ES2671028T3 - Cancer treatment apparatus with multiaxial charged particles - Google Patents

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ES2671028T3 ES09750858.4T ES09750858T ES2671028T3 ES 2671028 T3 ES2671028 T3 ES 2671028T3 ES 09750858 T ES09750858 T ES 09750858T ES 2671028 T3 ES2671028 T3 ES 2671028T3
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Vladimir Yegorovich Balakin
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Abstract

Un aparato que usa partículas cargadas para irradiación de un tumor de un paciente (1430), que comprende un sincrotrón (130) configurado para proporcionar control de una energía y una intensidad de un haz extraído, en el que el control de la energía y el control de la intensidad se producen durante la extracción, comprendiendo el sincrotrón (130): una trayectoria de extracción de haces, comprendiendo la trayectoria secuencialmente: un sistema (1210) de cavidad de radiofrecuencia que comprende un primer par de láminas (1212, 1214); una laminilla de extracción (1230) que tiene un grosor de aproximadamente treinta a cien micrómetros y que consiste esencialmente en átomos que tienen seis o menos protones; un segundo par de láminas (1214, 1216); y un imán de extracción (292); en el que el sincrotrón (130) está configurado para controlar un periodo de aceleración para acelerar las partículas cargadas, y una sincronización de las partículas cargadas que golpean la laminilla de extracción (1230) en el periodo de aceleración para controlar la energía del haz extraído, en el que el sistema (1210) de cavidad de radiofrecuencia está configurado para aplicar una radiofrecuencia por el primer par de láminas (1212, 1214) para alterar una trayectoria de las partículas cargadas a través de la laminilla de extracción (1230) produciendo partículas cargadas de energía reducida, y en el que el segundo par de láminas (1214, 1216) está dispuesto de modo que las partículas cargadas de energía reducida pasen a través del segundo par de láminas (1214, 1216), estando el segundo par de láminas (1214, 1216) configurado para tener una tensión de corriente continua de al menos quinientos voltios aplicados por el segundo par de láminas (1214, 1216) para extraer las partículas cargadas de energía reducida a través del imán de extracción (292) fuera del sincrotrón (130), y en el que el sincrotrón (130) está configurado para proporcionar un control de retroalimentación de la intensidad del haz extraído, para controlar el sistema (1210) de cavidad de radiofrecuencia, usando el control de retroalimentación una corriente generada por las partículas cargadas que se transmiten a través de la laminilla de extracción (1230) como un indicador de intensidad de las partículas cargadas.An apparatus that uses charged particles for irradiation of a tumor of a patient (1430), comprising a synchrotron (130) configured to provide control of an energy and intensity of an extracted beam, in which the control of energy and Intensity control occurs during extraction, comprising the synchrotron (130): a beam extraction path, comprising the path sequentially: a radiofrequency cavity system (1210) comprising a first pair of sheets (1212, 1214) ; an extraction foil (1230) that is approximately thirty to one hundred micrometers thick and essentially consists of atoms that have six or less protons; a second pair of sheets (1214, 1216); and an extraction magnet (292); in which the synchrotron (130) is configured to control an acceleration period to accelerate the charged particles, and a synchronization of the charged particles that hit the extraction foil (1230) in the acceleration period to control the energy of the extracted beam , in which the radiofrequency cavity system (1210) is configured to apply a radiofrequency through the first pair of sheets (1212, 1214) to alter a trajectory of the charged particles through the extraction lamella (1230) producing particles charged with reduced energy, and wherein the second pair of sheets (1214, 1216) is arranged so that the particles charged with reduced energy pass through the second pair of sheets (1214, 1216), the second pair of sheets being (1214, 1216) configured to have a direct current voltage of at least five hundred volts applied by the second pair of sheets (1214, 1216) for extr aer particles charged with reduced energy through the extraction magnet (292) outside the synchrotron (130), and in which the synchrotron (130) is configured to provide feedback control of the intensity of the extracted beam, to control the radio frequency cavity system (1210), using a feedback generated by a current generated by the charged particles that are transmitted through the extraction foil (1230) as an indicator of the intensity of the charged particles.

Description

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Aparato de tratamiento del cáncer con partículas cargadas multiaxial DESCRIPCIÓNCancer treatment apparatus with multiaxial charged particles DESCRIPTION

Antecedentes de la invención Campo de la invenciónBackground of the invention Field of the invention

Esta invención se refiere en general al tratamiento de tumores sólidos. Más particularmente, la invención se refiere a un aparato para el control de haces de irradiación de partículas cargadas en el tratamiento del cáncer.This invention relates generally to the treatment of solid tumors. More particularly, the invention relates to an apparatus for controlling irradiated beams of charged particles in the treatment of cancer.

Descripción de la técnica anteriorDescription of the prior art

CáncerCancer

Un tumor es una masa anormal de tejido. Los tumores son benignos o malignos. Un tumor benigno crece localmente, pero no se propaga a otras partes del cuerpo. Los tumores benignos causan problemas debido a su diseminación, ya que presionan y desplazan a los tejidos normales. Los tumores benignos son peligrosos en lugares confinados tales como el cráneo. Un tumor maligno es capaz de invadir otras regiones del cuerpo. La metástasis es propagación del cáncer al invadir el tejido normal y propagarse a tejidos distantes.A tumor is an abnormal mass of tissue. The tumors are benign or malignant. A benign tumor grows locally, but does not spread to other parts of the body. Benign tumors cause problems due to their spread, as they press and displace normal tissues. Benign tumors are dangerous in confined places such as the skull. A malignant tumor is able to invade other regions of the body. Metastasis is the spread of cancer by invading normal tissue and spreading to distant tissues.

Tratamiento del cáncerCancer treatment

Existen varias formas distintas de radioterapia para el tratamiento del cáncer, incluyendo: braquiterapia, radioterapia con rayos X electromagnética tradicional y terapia con protones. Los sistemas de terapia con protones incluyen normalmente: un generador de haces, un acelerador y un sistema de transporte de haces para mover los protones acelerados resultantes a una pluralidad de salas de tratamiento donde los protones son suministrados a un tumor en el cuerpo de un paciente.There are several different forms of radiation therapy for cancer treatment, including: brachytherapy, traditional electromagnetic X-ray radiation therapy and proton therapy. Proton therapy systems typically include: a beam generator, an accelerator and a beam transport system to move the resulting accelerated protons to a plurality of treatment rooms where protons are delivered to a tumor in a patient's body .

La terapia con protones funciona apuntando partículas ionizantes energéticas, tales como protones acelerados con un acelerador de partículas, a un tumor diana. Estas partículas dañan el ADN de las células y finalmente causan su muerte. Las células cancerosas, debido a su alta velocidad de división y su capacidad reducida para reparar el ADN dañado, son particularmente vulnerables al ataque sobre su ADN.Proton therapy works by targeting energy ionizing particles, such as protons accelerated with a particle accelerator, to a target tumor. These particles damage the DNA of the cells and eventually cause their death. Cancer cells, due to their high division speed and reduced ability to repair damaged DNA, are particularly vulnerable to attack on their DNA.

Tratamiento del cáncer con partículas cargadasCancer treatment with charged particles

Las patentes relacionadas con la presente invención se resumen en el presente documento.The patents related to the present invention are summarized herein.

Sistema de terapia con haz de protonesProton beam therapy system

F. Cole, y col. del Loma Linda University Medical Center "Multi-Station Proton Beam Therapy System", patente de Estados Unidos n.° 4.870.287 (26 de septiembre de 1989) describen un sistema de terapia con haz de protones para generar y transportar selectivamente haces de protones desde una fuente y un acelerador de protones individuales a una sala de tratamiento seleccionada de una pluralidad de salas de tratamiento de pacientes.F. Cole, et al. from the Loma Linda University Medical Center "Multi-Station Proton Beam Therapy System", US Patent No. 4,870,287 (September 26, 1989) describe a proton beam therapy system for selectively generating and transporting proton beams from a source and an individual proton accelerator to a treatment room selected from a plurality of patient treatment rooms.

Acelerador/SincrotrónAccelerator / Synchrotron

S. Peggs, y col. "Rapid Cycling Medical Synchrotron and Beam Delivery System", patente de Estados Unidos n.° 7.432.516 (7 de octubre de 2008) describen un sincrotrón que tiene imanes de función combinada y un acelerador de cavidad de radiofrecuencia (RF). Los imanes de función combinada funcionan para desviar, en primer lugar, el haz de partículas a lo largo de una trayectoria orbital y, en segundo lugar, enfocar el haz de partículas. El acelerador de cavidad de RF es una cavidad cargada de ferrita adaptada para oscilaciones de frecuencia de alta velocidad para la aceleración de partículas de ciclado rápido.S. Peggs, et al. "Rapid Cycling Medical Synchrotron and Beam Delivery System," U.S. Patent No. 7,432,516 (October 7, 2008) describes a synchrotron having combined function magnets and a radio frequency (RF) cavity accelerator. Combined function magnets work to deflect, in the first place, the particle beam along an orbital path and, secondly, to focus the particle beam. The RF cavity accelerator is a ferrite-loaded cavity adapted for high-speed frequency oscillations for acceleration of fast-cycling particles.

H. Tanaka, y col. "Charged Particle Accelerator", patente de Estados Unidos n.° 7.259.529 (21 de agosto de 2007) describen un acelerador de partículas cargadas que tiene un proceso de aceleración de dos periodos con un campo magnético fijo aplicado en el primer periodo y un segundo periodo de aceleración sincronizado para proporcionar aceleración compacta y de alta potencia de las partículas cargadas.H. Tanaka, et al. "Charged Particle Accelerator", US Patent No. 7,259,529 (August 21, 2007) describes a charged particle accelerator that has a two-period acceleration process with a fixed magnetic field applied in the first period and a Second period of synchronized acceleration to provide compact and high-power acceleration of charged particles.

T. Haberer, y col. "Ion Beam Therapy System and a Method for Operating the System", patente de Estados Unidos n.° 6.683.318 (27 de enero de 2004) describe un sistema de terapia con haces de iones y método para hacer funcionar el sistema. El sistema de haces de iones usa un pórtico que tiene un sistema de desvío vertical y un sistema de desvío horizontal situados antes de un último imán desviador que dan como resultado un modo de exploración paralelo que resulta de un efecto de enfoque en el borde.T. Haberer, et al. "Ion Beam Therapy System and a Method for Operating the System", US Patent No. 6,683,318 (January 27, 2004) describes an ion beam therapy system and method for operating the system. The ion beam system uses a gantry that has a vertical deflection system and a horizontal deflection system located before a last diverter magnet that results in a parallel scanning mode that results from a focus effect on the edge.

V. Kulish, y col. "Inductional Undulative EH-Accelerator", patente de Estados Unidos n.° 6.433.494 (13 de agostoV. Kulish, et al. "Inductional Undulative EH-Accelerator", US Patent No. 6,433,494 (August 13

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de 2002) describen un acelerador EH inductivo ondulante para la aceleración de haces de partículas cargadas. El dispositivo consiste en un sistema de ondulación electromagnética, cuyo sistema de accionamiento para electroimanes está fabricado en forma de un oscilador de radiofrecuencia (Rf) que funciona en el intervalo de frecuencia de aproximadamente 100 KHz a 10 GHz.2002) describe an undulating inductive EH accelerator for the acceleration of charged particle beams. The device consists of an electromagnetic ripple system, whose drive system for electromagnets is manufactured in the form of a radio frequency oscillator (Rf) that operates in the frequency range of approximately 100 KHz to 10 GHz.

K. Saito, y col. "Radio-Frequency Accelerating System and Ring Type Accelerator Provided with the Same", patente de Estados Unidos n.° 5.917.293 (29 de junio de 1999) describen un sistema de aceleración de radiofrecuencia que tiene una antena de cuadro acoplada a un grupo de núcleo magnético y medios de ajuste de la impedancia conectados a la antena de cuadro. Se aplica una tensión relativamente baja a los medios de ajuste de la impedancia, permitiendo una construcción pequeña de los medios de ajuste.K. Saito, et al. "Radio-Frequency Accelerating System and Ring Type Accelerator Provided with the Same", US Patent No. 5,917,293 (June 29, 1999) describe a radio frequency acceleration system having a frame antenna coupled to a group of magnetic core and impedance adjustment means connected to the frame antenna. A relatively low voltage is applied to the impedance adjustment means, allowing a small construction of the adjustment means.

J. Hirota, y col. "Ion Beam Accelerating Device Having Separately Excited Magnetic Cores", patente de Estados Unidos n.° 5.661.366 (26 de agosto de 1997) describen un dispositivo de aceleración de haces de iones que tiene una pluralidad de unidades inductoras de campos magnéticos de alta frecuencia y núcleos magnéticos.J. Hirota, et al. "Ion Beam Accelerating Device Having Separately Excited Magnetic Cores", US Patent No. 5,661,366 (August 26, 1997) describe an ion beam acceleration device having a plurality of high magnetic field inducing units frequency and magnetic cores.

J. Hirota, y col. "Acceleration Device for Charged Particles", patente de Estados Unidos n.° 5.168.241 (1 de diciembre de 1992) describen una cavidad de aceleración que tiene una fuente de alimentación de alta frecuencia y un conductor en bucle que funciona bajo un control que se combinan para controlar una constante de acoplamiento y/o desintonización que permite la transmisión de potencia de manera más eficiente a las partículas.J. Hirota, et al. "Acceleration Device for Charged Particles," U.S. Patent No. 5,168,241 (December 1, 1992) describes an acceleration cavity that has a high frequency power supply and a loop driver that operates under a control that They combine to control a constant coupling and / or tuning that allows the transmission of power more efficiently to the particles.

ExtracciónExtraction

T. Nakanishi, y col. "Method of Operating the Particle Beam Radiation Therapy System", patente de Estados Unidos n.° 7.122.978 (17 de octubre de 2006) describen un acelerador de haces de partículas cargadas que tiene una unidad de RF-KO para aumentar la amplitud de la oscilación de betatrón de un haz de partículas cargadas dentro de una región estable de resonancia y una unidad de electroimán cuadrupolar de extracción para variar una región estable de resonancia. La unidad de RF-KO se hace funcionar dentro de un intervalo de frecuencia en el cual el haz circulante no va más allá de un límite de región estable de resonancia y el electroimán cuadrupolar de extracción se hace funcionar con la sincronización requerida para la extracción del haz.T. Nakanishi, et al. "Method of Operating the Particle Beam Radiation Therapy System", US Patent No. 7,122,978 (October 17, 2006) describes a charged particle beam accelerator having an RF-KO unit to increase the amplitude of the betatron oscillation of a bundle of charged particles within a stable resonance region and a quadrupole electromagnet extraction unit to vary a stable resonance region. The RF-KO unit is operated within a frequency range in which the circulating beam does not go beyond a stable resonance region boundary and the quadrupole extraction electromagnet is operated with the synchronization required for the extraction of the make.

T. Haberer, y col. "Method and Device for Controlling a Beam Extraction Raster Scan Irradiation Device for Heavy lons or Protons", patente de Estados Unidos n.° 7.091.478 (15 de agosto de 2006) describen un método para controlar la extracción de haces en términos de energía del haz, enfoque del haz, e intensidad del haz para cada ciclo del acelerador.T. Haberer, et al. "Method and Device for Controlling a Beam Extraction Raster Scan Irradiation Device for Heavy lons or Protons", US Patent No. 7,091,478 (August 15, 2006) describe a method for controlling beam extraction in terms of energy of the beam, beam focus, and beam intensity for each accelerator cycle.

K. Hiramoto, y col. "Accelerator and Medical System and Operating Method of the Same", patente de Estados Unidos n.° 6.472.834 (29 de octubre de 2002) describen un acelerador de tipo cíclico que tiene un electroimán de desviación y electroimanes de cuatro polos para hacer circular un haz de partículas cargadas, un electroimán multipolar para generar un límite de estabilidad de resonancia de oscilación de betatrón, y una fuente de alta frecuencia para aplicar un campo electromagnético de alta frecuencia al haz para mover el haz al exterior del límite de estabilidad. La fuente de alta frecuencia genera una señal de suma de una pluralidad de señales de corriente alterna (CA) cuyas frecuencias instantáneas cambian con respecto al tiempo, y cuyos valores promedio de las frecuencias instantáneas con respecto al tiempo son diferentes. El sistema aplica la señal de suma mediante electrodos al haz.K. Hiramoto, et al. "Accelerator and Medical System and Operating Method of the Same," U.S. Patent No. 6,472,834 (October 29, 2002) discloses a cyclic type accelerator having a deflection electromagnet and four-pole electromagnets for circulating a beam of charged particles, a multipolar electromagnet to generate a betatron oscillation resonance stability limit, and a high frequency source to apply a high frequency electromagnetic field to the beam to move the beam outside the stability limit. The high frequency source generates a sum signal of a plurality of alternating current (AC) signals whose instantaneous frequencies change with respect to time, and whose average values of instantaneous frequencies with respect to time are different. The system applies the sum signal using electrodes to the beam.

