DE4411171A1

DE4411171A1 - Compact charged-particle accelerator for tumour therapy

Info

Publication number: DE4411171A1
Application number: DE19944411171
Authority: DE
Inventors: Frank Dipl Phys Dr Anton
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1994-03-30
Filing date: 1994-03-30
Publication date: 1995-10-05

Abstract

Appts. to direct a beam of charged particles from a source (11) through an inlet guide (12,13,14) and an accelerator (5,6,7) arranged around the axis (2) of the source beam, and to which an exit guide (8,10) is fixed, into a target zone (4), where the accelerator can be rotated about the axis (2) of the source beam (2) and the path of the accelerated beam (3) intersects the axis of the source beam (2).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bereitstellung Bereitstellung eines Strahls aus geladenen Teilchen, der eine Achse auf einer diese schneidenden Zielgeraden anfliegt, sowie die Verwendung dieser Vorrichtung.The invention relates to a device for providing Providing a beam of charged particles which is a Axis flies on a straight line that intersects this, as well as the use of this device.

Die Erfindung bezieht sich dabei insbesondere auf Vorrichtun gen, die zur Bestrahlung eines lebenden Gewebes mit einem Strahl aus geladenen Teilchen, insbesondere Protonen, Einsatz finden. Im besonderen bezieht sich die Erfindung auf Vorrich tungen, die es erlauben, einen Strahl zur Behandlung eines Gewebes aus einer Vielzahl vorgebbarer Richtungen auf das Ge webe zu richten, wobei insbesondere die Vielzahl von Richtun gen einen bezüglich einer Achse azimutalen Winkelbereich de finieren und wobei die Richtung, aus der der Strahl auf das Gewebe zufliegt, variiert wird durch Schwenken der Vorrich tung um die Achse.The invention relates in particular to devices gene for the irradiation of a living tissue with a Beam of charged particles, especially protons, use Find. In particular, the invention relates to Vorrich that allow a beam to be used to treat a Fabric from a variety of predeterminable directions on the Ge webe to judge, in particular the multitude of direc an angular range de with respect to an axis and where the direction from which the beam is directed to the Tissue flies, is varied by swiveling the device tion around the axis.

Eine derartige Vorrichtung kann insbesondere der Therapie, beispielsweise der Tumor-Therapie, dienen.Such a device can be used in particular for therapy, for example, tumor therapy.

Eine Vorrichtung zur Behandlung eines Gewebes mit einem Strahl von Neutronen, welcher innerhalb eines azimutalen Win kelbereichs um eine Achse schwenkbar ist, wobei das mit dem Strahl zu behandelnde Gewebe in der Nähe der Achse positio niert wird, geht hervor aus dem US-Patent 4,112,306. Die Vor richtung umfaßt ein Zyklotron zur Bereitstellung eines Strahls von Protonen, welches neben der Achse angeordnet ist und sich auf einem Gestell befindet, welches ein Verschwenken des Zyklotrons um die Achse innerhalb des Winkelbereichs er laubt. Zur Erzeugung des Strahls von Neutronen wird der Strahl von Protonen nach Auslenkung aus dem Zyklotron auf ein entsprechendes Target, aus dem die Protonen Neutronen frei setzen, gerichtet.A device for treating a tissue with a Beam of neutrons, which is within an azimuthal win kelbereich is pivotable about an axis, which with the Tissue to be treated near the positio axis is disclosed in U.S. Patent 4,112,306. The before direction includes a cyclotron for providing a Beam of protons, which is located next to the axis and is on a frame that pivots of the cyclotron around the axis within the angular range leaves. To generate the beam of neutrons, the Beam of protons after deflection from the cyclotron onto a corresponding target from which the protons release neutrons put, directed.

Ein System zur Behandlung von Geweben mittels Protonen, um fassend einen Ringbeschleuniger, insbesondere ein Syn chrotron, sowie eine Mehrzahl von Vorrichtungen, deren jede eingerichtet ist zur Bereitstellung eines Protonenstrahls auf einer das Gewebe durchquerenden Zielgerade, welche um eine zugehörige Achse schwenkbar ist, geht hervor aus dem US-Pa tent 4,870,287. Jeder Vorrichtung zur Bereitstellung eines Protonenstrahls auf einer Zielgeraden wird der Protonenstrahl entlang der zugehörigen Achse zugeführt und mittels einer um die Achse schwenkbaren Anordnung aus drei Magneten, deren je der den Strahl um 90° umlenkt, auf die Zielgerade und zu dem zu behandelnden Gewebe geführt.A system for treating tissues using protons to summarizing a ring accelerator, especially a syn chrotron, and a plurality of devices, each of which is set up to provide a proton beam a straight line crossing the fabric, which is one associated axis is pivotable, emerges from the US Pa tent 4,870,287. Any device to provide a The proton beam becomes the proton beam on a home straight fed along the associated axis and by means of a the axis swiveling arrangement of three magnets, each of which which deflects the beam by 90 °, to the home straight and to that led to treated tissue.

Aus dem US-Patent 4,812,658 geht eine andere Ausgestaltung zur Bereitstellung eines Strahls auf einer ein Gewebe durch querenden Zielgeraden hervor. Bei dieser Vorrichtung wird der Strahl ebenfalls entlang der Achse zugeführt. Mittels zweier Umlenkungen um jeweils 45° wird der Strahl in eine die Ziel gerade enthaltende und senkrecht zur Achse ausgerichtete Ebene hineingeführt und innerhalb dieser Ebene mit einer Um lenkung um insgesamt 270° auf die Zielgerade geführt. Die Vorrichtung ist ebenfalls um die Achse schwenkbar.Another embodiment is derived from US Pat. No. 4,812,658 to provide a beam through a tissue crossing straight line. In this device the Beam also fed along the axis. By means of two The beam is deflected by 45 ° into a target straight containing and aligned perpendicular to the axis Level and within this level with an order steered by a total of 270 ° to the home straight. The The device can also be pivoted about the axis.

