由文件DE 199 07 098 Al已知一种这样的解决方案。在那里描述的设置中，有效深度调制器包括一个双楔系统，其中两个安装在每个直线电机上的有机玻璃楔装置(包括多个楔)通过改变其相互相对位置继而改变在各楔的重叠区域内的材料厚度来调制射束能量和射束有效深度。
在检测目标体积的侧向位移时，需要一个比在目标体积的纵向位移时更大的重叠区域(约20X20cm2)。这可以通过使用更大尺寸的双楔系统达到。双楔系统的重量在这样的尺寸时可能限制调制速度继而限制最大的扫描速度。

发明内容
本发明的任务是克服这些缺点并且给出一种改进的用于匹配一种粒子射束治疗设备的粒子射束的有效深度的装置。按照本发明，所提出的任务利用独立权利要求
I的用于匹配一种粒子射束治疗设备的一个粒子射束的有效深度的装置、独立权利要求
5的粒子射束治疗设备和独立权利要求
6的用于匹配一种粒子射束治疗设备的一个粒子射束的有效深度的方法得以解决。
本发明要求一种用于匹配一种粒子射束治疗设备的一个粒子射束的有效深度的装置。粒子射束治疗设备包括至少两个接连设置的有效深度匹配机构，在这些有效深度匹配机构中，粒子射束在横穿时遭受能量损失。对此有利的是，可以由此更快和更精确地匹配一个粒子射束的有效深度。
优选的是，在粒子射束治疗设备中，有效深度匹配机构可以设置在一个最后的偏转磁铁之后。
在本发明的另一种有利的设计方案中，有效深度匹配机构可以这样可调制，以致能量损失可变地可调节。这在目标体积运动时能够实现粒子射束能量的一种可计划的沉积。
优选的是，有效深度匹配机构可以具有交错可移动的不同的楔形的吸收元件。借此有可能通过改变各楔形的吸收元件的相对位置继而改变在重叠区域内的材料厚度来改变粒子射束能量和粒子射束有效深度。
本发明还给出一种粒子射束治疗设备，它包括一个按照本发明的用于匹配一个粒子射束的有效深度的装置。该粒子射束治疗设备以此在一种射束治疗的范围内能够实现对运动的目标体积的一种快速和精确的照射。
本发明还要求一种用于匹配一种粒子射束治疗设备的一个粒子射束的有效深度的方法，其方式为，通过至少两个接连设置的有效深度匹配机构改变一个粒子射束的有效深度。
在本发明的另一种有利的设计方案中，可以这样调制有效深度匹配机构，以致可变的能量损失是可调节的。
在一种特别的实施形式中，可以交错地移动有效深度匹配机构(11、12)的各不同的楔形的吸收元件。

[0020]本发明的其他的特征和优点由下面借助一个示意的附图针对一个实施例的说明
变得明显。
具体实施方式
附图示出按照本发明的装置的一个示例性的实施形式的详图。在产生和加速一个粒子射束I以后，通过一些磁铁系统2按尺寸匹配其横截面。通过一个开关单元3确保可以随时将粒子射束I关断。紧接着粒子射束I进入一个射束头4，也称为“喷嘴”。射束头4包括两个偏转磁铁5、一个使粒子射束I聚焦的四极磁铁6、一个调整粒子射束I的能量的调节系统7、一个用于匹配射束形状的准直仪单元8以及一个用于监控放出的射束剂量的检测系统9。紧接着粒子射束I经由一个发射窗10离开射束头4。通过一个形式为一个第一楔形的吸收元件11的第一有效深度吸收元件和一个形式为一个楔形的吸收元件12的第 二有效深度吸收元件，布喇格氏最大值从最大的侵入深度通过渐增的能量吸收移到较小的侵入深度，第一有效深度吸收元件和第二有效深度吸收元件在粒子射束通路中设置在发射窗10与目标体积16之间并且横向于用于改变例子粒子射束能量的粒子射束中心沿箭头方向A和B可移动。能量吸收的改变由此达到，即在两个楔形的吸收元件11或12中分别经由自己的未示出的驱动电机相互相向或彼此远离地移动分别成对对置的吸收楔13或14，从而可按快速顺序实施对目标体积16的各体积单元的一种在深度上分级的扫描。在一个电离室15中对粒子数量进行测量并且对其进行求和，直至达到一个预定的粒子射束剂量。这样在其有效深度内匹配的粒子射束最终射中目标体积16。