K. Hiramoto, y col. "Synchrotron Type Accelerator and Medical Treatment System Employing the Same", patente de Estados Unidos n.° 6.087.670 (11 de julio de 2000) y K. Hiramoto, y col. "Synchrotron Type Accelerator and Medical Treatment System Employing the Same", patente de Estados Unidos n.° 6.008.499 (28 de diciembre de 1999) describen un acelerador sincrotrón que tiene una unidad de aplicación de alta frecuencia dispuesta en una órbita de circulación para aplicar un campo electromagnético de alta frecuencia a un haz de partículas cargadas circulante y para aumentar la amplitud de oscilación de betatrón del haz de partículas a un nivel por encima de un límite de estabilidad de resonancia. Adicionalmente, para expulsión del haz, electroimanes de divergencia de cuatro polos están dispuestos: (1) aguas abajo con respecto a un primer deflector; (2) aguas arriba con respecto a un electroimán de desviación; (3) aguas abajo con respecto al electroimán de desviación; y (4) aguas arriba con respecto a un segundo deflector.K. Hiramoto, et al. "Synchrotron Type Accelerator and Medical Treatment System Employing the Same", US Patent No. 6,087,670 (July 11, 2000) and K. Hiramoto, et al. "Synchrotron Type Accelerator and Medical Treatment System Employing the Same", US Patent No. 6,008,499 (December 28, 1999) describe a synchrotron accelerator having a high frequency application unit arranged in a circulation orbit for apply a high frequency electromagnetic field to a beam of circulating charged particles and to increase the amplitude of betatron oscillation of the particle beam to a level above a resonance stability limit. Additionally, for ejection of the beam, four-pole divergence electromagnets are arranged: (1) downstream with respect to a first deflector; (2) upstream with respect to a deflection electromagnet; (3) downstream with respect to the deflection electromagnet; and (4) upstream with respect to a second deflector.

K. Hiramoto, y col. "Circular Accelerator and Method and Apparatus for Extracting Charged-Particle Beam in Circular Accelerator", patente de Estados Unidos n.° 5.363.008 (8 de noviembre de 1994) describen un acelerador circular para extraer un haz de partículas cargadas que está dispuesto para: (1) aumentar el desplazamiento de un haz mediante el efecto de resonancia de oscilación de betatrón; (2) para aumentar la amplitud de oscilación de betatrón de las partículas, que tienen una oscilación de betatrón inicial dentro de un límite de estabilidad para resonancia; y (3) para superar el límite de estabilidad de resonancia extrayendo de este modo las partículas que superan el límite de estabilidad de la resonancia.K. Hiramoto, et al. "Circular Accelerator and Method and Apparatus for Extracting Charged-Particle Beam in Circular Accelerator", US Patent No. 5,363,008 (November 8, 1994) describe a circular accelerator for extracting a bundle of charged particles that is arranged to : (1) increase the displacement of a beam by the resonance effect of betatron oscillation; (2) to increase the amplitude of betatron oscillation of the particles, which have an initial betatron oscillation within a stability limit for resonance; and (3) to exceed the resonance stability limit thereby removing particles that exceed the resonance stability limit.

K. Hiramoto, y col. "Method of Extracting Charged Particles from Accelerator, and Accelerator Capable Carrying Out the Method, by Shifting Particle Orbit", patente de Estados Unidos n.° 5.285.166 (8 de febrero de 1994) describen un método de extracción de un haz de partículas cargadas. Una órbita de equilibrio de partículas cargadas mantenida por un imán desviador e imanes que tienen componentes multipolares mayores que componentes séxtuples es desplazada por un elemento constituyente del acelerador diferente de estos imanes para cambiar la sintonización de las partículas cargadas.K. Hiramoto, et al. "Method of Extracting Charged Particles from Accelerator, and Accelerator Capable Carrying Out the Method, by Shifting Particle Orbit", US Patent No. 5,285,166 (February 8, 1994) describes a method of extracting a particle beam loaded An equilibrium orbit of charged particles maintained by a diverter magnet and magnets having multipolar components greater than six-fold components is displaced by a constituent element of the accelerator different from these magnets to change the tuning of the charged particles.

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Transporte/control de exploraciónTransport / scan control

K. Matsuda, y col. "Particle Beam Irradiation Apparatus, Treatment Planning Unit, and Particle Beam Irradiation Method", patente de Estados Unidos n.° 7.227.161 (5 de junio de 2007); K. Matsuda, y col. "Particle Beam Irradiation Treatment Planning Unit, and Particle Beam Irradiation Method", patente de Estados Unidos n.° 7.122.811 (17 de octubre de 2006); y K. Matsuda, y col. "Particle Beam Irradiation Apparatus, Treatment Planning Unit, and Particle Beam Irradiation Method" (5 de septiembre de 2006) describen, cada uno, un aparato de irradiación de haces de partículas que tiene un controlador de exploración que detiene la salida de un haz de iones, cambia la posición de irradiación mediante el control de electroimanes de exploración, y reinicia el tratamiento basándose en información de planificación del tratamiento.K. Matsuda, et al. "Particle Beam Irradiation Apparatus, Treatment Planning Unit, and Particle Beam Irradiation Method", US Patent No. 7,227,161 (June 5, 2007); K. Matsuda, et al. "Particle Beam Irradiation Treatment Planning Unit, and Particle Beam Irradiation Method", US Patent No. 7,122,811 (October 17, 2006); and K. Matsuda, et al. "Particle Beam Irradiation Apparatus, Treatment Planning Unit, and Particle Beam Irradiation Method" (September 5, 2006) each describes a particle beam irradiation apparatus having a scanning controller that stops the output of a beam of ions, change the irradiation position by controlling scanning electromagnets, and restart the treatment based on treatment planning information.

T. Norimine, y col. "Particle Therapy System Apparatus", patentes de Estados Unidos números: 7.060.997 (13 de junio de 2006); T. Norimine, y col. "Particle Therapy System Apparatus", 6.936.832 (30 de agosto de 2005); y T. Norimine, y col. "Particle Therapy System Apparatus", 6.774.383 (10 de agosto de 2004) describen cada uno un sistema de terapia con partículas que tiene un primer imán de direccionamiento y un segundo imán de direccionamiento dispuesto en la trayectoria de un haz de partículas cargadas después de un sincrotrón que están controlados por primer y segundo monitores de la posición del haz.T. Norimine, et al. "Particle Therapy System Apparatus", United States patents numbers: 7,060,997 (June 13, 2006); T. Norimine, et al. "Particle Therapy System Apparatus", 6,936,832 (August 30, 2005); and T. Norimine, et al. "Particle Therapy System Apparatus", 6,774,383 (August 10, 2004) each describes a particle therapy system having a first addressing magnet and a second addressing magnet arranged in the path of a beam of charged particles afterwards. of a synchrotron that are controlled by first and second beam position monitors.

K. Moriyama, y col. "Particle Beam Therapy System", patente de Estados Unidos n.° 7.012.267 (14 de marzo de 2006) describen una entrada manual a una señal de “listo” que indica que se han completado las preparaciones para el transporte del haz de iones a un paciente.K. Moriyama, et al. "Particle Beam Therapy System", US Patent No. 7,012,267 (March 14, 2006) describes a manual input to a "ready" signal indicating that preparations for transporting the ion beam have been completed to a patient

H. Harada, y col. "Irradiation Apparatus and Irradiation Method", patente de Estados Unidos n.° 6.984.835 (10 de enero de 2006) describen un método de irradiación que tiene un gran campo de irradiación capaz de distribución uniforme de la dosis, sin reforzar el rendimiento de un dispositivo de campo de irradiación, usando un controlador de la posición que tiene un área solapante formada por una pluralidad de irradiaciones mediante el uso de un colimador multiláminas. El sistema proporciona una distribución de la dosis plana y uniforme sobre una superficie entera de una diana.H. Harada, et al. "Irradiation Apparatus and Irradiation Method", US Patent No. 6,984,835 (January 10, 2006) describes an irradiation method that has a large irradiation field capable of uniform dose distribution, without reinforcing the yield of an irradiation field device, using a position controller having an overlapping area formed by a plurality of irradiations through the use of a multilayer collimator. The system provides a flat and uniform dose distribution over an entire surface of a target.

H. Akiyama, y col. "Charged Particle Beam Irradiation Equipment Having Scanning Electromagnet Power Supplies", patente de Estados Unidos n.° 6.903.351 (7 de junio de 2005); H. Akiyama, y col. "Charged Particle Beam Irradiation Equipment Having Scanning Electromagnet Power Supplies", patente de Estados Unidos n.° 6.900.436 (31 de mayo de 2005); y H. Akiyama, y col. "Charged Particle Beam Irradiation Equipment Having Scanning Electromagnet Power Supplies", patente de Estados Unidos n.° 6.881.970 (19 de abril de 2005) describen todos una fuente de alimentación para aplicar una tensión a un electroimán de exploración para desviar un haz de partículas cargadas y una segunda fuente de alimentación sin un componente pulsátil para controlar el electroimán de exploración de forma más precisa permitiendo una irradiación uniforme del objeto de irradiación.H. Akiyama, et al. "Charged Particle Beam Irradiation Equipment Having Scanning Electromagnet Power Supplies", US Patent No. 6,903,351 (June 7, 2005); H. Akiyama, et al. "Charged Particle Beam Irradiation Equipment Having Scanning Electromagnet Power Supplies", US Patent No. 6,900,436 (May 31, 2005); and H. Akiyama, et al. "Charged Particle Beam Irradiation Equipment Having Scanning Electromagnet Power Supplies", US Patent No. 6,881,970 (April 19, 2005) all describe a power source for applying a voltage to a scanning electromagnet to deflect a beam of charged particles and a second power supply without a pulsatile component to control the scanning electromagnet more precisely allowing uniform irradiation of the irradiation object.

K. Amemiya, y col. "Accelerator System and Medical Accelerator Facility", patente de Estados Unidos n.° 6.800.866 (5 de octubre de 2004) describe un sistema acelerador que tiene un amplio intervalo de corriente de control del haz de iones capaz de funcionar con bajo consumo de energía y que tiene un intervalo de mantenimiento largo.K. Amemiya, et al. "Accelerator System and Medical Accelerator Facility", US Pat. No. 6,800,866 (October 5, 2004) describes an accelerator system having a wide range of ion beam control current capable of operating with low consumption of energy and that has a long maintenance interval.

A. Dolinskii, y col. "Gantry with an Ion-Optical System", patente de Estados Unidos n.° 6.476.403 (5 de noviembre de 2002) describen un pórtico para un sistema de iones-óptico que comprende una fuente de iones y tres imanes desviadores para desviar un haz de iones alrededor de un eje de rotación. Una pluralidad de cuadrupolos están provistos a lo largo de la trayectoria del haz para crear un transporte de haz completamente acromático y un haz de iones con diferentes emitancias en los planos horizontal y vertical. Además, dos imanes de exploración están provistos entre los segundo y tercer imanes desviadores para dirigir el haz.A. Dolinskii, et al. "Gantry with an Ion-Optical System," U.S. Patent No. 6,476,403 (November 5, 2002) describes a gantry for an ion-optical system comprising an ion source and three diverter magnets to deflect a ion beam around an axis of rotation. A plurality of quadrupoles are provided along the beam path to create a fully achromatic beam transport and an ion beam with different emittances in the horizontal and vertical planes. In addition, two scanning magnets are provided between the second and third diverter magnets to direct the beam.

H. Akiyama, y col. "Charged Particle Beam Irradiation Apparatus", patente de Estados Unidos n.° 6.218.675 (17 de abril de 2001) describen un aparato de irradiación de haces de partículas cargadas para irradiar una diana con un haz de partículas cargadas que incluye una pluralidad de electroimanes de exploración y un electroimán cuadrupolar entre dos de la pluralidad de electroimanes de exploración.H. Akiyama, et al. "Charged Particle Beam Irradiation Apparatus", US Patent No. 6,218,675 (April 17, 2001) discloses an apparatus for irradiating charged particle beams to irradiate a target with a charged particle beam including a plurality of scanning electromagnets and a quadrupole electromagnet between two of the plurality of scanning electromagnets.

K. Matsuda, y col. "Charged Particle Beam Irradiation System and Method Thereof, patente de Estados Unidos n.° 6.087.672 (11 de julio de 2000) describen un sistema de irradiación de haces de partículas cargadas que tiene un filtro de cresta con elementos protectores para proteger una parte del haz de partículas cargadas en un área correspondiente a una región fina en la diana.K. Matsuda, et al. "Charged Particle Beam Irradiation System and Method Thereof, US Patent No. 6,087,672 (July 11, 2000) describes a irradiation system of charged particle beams having a crest filter with protective elements to protect a part of the bundle of charged particles in an area corresponding to a thin region in the target.

P. Young, y col. "Raster Scan Control System for a Charged-Particle Beam", patente de Estados Unidos n.° 5.017.789 (21 de mayo de 1991) describe un sistema de control de exploración por trama para uso con un sistema de suministro de haces de partículas cargadas que incluye una boquilla a través de la cual pasa un haz de partículas cargadas. La boquilla incluye un generador de tramas programable y electroimanes de exploración de barrido tanto rápido como lento que cooperan para generar un campo magnético de barrido que dirige el haz a lo largo de un patrón de exploración por trama deseado en una diana.P. Young, et al. "Raster Scan Control System for a Charged-Particle Beam", US Patent No. 5,017,789 (May 21, 1991) describes a raster scan control system for use with a particle beam delivery system charged which includes a nozzle through which a beam of charged particles passes. The nozzle includes a programmable frame generator and scanning scan electromagnets both fast and slow that cooperate to generate a scanning magnetic field that directs the beam along a desired frame scan pattern on a target.

Energía/intensidad del hazEnergy / beam intensity

M. Yanagisawa, y col. "Charged Particle Therapy System, Range Modulation Wheel Device, and Method of Installing Range Modulation Wheel Device", patente de Estados Unidos n.° 7.355.189 (8 de abril de 2008) yM. Yanagisawa, et al. "Charged Particle Therapy System, Range Modulation Wheel Device, and Method of Installing Range Modulation Wheel Device", US Patent No. 7,355,189 (April 8, 2008) and

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Yanagisawa, y col. "Charged Particle Therapy System, Range Modulation Wheel Device, and Method of Installing Range Modulation Wheel Device", patente de Estados Unidos n.° 7.053.389 (30 de mayo de 2008) describen ambos un sistema de terapia con partículas que tiene una rueda de modulación de alcance. El haz de iones pasa a través de la rueda de modulación de alcance dando como resultado una pluralidad de niveles de energía que corresponden a una pluralidad de grosores escalonados de la rueda de modulación de alcance.Yanagisawa, et al. "Charged Particle Therapy System, Range Modulation Wheel Device, and Method of Installing Range Modulation Wheel Device", US Patent No. 7,053,389 (May 30, 2008) both describe a particle therapy system having a wheel of scope modulation. The ion beam passes through the scope modulation wheel resulting in a plurality of energy levels corresponding to a plurality of stepped thicknesses of the scope modulation wheel.

M. Yanagisawa, y col. "Particle Beam Irradiation System and Method of Adjusting Irradiation Apparatus", patente de Estados Unidos n.° 7.297.967 (20 de noviembre de 2007); M. Yanagisawa, y col. "Particle Beam Irradiation System and Method of Adjusting Irradiation Apparatus", patente de Estados Unidos n.° 7.071.479 (4 de julio 2006); M. Yanagisawa, y col. "Particle Beam Irradiation System and Method of Adjusting Irradiation Apparatus", patente de Estados Unidos n.° 7.026.636 (11 de abril de 2006); y M. Yanagisawa, y col. "Particle Beam Irradiation System and Method of Adjusting Irradiation Apparatus", patente de Estados Unidos n.° 6.777.700 (17 de agosto de 2004) describen todos un dispositivo de dispersión, un dispositivo de ajuste de alcance y un dispositivo de extensión de picos. El dispositivo de dispersión y el dispositivo de ajuste de alcance se combinan entre sí y se mueven a lo largo del eje de un haz. El dispositivo de extensión se mueve independientemente a lo largo del eje para ajustar el grado de dispersión del haz de iones. El dispositivo combinado aumenta el grado de uniformidad de distribución de la dosis de radiación al tejido enfermo.M. Yanagisawa, et al. "Particle Beam Irradiation System and Method of Adjusting Irradiation Apparatus", US Patent No. 7,297,967 (November 20, 2007); M. Yanagisawa, et al. "Particle Beam Irradiation System and Method of Adjusting Irradiation Apparatus", US Patent No. 7,071,479 (July 4, 2006); M. Yanagisawa, et al. "Particle Beam Irradiation System and Method of Adjusting Irradiation Apparatus", US Patent No. 7,026,636 (April 11, 2006); and M. Yanagisawa, et al. "Particle Beam Irradiation System and Method of Adjusting Irradiation Apparatus", US Patent No. 6,777,700 (August 17, 2004) all discloses a dispersion device, a range adjustment device and a spike extension device . The dispersion device and the scope adjustment device combine with each other and move along the axis of a beam. The extension device moves independently along the axis to adjust the degree of dispersion of the ion beam. The combined device increases the degree of uniformity of radiation dose distribution to diseased tissue.