Die FR 2 153 575 A1, die ein Zusatzzertifikat für ein Patent betrifft, zeigt ebenfalls eine Vorrichtung zur Bereitstellung eines Strahls auf einer Zielgeraden, bei der der entlang ei ner Achse senkrecht zur Zielgeraden zugeführte Strahl stets innerhalb einer die Achse und die Zielgerade enthaltenden Ebene bleibt und unter Umlenkung um insgesamt 270° auf die Zielgerade geführt wird. Die GB 2 077 486 A zeigt eine Ma gnetanordnung, die eine Ablenkung eines Strahls um insgesamt 270° erlaubt und womöglich in einer Vorrichtung gemäß einem der beiden vorgenannten Dokumente Einsatz finden könnte. FR 2 153 575 A1, which is an additional certificate for a patent relates also shows a device for providing of a ray on a home straight, where the along ei beam always fed to the axis perpendicular to the home straight within a line containing the axis and the home straight Plane remains and deflected by a total of 270 ° on the Home stretch is led. GB 2 077 486 A shows a Ma gnet arrangement that deflects a beam by a total 270 ° allowed and possibly in a device according to one of the two aforementioned documents could be used.

Zu erwähnen ist, daß jede Vorrichtung des Standes der Tech nik, die um eine Achse drehbar ist und der Bereitstellung ei nes Strahls auf einer die Achse schneidenden Zielgeraden dient, zumindest hinsichtlich der Anordnung ihrer Magnete ei ne ausgeprägte Unsymmetrie bezüglich der Achse aufweist, was allerdings unvermeidlich ist. Jede Vorrichtung erfordert da her das Vorsehen großer Gegengewichte, um ein weitgehend kräfte- und momentenfreies Drehen um die Achse zu ermögli chen.It should be noted that any device of the prior art nik, which is rotatable about an axis and the egg beam on a home straight crossing the axis serves, at least with regard to the arrangement of their magnets egg ne pronounced asymmetry with respect to the axis, what however, is inevitable. Every device requires there forth the provision of large counterweights to a large extent Force and torque free turning around the axis chen.

Von dem als Sonderfall einzustufenden Gegenstand des US-Pa tents 4,112,306 abgesehen, erfolgt stets eine Erzeugung eines Strahls von Teilchen zur Behandlung eines Gewebes in einem Teilchenbeschleuniger, der eindeutig baulich getrennt ist von Vorrichtungen, die der unmittelbaren Zustellung des Strahls zu dem zu behandelnden Gewebe dienen. Der Gegenstand des US- Patentes 4,112,306 bezieht sich auf eine Anwendung, die einen Strahl von vergleichsweise geringer Energie bis zu etwa 30 MeV erfordert und dementsprechend mit einem relativ kleinen und kompakten Teilchenbeschleuniger auskommt. Jedwede Anwen dung, die einen Teilchenstrahl von bedeutend höherer Energie erfordert, wie dies insbesondere für die Tumor-Therapie mit einem Protonenstrahl erforderlich ist, erforderte allerdings eine wesentliche Vergrößerung der Abmessungen des gemäß dem US-Patent 4,112,306 verwendeten Zyklotrons und damit eine be deutende Gewichtserhöhung, was dementsprechend, nicht zuletzt in Ansehung der erheblichen Unsymmetrie der Vorrichtung, eine Ertüchtigung für höhere Energien ausschließt.From the subject of US Pa apart from tents 4,112,306, a Beam of particles for treating a tissue in one Particle accelerator that is clearly structurally separate from Devices for the immediate delivery of the beam serve to the tissue to be treated. The subject of the US Patent 4,112,306 relates to an application that has a Comparatively low energy beam up to about 30 MeV requires and accordingly with a relatively small and compact particle accelerator. Anyone a particle beam of significantly higher energy requires, like this especially for using tumor therapy a proton beam is required, however a substantial increase in the dimensions of the according U.S. Patent 4,112,306 used cyclotrons and thus a be significant increase in weight, which is not least considering the considerable asymmetry of the device, a Excludes training for higher energies.

Aufgabe der Erfindung ist die Angabe einer Vorrichtung zur Bereitstellung eines Strahls aus geladenen Teilchen, der eine Achse einer diese schneidenden Zielgeraden anfliegt, welche besonders kompakt und, im Hinblick auf die Verteilung der Masse um die Achse, möglichst ausbalanciert ist und dem entsprechend insbesondere bei horizontaler Ausrichtung der Achse ohne aufwendige Maßnahmen zur Ausbalancierung auskommt. The object of the invention is to provide a device for Providing a beam of charged particles which is a Axis of one of these intersecting home straight lines, which particularly compact and, in terms of the distribution of the Mass around the axis, as balanced as possible and that accordingly, especially when the Axis does not require complex balancing measures.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist gegeben durch eine Vorrichtung zur Bereitstellung eines Strahls aus gelade nen Teilchen, der eine Achse auf einer diese schneidenden Zielgeraden anfliegt, mit einem die Achse umringenden und um diese innerhalb eines Winkelbereichs drehbaren Ringbeschleu niger zur Beschleunigung des Strahls, einer mit dem Ringbe schleuniger starr gekoppelten Extraktionseinrichtung zur Ex traktion und Ablenkung des Strahls auf die Zielgerade, einer Quelle für den Strahl und einer Injektionseinrichtung zur In jektion des Strahls in den Ringbeschleuniger.The achievement of this task is given by a device for providing a beam from loaded a particle that has an axis on an intersecting one Flying straight ahead with one around and around the axis these ring fittings can be rotated within an angular range niger to accelerate the beam, one with the ring accelerator rigidly coupled extraction device to the Ex traction and deflection of the beam onto the home straight, one Source for the jet and an injection device for the In injection of the beam into the ring accelerator.