为了使调制速度最大化和优化调制精度，使用多个有效深度匹配机构，其累积的调制得出粒子射束的有效深度的期望的匹配。各有效深度匹配机构不必一定强制地在方法上是相同的或完全相同的。特别有意义的是，针对性地改变有效深度匹配机构的技术特性，以便匹配调制速度、调制精度、散射特性和/或重叠区域的尺寸。如果采用例如分别包括具有相反的吸收楔的有效深度匹配机构，则一个有效深度匹配机构应该优选具有一个几厘米(例如4cm)的最大有效深度调制,相反另一有效深度匹配机构只具有一个更小的最大有效深度调制(例如1cm)。由此第二有效深度匹配机构的吸收材料的质量决定性地减小，从而能够实现深度调制的一种更快的匹配。于是在如此组合的有效深度匹配机构中，利用第一有效深度匹配机构实施大的有效深度匹配，相反更快地利用第二有效深度匹配机构实施小的有效深度匹配。
在此一种有利的实施形式也可以包括，在跟踪期间两个系统相对相反地移动以便阻止较薄的有效深度匹配机构达到最大值并且必须中断照射。这意味着，薄的系统连续地调制有效深度，但同时也考虑一个第二运动分量，它与较厚的有效深度匹配机构的较慢的运动相反地延伸。在此目的是，较薄的有效深度匹配机构总是围绕其有效深度调制的中位运行。
此外有利的可以是，如此组合多个有效深度匹配机构，以致每个系统都避免方向变换，它们属于最大的要求(例如直线电动机每次随着完全的加速的制动、停止、后退)，但在放射治疗中定期地发生。在多个有效深度匹配机构的组合中，如果一个第二有效深度匹配机构具有实施所要求的有效深度改变的余地，可以考虑和接受一个有效深度匹配机构的耗时的定位手段。[0025]附图标记清单
I粒子射束
2磁铁系统
3开关单元
4射束头
5偏转磁铁
6四极磁铁
7调节系统
8准直仪单元
9检测系统
10发射窗
11第一楔形的吸收元件
12第二楔形的吸收元件
13第一楔形吸收元件的吸收楔
14第二楔形吸收元件的吸收楔
15电离室
16目标体积
权利要求
1.用于匹配一种粒子射束治疗设备的粒子射束(I)的有效深度的装置，其特征在于，具有至少两个接连设置的有效深度匹配机构(11、12)，在这些有效深度匹配机构中，粒子射束(I)在横穿时遭受能量损失。
2.按照权利要求
I所述的装置，其特征在于，所述有效深度匹配机构(11、12)设置在一个最后的偏转磁铁(5 )之后。
3.按照权利要求
I所述的装置，其特征在于，所述有效深度匹配机构(11、12)这样可调制，以致能量损失是可变地可调节的。
4.按照上述权利要求
之一所述的装置，其特征在于，所述有效深度匹配机构(11、12)具有交错可移动的不同的楔形的吸收元件。
5.具有按照上述权利要求
之一所述的装置的粒子射束治疗设备。
6.用于匹配一种粒子射束治疗设备的粒子射束(I)的有效深度的方法，其特征在于，通过至少两个接连设置的有效深度匹配机构(11、12 )改变粒子射束的有效深度。
7.按照权利要求
6所述的方法，其特征在于，这样调制有效深度匹配机构(11、12)，以致可变的能量损失是可调节的。
8.按照权利要求
6或7所述的方法，其特征在于，交错地移动所述有效深度匹配机构(11、12)的各不同的楔形的吸收元件。
专利摘要
一种多重的有效深度调制器。本发明涉及用于匹配一种粒子射束治疗设备的粒子射束(1)的有效深度的装置和方法。该粒子射束治疗设备包括至少两个接连设置的有效深度匹配机构(11、12)，在这些有效深度匹配机构中，粒子射束(1)在横穿时遭受能量损失。对此有利的是，可以由此更快和更精确地匹配一个粒子射束(1)的有效深度。
文档编号G21K1/10GKCN102793978SQ201210161917
公开日2012年11月28日 申请日期2012年5月23日
发明者C·贝尔特, E·里策尔, N·塞图 申请人:Gsi重离子研究亥姆霍茨中心有限公司