A. Sliski, y col. "Programmable Particle Scatterer for Radiation Therapy Beam Formation", patente de Estados Unidos n.° 7.208.748 (24 de abril de 2007) describen una longitud de trayectoria programable de un fluido dispuesto en un haz de partículas para modular el ángulo de dispersión y el alcance del haz de una manera predeterminada. El dispersor/modulador de alcance del haz de partículas cargadas comprende un depósito de fluido que tiene paredes opuestas en la trayectoria de un haz de partículas y un mecanismo impulsor para ajustar la distancia entre las paredes del depósito de fluido bajo el control de un controlador programable para crear un pico de Bragg extendido predeterminado a una profundidad predeterminada en un tejido. La dispersión y modulación del haz se ajustan continua y dinámicamente durante el tratamiento de un tumor para depositar una dosis en un volumen tridimensional predeterminado diana.A. Sliski, et al. "Programmable Particle Scatterer for Radiation Therapy Beam Formation", US Patent No. 7,208,748 (April 24, 2007) describes a programmable path length of a fluid disposed in a particle beam to modulate the dispersion angle and the range of the beam in a predetermined way. The disperser / modulator of the charged particle beam scope comprises a fluid reservoir having opposite walls in the path of a particle beam and a driving mechanism to adjust the distance between the walls of the fluid reservoir under the control of a programmable controller to create a predetermined extended Bragg peak at a predetermined depth in a tissue. The dispersion and modulation of the beam are continuously and dynamically adjusted during the treatment of a tumor to deposit a dose in a predetermined target three-dimensional volume.

M. Tadokoro, y col. "Particle Therapy System", patente de Estados Unidos n.° 7.247.869 (24 de julio de 2007) y patente de Estados Unidos n.° 7.154.108 (26 de diciembre de 2006) describen cada uno un sistema de terapia con partículas capaz de medir la energía de un haz de partículas cargadas durante la irradiación de tejido canceroso. El sistema incluye un paso del haz entre un par de colimadores, un detector de energía y una unidad de procesamiento de señales.M. Tadokoro, et al. "Particle Therapy System", United States Patent No. 7,247,869 (July 24, 2007) and United States Patent No. 7,154,108 (December 26, 2006) each describe a particle therapy system able to measure the energy of a beam of charged particles during irradiation of cancerous tissue. The system includes a beam passage between a pair of collimators, an energy detector and a signal processing unit.

G. Kraft, y col. "Ion Beam Scanner System and Operating Method", patente de Estados Unidos n.° 6.891.177 (10 de mayo de 2005) describe un sistema de exploración con haz de iones que tiene un sistema de alineamiento mecánico para que sea explorado el volumen diana permitiendo modulación de la profundidad del haz de iones por medio de un motor lineal y el desplazamiento transversal de medios de absorción de energía dando como resultado exploración a profundidad escalonada de elementos de volumen de un volumen diana.G. Kraft, et al. "Ion Beam Scanner System and Operating Method", US Patent No. 6,891,177 (May 10, 2005) describes an ion beam scanning system that has a mechanical alignment system for the target volume to be scanned. allowing the modulation of the ion beam depth by means of a linear motor and the transverse displacement of energy absorption means resulting in scaled depth exploration of volume elements of a target volume.

G. Hartmann, y col. "Method for Operating an Ion Beam Therapy System by Monitoring the Distribution of the Radiation Dose", patente de Estados Unidos n.° 6.736.831 (18 de mayo de 2004) describen un método para el manejo de un sistema de terapia con haces de iones que tiene un escáner de rejilla que irradia y explora un área que rodea un isocentro. Tanto la distribución de la dosis en profundidad como la distribución de la dosis transversal del dispositivo de escáner de rejilla en diversas posiciones en la región del isocentro se miden y se evalúan.G. Hartmann, et al. "Method for Operating an Ion Beam Therapy System by Monitoring the Distribution of the Radiation Dose," U.S. Patent No. 6,736,831 (May 18, 2004) describes a method for operating a beam therapy system. ions that have a grid scanner that radiates and explores an area surrounding an isocenter. Both the depth dose distribution and the cross-dose distribution of the grid scanner device at various positions in the isocenter region are measured and evaluated.

Y. Jongen "Method for Treating a Target Volume with a Particle Beam and Device Implementing Same", patente de Estados Unidos n.° 6.717.162 (6 de abril de 2004) describe un método de producción, a partir de un haz de partículas, de un punto estrecho dirigido hacia un volumen diana, caracterizado porque la velocidad de barrido del punto y la intensidad del haz de partículas se modifican simultáneamente.Y. Jongen "Method for Treating a Target Volume with a Particle Beam and Device Implementing Same", US Patent No. 6,717,162 (April 6, 2004) describes a method of production, from a particle beam , of a narrow point directed towards a target volume, characterized in that the scanning speed of the point and the intensity of the particle beam are modified simultaneously.

G. Kraft, y col. "Device for Irradiating a Tumor Tissue", patente de Estados Unidos n.° 6.710.362 (23 de marzo de 2004) describen un método y un aparato de irradiación de un tejido tumoral, donde el aparato tiene un dispositivo de frenado de iones impulsado electromagnéticamente en la trayectoria del haz de protones para adaptación en función de la profundidad del haz de protones que ajusta tanto la dirección del haz de iones como el alcance del haz de iones.G. Kraft, et al. "Device for Irradiating a Tumor Tissue", US Patent No. 6,710,362 (March 23, 2004) describes a method and an apparatus for irradiation of a tumor tissue, where the apparatus has an ion-driven braking device. Electromagnetically in the path of the proton beam for adaptation based on the depth of the proton beam that adjusts both the direction of the ion beam and the scope of the ion beam.

K. Matsuda, y col. "Charged Particle Beam Irradiation Apparatus", patente de Estados Unidos n.° 6.617.598 (9 de septiembre de 2003) describen un aparato de irradiación de haces de partículas cargadas que aumenta la anchura en una dirección de profundidad de un pico Bragg haciendo pasar el pico de Bragg a través de un dispositivo de agrandamiento que contiene tres componentes de haz de iones que tienen diferentes energías producidas de acuerdo con la diferencia entre posiciones pasadas de cada uno de los elementos de filtro.K. Matsuda, et al. "Charged Particle Beam Irradiation Apparatus", US Patent No. 6,617,598 (September 9, 2003) describes a beam irradiation apparatus of charged particles that increases the width in a depth direction of a Bragg peak by passing the Bragg peak through an enlargement device containing three ion beam components that have different energies produced according to the difference between past positions of each of the filter elements.

H. Stelzer, y col. "Ionization Chamber for Ion Beams and Method for Monitoring the Intensity of an Ion Beam", patente de Estados Unidos n.° 6.437.513 (20 de agosto de 2002) describen una cámara de ionización para un haz de iones y un método de monitorización de la intensidad de un haz de terapia con iones. La cámara de ionización incluye una carcasa de la cámara, una ventana de entrada de haces, una ventana de salida de haces y un volumen de la cámara lleno con gas de recuento.H. Stelzer, et al. "Ionization Chamber for Ion Beams and Method for Monitoring the Intensity of an Ion Beam", US Patent No. 6,437,513 (August 20, 2002) describes an ionization chamber for an ion beam and a monitoring method of the intensity of an ion therapy beam. The ionization chamber includes a chamber housing, a beam entry window, a beam exit window and a chamber volume filled with counting gas.

H. Akiyama, y col. "Charged-Particle Beam Irradiation Method and System", patente de Estados Unidos n.° 6.433.349 (13 de agosto 2002) y H. Akiyama, y col. "Charged-Particle Beam Irradiation Method and System", patente de Estados Unidos n.° 6.265.837 (24 de julio de 2001) describen ambos un sistema de irradiación de haces de partículas cargadas que incluye un cargador para cargar energía de la partícula y un controlador deH. Akiyama, et al. "Charged-Particle Beam Irradiation Method and System", US Patent No. 6,433,349 (August 13, 2002) and H. Akiyama, et al. "Charged-Particle Beam Irradiation Method and System", US Patent No. 6,265,837 (July 24, 2001) both describe a system of irradiation of charged particle beams that includes a charger for charging particle energy and a controller of

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intensidad para controlar una intensidad del haz de partículas cargadas.intensity to control a beam intensity of charged particles.

Y. Pu "Charged Particle Beam Irradiation Apparatus and Method of Irradiation with Charged Particle Beam", patente de Estados Unidos n.° 6.034.377 (7 de marzo de 2000) describe un aparato de irradiación de haces de partículas cargadas que tiene un degradador de energía que comprende: (1) un miembro cilíndrico que tiene una longitud; y (2) una distribución de grosor de la pared en una dirección circunferencial alrededor de un eje de rotación, donde el grosor de la pared determina la degradación de energía del haz de irradiación.Y. Pu "Charged Particle Beam Irradiation Apparatus and Method of Irradiation with Charged Particle Beam", US Patent No. 6,034,377 (March 7, 2000) describes a irradiated apparatus of charged particle beams having a degrader of energy comprising: (1) a cylindrical member having a length; and (2) a wall thickness distribution in a circumferential direction around an axis of rotation, where the wall thickness determines the energy degradation of the irradiation beam.

PórticoPortico

T. Yamashita, y col. "Rotating Irradiation Apparatus", patente de Estados Unidos n.° 7.381.979 (3 de junio de 2008) describen un pórtico rotatorio que tiene un anillo frontal y un anillo posterior, teniendo cada anillo dispositivos de soporte radiales, donde los dispositivos de soporte radiales tienen guías lineales. El sistema tiene dispositivos de soporte de empuje para limitar el movimiento del cuerpo rotatorio en la dirección del eje rotacional del cuerpo rotatorio.T. Yamashita, et al. "Rotating Irradiation Apparatus", US Patent No. 7,381,979 (June 3, 2008) describe a rotary gantry having a front ring and a rear ring, each ring having radial support devices, where the support devices Radials have linear guides. The system has push support devices to limit the movement of the rotary body in the direction of the rotational axis of the rotary body.

T. Yamashita, y col. "Rotating Gantry of Particle Beam Therapy System" patente de Estados Unidos n.° 7.372.053 (13 de mayo de 2008) describen un pórtico rotatorio soportado por un sistema de frenado neumático que permite movimiento, frenado y detención rápidos del pórtico durante el tratamiento de irradiación.T. Yamashita, et al. "Rotating Gantry of Particle Beam Therapy System" US Patent No. 7,372,053 (May 13, 2008) describes a rotary gantry supported by a pneumatic braking system that allows rapid movement, braking and stopping of the gantry during treatment irradiation

M. Yanagisawa, y col. "Medical Charged Particle Irradiation Apparatus", patente de Estados Unidos n.° 6.992.312 (31 de enero de 2006); M. Yanagisawa, y col. "Medical Charged Particle Irradiation Apparatus", patente de Estados Unidos n.° 6.979.832 (27 de diciembre de 2005); y M. Yanagisawa, y col. "Medical Charged Particle Irradiation Apparatus", patente de Estados Unidos n.° 6.953.943 (11 de octubre de 2005) describen todos un aparato capaz de irradiación desde direcciones ascendente y horizontal. El pórtico es rotatorio alrededor de un eje de rotación donde el dispositivo de formación del campo de irradiación está dispuesto excéntricamente, de modo que un eje de irradiación pasa a través de una posición diferente del eje de rotación.M. Yanagisawa, et al. "Medical Charged Particle Irradiation Apparatus", US Patent No. 6,992,312 (January 31, 2006); M. Yanagisawa, et al. "Medical Charged Particle Irradiation Apparatus", US Patent No. 6,979,832 (December 27, 2005); and M. Yanagisawa, et al. "Medical Charged Particle Irradiation Apparatus", US Patent No. 6,953,943 (October 11, 2005) all discloses an apparatus capable of irradiation from upward and horizontal directions. The gantry is rotating around a rotation axis where the irradiation field forming device is eccentrically arranged, so that an irradiation axis passes through a different position of the rotation axis.

H. Kaercher, y col. "Isokinetic Gantry Arrangement for the Isocentric Guidance of a Particle Beam And a Method for Constructing Same", patente de Estados Unidos n.° 6.897.451 (24 de mayo de 2005) describen una disposición de tipo pórtico isocinética para el guiado isocéntrico de un haz de partículas que se puede hacer rotar alrededor de un eje longitudinal horizontal.H. Kaercher, et al. "Isokinetic Gantry Arrangement for the Isocentric Guidance of a Particle Beam And a Method for Constructing Same," U.S. Patent No. 6,897,451 (May 24, 2005) describes an isokinetic gantry type arrangement for the isocentric guidance of a particle beam that can be rotated around a horizontal longitudinal axis.

G. Kraft, y col. "Ion Beam System for Irradiating Tumor Tissues", patente de Estados Unidos n.° 6.730.921 (4 de mayo de 2004) describen un sistema de haces de iones para irradiar tejidos tumorales a diversos ángulos de irradiación en relación con una camilla del paciente dispuesta horizontalmente, donde la camilla del paciente es rotatoria alrededor de un eje central y tiene un mecanismo de elevación. El sistema tiene una desviación del haz de iones central de hasta ± 15 grados con respecto a una dirección horizontal.G. Kraft, et al. "Ion Beam System for Irradiating Tumor Tissues", US Pat. No. 6,730,921 (May 4, 2004) describe an ion beam system for irradiating tumor tissues at various irradiation angles in relation to a patient's couch arranged horizontally, where the patient's stretcher is rotating around a central axis and has a lifting mechanism. The system has a central ion beam deviation of up to ± 15 degrees with respect to a horizontal direction.

M. Pavlovic, y col. "Gantry System and Method for Operating Same", patente de Estados Unidos n.° 6.635.882 (21 de octubre de 2003) describen un sistema de pórtico para ajustar y alinear un haz de iones sobre una diana desde un ángulo de tratamiento eficaz determinable libremente. El haz de iones se alinea sobre una diana a ángulos ajustables de 0 a 360 grados alrededor del eje de rotación del pórtico y a un ángulo de 45 a 90 grados desplazado del eje de rotación del pórtico produciendo un cono de irradiación cuando ha rotado una vuelta completa alrededor del eje de rotación del pórtico.M. Pavlovic, et al. "Gantry System and Method for Operating Same," U.S. Patent No. 6,635,882 (October 21, 2003) describes a gantry system for adjusting and aligning an ion beam on a target from a determinable effective treatment angle. freely. The ion beam is aligned on a target at adjustable angles of 0 to 360 degrees around the axis of rotation of the gantry and at an angle of 45 to 90 degrees displaced from the axis of rotation of the gantry producing an irradiation cone when it has rotated a full turn around the axis of rotation of the porch.

Paciente móvilMobile patient

N. Rigney, y col. "Patient Alignment System with External Measurement and Object Coordination for Radiation Therapy System", patente de Estados Unidos n.° 7.199.382 (3 de abril de 2007) describen un sistema de alineamiento de pacientes para un sistema de radioterapia que incluye múltiples dispositivos de medición externos que obtienen mediciones de posición de componentes móviles del sistema de radioterapia. El sistema de alineamiento usa las mediciones externas para proporcionar retroalimentación de colocación correctiva para hacer coincidir de forma más precisa al paciente con el haz de radiación.N. Rigney, et al. "Patient Alignment System with External Measurement and Object Coordination for Radiation Therapy System", US Patent No. 7,199,382 (April 3, 2007) describe a patient alignment system for a radiation therapy system that includes multiple devices for external measurements that obtain position measurements of mobile components of the radiotherapy system. The alignment system uses external measurements to provide corrective placement feedback to more precisely match the patient with the radiation beam.

Y. Muramatsu, y col. "Medical Particle Irradiation Apparatus", patente de Estados Unidos n.° 7.030.396 (18 de abril de 2006); Y. Muramatsu, y col. "Medical Particle Irradiation Apparatus", patente de Estados Unidos n.° 6.903.356 (7 de junio de 2005); y Y. Muramatsu, y col. "Medical Particle Irradiation Apparatus", patente de Estados Unidos n.° 6.803.591 (12 de octubre de 2004) describen todos un aparato de irradiación de partículas médicas que tiene un pórtico rotatorio, un marco anular ubicado dentro del pórtico de modo que pueda rotar con respecto al pórtico rotatorio, un mecanismo anti-correlación para evitar que el marco rote con el pórtico, y un suelo móvil flexible acoplado con el marco de tal manera que se mueva libremente con una parte inferior sustancialmente a nivel mientras que el pórtico rota.Y. Muramatsu, et al. "Medical Particle Irradiation Apparatus", US Patent No. 7,030,396 (April 18, 2006); Y. Muramatsu, et al. "Medical Particle Irradiation Apparatus", US Patent No. 6,903,356 (June 7, 2005); and Y. Muramatsu, et al. "Medical Particle Irradiation Apparatus", US Patent No. 6,803,591 (October 12, 2004) all describes a medical particle irradiation apparatus having a rotary gantry, an annular frame located within the gantry so that it can rotate with respect to the rotary gantry, an anti-correlation mechanism to prevent the frame from rotating with the gantry, and a flexible movable floor coupled with the frame such that it moves freely with a substantially level bottom while the gantry rotates .