Ein wesentliches Merkmal ist, daß die bisher übliche strenge Trennung zwischen dem Beschleuniger für den Strahl und der Vorrichtung zur Bereitstellung des Strahls auf der Zielgera den aufgegeben und eine Vorrichtung geschaffen wird, die den Beschleuniger als integralen Bestandteil enthält, wobei der Beschleuniger ein Ringbeschleuniger ist, welcher die Achse umringt. Bei dieser Vorrichtung kann jedwede wesentliche Un wucht aufgrund einer unregelmäßigen Massenverteilung um die Achse durch entsprechende Anordnung des Beschleunigers, der zum überwiegenden Teil zur Masse der Vorrichtung beiträgt, vermieden werden; Unwuchten können allenfalls verursacht wer den von der Injektionseinrichtung und der Extraktionseinrich tung, und solche Unwuchten sind durch entsprechende Ausge staltung und Anordnung dieser Einrichtungen in engen Grenzen zu halten.An essential feature is that the hitherto usual strict Separation between the accelerator for the beam and the Device for providing the beam on the target device the abandoned and a device is created that the Includes accelerator as an integral part, the Accelerator is a ring accelerator, which is the axis surrounded. With this device any essential un due to an irregular mass distribution Axis by appropriate arrangement of the accelerator, the contributes predominantly to the mass of the device, be avoided; At most, unbalance can be caused that of the injection device and the extraction device tion, and such imbalances are by appropriate Ausge Design and arrangement of these facilities within narrow limits to keep.

Der Beschleuniger ist ein Ringbeschleuniger, d. h. ein Be schleuniger, in dem der zu beschleunigende Strahl im wesent lichen auf einer ringförmigen, also geschlossenen Bahn ge führt wird, so daß eine Extraktion und Führung des Strahls auf eine in den Ringbeschleuniger nach Art einer Sehne ge legte Strecke, die Teil der Zielgeraden ist, möglich ist.The accelerator is a ring accelerator, i. H. a Be accelerator in which the beam to be accelerated essentially Lichen on an annular, so closed path leads, so that extraction and guidance of the beam on a ge in the ring accelerator like a tendon distance that is part of the home straight is possible.

Bevorzugtermaßen liegt der Ringbeschleuniger etwa in einer zu der Achse senkrechten Ebene und kann somit weitgehend frei von Kippkräften um die Achse gedreht werden. The ring accelerator is preferably approximately in one the axis vertical plane and can thus be largely free can be rotated about the axis by tilting forces.

Der Ringbeschleuniger ist bevorzugtermaßen ein Synchrotron und damit besonders qualifiziert zur Bereitstellung eines Strahls von Protonen oder anderen Teilchen mit kinetischen Energien, die dem Einsatz für die Tumor-Therapie besonders angemessen sind.The ring accelerator is preferably a synchrotron and therefore particularly qualified to provide one Beam of protons or other particles with kinetic Energies that are particularly used for tumor therapy are appropriate.

Bevorzugtermaßen ist die Achse etwa horizontal ausgerichtet, wobei mit weiterem Vorteil, wie bereits ausgeführt, der Ring beschleuniger etwa in einer zu der Achse senkrechten Ebene liegt. Damit wird die Anwendung der Vorrichtung für die in üblicher Weise, bei liegendem Patienten, durchgeführte Tumor- Therapie erschlossen.The axis is preferably oriented approximately horizontally, with a further advantage, as already stated, the ring accelerator approximately in a plane perpendicular to the axis lies. So that the application of the device for in in the usual way, with the patient lying down, Therapy opened up.

Weiterhin bevorzugt weist die Vorrichtung unbeschadet ander weitiger Ausgestaltung eine Halteeinrichtung für ein mit dem entlang der Zielgeraden fliegenden Strahl zu behandelndes Ge webe auf, welche mit weiterem Vorzug so eingerichtet und/oder angeordnet ist, daß die Zielgerade zur Behandlung des Gewebes schwenkbar ist, indem der Ringbeschleuniger um die Achse ge dreht wird. Vorteilhafterweise ist die Halteeinrichtung dabei so angeordnet, daß ein Schnittpunkt der Achse mit der Zielge raden innerhalb des Gewebes zu liegen kommt. Auf diese Weise ist bei der Behandlung des Gewebes ein Verschwenken der Ziel geraden um einen beliebig großen Winkelbereich, insbesondere um einen vollen Winkel, möglich.Furthermore, the device preferably points to another without being damaged more extensive configuration a holding device for with Ge to be treated flying along the home straight weave on, which with further preference set up and / or is arranged that the home stretch to treat the tissue is pivotable by the ring accelerator ge about the axis is turning. The holding device is advantageously included arranged so that an intersection of the axis with the Zielge straight comes to lie within the tissue. In this way is a pivoting of the target in the treatment of the tissue straight through an arbitrarily large angular range, in particular by a full angle, possible.

Die um eine Halteeinrichtung ertüchtigte Vorrichtung, bei der die Zielgerade zur Behandlung des Gewebes schwenkbar ist durch Drehen des Ringbeschleunigers um die Achse, ist mit weiterem Vorzug so ausgestaltet, daß die Halteeinrichtung synchron mit dem Ringbeschleuniger um die Achse drehbar ist, wobei eine der Halteeinrichtung zugeordnete Hauptebene stets horizontal ausgerichtet bleibt. Diese Weiterbildung ist von Bedeutung insbesondere für die Tumor-Therapie, da zu diesem Zweck in der Halteeinrichtung stets eine in einer horizontal orientierten Hauptebene ausgerichtete Liege erforderlich ist, auf der der zu behandelnde Patient liegen kann und liegen bleibt auch dann, wenn die Vorrichtung geschwenkt wird. Die Möglichkeit der simultanen Drehung der Halteeinrichtung mit dem Ringbeschleuniger erlaubt es, die Halteeinrichtung ab seits von der Achse zu positionieren, was aufgrund der damit verbundenen Möglichkeit der in gewissen Grenzen freien Wahl des Ortes auf der Zielgeraden, an dem das zu behandelnde Ge webe postiert wird, von Bedeutung ist. Diese weitgehend freie Wahl des Ortes erlaubt es, auf bestimmte Eigenschaften des Strahls, beispielsweise seine Fokussierung, Rücksicht zu neh men und/oder Platz zu schaffen für Einrichtungen, mit denen der Strahl beeinflußt wird, bevor er das zu behandelnde Ge webe erreicht. Eine derartige Einrichtung könnte, wie bereits anhand des Standes der Technik erwähnt, ein Target zur Erzeu gung eines Neutronenstrahls, mit dem dann das Gewebe behan delt wird, sein. Auch sind Kollimatoren und Absorber in viel fältigen Ausgestaltungen denkbar. Die weitgehend freie Wahl der Zielgeraden durch Drehung des Ringbeschleunigers bleibt erhalten, da aufgrund der Drehung der Halteeinrichtung syn chron mit dem Ringbeschleuniger die gegenseitige Orientierung erhalten bleibt.The device strengthened by a holding device, in which the home straight for the treatment of the tissue is pivotable by rotating the ring accelerator around the axis, with further preference designed so that the holding device can be rotated around the axis in synchronism with the ring accelerator, one main plane assigned to the holding device always remains horizontally aligned. This training is from Significance especially for tumor therapy because of this Purpose in the holding device always one in a horizontal orientated couch is required on which the patient to be treated can lie and lie remains even when the device is pivoted. The Possibility of simultaneous rotation of the holding device with the ring accelerator allows the holding device to be removed on the part of the axis, which is due to the connected possibility of free choice within certain limits the location on the home stretch where the Ge to be treated webe is important. This largely free The choice of location allows certain properties of the Beam, for example his focus, consideration and / or create space for facilities with which the beam is affected before the Ge to be treated webe reached. Such a facility could, as already mentioned on the basis of the prior art, a target for generation a neutron beam, which is then used to cover the tissue delt will be. Also collimators and absorbers are in a lot complex configurations conceivable. The largely free choice the home stretch remains by rotating the ring accelerator received, because of the rotation of the holding device syn chron the mutual orientation with the ring accelerator preserved.

Eine außerdem bevorzugte Weiterbildung der Vorrichtung ist gekennzeichnet dadurch, daß die Extraktionseinrichtung ein schaltbares Element aufweist, durch welches der Strahl wahl weise auf die Zielgerade oder auf eine andere Gerade führbar ist, wobei die andere Gerade durch entsprechende Drehung des Ringbeschleunigers mit einer raumfesten externen Bahn zur Deckung bringbar ist. Diese Ausgestaltung ermöglicht es da her, den Ringbeschleuniger wahlweise analog zu einem raumfe sten Ringbeschleuniger zu betreiben, wobei der Strahl auf ei ne raumfeste externe Bahn gebracht wird. Damit wird die Er tüchtigung der Vorrichtung um weitere Einrichtungen, an denen ein Strahl von Teilchen benötigt werden kann, ermöglicht. Dies ist nicht zuletzt angesichts der recht hohen Investitio nen, die zur Realisierung einer Anlage zur Therapie mittels eines Strahls von Teilchen erforderlich sind, von hoher Be deutung. Another preferred development of the device is characterized in that the extraction device has switchable element through which the beam choice can be guided to the finish line or to another straight line is, the other straight line by appropriate rotation of the Ring accelerator with a fixed external track Cover is feasible. This configuration makes it possible forth, the ring accelerator optionally analogous to a room Most ring accelerator to operate, with the beam on egg ne fixed external web is brought. So that he Upgrading the device to other facilities at which a beam of particles may be needed. This is not least in view of the rather high investment nen to implement a system for therapy by means of a beam of particles are required, of high loading interpretation.

Zur Führung des Strahls auf der externen Bahn hat die Vor richtung vorteilhafterweise ein raumfestes Strahlführungssy stem, welches beispielsweise aus einem Strahlrohr zur Führung des Strahls im Vakuum und einem Ablenkmagneten besteht.For guiding the beam on the external path, the plan direction advantageously a spatially fixed beam guidance system stem, which, for example, from a jet pipe for guidance of the beam in a vacuum and a deflecting magnet.

Für die Anordnung der Quelle für den Strahl und der Injekti onseinrichtung zur Injektion des Strahls in den Ringbeschleu niger gibt es mehrere Möglichkeiten, nicht zuletzt deshalb, weil der von der Quelle bereitgestellte und von der Injekti onseinrichtung zu dem Ringbeschleuniger zu führende Strahl regelmäßig eine nur geringe kinetische Energie aufweist, die üblicherweise unter einem MeV liegt. Dementsprechend sind die in der Regel sowohl in der Quelle als auch in der Injektions einrichtung erforderlichen Magnetsysteme im Vergleich zu den Magnetsystemen des Ringbeschleunigers relativ klein und leicht und stellen im Hinblick auf die Ausbalancierung des Ringbeschleunigers kein wesentliches Problem dar. Daher ist es möglich, die Quelle und die Injektionseinrichtung mit dem Ringbeschleuniger starr zu koppeln, was bedeutet, daß die Quelle und die Injektionseinrichtung synchron mit dem Ringbe schleuniger gedreht werden. Diese Ausgestaltung ist insbeson dere bei kompakten und keine beweglichen Bestandteile aufwei senden Quellen und Injektionseinrichtungen von besonderer Be deutung.For the arrangement of the source for the beam and the injecti ons device for injecting the beam into the ring fitting There are several options, not least because because the source and the injecti onseinrichtung leading to the ring accelerator beam regularly has a low kinetic energy that is usually below a MeV. Accordingly, they are usually both in the source and in the injection required magnet systems compared to the Magnetic systems of the ring accelerator are relatively small and light and pose in terms of balancing the Ring accelerator is not a major problem. Therefore it is possible to use the source and the injection device with the Coupling the ring accelerator rigidly, which means that the Source and the injection device in sync with the Ringbe be accelerated. This configuration is in particular with compact and no moving parts send sources and injection devices of special Be interpretation.