H. Nonaka, y col. "Rotating Radiation Chamber for Radiation Therapy", patente de Estados Unidos n.° 5.993.373 (30 de noviembre de 1999) describen un suelo móvil horizontal compuesto por una serie de múltiples placas que están conectadas de manera libre y flexible, donde el suelo móvil se mueve en sincronía con la rotación de una sección de irradiación de haces de radiación.H. Nonaka, et al. "Rotating Radiation Chamber for Radiation Therapy", US Patent No. 5,993,373 (November 30, 1999) describes a horizontal mobile floor consisting of a series of multiple plates that are freely and flexibly connected, where the floor mobile moves in sync with the rotation of a radiation beam irradiation section.

RespiraciónBreathing

K. Matsuda "Radioactive Beam Irradiation Method and Apparatus Taking Movement of the Irradiation Area Into Consideration", patente de Estados Unidos n.° 5.538.494 (23 de julio de 1996) describe un método y aparato queK. Matsuda "Radioactive Beam Irradiation Method and Apparatus Taking Movement of the Irradiation Area Into Consideration", US Patent No. 5,538,494 (July 23, 1996) describes a method and apparatus that

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permite la irradiación incluso en el caso de una posición cambiante de la parte enferma debido a actividad física, tal como respiración y latidos del corazón. Inicialmente, un cambio de posición de una parte del cuerpo enferma y actividad física del paciente se miden de forma concurrente y una relación entre ambos se define como una función. Se realiza radioterapia de acuerdo con la función.It allows irradiation even in the case of a changing position of the diseased part due to physical activity, such as breathing and heartbeat. Initially, a change of position of a diseased body part and physical activity of the patient are measured concurrently and a relationship between the two is defined as a function. Radiation therapy is performed according to the function.

Colocación del pacientePatient placement

Y. Nagamine, y col. "Patient Positioning Device and Patient Positioning Method", patente de Estados Unidos n.° 7.212.609 (1 de mayo de 2007) y Y. Nagamine, y col. "Patient Positioning Device and Patient Positioning Method", patente de Estados Unidos n.° 7.212.608 (1 de mayo de 2007) describen un sistema de colocación del paciente que compara un área de comparación de una imagen radiográfica de referencia y una imagen radiográfica actual de una ubicación actual del paciente usando unificación de patrones.Y. Nagamine, et al. "Patient Positioning Device and Patient Positioning Method", US Patent No. 7,212,609 (May 1, 2007) and Y. Nagamine, et al. "Patient Positioning Device and Patient Positioning Method", US Patent No. 7,212,608 (May 1, 2007) describe a patient placement system comparing a comparison area of a reference radiographic image and a radiographic image current of a current patient location using pattern unification.

D. Miller, y col. "Modular Patient Support System", patente de Estados Unidos n.° 7.173.265 (6 de febrero de 2007) describen un sistema de tratamiento con radiación que tiene un sistema de soporte del paciente que incluye un módulo del paciente expansible de forma modular y al menos un dispositivo de inmovilización, tal como una cuna de espuma moldeable.D. Miller, et al. "Modular Patient Support System", US Patent No. 7,173,265 (February 6, 2007) describes a radiation treatment system that has a patient support system that includes a modularly expandable patient module and at least one immobilization device, such as a cradle of moldable foam.

K. Kato, y col. "Multi-Leaf Collimator and Medical System Including Accelerator", patente de Estados Unidos n.° 6.931.100 (16 de agosto de 2005 ); K. Kato, y col. "Multi-Leaf Collimator and Medical System Including Accelerator", patente de Estados Unidos n.° 6.823.045 (23 de noviembre de 2004); K. Kato, y col. "Multi-Leaf Collimator and Medical System Including Accelerator", patente de Estados Unidos n.° 6.819.743 (16 de noviembre de 2004); y K. Kato, y col. "Multi-Leaf Collimator and Medical System Including Accelerator", patente de Estados Unidos n.° 6.792.078 (14 de septiembre de 2004) describen todos un sistema de placas laminares usado para acortar el tiempo de colocación de un paciente para terapia de irradiación. La fuerza impulsora del motor es transmitida a una pluralidad de placas laminares al mismo tiempo a través de un engranaje piñón. El sistema también usa cilindros neumáticos superior e inferior y guías superior e inferior para colocar a un paciente.K. Kato, et al. "Multi-Leaf Collimator and Medical System Including Accelerator", US Patent No. 6,931,100 (August 16, 2005); K. Kato, et al. "Multi-Leaf Collimator and Medical System Including Accelerator", US Patent No. 6,823,045 (November 23, 2004); K. Kato, et al. "Multi-Leaf Collimator and Medical System Including Accelerator", US Patent No. 6,819,743 (November 16, 2004); and K. Kato, et al. "Multi-Leaf Collimator and Medical System Including Accelerator", US Patent No. 6,792,078 (September 14, 2004) all discloses a laminar plate system used to shorten a patient's placement time for irradiation therapy . The driving force of the motor is transmitted to a plurality of laminar plates at the same time through a pinion gear. The system also uses upper and lower pneumatic cylinders and upper and lower guides to position a patient.

Control por ordenadorComputer control

A. Beloussov y col. "Configuration Management and Retrieval System for Proton Beam Therapy System", patente de Estados Unidos n.° 7.368.740 (6 de mayo de 2008); A. Beloussov y col. "Configuration Management and Retrieval System for Proton Beam Therapy System", patente de Estados Unidos n.° 7.084.410 (1 de agosto de 2006); y A. Beloussov y col. "Configuration Management and Retrieval System for Proton Beam Therapy System", patente de Estados Unidos n.° 6.822.244 (23 de noviembre de 2004) describen todos un sistema de haz de protones controlado por software multiprocesador que tiene parámetros de tratamiento configurables que son modificados fácilmente por un usuario autorizado para preparar el sistema controlado por software para diversos modos de funcionamiento para garantizar que los datos y los parámetros de configuración son accesibles si se producen fallos puntuales individuales en la base de datos.A. Beloussov et al. "Configuration Management and Retrieval System for Proton Beam Therapy System", US Patent No. 7,368,740 (May 6, 2008); A. Beloussov et al. "Configuration Management and Retrieval System for Proton Beam Therapy System", US Patent No. 7,084,410 (August 1, 2006); and A. Beloussov et al. "Configuration Management and Retrieval System for Proton Beam Therapy System", US Patent No. 6,822,244 (November 23, 2004) all describe a proton beam system controlled by multiprocessor software having configurable treatment parameters that are easily modified by an authorized user to prepare the software-controlled system for various modes of operation to ensure that data and configuration parameters are accessible if individual point failures occur in the database.

J. Hirota y col. "Automatically Operated Accelerator Using Obtained Operating Patterns", patente de Estados Unidos n.° 5.698.954 (16 de diciembre de 1997) describe un controlador principal para determinar la cantidad de control y la sincronización de control de cada componente del cuerpo de un acelerador con los controles proviniendo de un patrón de funcionamiento.J. Hirota et al. "Automatically Operated Accelerator Using Obtained Operating Patterns", US Patent No. 5,698,954 (December 16, 1997) describes a main controller for determining the amount of control and control timing of each component of an accelerator body with the controls coming from an operating pattern.

ImagenologíaImaging

P. Adamee, y col. "Charged Particle Beam Apparatus and Method for Operating the Same", patente de Estados Unidos n.° 7.274.018 (25 de septiembre de 2007) y P. Adamee, y col. "Charged Particle Beam Apparatus and Method for Operating the Same", patente de Estados Unidos n.° 7.045.781 (16 de mayo de 2006) describen un aparato de haz de partículas cargadas configurado para imagenología en serie y/o en paralelo de un objeto.P. Adamee, et al. "Charged Particle Beam Apparatus and Method for Operating the Same", US Patent No. 7,274,018 (September 25, 2007) and P. Adamee, et al. "Charged Particle Beam Apparatus and Method for Operating the Same", US Patent No. 7,045,781 (May 16, 2006) describe a charged particle beam apparatus configured for serial and / or parallel imaging of a object.

K. Hiramoto, y col. "Ion Beam Therapy System and its Couch Positioning System", patente de Estados Unidos n.° 7.193.227 (20 de marzo de 2007) describen un sistema de terapia con haces de iones que tienen un sistema de imagenología radiográfica que se mueve junto con un pórtico rotatorio.K. Hiramoto, et al. "Ion Beam Therapy System and its Couch Positioning System", US Patent No. 7,193,227 (March 20, 2007) describe an ion beam therapy system that has a radiographic imaging system that moves along with A rotating porch.

C. Maurer, y col. "Apparatus and Method for Registration of Images to Physical Space Using a Weighted Combination of Points and Surfaces", patente de Estados Unidos n.° 6.560.354 (6 de mayo de 2003) describieron un proceso de tomografía computarizada radiográfica registrado para mediciones físicas tomadas en el cuerpo del paciente, donde a diferentes partes del cuerpo se le dan diferentes pesos. Los pesos se usan en un proceso de registro iterativo para determinar un proceso de transformación de un cuerpo rígido, donde la función de transformación se usa para ayudar a procedimientos quirúrgicos o estereotácticos.C. Maurer, et al. "Apparatus and Method for Registration of Images to Physical Space Using a Weighted Combination of Points and Surfaces", US Patent No. 6,560,354 (May 6, 2003) described a process of recorded radiographic computed tomography for physical measurements taken in the patient's body, where different parts of the body are given different weights. Weights are used in an iterative recording process to determine a transformation process of a rigid body, where the transformation function is used to assist surgical or stereotactic procedures.

M. Blair, y col. "Proton Beam Digital Imaging System", patente de Estados Unidos n.° 5.825.845 (20 de octubre de 1998) describen un sistema de imagenología digital por haz de protones que tiene una fuente de rayos X que es móvil al interior de la línea del haz de tratamiento que puede producir un haz de rayos X a través de una región del cuerpo. Por comparación de las posiciones relativas del centro del haz en la imagen de orientación del paciente y el isocentro en la imagen de prescripción maestra con respecto a puntos de referencia seleccionados, la cantidad y la dirección de movimiento del paciente para hacer que se determine la mejor correspondencia delM. Blair, et al. "Proton Beam Digital Imaging System," U.S. Patent No. 5,825,845 (October 20, 1998) describes a proton beam digital imaging system that has an X-ray source that is mobile inside the line. of the treatment beam that can produce an x-ray beam through a region of the body. By comparing the relative positions of the center of the beam in the patient orientation image and the isocenter in the master prescription image with respect to selected reference points, the amount and direction of movement of the patient to make the best one determined correspondence of

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centro del haz con el isocentro diana.center of the beam with the target isocenter.

S. Nishihara, y col. "Therapeutic Apparatus", patente de Estados Unidos n.° 5.039.867 (13 de agosto de 1991) describen un método y aparato para colocar un haz terapéutico en el que se determina una primera distancia tomando como base una primera imagen, se determina una segunda distancia tomando como base una segunda imagen, y el paciente es movido a una posición de irradiación con haz de terapia tomando como base las primera y segunda distancias.S. Nishihara, et al. "Therapeutic Apparatus", US Patent No. 5,039,867 (August 13, 1991) describes a method and apparatus for placing a therapeutic beam in which a first distance is determined based on a first image, a second distance based on a second image, and the patient is moved to an irradiation position with therapy beam based on the first and second distances.

Técnica anterior adicional relacionada con la presente invención se describe en las siguientes publicaciones:Additional prior art related to the present invention is described in the following publications:

• BIOPHYSICS GROUP Y COL, "Design, Construction and First Experiments of a Magnetic Scanning System for Therapy. Radiobiological Experiments on the Radiobiological Action of Carbon, Oxygen and Neon", GSI REPORT, GESELLSCHAFT FÜR SCHWERIONENFORSCHUNG MBH., DARMSTADT, ALEMANIA, (19910601), vol. GSI-91-18, ISSN 0171-4546, páginas 1 - 31, XP009121701;• BIOPHYSICS GROUP Y COL, "Design, Construction and First Experiments of a Magnetic Scanning System for Therapy. Radiobiological Experiments on the Radiobiological Action of Carbon, Oxygen and Neon", GSI REPORT, GESELLSCHAFT FÜR SCHWERIONENFORSCHUNG MBH., DARMSTADT, GERMANY, (19910601 ), vol. GSI-91-18, ISSN 0171-4546, pages 1-31, XP009121701;

• Documento US 2003/164459 A1;• Document US 2003/164459 A1;

• Documento US 5.538.494 A;• Document US 5,538,494 A;

• Documento US 3.412.337 A;• Document US 3,412,337 A;

• AMALDI U Y COL, "A Hospital-Based Hadrontherapy Complex", PROCEEDINGS OF EPAC 94, LONDRES, INGLATERRA, (19940627), páginas 49 - 51, XP002552288;• AMALDI U AND COL, "A Hospital-Based Hadrontherapy Complex", PROCEEDINGS OF EPAC 94, LONDON, ENGLAND, (19940627), pages 49-51, XP002552288;

• NODA K Y COL, "Slow beam extraction by a transverse RF field with AM and FM", NUCLEAR INSTRUMENTS & METHODS IN PHYSICS RESEARCH, SECTION - ACCELERATORS, SPECTROMETERS, DETECTORS AND ASSOCIATED EQUIPMENT, ELSEVIER, AMSTERDAM, PAÍSES BAJOS, (19960521), vol. A374, ISSN 0168-9002, páginas 269 - 277, XP002552289;• NODA KY COL, "Slow beam extraction by a transverse RF field with AM and FM", NUCLEAR INSTRUMENTS & METHODS IN PHYSICS RESEARCH, SECTION - ACCELERATORS, SPECTROMETERS, DETECTORS AND ASSOCIATED EQUIPMENT, ELSEVIER, AMSTERDAM, NETHERLANDS, (19960521), vol. A374, ISSN 0168-9002, pages 269-277, XP002552289;

• Documento US 6.335.535 B1;• US 6,335,535 B1;

• YULIN LI, "A Thin Beryllium Injection Window for CESR-C", PROCEEDINGS PAC03, PORTLAND, OREGON, EE. UU., (20030512), páginas 2264 - 2266, XP002568010;• YULIN LI, "A Thin Beryllium Injection Window for CESR-C", PROCEEDINGS PAC03, PORTLAND, OREGON, USA. UU., (20030512), pages 2264-2266, XP002568010;

• BRYANT (ED) P, Proton-Ion Medical Machine Study (PIMMS) Part II, PROTON-ION MEDICAL MACHINE STUDY. PIMMS, EUROPEAN ORGANISATION FOR NUCLEAR RESEARCH CERN - PS DIVISION, GINEBRA, SUIZA, PÁGINAS 23, 228, 289 - 290, (20000727), ISBN 9789290831662, XP002551811;• BRYANT (ED) P, Proton-Ion Medical Machine Study (PIMMS) Part II, PROTON-ION MEDICAL MACHINE STUDY. PIMMS, EUROPEAN ORGANIZATION FOR NUCLEAR RESEARCH CERN - PS DIVISION, GENEVA, SWITZERLAND, PAGES 23, 228, 289-290, (20000727), ISBN 9789290831662, XP002551811;

• ARIMOTO Y Y COL, "A Study of the PRISM-FFAG Magnet", PROCEEDINGS OF CYCLOTRON 2004 CONFERENCE, TOKYO, JAPÓN, (20041018), páginas 243 - 245, XP002551810;• ARIMOTO Y Y COL, "A Study of the PRISM-FFAG Magnet", PROCEEDINGS OF CYCLOTRON 2004 CONFERENCE, TOKYO, JAPAN, (20041018), pages 243-245, XP002551810;

• SAITO K Y COL, "RF Accelerating System for a Compact Ion Synchrotron", PROCEEDINGS OF 2001 PAC, CHICAGO EE. UU., (20010618), paginas 966 - 968, XP002568009;• SAITO K Y COL, "RF Accelerating System for a Compact Ion Synchrotron", PROCEEDINGS OF 2001 PAC, CHICAGO EE. UU., (20010618), pages 966-968, XP002568009;

• KIM K R Y COL, "50 MeV Proton Beam Test Facility for Low Flux Beam Utilization Studies of PEFP", PROCEEDINGS OF APAC 2004, POHANG, COREA, (20051031), páginas 441 - 443, XP002568008 [Y] 25,51.• KIM K R Y COL, "50 MeV Proton Beam Test Facility for Low Flux Beam Utilization Studies of PEFP", PROCEEDINGS OF APAC 2004, POHANG, KOREA, (20051031), pages 441-443, XP002568008 [Y] 25.51.