Sofern es gewünscht ist, die Quelle in der Vorrichtung raum fest zu positionieren, kann problemlos eine Injektionsein richtung bereitgestellt werden, die zumindest teilweise syn chron mit dem Ringbeschleuniger beweglich ist und den Strahl von der Quelle zu dem drehbaren Ringbeschleuniger schafft. Hierbei wird die Quelle vorteilhafterweise so positioniert, daß der von ihr erzeugte Strahl auf der Achse liegt; er kann dann mit Anordnungen kleiner und leichter Magnete nach Art der aus dem Stand der Technik zur Bereitstellung von Strahlen zur Therapie bekannten, um die Achse drehbaren Anordnungen dem Ringbeschleuniger zugestellt und in diesen injiziert wer den. If desired, the source in the device space an injection can easily be positioned direction are provided that are at least partially syn chron is movable with the ring accelerator and the beam from the source to the rotatable ring accelerator. Here, the source is advantageously positioned so that the beam it generates is on the axis; he can then with arrangements of small and light magnets according to Art that of the prior art for providing rays arrangements known for therapy, rotatable about the axis delivered to the ring accelerator and injected into it the.

Mit besonderem Vorzug ist der Ringbeschleuniger eingerichtet zur Beschleunigung eines Strahls von Protonen auf eine kine tische Energie zwischen 50 MeV und 1000 MeV, vorzugsweise zwischen 100 MeV und 500 MeV, insbesondere von etwa 200 MeV. Ein Strahl von Protonen mit einer derartigen kinetischen Energie ist für die Therapie von Tumoren, die im Inneren ei nes Gewebes liegen, von besonderem Nutzen.The ring accelerator is set up with particular preference to accelerate a beam of protons onto a kine table energy between 50 MeV and 1000 MeV, preferably between 100 MeV and 500 MeV, especially around 200 MeV. A beam of protons with such a kinetic Energy is for the therapy of tumors that egg inside nes fabric, of particular use.

Die Vorrichtung jedweder Ausgestaltung findet bevorzugter maßen Verwendung zur Bereitstellung des Strahls zur Einbrin gung von Energie in eine Zielregion im Inneren eines in die Vorrichtung eingebrachten Gewebes, wobei der Strahl entlang der Zielgeraden auf die Zielregion gerichtet und die Zielge rade durch Drehen des Ringbeschleuniger um die Achse variiert wird. Auf diese Weise ist es möglich, die in das Gewebe ein gebrachte Energie in der Zielregion zu konzentrieren und die Abgabe von Energie in andere Regionen des Gewebes gering zu halten. Dies ist von besonderer Bedeutung für die Therapie eines Tumors, der im Inneren eines gesunden Gewebes liegt, welches nach Möglichkeit durch die Therapie nicht geschädigt werden soll. Durch die Wahl eines Strahls von Protonen geeig neter Energie und durch die Variation der Zielgeraden durch Drehen des Ringbeschleunigers um die Achse kann dieses Ziel in einfacher Weise erreicht werden.The device of any configuration is more preferred moderate use to provide the beam for insertion energy into a target region inside one into the Device inserted tissue, the beam being along of the home straight towards the target region and the finish line varies by rotating the ring accelerator around the axis becomes. In this way it is possible to put one in the tissue concentrated energy in the target region and the Release of energy to other regions of the tissue is low too hold. This is of particular importance for therapy a tumor that is inside a healthy tissue, which if possible not harmed by the therapy shall be. Suitable by choosing a beam of protons energy and through the variation of the home straight through Turning the ring accelerator around the axis can do this can be achieved in a simple manner.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nunmehr anhand der Zeichnung erläutert. Zur Herausstellung bestimmter Merkmale ist die Zeichnung teilweise schematisiert und/oder leicht verzerrt ausgeführt. Im einzelnen zeigen:Embodiments of the invention will now be described with reference to the Drawing explained. To highlight certain features the drawing is partially schematic and / or light executed distorted. In detail show:

Fig. 1 einen Ringbeschleuniger, eine Extraktionseinrich tung und eine Injektionseinrichtung einer Vorrichtung gemäß der Erfindung; Figure 1 shows a ring accelerator, an Extraktionseinrich device and an injection device of a device according to the invention.

Fig. 2 dasselbe wie Fig. 1, eingebunden in ein drehbares Gestell; FIG. 2 shows the same as Figure 1, incorporated in a rotatable frame.

Fig. 3 eine Skizze einer anderen Ausführungsform der Vor richtung; Figure 3 is a sketch of another embodiment of the device before.

Fig. 4 eine Möglichkeit zur Ankopplung eines externen Strahlführungssystems; Fig. 4 is a possibility for coupling an external beam guiding system;

Fig. 5 und 6 Ausführungsbeispiele für eine Halteeinrich tung. Fig. 5 and 6, exemplary embodiments of a Halteeinrich processing.

Aus Fig. 1 ist erkennbar, wie ein Strahl 1, der aus gelade nen Teilchen wie Protonen besteht und sich ursprünglich ent lang einer Achse 2 bewegt, auf eine um die Achse 2 schwenk bare Zielgerade 3, welche die Achse 2 kreuzt, gebracht wird. Hierzu wird der Strahl zunächst in einen die Achse 2 umrin genden Ringbeschleuniger 5, 6 mit einem Strahlrohr 5 und Ab lenkmagneten 6 gebracht. In dem Ringbeschleuniger 5, 6 wird der Strahl 1, in dem die Teilchen zunächst eine nur geringe kinetische Energie haben, beschleunigt, um die kinetische Energie der Teilchen auf die gewünschte Endenergie, die bei Protonen für medizinische Anwendungen üblicherweise einige hundert MeV beträgt, zu steigern. Der beschleunigte Strahl 1 wird mittels einer Extraktionseinrichtung 7, 8, 10 aus dem Ringbeschleuniger 5, 6 ausgelenkt und auf die Zielgerade 3 geführt. Die Extraktionseinrichtung 7, 8, 10 umfaßt einen Ex traktor 7, der in den Ringbeschleuniger 5, 6 eingefügt ist, zwei Ablenkmagnete 8 sowie ein (nur teilweise dargestelltes) Strahlrohr 10.From Fig. 1 it can be seen how a beam 1 , which consists of charged particles such as protons and originally moves ent along an axis 2 , is brought to an axis 2 pivotable finish line 3 , which crosses the axis 2 , brought. To this end, the beam is first brought into a ring accelerator 5 , 6 surrounding the axis 2 with a beam pipe 5 and from steering magnets 6 . In the ring accelerator 5 , 6 , the beam 1 , in which the particles initially have only a small kinetic energy, is accelerated in order to increase the kinetic energy of the particles to the desired final energy, which is usually a few hundred MeV for protons for medical applications . The accelerated beam 1 is deflected from the ring accelerator 5 , 6 by means of an extraction device 7 , 8 , 10 and is guided onto the finish line 3 . The extraction device 7 , 8 , 10 comprises an Ex tractor 7 , which is inserted into the ring accelerator 5 , 6 , two deflecting magnets 8 and a (only partially shown) jet pipe 10th

Der Strahl 1 wird erzeugt in einer Quelle 11, die im darge stellten Ausführungsbeispiel ortsfest ist und aus der der Strahl 1 entlang der Achse 2 austritt. Mittels einer Injekti onseinrichtung 12, 13, 14, 15 wird der Strahl 1 dem Ringbe schleuniger 5, 6 zugeführt. Die Injektionseinrichtung 12, 13, 14, 15 umfaßt ein (der Übersicht halber nur teilweise darge stelltes) Strahlrohr 15 sowie einen ersten Ablenkmagneten 12, welcher den Strahl 1 von der Achse 2 ablenkt, und zwei zweite Ablenkmagnete 13, die starr mit dem Ringbeschleuniger 5, 6 verbunden sind und den Strahl 1 einem in den Ringbeschleuni ger 5, 6 eingefügten Injektor 14 zuführen.The beam 1 is generated in a source 11 , which is stationary in the embodiment shown and from which the beam 1 emerges along the axis 2 . By means of an injection device 12 , 13 , 14 , 15 , the beam 1 is fed to the ring accelerator 5 , 6 . The injection device 12 , 13 , 14 , 15 comprises a (for the sake of clarity only partially Darge presented) jet pipe 15 and a first deflecting magnet 12 which deflects the beam 1 from the axis 2 , and two second deflecting magnets 13 which are rigid with the ring accelerator 5th , 6 are connected and feed the jet 1 into the ring accelerator 5 , 6 inserted injector 14 .

Die Anordnung aus dem Ringbeschleuniger 5, 6 sowie der Ex traktionseinrichtung 7, 8, 10 und der Injektionseinrichtung 12, 13, 14, 15 ist, zumindest innerhalb eines bestimmten Win kelbereichs, um die Achse 2 drehbar, so daß die Orientierung der Zielgeraden 3 zur Achse 2 in gewissen Grenzen veränderbar ist. Vorzugsweise ist eine vollständige Rotation der Zielge raden 3 um die Achse 2 möglich.The arrangement of the ring accelerator 5 , 6 and the Ex traction device 7 , 8 , 10 and the injection device 12 , 13 , 14 , 15 is, at least within a certain angle range, about the axis 2 rotatable, so that the orientation of the home straight 3 to Axis 2 can be changed within certain limits. Preferably, a complete rotation of the straight lines 3 about the axis 2 is possible.

Der Ringbeschleuniger 5, 6 ist im wesentlichen in einer Ebene 16 senkrecht zur Achse 2 ausgerichtet; der Übersicht halber ist die Ebene 16 dargestellt durch eine einzige Gerade senk recht zur Achse 2.The ring accelerator 5 , 6 is aligned essentially in a plane 16 perpendicular to the axis 2 ; For the sake of clarity, level 16 is represented by a single straight line perpendicular to axis 2 .

Fig. 2 zeigt dieselben Elemente der Vorrichtung wie Fig. 1, so daß insoweit auf Fig. 1 zu verweisen ist. Fig. 2 zeigt darüber hinaus ein Gestell 26, welches den Ringbeschleuniger 5, 6, die Extraktionseinrichtung 7, 8, 9, 10 und, mit Ausnah me des ersten Ablenkmagneten 12, die Injektionseinrichtung 13, 14, 15 trägt. Der erste Ablenkmagnet 12 ist im darge stellten Ausführungsbeispiel von dem Gestell 26 abgesetzt; er bedarf daher anderweitiger Befestigungen, die insbesondere eine Drehung des ersten Ablenkmagneten 12 um die Achse 2 syn chron mit dem Gestell 26 ermöglichen. Da sich derartige Befe stigungen im Rahmen des dem Fachmann zu Gebote stehenden Fachwissens weitgehend von selbst ergeben, wurde von ihrer Darstellung abgesehen. Das Gestell 26 trägt an seinen beiden axialen Enden Ringe 27, an denen Antriebseinrichtungen 28 an greifen, welche eine Rotation des Gestells 26 um die Achse 2 ermöglichen. Fig. 2 shows the same elements of the device as Fig. 1, so that reference is made to Fig. 1. Fig. 2 also shows a frame 26 which carries the ring accelerator 5 , 6 , the extraction device 7 , 8 , 9 , 10 and, with the exception of the first deflecting magnet 12 , the injection device 13 , 14 , 15 . The first deflecting magnet 12 is offset from the frame 26 in the illustrated embodiment; it therefore requires other fastenings which, in particular, enable the first deflecting magnet 12 to rotate about the axis 2 in sync with the frame 26 . Since such attachments largely arise automatically within the framework of the specialist knowledge available to the person skilled in the art, their presentation has been dispensed with. The frame 26 carries at its two axial ends rings 27 , on which drive devices 28 engage, which enable rotation of the frame 26 about the axis 2 .