Existe en la técnica de la terapia con haces de partículas de tumores cancerosos una necesidad de control del haz de irradiación de partículas cargadas. Más particularmente, existe en la técnica la necesidad de un control separado de diversas dimensiones del haz de partículas cargadas para producir una irradiación tumoral oportuna, precisa y exacta.There is a need for control of the particle beam of cancerous tumors in the technique of controlling the irradiation beam of charged particles. More particularly, there is a need in the art for a separate control of various dimensions of the charged particle beam to produce a timely, precise and accurate tumor irradiation.

Sumario de la invenciónSummary of the invention

La invención comprende un sistema de haz de irradiación de partículas cargadas controlado multiaxial, para uso en radioterapia de tumores cancerosos.The invention comprises a multiaxial controlled charged particle irradiation beam system, for use in radiation therapy of cancerous tumors.

Descripción de las figurasDescription of the figures

La figura 1 ilustra conexiones de componentes de un sistema de terapia con haces de partículas;Figure 1 illustrates component connections of a particle beam therapy system;

La figura 2 ilustra un sistema de terapia con partículas cargadas;Figure 2 illustrates a charged particle therapy system;

La figura 3 ilustra un sistema de generación de haces de iones;Figure 3 illustrates an ion beam generation system;

La figura 4 ilustra secciones rectas y curvas de un sincrotrón;Figure 4 illustrates straight and curved sections of a synchrotron;

La figura 5 ilustra imanes desviadores de un sincrotrón;Figure 5 illustrates deflector magnets of a synchrotron;

La figura 6 proporciona una vista en perspectiva de un imán desviador;Figure 6 provides a perspective view of a diverter magnet;

La figura 7 ilustra una vista de sección transversal de un imán desviador;Figure 7 illustrates a cross-sectional view of a diverter magnet;

La figura 8 ilustra una vista de sección transversal de un imán desviador;Figure 8 illustrates a cross-sectional view of a diverter magnet;

La figura 9 ilustra una sección de sintonización magnética de un sincrotrón;Figure 9 illustrates a magnetic tuning section of a synchrotron;

Las figuras 10A y B ilustran un acelerador de RF y un subsistema de acelerador de RF, respectivamente;Figures 10A and B illustrate an RF accelerator and an RF accelerator subsystem, respectively;

La figura 11 ilustra un sistema de control de campo magnético;Figure 11 illustrates a magnetic field control system;

La figura 12 ilustra un sistema de extracción y de control de la intensidad de partículas cargadas;Figure 12 illustrates a system for extracting and controlling the intensity of charged particles;

La figura 13 ilustra un sistema de verificación de la posición de un haz de protones;Figure 13 illustrates a system for verifying the position of a proton beam;

La figura 14 ilustra un sistema de colocación del paciente desde: (A) una vista frontal y (B) una vista superior;Figure 14 illustrates a patient positioning system from: (A) a front view and (B) a top view;

La figura 15 proporciona distribuciones de la dosis de rayos X y haz de protones;Figure 15 provides distributions of the x-ray dose and proton beam;

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Las figuras 16A-E ilustran la profundidad controlada de irradiación del foco;Figures 16A-E illustrate the controlled depth of focus irradiation;

Las figuras 17A-E ilustran irradiación multicampo;Figures 17A-E illustrate multi-field irradiation;

La figura 18 ilustra mejora de la eficacia de la dosis mediante el uso de irradiación multicampo; las figuras 19A-C y la figura 19E ilustran irradiación distal de un tumor desde direcciones rotacionales variables y la figura 19D ilustra radiación integrada que resulta de radiación distal;Figure 18 illustrates improvement of dose efficiency through the use of multi-field irradiation; Figures 19A-C and Figure 19E illustrate distal irradiation of a tumor from variable rotational directions and Figure 19D illustrates integrated radiation resulting from distal radiation;

La figura 20 proporciona dos métodos de implementación de irradiación multicampo;Figure 20 provides two methods of multi-field irradiation implementation;

La figura 21 ilustra exploración multidimensional de un sistema de exploración puntual con haz de partículas cargadas que funciona sobre: (A) una sección en 2-D o (B) un volumen en 3-D de un tumor;Figure 21 illustrates multidimensional scanning of a point scanning system with a charged particle beam operating on: (A) a 2-D section or (B) a 3-D volume of a tumor;

La figura 22 ilustra una fuente de cañón de electrones usada para generar rayos X acoplada con un sistema de terapia con haces de partículas;Figure 22 illustrates an electron cannon source used to generate X-rays coupled with a particle beam therapy system;

La figura 23 ilustra una fuente de rayos X próxima a la trayectoria de un haz de partículas;Figure 23 illustrates an X-ray source near the path of a particle beam;

La figura 24 ilustra un sistema de colocación del paciente semivertical;Figure 24 illustrates a semivertical patient placement system;

La figura 25 ilustra la monitorización de la respiración;Figure 25 illustrates breathing monitoring;

La figura 26 proporciona un método de coordinación de la recogida de radiografías con la respiración del paciente.Figure 26 provides a method of coordinating the collection of radiographs with the patient's breathing.

La figura 27 ilustra un sistema de colocación, inmovilización y recolocación del paciente;Figure 27 illustrates a patient positioning, immobilization and repositioning system;

La figura 28 muestra aceleración del campo de partículas sincronizada con el ciclo de respiración de un paciente; yFigure 28 shows acceleration of the particle field synchronized with the breathing cycle of a patient; Y

La figura 29 ilustra sincronización de aceleración del campo de partículas ajustable.Figure 29 illustrates acceleration synchronization of the adjustable particle field.

Descripción detallada de la invenciónDetailed description of the invention

La invención comprende un sistema de haz de irradiación de partículas cargadas controlado multiaxial, para uso en radioterapia de tumores cancerosos.The invention comprises a multiaxial controlled charged particle irradiation beam system, for use in radiation therapy of cancerous tumors.

El control multiaxial incluye control separado de una o más posiciones horizontales o de eje x, posición vertical o de eje y, control de energía y control de intensidad del haz de irradiación de partículas cargadas. Opcionalmente, el control separado es control independiente. Opcionalmente, el haz de partículas cargadas se controla adicionalmente en términos de sincronización. La sincronización se coordina con la respiración del paciente y/o la colocación rotacional del paciente. Combinado, el sistema permite la irradiación de partículas cargadas multiaxial y multicampo de tumores, produciendo dosificaciones de irradiación precisas y exactas a un tumor con distribución de energía distal proximal nociva alrededor del tumor. La invención usa un sistema de cavidad de radiofrecuencia (RF) para inducir la oscilación del betatrón de un flujo de partículas cargadas. La modulación de amplitud suficiente del flujo de partículas cargadas hace que el flujo de partículas cargadas golpee un material, tal como una laminilla. La laminilla disminuye la energía del flujo de partículas cargadas, lo que disminuye un radio de curvatura del flujo de partículas cargadas en el sincrotrón suficientemente para permitir una separación física del flujo de partículas cargadas de energía reducida del flujo de partículas cargadas original. El flujo de partículas cargadas separado físicamente se elimina a continuación del sistema mediante el uso de un campo aplicado y un deflector.The multiaxial control includes separate control of one or more horizontal or x-axis positions, vertical or y-axis position, energy control and intensity control of the irradiated beam of charged particles. Optionally, the separate control is independent control. Optionally, the beam of charged particles is further controlled in terms of synchronization. Synchronization is coordinated with the patient's breathing and / or the patient's rotational placement. Combined, the system allows irradiation of multiaxial and multicamp charged particles of tumors, producing precise and accurate irradiation dosages to a tumor with harmful proximal distal energy distribution around the tumor. The invention uses a radio frequency (RF) cavity system to induce the oscillation of the betatron of a flow of charged particles. Modulation of sufficient amplitude of the flow of charged particles causes the flow of charged particles to hit a material, such as a lamella. The lamella decreases the energy of the flow of charged particles, which decreases a radius of curvature of the flow of charged particles in the synchrotron sufficiently to allow a physical separation of the flow of charged particles of reduced energy from the flow of charged original particles. The flow of physically separated charged particles is then removed from the system by the use of an applied field and a baffle.

En otra realización, el sistema comprende control de la intensidad de un aparato de aceleración, extracción y/o direccionamiento de un haz de partículas cargadas usado junto con radioterapia con haces de partículas cargadas de tumores cancerosos. Particularmente, la intensidad de un flujo de partículas cargadas de un sincrotrón se describe en combinación con imanes de giro, imanes de enfoque en el borde, imanes de campo magnético de concentración, bobinas de enrollamiento y de control, y elementos de extracción del sincrotrón. El sistema reduce el tamaño global del sincrotrón, proporciona un haz de protones controlado estrechamente, reduce directamente el tamaño de los campos magnéticos requeridos, reduce directamente la potencia operativa requerida, y permite la aceleración continua de protones en un sincrotrón incluso durante un proceso de extracción de protones del sincrotrón.In another embodiment, the system comprises controlling the intensity of an acceleration, extraction and / or addressing apparatus of a bundle of charged particles used in conjunction with radiation therapy with bundles of particles loaded with cancerous tumors. Particularly, the intensity of a flow of charged particles of a synchrotron is described in combination with rotating magnets, focusing magnets on the edge, concentration magnetic field magnets, winding and control coils, and synchrotron extraction elements. The system reduces the overall size of the synchrotron, provides a closely controlled proton beam, directly reduces the size of the required magnetic fields, directly reduces the required operating power, and allows continuous acceleration of protons in a synchrotron even during an extraction process. of synchrotron protons.

En otra realización más, se usa un aparato de imagenología multicampo y de tratamiento del cáncer con partículas cargadas multicampo que se coordina con la respiración del paciente mediante el uso de sensores de retroalimentación usados para monitorizar y/o controlar la respiración del paciente. Opcionalmente, el sistema de monitorización de la respiración usa sensores térmicos y/o de fuerza para determinar dónde está un paciente en un ciclo de respiración en combinación con un control de señales de retroalimentación suministrado al paciente para informar al paciente cuando se requiere control de la respiración. Preferentemente, la imagenología multicampo, tal como imagenología radiográfica, y la terapia con partículas cargadas se realizan en un paciente en una posición parcialmente inmovilizada y recolocable. El suministro de rayos X y/o de protones se sincroniza con la respiración del paciente mediante el control del aparato de inyección, aceleración, extracción y/o direccionamiento de haces de partículas cargadas.In yet another embodiment, a multi-field imaging and cancer treatment apparatus with charged multi-field particles is used that coordinates with the patient's breathing through the use of feedback sensors used to monitor and / or control the patient's breathing. Optionally, the respiration monitoring system uses thermal and / or force sensors to determine where a patient is in a breathing cycle in combination with a feedback signal control provided to the patient to inform the patient when control of the breath is required. breathing. Preferably, multi-field imaging, such as radiographic imaging, and charged particle therapy are performed in a patient in a partially immobilized and relocatable position. The supply of X-rays and / or protons is synchronized with the patient's breathing by controlling the injection, acceleration, extraction and / or addressing apparatus of charged particle beams.

En aún otra realización ejemplar más, el sistema se refiere a un método de rotación/de trama combinado, denominado terapia del cáncer con partículas cargadas multicampo. El sistema usa una fuente de protones de orientación fija con respecto a un paciente rotatorio para dar irradiación del tumor desde múltiples direcciones. El sistema combina irradiación del tumor por capas desde muchas direcciones con irradiación de protones de energíaIn yet another exemplary embodiment, the system refers to a combined rotation / weft method, called cancer therapy with multi-laden particles. The system uses a source of fixed orientation protons with respect to a rotary patient to give irradiation of the tumor from multiple directions. The system combines irradiation of the tumor by layers from many directions with irradiation of energy protons

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controlada para suministrar energía del haz de protones máxima dentro de un volumen tumoral seleccionado o sección irradiada. Opcionalmente, el volumen tumoral seleccionado para irradiación desde un ángulo dado es una parte distal del tumor. De esta manera, la energía del pico de Bragg de acceso se extiende circunferencialmente alrededor del tumor minimizando el daño al tejido sano y la energía de protones del pico se suministra de forma eficiente, exacta y precisa al tumor.controlled to supply maximum proton beam energy within a selected tumor volume or irradiated section. Optionally, the tumor volume selected for irradiation from a given angle is a distal part of the tumor. In this way, the energy of the access Bragg peak extends circumferentially around the tumor minimizing damage to healthy tissue and the proton energy of the peak is efficiently, accurately and accurately delivered to the tumor.

En otra realización ejemplar más, se describe un método y aparato para suministro eficiente de una dosis de radiación a un tumor. Preferentemente, la radiación se suministra a través de un punto de entrada en el tumor y la energía del pico de Bragg es dirigida a un lado distal o lejano del tumor desde un punto de acceso. El suministro de energía del pico de Bragg al lado distal del tumor desde el punto de acceso se repite desde múltiples direcciones rotacionales. La intensidad del haz es proporcional a la eficacia de suministro de la dosis de radiación. El proceso de irradiación multicampo con niveles de energía que se dirigen al lado lejano del tumor desde cada dirección de irradiación proporciona suministro uniforme y eficiente de una dosis de radiación de partículas cargadas al tumor. Preferentemente, la terapia con partículas cargadas se sincroniza con la respiración del paciente mediante el control de métodos y aparatos de inyección, aceleración, extracción y/o direccionamiento de haces de partículas cargadas.In yet another exemplary embodiment, a method and apparatus for efficient delivery of a dose of radiation to a tumor is described. Preferably, the radiation is delivered through an entry point into the tumor and the energy of the Bragg peak is directed to a distal or distant side of the tumor from an access point. The energy supply of the Bragg peak to the distal side of the tumor from the access point is repeated from multiple rotational directions. The intensity of the beam is proportional to the efficiency of radiation dose delivery. The multi-field irradiation process with energy levels that go to the far side of the tumor from each direction of irradiation provides a uniform and efficient supply of a radiation dose of charged particles to the tumor. Preferably, the therapy with charged particles is synchronized with the patient's breathing by controlling methods and apparatus for injection, acceleration, extraction and / or addressing of bundles of charged particles.

Usadas en combinación con la invención, se describen novedosas características de diseño de un sistema de tratamiento del cáncer con haces de partículas cargadas. Particularmente, se describe una fuente de haces de iones negativos con características novedosas en la fuente de iones negativos, el sistema de vacío de la fuente de iones, la lente de enfoque de haces de iones, y acelerador en tándem. Adicionalmente, se describen imanes de giro, imanes de enfoque en el borde, imanes de concentración del campo magnético, bobinas de enrollamiento y de corrección, superficies incidentes sobre campos magnéticos planos, y elementos de extracción que minimizan el tamaño global del sincrotrón, proporcionan un haz de protones controlado estrechamente, reducen directamente el tamaño de los campos magnéticos requeridos, reducen directamente la potencia operativa requerida, y permiten la aceleración continua de protones en un sincrotrón incluso durante un proceso de extracción de protones del sincrotrón. El sistema fuente de haces de iones y el sincrotrón están preferentemente integrados por ordenador con un sistema de imagenología del paciente y una interfaz del paciente que incluye sensores de monitorización de la respiración y elementos de colocación del paciente. Además, se describe el control de la intensidad de un método y aparato de aceleración, extracción y/o direccionamiento de haces de partículas cargadas usado junto con radioterapia con haces de partículas cargadas de tumores cancerosos. Más particularmente, se describe el control de la intensidad, la energía y la sincronización de un flujo de partículas cargadas de un sincrotrón. Los elementos de control del sincrotrón permiten un control estrecho del haz de partículas cargadas, que complementa el control estrecho de la colocación del paciente para dar un tratamiento eficiente de un tumor sólido con daño tisular reducido al tejido sano circundante. Además, el sistema reduce el tamaño global del sincrotrón, proporciona un haz de protones controlado estrechamente, reduce directamente el tamaño de campos magnéticos requeridos, reduce directamente la potencia operativa requerida, y permite la aceleración continua de protones en un sincrotrón incluso durante un proceso de extracción de protones del sincrotrón. Todos estos sistemas se usan preferentemente junto con un sistema radiográfico capaz de recoger radiografías de un paciente en (1) un sistema de colocación para tratamiento con protones y (2) en un momento especificado del ciclo de respiración del paciente. Combinados, los sistemas posibilitan un tratamiento de tumores no invasivo eficiente, exacto y preciso con un daño mínimo al tejido sano circundante.Used in combination with the invention, novel design features of a cancer treatment system with charged particle beams are described. Particularly, a negative ion beam source with novel characteristics in the negative ion source, the ion source vacuum system, the ion beam focusing lens, and tandem accelerator is described. Additionally, rotating magnets, focusing magnets on the edge, concentration magnets of the magnetic field, winding and correction coils, incident surfaces on flat magnetic fields, and extraction elements that minimize the overall size of the synchrotron are described, provide a tightly controlled proton beam, directly reduce the size of the required magnetic fields, directly reduce the required operating power, and allow continuous acceleration of protons in a synchrotron even during a proton extraction process from the synchrotron. The ion beam source system and the synchrotron are preferably integrated by computer with a patient imaging system and a patient interface that includes breathing monitoring sensors and patient positioning elements. In addition, the intensity control of a method and apparatus of acceleration, extraction and / or addressing of charged particle beams used together with radiation therapy with particle beams loaded with cancerous tumors is described. More particularly, the control of the intensity, energy and synchronization of a flow of charged particles of a synchrotron is described. Synchrotron control elements allow tight control of the bundle of charged particles, which complements the close control of patient placement to give efficient treatment of a solid tumor with reduced tissue damage to surrounding healthy tissue. In addition, the system reduces the overall size of the synchrotron, provides a closely controlled proton beam, directly reduces the size of required magnetic fields, directly reduces the required operating power, and allows continuous acceleration of protons in a synchrotron even during a process of Synchrotron proton extraction. All these systems are preferably used together with a radiographic system capable of collecting radiographs of a patient in (1) a placement system for proton treatment and (2) at a specified time in the patient's breathing cycle. Combined, the systems enable efficient, accurate and precise non-invasive tumor treatment with minimal damage to surrounding healthy tissue.