Fig. 3 zeigt eine vereinfachte Darstellung bestimmter Be standteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung, darunter den Ringbeschleuniger 5, 6 sowie die Extraktionseinrichtung mit dem Extraktor 7, dem Ablenkmagneten 8 und dem Strahlrohr 10. Fig. 3 shows a simplified representation of certain Be components of the device according to the invention, including the ring accelerator 5 , 6 and the extraction device with the extractor 7 , the deflecting magnet 8 and the jet pipe 10th

Aus der Extraktionseinrichtung 7, 8, 10 gelangt der Strahl 1 zu dem zu behandelnden Gewebe 19, in dem er eine Zielregion 25 beaufschlagen soll. Das Gewebe 19 ist auf einer Liege 17 einer Halteeinrichtung 17, 18 angeordnet. Eine Hauptebene 20 der Halteeinrichtung 17, 18 ist horizontal auszurichten, um eine stabile Lage des Gewebes 19 zu gewährleisten. Die Halte einrichtung 17, 18 hat ein im dargestellten Fall ortsfestes Gestell 18. Der Ringbeschleuniger 5, 6 nebst Extraktionsein richtung 7, 8, 10 ist schwenkbar, um eine Zustellung des Strahls 1 zu dem Gewebe 19 auf einer innerhalb des Winkelbe reichs 4 wählbaren Zielgeraden 3 zu ermöglichen.From the extraction device 7 , 8 , 10 , the beam 1 reaches the tissue 19 to be treated, in which it is intended to act on a target region 25 . The fabric 19 is arranged on a bed 17 of a holding device 17 , 18 . A main plane 20 of the holding device 17 , 18 is to be aligned horizontally in order to ensure a stable position of the fabric 19 . The holding device 17 , 18 has a fixed frame 18 in the case shown. The ring accelerator 5 , 6 together with Extraktionsein direction 7 , 8 , 10 is pivotable to allow delivery of the beam 1 to the tissue 19 on a within the Winkelbe range 4 selectable straight line 3 .

In Fig. 4 ist angedeutet, wie die erfindungsgemäße drehbare Vorrichtung an ein raumfestes Strahlführungssystem 23, 24 zur anderweitigen Verwendung des Strahls 1 ankoppelbar ist. Zu diesem Zweck hat die Extraktionseinrichtung 7, 8, 9, 10 neben einem im Dauerbetrieb arbeitenden Ablenkmagneten 8 einen ein- und ausschaltbaren Ablenkmagneten 9, wobei die Ablenkmagnete 8 und 9 zur Bereitstellung des Strahls 1 auf der Zielgeraden so zusammenwirken, wie es aus den Fig. 1 und 2 ersichtlich ist. Wird der Ablenkmagnet 9 abgeschaltet, so gelangt der Strahl 1 auf einer anderen Geraden 21 aus der Vorrichtung hinaus und kann, wenn sich die Vorrichtung in einer entspre chenden Position befindet, in ein raumfestes Strahlrohr 23, welches mit einem raumfesten Ablenkmagneten 24 zu dem raumfe sten Strahlführungssystem 23, 24 gehört, auf eine externe Bahn 22 gelangen. Dort steht der Strahl 1 für anderweitige Anwendung bereit. Das raumfeste Strahlführungssystem 23, 24 ist unter anderem unter Benutzung einer Verankerung 29 für den raumfesten Ablenkmagneten 24 verankert. Das raumfeste Strahlrohr 23 kann gegebenenfalls einen Faltenbalg 35 aufwei sen, um es beim Betrieb der Vorrichtung ohne Benutzung des raumfesten Strahlführungssystems 23, 24 aus der Nähe der Vor richtung entfernen und zur Benutzung des raumfesten Strahl führungssystems 23, 24 der Vorrichtung nähern zu können. In FIG. 4 is indicated as the rotating device of the invention to a spatially fixed beam guidance system 23, 24 can be coupled to other use of the beam is 1. For this purpose, the extraction device 7 , 8 , 9 , 10 has, in addition to a deflecting magnet 8 operating in continuous operation, a deflecting magnet 9 that can be switched on and off, the deflecting magnets 8 and 9 interacting to provide the beam 1 on the home straight line, as is shown in FIGS . 1 and 2 can be seen. If the deflecting magnet 9 is switched off, the beam 1 comes out of the device on another straight line 21 and, if the device is in a corresponding position, can be placed in a spatially fixed jet tube 23 , which with a spatially fixed deflecting magnet 24 is the most spaced Beam guidance system 23 , 24 belongs to an external path 22 . There the beam 1 is ready for other use. The fixed beam guidance system 23 , 24 is anchored using an anchor 29 for the fixed deflection magnet 24 , among other things. The spatially fixed beam tube 23 may, optionally, a bellows 35 sen aufwei to it direction from near the front of the operation of the device without use of the spatially fixed beam guidance system 23, 24 remove and can approach the device for use of the spatially fixed beam guidance system 23, 24th