Ciclotrón/sincrotrónCyclotron / Synchrotron

Un ciclotrón usa un campo magnético constante y un campo eléctrico aplicado a frecuencia constante. Uno de los dos campos es modificado en un sincrociclotrón. Ambos campos son modificados en un sincrotrón. Por lo tanto, un sincrotrón es un tipo particular de acelerador de partículas cíclico en el que se usa un campo magnético para hacer girar las partículas para que circulen y se usa un campo eléctrico para acelerar las partículas. El sincrotón sincroniza cuidadosamente los campos aplicados con el haz de partículas en movimiento.A cyclotron uses a constant magnetic field and an electric field applied at a constant frequency. One of the two fields is modified in a synchro-cyclotron. Both fields are modified in a synchrotron. Therefore, a synchrotron is a particular type of cyclic particle accelerator in which a magnetic field is used to spin the particles to circulate and an electric field is used to accelerate the particles. The synchrotone carefully synchronizes the applied fields with the moving particle beam.

Aumentando los campos apropiadamente a medida que las partículas ganan energía, la trayectoria de las partículas cargadas puede mantenerse constante a medida que éstas son aceleradas. Esto permite que el contenedor de vacío para las partículas sea un toro delgado y grande. En realidad es más fácil usar algunas secciones rectas entre los imanes desviadores y algunas secciones curvas que dan al toro la forma de un polígono con esquinas redondas. De este modo, se construye una trayectoria de radio efectivo grande usando segmentos simples de tubería rectos y curvos, a diferencia de la cámara en forma de disco de los dispositivos de tipo ciclotrón. La forma también permite y requiere el uso de múltiples imanes para desviar el haz de partículas.By increasing the fields appropriately as the particles gain energy, the trajectory of the charged particles can remain constant as they are accelerated. This allows the vacuum container for particles to be a thin and large bull. It is actually easier to use some straight sections between the diverting magnets and some curved sections that give the bull the shape of a polygon with round corners. In this way, a large effective radius path is constructed using simple straight and curved pipe segments, unlike the disk-shaped chamber of cyclotron-type devices. The shape also allows and requires the use of multiple magnets to deflect the particle beam.

La energía máxima que un acelerador cíclico puede impartir está normalmente limitada por la intensidad de los campos magnéticos y el radio mínimo/la curvatura máxima de la trayectoria de la partícula. En un ciclotrón, el radio máximo es bastante limitado ya que las partículas comienzan en el centro y forman una espiral hacia afuera, por lo tanto, esta trayectoria completa debe ser una cámara al vacío con forma de disco autoportante. Dado que el radio es limitado, la potencia de la máquina se ve limitada por la intensidad del campo magnético. En el caso de un electroimán ordinario, la intensidad del campo está limitada por la saturación del núcleo porque, cuando todos losThe maximum energy that a cyclic accelerator can impart is normally limited by the intensity of the magnetic fields and the minimum radius / maximum curvature of the particle's path. In a cyclotron, the maximum radius is quite limited since the particles begin in the center and form a spiral outwards, therefore, this complete path must be a vacuum chamber shaped like a self-supporting disk. Since the radius is limited, the power of the machine is limited by the intensity of the magnetic field. In the case of an ordinary electromagnet, the field strength is limited by the saturation of the core because, when all

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dominios magnéticos están alineados, el campo no se puede aumentar más en términos prácticos. La disposición del par de imanes individuales también limita el tamaño económico del dispositivo.Magnetic domains are aligned, the field cannot be increased more in practical terms. The arrangement of the pair of individual magnets also limits the economic size of the device.

Los sincrotrones superan estas limitaciones, usando una tubería de haz estrecho rodeada por imanes mucho más pequeños y de enfoque más preciso. La capacidad de este dispositivo para acelerar partículas está limitada por el hecho de que las partículas deben estar cargadas para acelerarse en absoluto, pero las partículas cargadas bajo aceleración emiten fotones, perdiendo de este modo energía. La energía del haz limitante se alcanza cuando la energía perdida por la aceleración lateral requerida para mantener la trayectoria del haz en un círculo es igual a la energía añadida en cada ciclo. Los aceleradores más potentes se construyen mediante el uso de trayectorias de gran radio y mediante el uso de cavidades de microondas más numerosas y más potentes para acelerar el haz de partículas entre las esquinas. Las partículas más ligeras, tales como los electrones, pierden una fracción mayor de su energía al girar. En términos prácticos, la energía de los aceleradores de electrones/positrones está limitada por esta pérdida de radiación, mientras que ésta no juega un papel significativo en la dinámica de los aceleradores de protones o iones. La energía de aquellos está limitada estrictamente por la fuerza de los imanes y por el coste.Synchrotrons overcome these limitations, using a narrow beam pipe surrounded by much smaller magnets with a more precise focus. The ability of this device to accelerate particles is limited by the fact that the particles must be charged to accelerate at all, but particles charged under acceleration emit photons, thereby losing energy. The energy of the limiting beam is reached when the energy lost by the lateral acceleration required to maintain the trajectory of the beam in a circle is equal to the energy added in each cycle. The most powerful accelerators are built by using large radius paths and by using more numerous and more powerful microwave cavities to accelerate the particle beam between the corners. Lighter particles, such as electrons, lose a larger fraction of their energy when they spin. In practical terms, the energy of the electron / positron accelerators is limited by this loss of radiation, while this does not play a significant role in the dynamics of the proton or ion accelerators. The energy of those is strictly limited by the strength of the magnets and the cost.

TERAPIA CON HACES DE PARTÍCULAS CARGADASTHERAPY WITH MAKES OF LOADED PARTICLES

En todo este documento, se describe un sistema de terapia con haces de partículas cargadas, tales como un haz de protones, haz de iones de hidrógeno o haz de iones de carbono. En el presente documento, el sistema de terapia con haces de partículas cargadas se describe usando un haz de protones. Sin embargo, los aspectos enseñados y descritos en términos de un haz de protones no pretenden estar limitados a los de un haz de protones y son ilustrativos de un sistema de haces de partículas cargadas. Cualquier sistema de haces de partículas cargadas es también aplicable a las técnicas descritas en el presente documento.Throughout this document, a therapy system with charged particle beams, such as a proton beam, hydrogen ion beam or carbon ion beam, is described. Here, the charged particle beam therapy system is described using a proton beam. However, the aspects taught and described in terms of a proton beam are not intended to be limited to those of a proton beam and are illustrative of a system of charged particle beams. Any system of charged particle beams is also applicable to the techniques described herein.

Con referencia ahora a la figura 1, se ilustra un sistema 100 de haces de partículas cargadas. El haz de partículas cargadas preferentemente comprende una serie de subsistemas incluyendo cualquiera de: un controlador principal 110; un sistema de inyección 120; un sincrotrón 130 que normalmente incluye: (1) un sistema acelerador 132 y (2) un sistema de extracción 134; un sistema de exploración/direccionamiento/suministro 140; un módulo 150 de interfaz del paciente; un sistema de visualización 160; y/o un sistema de imagenología 170.Referring now to Figure 1, a system 100 of charged particle beams is illustrated. The bundle of charged particles preferably comprises a series of subsystems including any of: a main controller 110; an injection system 120; a synchrotron 130 which normally includes: (1) an accelerator system 132 and (2) an extraction system 134; a scanning / addressing / supply system 140; a patient interface module 150; a display system 160; and / or an imaging system 170.

En una realización, uno o más de los subsistemas se almacenan en un cliente. El cliente es una plataforma informática configurada para actuar como un dispositivo cliente, por ejemplo, un ordenador personal, un reproductor multimedia digital, un asistente digital personal, etc. El cliente comprende un procesador que está acoplado a una serie de dispositivos de entrada externos o internos, por ejemplo, un ratón, un teclado, un dispositivo de visualización, etc. El procesador también está acoplado a un dispositivo de salida, por ejemplo, un monitor informático para visualizar información. En una realización, el controlador principal 110 es el procesador. En otra realización, el controlador principal 110 es un conjunto de instrucciones almacenadas en la memoria que son llevadas a cabo por el procesador.In one embodiment, one or more of the subsystems is stored in a client. The client is a computer platform configured to act as a client device, for example, a personal computer, a digital media player, a personal digital assistant, etc. The client comprises a processor that is coupled to a series of external or internal input devices, for example, a mouse, a keyboard, a display device, etc. The processor is also coupled to an output device, for example, a computer monitor for displaying information. In one embodiment, the main controller 110 is the processor. In another embodiment, the main controller 110 is a set of instructions stored in memory that are carried out by the processor.

El cliente incluye un medio de almacenamiento legible por ordenador, es decir, una memoria. La memoria incluye, pero no se limita a, un dispositivo de almacenamiento o transmisión electrónico, óptico, magnético u otro, capaz de acoplarse a un procesador, por ejemplo, tal como un procesador en comunicación con un dispositivo de entrada táctil, con instrucciones legibles por ordenador. Otros ejemplos de medios adecuados incluyen, por ejemplo, unidad flash, CD-ROM, memoria de solo lectura (ROM), memoria de acceso aleatorio (RAM), circuito integrado específico de la aplicación (ASIC), DVD, disco magnético, chip de memoria, etc. El procesador ejecuta un conjunto de instrucciones de código de programa ejecutables por ordenador almacenadas en la memoria. Las instrucciones pueden comprender código de cualquier lenguaje de programación informática, incluidos, por ejemplo, C, C++, C#, Visual Basic, Java y JavaScript.The client includes a computer-readable storage medium, that is, a memory. The memory includes, but is not limited to, an electronic, optical, magnetic or other storage or transmission device capable of being coupled to a processor, for example, such as a processor in communication with a touch input device, with readable instructions By computer. Other examples of suitable media include, for example, flash drive, CD-ROM, read-only memory (ROM), random access memory (RAM), application-specific integrated circuit (ASIC), DVD, magnetic disk, chip memory, etc. The processor executes a set of computer executable program code instructions stored in memory. The instructions may comprise code of any computer programming language, including, for example, C, C ++, C #, Visual Basic, Java and JavaScript.

Se proporciona un método ejemplar de uso del sistema 100 de haces de partículas cargadas. El controlador principal 110 controla uno o más de los subsistemas para suministrar de forma exacta y precisa protones a un tumor de un paciente. Por ejemplo, el controlador principal 110 obtiene una imagen, tal como una parte de un cuerpo y/o de un tumor, del sistema de imagenología 170. El controlador principal 110 también obtiene información de posición y/o sincronización del módulo 150 de interfaz del paciente. El controlador principal 110 opcionalmente controla entonces el sistema de inyección 120 para inyectar un protón en un sincrotrón 130. El sincrotrón normalmente contiene al menos un sistema acelerador 132 y un sistema de extracción 134. El controlador principal preferentemente controla el haz de protones dentro del sistema acelerador, tal como controlando la velocidad, la trayectoria y la sincronización del haz de protones. El controlador principal controla a continuación la extracción de un haz de protones del acelerador a través del sistema de extracción 134. Por ejemplo, el controlador controla la sincronización, la energía y/o la intensidad del haz extraído. El controlador 110 también controla preferentemente el direccionamiento del haz de protones a través del sistema de exploración/direccionamiento/suministro 140 hasta el módulo 150 de interfaz del paciente. Uno o más componentes del módulo 150 de interfaz del paciente están controlados preferentemente por el controlador principal 110. Además, los elementos de visualización del sistema de visualización 160 están preferentemente controlados mediante el controlador principal 110. Visualizadores, tales como pantallas deAn exemplary method of using the system 100 of charged particle beams is provided. The main controller 110 controls one or more of the subsystems to accurately and accurately deliver protons to a patient's tumor. For example, the main controller 110 obtains an image, such as a part of a body and / or a tumor, of the imaging system 170. The main controller 110 also obtains position and / or synchronization information of the interface module 150 of the patient. The main controller 110 optionally then controls the injection system 120 to inject a proton into a synchrotron 130. The synchrotron typically contains at least one accelerator system 132 and an extraction system 134. The main controller preferably controls the proton beam within the system. accelerator, such as controlling the speed, trajectory and synchronization of the proton beam. The main controller then controls the extraction of a proton beam from the accelerator through the extraction system 134. For example, the controller controls the timing, energy and / or intensity of the extracted beam. The controller 110 also preferably controls the proton beam addressing through the scanning / addressing / delivery system 140 to the patient interface module 150. One or more components of the patient interface module 150 are preferably controlled by the main controller 110. In addition, the display elements of the display system 160 are preferably controlled by the main controller 110. Displays, such as patient screens

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visualización, se proporcionan normalmente a uno o más operadores y/o a uno o más pacientes. En una realización, el controlador principal 110 sincroniza el suministro del haz de protones desde todos los sistemas, de modo que se suministren protones de una manera terapéutica óptima al paciente.visualization, are normally provided to one or more operators and / or to one or more patients. In one embodiment, the main controller 110 synchronizes the supply of the proton beam from all systems, so that protons are delivered in an optimal therapeutic manner to the patient.

En el presente documento, el controlador principal 110 se refiere a un único sistema que controla el sistema 100 de haces de partículas cargadas, a un único controlador que controla una pluralidad de subsistemas que controlan el sistema 100 de haces de partículas cargadas, o a una pluralidad de controladores individuales que controlan uno o más subsistemas del sistema 100 de haces de partículas cargadas.In this document, the main controller 110 refers to a single system that controls the system 100 of charged particle beams, a single controller that controls a plurality of subsystems that control the system 100 of charged particle beams, or a plurality of individual controllers that control one or more subsystems of the system 100 of charged particle beams.

SincrotrónSynchrotron

En el presente documento, el término sincrotrón se usa para referirse a un sistema que mantiene el haz de partículas cargadas en una trayectoria de circulación; sin embargo, como alternativa se usan ciclotrones, a pesar de sus inherentes limitaciones de control de la energía, la intensidad y la extracción. Además, el haz de partículas cargadas se menciona en el presente documento circulando a lo largo de una trayectoria de circulación alrededor de un punto central del sincrotrón. La trayectoria de circulación se denomina como alternativa una trayectoria de órbita; sin embargo, la trayectoria de órbita no se refiere a un círculo o elipse perfecta, en su lugar se refiere al ciclado de los protones alrededor de un punto o región central.In this document, the term synchrotron is used to refer to a system that keeps the beam of charged particles in a circulation path; however, cyclotrons are used as an alternative, despite their inherent limitations of energy control, intensity and extraction. In addition, the bundle of charged particles is mentioned herein circulating along a circulation path around a central point of the synchrotron. The circulation path is called an orbit path as an alternative; however, the orbit path does not refer to a perfect circle or ellipse, instead it refers to the cycling of protons around a central point or region.

Con referencia ahora a la figura 2, se proporciona una realización ejemplar ilustrativa de una versión del sistema 100 de haces de partículas cargadas. El número, la posición y el tipo descrito de los componentes son de naturaleza ilustrativa y no limitante. En la realización ilustrada, un sistema inyector 210 o fuente de iones o fuente de haces de partículas cargadas genera protones. Los protones se suministran al interior de un tubo de vacío que discurre al interior, a través, y fuera del sincrotrón. Los protones generados se suministran a lo largo de una trayectoria inicial 262. Se usan imanes de enfoque 230, tales como imanes cuadrupolares o imanes cuadrupolares de inyección, para enfocar la trayectoria del haz de protones. Un imán cuadrupolar es un imán de enfoque. Un imán desviador inyector 232 desvía el haz de protones hacia el plano del sincrotrón 130. Los protones enfocados que tienen una energía inicial se introducen en un imán inyector 240, que es preferentemente un imán Lamberson de inyección. Normalmente, la trayectoria inicial 262 del haz es a lo largo de un eje fuera de, tal como anteriormente, un plano de circulación del sincrotrón 130. El imán desviador inyector 232 y el imán inyector 240 se combinan para mover los protones al interior del sincrotrón 130. Se usan imanes desviadores principales 250 o imanes dipolares o imanes de circulación para hacer girar a los protones a lo largo de una trayectoria de circulación 264 del haz. Un imán dipolar es un imán desviador. Los imanes desviadores principales 250 desvían la trayectoria inicial 262 del haz a una trayectoria de circulación 264 del haz. En este ejemplo, los imanes desviadores principales 250 o imanes de circulación están representados como cuatro conjuntos de cuatro imanes para mantener la trayectoria de circulación 264 del haz en una trayectoria de circulación del haz estable. Sin embargo, cualquier número de imanes o conjuntos de imanes se usan opcionalmente para mover los protones alrededor de una única órbita en el proceso de circulación. Los protones pasan a través de un acelerador 270. El acelerador acelera los protones en la trayectoria de circulación 264 del haz. A medida que los protones son acelerados, los campos aplicados por los imanes aumentan. Particularmente, la velocidad de los protones conseguida por el acelerador 270 se sincroniza con campos magnéticos de los imanes desviadores principales 250 o imanes de circulación para mantener una circulación estable de los protones alrededor de un punto o región central 280 del sincrotrón. En puntos separados en el tiempo, se usa la combinación de acelerador 270/imán desviador principal 250 para acelerar y/o decelerar los protones circulantes mientras se mantienen los protones en la trayectoria u órbita de circulación. Se usa un elemento de extracción del sistema inflector/deflector 290 en combinación con un imán de extracción de Lamberson 292 para retirar protones de su trayectoria de circulación 264 del haz dentro del sincrotrón 130. Un ejemplo de un componente deflector es un imán de Lamberson. Normalmente, el deflector mueve los protones desde el plano de circulación hasta el eje fuera del plano de circulación, tal como por encima del plano de circulación. Los protones extraídos se dirigen y/o enfocan preferentemente usando un imán desviador de extracción 237 e imanes de enfoque de extracción 235, tales como imanes cuadrupolares a lo largo de una trayectoria de transporte 268 en el sistema de exploración/direccionamiento/suministro 140. Dos componentes de un sistema de exploración 140 o sistema de direccionamiento normalmente incluyen un primer control del eje 142, tal como un control vertical, y un segundo control del eje 144, tal como un control horizontal. En una realización, el primer control del eje 142 permite aproximadamente 100 mm de exploración vertical del haz de protones 268 y el segundo control del eje 144 permite aproximadamente 700 mm de exploración horizontal del haz de protones 268. Se usa un sistema de boquilla 146 para obtener imágenes del haz de protones y/o como una barrera de vacío entre la trayectoria de haces de baja presión del sincrotrón y la atmósfera. Se suministran protones con control al módulo 150 de interfaz del paciente y a un tumor de un paciente. Todos los elementos enumerados anteriormente son opcionales y pueden usarse en diversas permutaciones y combinaciones.Referring now to Figure 2, an exemplary exemplary embodiment of a version of the system 100 of charged particle beams is provided. The number, position and described type of the components are illustrative and not limiting in nature. In the illustrated embodiment, an injector system 210 or ion source or source of charged particle beams generates protons. Protons are supplied inside a vacuum tube that runs inside, through, and out of the synchrotron. The generated protons are supplied along an initial path 262. Focus magnets 230, such as quadrupole magnets or quadrupole injection magnets, are used to focus the path of the proton beam. A quadrupole magnet is a focus magnet. An injector deflecting magnet 232 deflects the proton beam towards the plane of the synchrotron 130. Focused protons having an initial energy are introduced into an injector magnet 240, which is preferably an injection Lamberson magnet. Normally, the initial trajectory 262 of the beam is along an axis outside, as previously, a plane of synchronization of the synchrotron 130. The injector diverter magnet 232 and the injector magnet 240 combine to move the protons into the synchrotron. 130. Main deflector magnets 250 or dipole magnets or circulation magnets are used to rotate the protons along a circulation path 264 of the beam. A dipole magnet is a diverter magnet. The main diverting magnets 250 divert the initial path 262 of the beam to a circulation path 264 of the beam. In this example, the main diverter magnets 250 or circulation magnets are represented as four sets of four magnets to maintain the beam's trajectory 264 in a steady beam's circulation path. However, any number of magnets or sets of magnets are optionally used to move the protons around a single orbit in the circulation process. The protons pass through an accelerator 270. The accelerator accelerates the protons in the circulation path 264 of the beam. As the protons are accelerated, the fields applied by the magnets increase. Particularly, the speed of the protons achieved by the accelerator 270 is synchronized with magnetic fields of the main diverter magnets 250 or circulation magnets to maintain a stable circulation of the protons around a central point or region 280 of the synchrotron. At points separated in time, the combination of accelerator 270 / main diverter magnet 250 is used to accelerate and / or decelerate the circulating protons while maintaining the protons in the path or orbit of circulation. An extraction element of the inflector / deflector system 290 is used in combination with a Lamberson 292 extraction magnet to remove protons from its circulation path 264 from the beam within the synchrotron 130. An example of a deflector component is a Lamberson magnet. Normally, the deflector moves the protons from the circulation plane to the axis outside the circulation plane, such as above the circulation plane. The extracted protons are directed and / or preferably focused using an extraction diverting magnet 237 and extraction focusing magnets 235, such as quadrupole magnets along a transport path 268 in the scanning / addressing / supply system 140. Two Components of a scanning system 140 or addressing system typically include a first axis control 142, such as a vertical control, and a second axis control 144, such as a horizontal control. In one embodiment, the first control of the axis 142 allows approximately 100 mm of vertical scanning of the proton beam 268 and the second control of the axis 144 allows approximately 700 mm of horizontal exploration of the proton beam 268. A nozzle system 146 is used for Obtain images of the proton beam and / or as a vacuum barrier between the low pressure beam path of the synchrotron and the atmosphere. Protons with control are supplied to the patient interface module 150 and to a tumor of a patient. All the elements listed above are optional and can be used in various permutations and combinations.

Sistema de generación de haces de ionesIon Beam Generation System

Un sistema de generación de haces de iones genera un haz de iones negativos, tal como un haz de aniones de hidrógeno o H-; preferentemente enfoca el haz de iones negativos; convierte el haz de iones negativos en un haz deAn ion beam generation system generates a negative ion beam, such as a beam of hydrogen anions or H-; preferably focus the negative ion beam; convert the negative ion beam into a beam of

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iones positivos, tal como un haz de protones o H+; e inyecta el haz de iones positivos en el sincrotrón 130. Partes de la trayectoria del haz de iones están preferentemente en vacío parcial. Cada uno de estos sistemas se describe adicionalmente más adelante.positive ions, such as a proton beam or H +; and injects the positive ion beam into synchrotron 130. Parts of the ion beam path are preferably in partial vacuum. Each of these systems is described further below.

Con referencia ahora a la figura 3, se ilustra un sistema 300 de generación de haces de iones ejemplar. Tal como se ilustra, el sistema 300 de generación de haces de iones tiene cuatro elementos principales: una fuente de iones negativos 310, un primer sistema de vacío parcial 330, un sistema de enfoque 350 de haces de iones opcional, y un acelerador en tándem 390.Referring now to Figure 3, an exemplary ion beam generation system 300 is illustrated. As illustrated, the ion beam generation system 300 has four main elements: a negative ion source 310, a first partial vacuum system 330, an optional ion beam focusing system 350, and a tandem accelerator 390.

Aún con referencia a la figura 3, la fuente de iones negativos 310 preferentemente incluye un puerto de entrada 312 para inyección de hidrógeno gaseoso al interior de una cámara de plasma a alta temperatura 314. En una realización, la cámara de plasma incluye un material magnético 316, que proporciona una barrera de campo magnético 317 entre la cámara de plasma a alta temperatura 314 y una región de plasma a baja temperatura en el lado opuesto de la barrera de campo magnético. Se aplica un pulso de extracción a un electrodo de extracción 318 de iones negativos para arrastrar el haz de iones negativos a una trayectoria 319 de haces de iones negativos, que avanza a través del primer sistema de vacío parcial 330, a través del sistema 350 de enfoque de haces de iones, y al interior del acelerador en tándem 390.Even with reference to Figure 3, the negative ion source 310 preferably includes an input port 312 for injection of gaseous hydrogen into a high temperature plasma chamber 314. In one embodiment, the plasma chamber includes a magnetic material. 316, which provides a magnetic field barrier 317 between the high temperature plasma chamber 314 and a low temperature plasma region on the opposite side of the magnetic field barrier. An extraction pulse is applied to a negative ion extraction electrode 318 to drag the negative ion beam to a negative ion beam path 319, which advances through the first partial vacuum system 330, through the system 350 ion beam approach, and inside the tandem throttle 390.

Aún con referencia a la figura 3, el primer sistema de vacío parcial 330 es un sistema cerrado que discurre desde el puerto de entrada 312 de hidrógeno gaseoso hasta la laminilla 395 del acelerador en tándem 390. La laminilla 395 está sellada directa o indirectamente a los bordes del tubo de vacío 320 proporcionando una presión mayor, tal como de aproximadamente 10-5 torr, que se mantendrá en el lado del primer sistema de vacío parcial 330 de la laminilla 395 y una presión menor, tal como aproximadamente 10-7 torr, que se mantendrá en el lado del sincrotrón de la laminilla 390. Bombeando solamente el primer sistema de vacío parcial 330 y haciendo funcionar de forma solamente semicontinua el vacío de la fuente de haces de iones basándose en lecturas de sensores, la vida útil de la bomba que funciona de forma semicontinua se prolonga. Las lecturas de sensores se describen adicionalmente más adelante.Even with reference to Figure 3, the first partial vacuum system 330 is a closed system that runs from the inlet port 312 of gaseous hydrogen to the lamella 395 of the tandem accelerator 390. The lamella 395 is directly or indirectly sealed to the edges of the vacuum tube 320 providing a higher pressure, such as about 10-5 torr, which will be maintained on the side of the first partial vacuum system 330 of the lamella 395 and a lower pressure, such as about 10-7 torr, which will remain on the synchrotron side of the lamella 390. By pumping only the first partial vacuum system 330 and running only the ion beam source vacuum semi-continuously based on sensor readings, the life of the pump It works semi-continuously. Sensor readings are described further below.

Aún con referencia a la figura 3, el primer sistema de vacío parcial 330 preferentemente incluye: una primera bomba 332, tal como una bomba que funciona de manera continua y/o una bomba turbomolecular; un gran volumen de contención 334; y una bomba que funciona de manera semicontinua 336. Preferentemente, un controlador 340 de la bomba recibe una señal proveniente de un sensor de presión 342 que monitoriza la presión en el gran volumen de contención 334. Tras una señal representativa de una presión suficiente en el gran volumen de contención 334, el controlador 340 de la bomba ordena a un accionador 345 que abra una válvula 346 entre el gran volumen de contención y la bomba que funciona de manera semicontinua 336 y ordena a la bomba que funciona de manera semicontinua que se encienda y bombee a la atmósfera gases residuales fuera de la línea de vacío 320 alrededor del flujo de partículas cargadas. De esta manera, la vida útil de la bomba que funciona de manera semicontinua se prolonga al funcionar solamente de forma semicontinua según sea necesario. En un ejemplo, la bomba que funciona de manera semicontinua 336 funciona durante de varios minutos cada pocas horas, tal como 5 minutos cada 4 horas, prolongando de este modo una bomba con una vida útil de aproximadamente 2.000 horas a aproximadamente 96.000 horas.Even with reference to FIG. 3, the first partial vacuum system 330 preferably includes: a first pump 332, such as a continuously operating pump and / or a turbomolecular pump; a large containment volume 334; and a semi-continuous operating pump 336. Preferably, a pump controller 340 receives a signal from a pressure sensor 342 that monitors the pressure in the large containment volume 334. After a signal representative of a sufficient pressure in the large containment volume 334, the pump controller 340 directs an actuator 345 to open a valve 346 between the large containment volume and the semi-continuously operated pump 336 and instructs the pump to run semicontinuously to turn on and pump residual gases out of the vacuum line 320 around the flow of charged particles into the atmosphere. In this way, the life of the semi-continuous pump is extended by running only semi-continuously as necessary. In one example, the semi-continuous pump 336 operates for several minutes every few hours, such as 5 minutes every 4 hours, thereby extending a pump with a service life of approximately 2,000 hours to approximately 96,000 hours.

Además, aislando el gas de entrada del sistema de vacío del sincrotrón, las bombas de vacío del sincrotrón, tales como las bombas turbomoleculares, pueden funcionar a lo largo de una vida útil más larga, ya que las bombas de vacío del sincrotrón tienen menos moléculas de gas que tratar. Por ejemplo, el gas de entrada es principalmente hidrógeno gaseoso pero puede contener impurezas, tales como nitrógeno y dióxido de carbono. Aislando los gases de entrada en el sistema 310 de fuente de iones negativos, el sistema de vacío parcial 330, el sistema 350 de enfoque de haces de iones y el lado del haz de iones negativos del acelerador en tándem 390, las bombas de vacío del sincrotrón pueden funcionar a presiones más bajas con vidas útiles más largas, lo que aumenta la eficiencia del sincrotrón 130.In addition, by isolating the inlet gas from the synchrotron vacuum system, the synchrotron vacuum pumps, such as turbomolecular pumps, can operate over a longer lifespan, since the synchrotron vacuum pumps have fewer molecules. of gas to treat. For example, the inlet gas is primarily hydrogen gas but may contain impurities, such as nitrogen and carbon dioxide. Isolating the inlet gases in the negative ion source system 310, the partial vacuum system 330, the ion beam focusing system 350 and the negative ion beam side of the tandem accelerator 390, the vacuum pumps of the Synchrotron can operate at lower pressures with longer lifespan, which increases the efficiency of the synchrotron 130.

Aún con referencia a la figura 3, el sistema 350 de enfoque de haces de iones incluye dos o más electrodos donde un electrodo de cada par de electrodos obstruye parcialmente la trayectoria del haz de iones con trayectorias conductoras 372, tales como una malla conductora. En el ejemplo ilustrado, se ilustran tres secciones de sistema de enfoque de haces de iones, una sección de enfoque 360 de iones de dos electrodos, una primera sección de enfoque 370 de iones de tres electrodos, y una segunda sección de enfoque 380 de iones de tres electrodos. En un par de electrodos dado, líneas de campo eléctrico, que discurren entre la malla conductora de un primer electrodo y un segundo electrodo, proporcionan fuerzas hacia el interior que enfocan el haz de iones negativos. Múltiples de dichos pares de electrodos proporcionan múltiples regiones de enfoque de haces de iones negativos. Preferentemente, la sección de enfoque 360 de iones de dos electrodos, la primera sección de enfoque 370 de iones de tres electrodos, y la segunda sección de enfoque 380 de iones de tres electrodos se colocan después de la fuente de iones negativos y antes del acelerador en tándem y/o cubren un espacio de aproximadamente 0,5, 1 o 2 metros a lo largo de la trayectoria del haz de iones. Sistemas de enfoque de haces de iones se describen adicionalmente más adelante.Even with reference to Figure 3, the ion beam focusing system 350 includes two or more electrodes where one electrode of each pair of electrodes partially obstructs the path of the ion beam with conductive paths 372, such as a conductive mesh. In the illustrated example, three sections of the ion beam focusing system are illustrated, a two-electrode ion focus section 360, a first three electrode ion focus section 370, and a second ion focus section 380 of three electrodes. In a given pair of electrodes, electric field lines, which run between the conductive mesh of a first electrode and a second electrode, provide inward forces that focus on the negative ion beam. Multiple of said pairs of electrodes provide multiple focus regions of negative ion beams. Preferably, the focus section 360 of two electrode ions, the first focus section 370 of three electrode ions, and the second focus section 380 of three electrode ions are placed after the negative ion source and before the accelerator in tandem and / or cover a space of approximately 0.5, 1 or 2 meters along the path of the ion beam. Ion beam focusing systems are described further below.