Die Fig. 5 und 6 zeigen Einzelheiten einer Halteeinrich tung 18 für das zu behandelnde Gewebe 19 (vgl. Fig. 3), wenn die Halteeinrichtung 18 nicht auf der Achse 2, sondern beab standet von dieser angeordnet werden soll. In einem solchen Fall ist es erforderlich, die Halteeinrichtung 18 der um die Achse 2 rotierenden Vorrichtung nachzuführen, um die ge wünschte Beaufschlagung des zu behandelnden Gewebes 19 zu er reichen. Hierzu ist ein zur Achse 2 koaxialer Ring 30 vorzu sehen, entlang dem die Halteeinrichtung 18 bewegt werden kann, insbesondere mit Rollen 31. Um maximale Freiheit zur Positionierung des zu behandelnden Gewebes 19 relativ zur um die Achse 2 schwenkbaren Zielgeraden 3 zu gewährleisten, kann eine Verankerung 34 für eine Liege 17 (vgl. Fig. 3) entlang mehrerer Achsen verschoben und außerdem, zur Gewährleistung einer stets horizontalen Ausrichtung der als gestrichelte Li nie dargestellten Hauptebene 20 geschwenkt werden. Zur radia len Verschiebung der Verankerung 34 sind erste Spindeln 32 vorgesehen, entlang derer die Verankerung 34 entlang einer zweiten Spindel 33 zur tangentialen Verschiebung der Veranke rung 34 laufen kann. Um auch eine Verschiebung entlang der Achse 2 zu ermöglichen, kann der Ring 30 seinerseits entlang der Achse 2 verschiebbar sein. Von der Darstellung von Ein zelheiten der in den Fig. 5 und 6 angedeuteten Einrichtun gen wurde abgesehen, da derartige Einzelheiten einerseits dem Fachmann ohnehin zu Gebote stehen und andererseits die Dar stellung unnötig verkomplizieren würden. Zur Ergänzung der aus den Fig. 5 und 6 erkennbaren Lehren wird insoweit auf das allgemeine Fachwissen verwiesen. FIGS. 5 and 6 show details of a Halteeinrich tung 18 for the tissue to be treated 19 (see. Fig. 3) when the holding means 18 is not to be located on the axis 2, but beab standet therefrom. In such a case, it is necessary to track the holding device 18 of the device rotating about the axis 2 in order to reach the desired loading of the tissue 19 to be treated. For this purpose, a ring 30 coaxial with the axis 2 can be seen, along which the holding device 18 can be moved, in particular with rollers 31 . In order to ensure maximum freedom for positioning the tissue 19 to be treated relative to the straight line 3 which can be pivoted about the axis 2 , an anchorage 34 for a bed 17 (cf. FIG. 3) can be displaced along several axes and also to ensure an always horizontal alignment the main plane 20 , never shown as dashed line Li, can be pivoted. For the radial displacement of the anchoring 34 , first spindles 32 are provided, along which the anchoring 34 can run along a second spindle 33 for tangential displacement of the anchoring 34 . In order to enable a displacement along the axis 2, the ring 30 can in turn be displaced along the axis. 2 From the presentation of A details of the in Fig. 5 and 6 Einrichtun conditions was dispensed with, since such details on the one hand are available to the expert anyway and on the other hand the position would unnecessarily complicate. To supplement the teachings recognizable from FIGS. 5 and 6, reference is made to the general technical knowledge in this regard.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bereitstellung eines Strahls aus geladenen Teilchen, welcher eine Achse auf einer diese schneidenden Zielgeraden anfliegt, zeichnet sich aus durch geringen Platzbedarf sowie allenfalls geringe Unwuch ten, die auszubalancieren sind, wenn die Vorrichtung gedreht werden soll. Die Vorrichtung ist besonders qualifiziert zur Bereitstellung eines Strahls von Protonen oder ähnlichen Teilchen für die Tumor-Therapie.The device according to the invention for providing a Beam of charged particles, which has an axis on a flying to this intersecting home straight distinguishes itself due to the small space requirement and possibly little unbalance to be balanced when the device is rotated shall be. The device is particularly qualified for Providing a beam of protons or the like Particles for tumor therapy.

Claims

1. Device for providing a beam ( 1 ) from gela those particles, which flies an axis ( 3 ) on a crossing this straight line ( 4 ), with an axis ( 3 ) surrounding and about this within an angular range ( 5 ) rotatable ring accelerator ( 6 , 7 ) for accelerating the beam ( 1 ), one with the ring accelerator ( 6 , 7 ) rigidly coupled extraction device ( 8 , 9 , 10 ) for extracting and deflecting the beam ( 1 ) onto the home straight ( 4 ), one Source ( 11 ) for the jet ( 1 ) and an Injektionseinrich device ( 12 , 13 , 14 ) for injecting the jet ( 1 ) into the ring accelerator ( 6 , 7 ).

2. Device according to claim 1, wherein the ring accelerator ( 6 , 7 ) lies approximately in a plane ( 15 ) perpendicular to the axis ( 3 ).

3. Apparatus according to claim 1 or 2, wherein the Ringbe accelerator ( 6 , 7 ) is a synchrotron ( 6 , 7 ).

4. Device according to one of the preceding claims, wherein the axis ( 3 ) is aligned approximately horizontally.

5. Device according to one of the preceding claims, wel che a holding device ( 16 , 17 ) for a with the along the home straight line ( 4 ) flying jet ( 1 ) to be treated Ge weave ( 18 ).

6. The device according to claim 5, wherein the holding device ( 16 , 17 ) is set up and / or arranged so that the home straight ( 4 ) for treating the tissue ( 18 ) is pivotable by rotating the ring accelerator ( 6 , 7 ) around the Axis ( 3 ).

7. The device according to claim 6, wherein the holding device ( 16 , 17 ) is arranged such that an intersection of the axis ( 3 ) with the home straight ( 4 ) comes to lie within the fabric ( 18 ).

8. Apparatus according to claim 6, wherein the axis (3) is approximately horizontally aligned, and wherein the holding means (16, 17) in synchronism with the circular accelerator (6) is rotatable about the axis (3), one of said holding means ( 16 , 17 ) to the ordered main plane ( 19 ) always remains horizontally aligned.

9. Device according to one of the preceding claims, wherein the extraction device ( 8 , 9 , 10 ) has a switchable element ( 10 ) through which the beam ( 1 ) either on the home straight ( 4 ) or on another straight line ( 20 ) is feasible, whereby the other straight line ( 20 ) can be brought into congruence with a spatially fixed external track ( 21 ) by appropriate rotation of the ring accelerator ( 6 , 7 ).

10. The device according to claim 9, which has a spatially fixed beam guidance system ( 22 , 23 ) for guiding the beam ( 1 ) on the external path ( 21 ).

11. The device according to any one of the preceding claims, wherein the source ( 11 ) and the injection device ( 12 , 13 , 14 ) with the ring accelerator ( 6 , 7 ) are rigidly coupled.

12. The device according to one of claims 1 to 10, wherein the source ( 11 ) fixed in space and the injection device ( 12 , 13 , 14 ) at least partially in synchronism with the ring accelerator ( 6 , 7 ) is movable.

13. Device according to one of the preceding claims, in which the ring accelerator ( 6 , 7 ) is set up to accelerate a beam ( 1 ) of protons to a kinetic energy between 50 MeV and 1000 MeV, preferably of about 200 MeV.

14. Use of the device according to one of the preceding claims for providing the beam ( 1 ) for introducing energy into a target region ( 24 ) inside a tissue ( 18 ) introduced into the device, the beam ( 1 ) along the target line ( 4 ) directed to the target region ( 24 ) and the target straight line ( 4 ) is varied by rotating the ring accelerator ( 6 , 7 ) about the axis ( 3 ).