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Aún con referencia a la figura 3, el acelerador en tándem 390 preferentemente incluye una laminilla 395, tal como una laminilla de carbono. Los iones negativos en la trayectoria 319 de haces de iones negativos se convierten en iones positivos, tales como protones, y resulta la trayectoria inicial 262 de los haces de iones. La laminilla 395 se sella preferentemente directa o indirectamente a los bordes del tubo de vacío 320 proporcionando una presión mayor, tal como de aproximadamente 10-5 torr, que se mantendrá en el lado de la laminilla 395 que tiene la trayectoria 319 de haces de iones negativos y una presión menor, tal como de aproximadamente 10-7 torr, que se mantendrá en el lado de la laminilla 390 que tiene la trayectoria 262 de haces de iones protones. Tener la laminilla 395 que separa físicamente la cámara de vacío 320 en dos regiones de presión permite que un sistema que tiene menos y/o más pequeñas bombas mantener el sistema de menor presión en el sincrotrón 130 a medida que el hidrógeno de la entrada y sus residuos son extraídos en un espacio contenido y aislado separado por el primer sistema de vacío parcial 330.Even with reference to Figure 3, the tandem accelerator 390 preferably includes a foil 395, such as a carbon foil. The negative ions in the path 319 of negative ion beams are converted into positive ions, such as protons, and the initial path 262 of the ion beams results. The lamella 395 is preferably sealed directly or indirectly to the edges of the vacuum tube 320 providing a greater pressure, such as about 10-5 torr, which will be maintained on the side of the lamella 395 which has the path 319 of ion beams negative and a lower pressure, such as about 10-7 torr, which will be maintained on the side of the lamella 390 which has the path 262 of proton ion beams. Having the lamella 395 that physically separates the vacuum chamber 320 into two pressure regions allows a system that has fewer and / or smaller pumps to maintain the lower pressure system in the synchrotron 130 as the hydrogen in the inlet and its waste is extracted in a contained and isolated space separated by the first partial vacuum system 330.

Con referencia de nuevo a la figura 1, se proporciona otro método ejemplar de uso del sistema 100 de haces de partículas cargadas. El controlador principal 110, o uno o más subcontroladores, controlan uno o más de los subsistemas para suministrar de forma exacta y precisa protones a un tumor de un paciente. Por ejemplo, el controlador principal envía un mensaje al paciente que indica cuándo o cómo respirar. El controlador principal 110 obtiene una lectura de sensores proveniente del módulo de interfaz del paciente, tal como un sensor de temperatura de respiración o una lectura de fuerza indicativa de dónde está el sujeto en un ciclo de respiración. El controlador principal recopila una imagen, tal como una parte de un cuerpo y/o de un tumor, del sistema de imagenología 170. El controlador principal 110 también obtiene información de posición y/o sincronización del módulo 150 de interfaz del paciente. El controlador principal 110 controla opcionalmente a continuación el sistema de inyección 120 para inyectar hidrógeno gaseoso en una fuente 310 de haces de iones negativos y controla la sincronización de la extracción del ion negativo de la fuente 310 de haces de iones negativos. Opcionalmente, el controlador principal controla el enfoque de haces de iones usando el sistema 350 de lente de enfoque de haces de iones; la aceleración del haz de protones con el acelerador en tándem 390; y/o la inyección del protón en el sincrotrón 130. El sincrotrón normalmente contiene al menos un sistema acelerador 132 y un sistema de extracción 134. El sincrotrón preferentemente contiene uno o más de: imanes de giro, imanes de enfoque en el borde, imanes de concentración del campo magnético, bobinas de enrollamiento y de corrección y superficies incidentes sobre campos magnéticos planos, algunos de los cuales contienen elementos bajo el control por el controlador principal 110. El controlador principal preferentemente controla el haz de protones dentro del sistema acelerador, tal como controlando la velocidad, la trayectoria y/o la sincronización del haz de protones. El controlador principal controla a continuación la extracción de un haz de protones del acelerador a través del sistema de extracción 134. Por ejemplo, el controlador controla la sincronización, la energía y/o la intensidad del haz extraído. El controlador 110 también controla preferentemente el direccionamiento del haz de protones a través del sistema de direccionamiento/suministro 140 hasta el módulo 150 de interfaz del paciente. Uno o más componentes del módulo 150 de interfaz del paciente están controlados preferentemente por el controlador principal 110, tal como la posición vertical del paciente, la posición rotacional del paciente, y la colocación/estabilización/elementos de control de la silla del paciente. Además, elementos de visualización del sistema de visualización 160 están controlados preferentemente mediante el controlador principal 110. Visualizadores, tales como pantallas de visualización, se proporcionan normalmente a uno o más operadores y/o a uno o más pacientes. En una realización, el controlador principal 110 sincroniza el suministro del haz de protones desde todos los sistemas, de modo que se suministran protones de una manera terapéutica óptima al paciente.Referring again to Figure 1, another exemplary method of using the system 100 of charged particle beams is provided. The main controller 110, or one or more subcontrollers, controls one or more of the subsystems to accurately and accurately deliver protons to a patient's tumor. For example, the main controller sends a message to the patient that indicates when or how to breathe. The main controller 110 obtains a sensor reading from the patient interface module, such as a breathing temperature sensor or a force reading indicative of where the subject is in a breathing cycle. The main controller collects an image, such as a part of a body and / or a tumor, of the imaging system 170. The main controller 110 also obtains position and / or synchronization information from the patient interface module 150. The main controller 110 optionally then controls the injection system 120 to inject gaseous hydrogen into a source 310 of negative ion beams and controls the synchronization of the negative ion extraction from the source 310 of negative ion beams. Optionally, the main controller controls the ion beam focus using the ion beam focus lens system 350; acceleration of the proton beam with tandem accelerator 390; and / or injection of the proton into the synchrotron 130. The synchrotron normally contains at least one accelerator system 132 and an extraction system 134. The synchrotron preferably contains one or more of: rotating magnets, focusing magnets on the edge, magnets of concentration of the magnetic field, winding and correction coils and incident surfaces on flat magnetic fields, some of which contain elements under control by the main controller 110. The main controller preferably controls the proton beam within the accelerator system, such as controlling the speed, trajectory and / or synchronization of the proton beam. The main controller then controls the extraction of a proton beam from the accelerator through the extraction system 134. For example, the controller controls the timing, energy and / or intensity of the extracted beam. The controller 110 also preferably controls the addressing of the proton beam through the addressing / supply system 140 to the patient interface module 150. One or more components of the patient interface module 150 are preferably controlled by the main controller 110, such as the vertical position of the patient, the rotational position of the patient, and the positioning / stabilization / control elements of the patient's chair. In addition, display elements of the display system 160 are preferably controlled by the main controller 110. Displays, such as display screens, are normally provided to one or more operators and / or one or more patients. In one embodiment, the main controller 110 synchronizes the supply of the proton beam from all systems, so that protons are delivered in an optimal therapeutic manner to the patient.

Sistema de circulaciónCirculation system

Un sincrotrón 130 preferentemente comprende una combinación de secciones rectas 410 y secciones de giro 420 del haz de iones. Por lo tanto, la trayectoria de circulación de los protones no es circular en un sincrotrón, sino que en su lugar es un polígono con esquinas redondeadas.A synchrotron 130 preferably comprises a combination of straight sections 410 and rotation sections 420 of the ion beam. Therefore, the path of circulation of the protons is not circular in a synchrotron, but instead is a polygon with rounded corners.

En una realización ilustrativa, el sincrotrón 130, que también se ha denominado un sistema acelerador, tiene cuatro elementos rectos y cuatro secciones de giro. Los ejemplos de secciones rectas 410 incluyen: el inflector 240, el acelerador 270, el sistema de extracción 290 y el deflector 292. Junto con las cuatro secciones rectas hay cuatro secciones de giro 420 del haz de iones, que también se denominan secciones de imán o secciones de giro. Las secciones de giro se describen adicionalmente más adelante.In an illustrative embodiment, the synchrotron 130, which has also been called an accelerator system, has four straight elements and four turning sections. Examples of straight sections 410 include: the inflector 240, the accelerator 270, the extraction system 290 and the deflector 292. Along with the four straight sections there are four turning sections 420 of the ion beam, which are also called magnet sections or turn sections. The turning sections are described further below.

Con referencia ahora a la figura 4, se ilustra un sincrotrón ejemplar. En este ejemplo, los protones suministrados a lo largo de la trayectoria inicial del haz de protones 262 se inflexionan en la trayectoria de circulación del haz con el inflector 240 y después de la aceleración se extraen mediante un deflector 292 a una trayectoria de transporte 268 de haces. En este ejemplo, el sincrotrón 130 comprende cuatro secciones rectas 410 y cuatro secciones 420 desviadoras o de giro, donde cada una de las cuatro secciones de giro usa uno o más imanes para hacer girar el haz de protones unos noventa grados. Como se describe adicionalmente más adelante, la capacidad de separar estrechamente las secciones de giro y de hacer girar eficazmente el haz de protones da como resultado secciones rectas más cortas. Las secciones rectas más cortas permiten un diseño de sincrotrón sin el uso de cuadrupolos deWith reference now to Figure 4, an exemplary synchrotron is illustrated. In this example, the protons supplied along the initial trajectory of the proton beam 262 are inflected in the path of circulation of the beam with the inflator 240 and after acceleration are extracted by means of a deflector 292 to a transport path 268 of you do In this example, the synchrotron 130 comprises four straight sections 410 and four diverting or turning sections 420, where each of the four turning sections uses one or more magnets to rotate the proton beam about ninety degrees. As described further below, the ability to narrowly separate the rotating sections and to effectively rotate the proton beam results in shorter straight sections. Shorter straight sections allow a synchrotron design without the use of quadrupoles of

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enfoque en la trayectoria de circulación del haz del sincrotrón. La eliminación de los cuadropolos de enfoque de la trayectoria de circulación del haz de protones da como resultado un diseño más compacto. En este ejemplo, el sincrotrón ilustrado tiene un diámetro de aproximadamente cinco metros frente a diámetros de sección transversal de ocho metros y mayores para sistemas que usan un imán de enfoque cuadrupolar en la trayectoria de circulación del haz de protones.focus on the movement path of the synchrotron beam. The elimination of the focus quadroles of the proton beam circulation path results in a more compact design. In this example, the illustrated synchrotron has a diameter of approximately five meters versus cross-sectional diameters of eight meters and larger for systems using a quadrupole focusing magnet in the path of the proton beam.

Con referencia ahora a la figura 5, se proporciona una descripción adicional de la primera sección 420 desviadora o de giro. Cada una de las secciones de giro preferentemente comprende múltiples imanes, tales como aproximadamente 2, 4, 6, 8, 10 o 12 imanes. En este ejemplo, se usan cuatro imanes de giro 510, 520, 530, 540 en la primera sección de giro 420 para ilustrar principios clave, que son los mismos independientemente del número de imanes en una sección de giro 420. Un imán de giro 510 es un tipo particular de imán desviador o de circulación principal 250.Referring now to Figure 5, an additional description of the first section 420 diverter or turn is provided. Each of the turning sections preferably comprises multiple magnets, such as about 2, 4, 6, 8, 10 or 12 magnets. In this example, four turn magnets 510, 520, 530, 540 are used in the first turn section 420 to illustrate key principles, which are the same regardless of the number of magnets in a turn section 420. A turn magnet 510 it is a particular type of diverter magnet or main circulation 250.

En física, la fuerza de Lorentz es la fuerza en una carga puntual debida a campos electromagnéticos. La fuerza de Lorentz viene dada por la ecuación 1 en términos de campos magnéticos con los términos del campo de elección no incluidos.In physics, Lorentz's force is the force at a point charge due to electromagnetic fields. The Lorentz force is given by equation 1 in terms of magnetic fields with the terms of the field of choice not included.

F = q(v X B) ec. 1F = q (v X B) ec. one

En la ecuación 1, F es la fuerza en newtons; B es el campo magnético en Teslas; y v es la velocidad instantánea de las partículas en metros por segundo.In equation 1, F is the force in Newtons; B is the magnetic field in Teslas; and v is the instantaneous velocity of the particles in meters per second.

Con referencia ahora a la figura 6, un ejemplo de una sección desviadora o de giro 510 de imán único se expande. La sección de giro incluye un hueco 610 a través del cual circulan protones. El hueco 610 es preferentemente un hueco plano, que permite un campo magnético a través del hueco 610 que es más uniforme, regular e intenso. Un campo magnético entra en el hueco 610 a través de una superficie incidente del campo magnético y sale del hueco 610 a través de una superficie saliente del campo magnético. El hueco 610 discurre en un tubo de vacío entre dos mitades de imán. El hueco 610 está controlado por al menos dos parámetros: (1) el hueco 610 se mantiene lo más grande posible para minimizar la pérdida de protones y (2) el hueco 610 se mantiene lo más pequeño posible para minimizar los tamaños de imán y los requisitos asociados de tamaño y potencia de las fuentes de alimentación del imán. La naturaleza plana del hueco 610 permite un campo magnético comprimido y más uniforme a través del hueco 610. Un ejemplo de una dimensión de hueco es para acomodar un tamaño de haz de protones vertical de aproximadamente 2 cm con un tamaño de haz horizontal de aproximadamente 5 a 6 cm.Referring now to Figure 6, an example of a single magnet turning or turning section 510 is expanded. The turning section includes a gap 610 through which protons circulate. The recess 610 is preferably a flat recess, which allows a magnetic field through the recess 610 that is more uniform, regular and intense. A magnetic field enters the hole 610 through an incident surface of the magnetic field and leaves the hole 610 through a protruding surface of the magnetic field. The gap 610 runs in a vacuum tube between two magnet halves. The hole 610 is controlled by at least two parameters: (1) the hole 610 is kept as large as possible to minimize proton loss and (2) the hole 610 is kept as small as possible to minimize magnet sizes and Associated requirements of size and power of magnet power supplies. The flat nature of the hole 610 allows a compressed and more uniform magnetic field through the hole 610. An example of a hole dimension is to accommodate a vertical proton beam size of about 2 cm with a horizontal beam size of about 5 6 cm

Tal como se ha descrito más arriba, un tamaño de hueco más grande requiere una fuente de alimentación más grande. Por ejemplo, si el tamaño del hueco 610 se dobla en tamaño vertical, entonces los requisitos de la fuente de alimentación aumentan en aproximadamente un factor de 4. La planeidad del hueco 610 también es importante. Por ejemplo, la naturaleza plana del hueco 610 permite un aumento de la energía de los protones extraídos de aproximadamente 250 a aproximadamente 330 MeV. Más particularmente, si el hueco 610 tiene una superficie extremadamente plana, entonces los límites de un campo magnético de un imán de hierro son alcanzables. Una precisión ejemplar de la superficie plana del hueco 610 es un pulido de menos de aproximadamente 5 micrómetros y preferentemente con un pulido de aproximadamente 1 a 3 micrómetros. La irregularidad en la superficie da como resultado imperfecciones en el campo magnético aplicado. La superficie plana pulida extiende la irregularidad del campo magnético aplicado.As described above, a larger hole size requires a larger power supply. For example, if the size of the hole 610 is doubled in vertical size, then the requirements of the power supply increase by approximately a factor of 4. The flatness of the hole 610 is also important. For example, the flat nature of the recess 610 allows an increase in the energy of the extracted protons from about 250 to about 330 MeV. More particularly, if the gap 610 has an extremely flat surface, then the limits of a magnetic field of an iron magnet are attainable. An exemplary precision of the flat surface of the gap 610 is a polish of less than about 5 micrometers and preferably with a polish of about 1 to 3 micrometers. The irregularity in the surface results in imperfections in the applied magnetic field. The flat polished surface extends the irregularity of the applied magnetic field.

Aún con referencia a la figura 6, el haz de partículas cargadas se mueve a través del hueco 610 con una velocidad instantánea, v. una primera bobina magnética 620 y una segunda bobina magnética 630 discurren por encima y por debajo del hueco 610, respectivamente. La corriente que discurre a través de las bobinas 620, 630 da como resultado un campo magnético, B, que discurre a través de la sección de giro 510 de imán individual. En este ejemplo, el campo magnético, B, discurre hacia arriba, que da como resultado una fuerza, F, empujando el haz de partículas cargadas al interior hacia un punto central del sincrotrón, que hace girar al haz de partículas cargadas en un arco.Even with reference to Figure 6, the charged particle beam moves through the gap 610 with an instantaneous velocity, v. a first magnetic coil 620 and a second magnetic coil 630 run above and below the gap 610, respectively. The current flowing through the coils 620, 630 results in a magnetic field, B, which runs through the rotating section 510 of the individual magnet. In this example, the magnetic field, B, runs upward, which results in a force, F, pushing the beam of charged particles inward toward a central point of the synchrotron, which rotates the beam of charged particles in an arc.

Aún con referencia a la figura 6, se ilustra una parte de una segunda sección desviadora o de giro 520 de imán opcional. Las bobinas 620, 630 normalmente tienen elementos de retorno 640, 650 o giros al final de un imán, tal como al final de la primera sección de giro 510 de imán. Los giros 640, 650 ocupan espacio. El espacio reduce el porcentaje de la trayectoria alrededor de una órbita del sincrotrón que está cubierta por los imanes de giro. Esto conduce a partes de la trayectoria de circulación donde los protones no son girados y/o enfocados y permite partes de la trayectoria de circulación donde la trayectoria de protones se desenfoca. De este modo, el espacio da como resultado un sincrotrón más grande. Por lo tanto, el espacio entre secciones de giro 660 de imán se minimiza preferentemente. El segundo imán de giro se usa para ilustrar que las bobinas 620, 630 opcionalmente discurren a lo largo de una pluralidad de imanes, tales como 2, 3, 4, 5, 6 o más imanes. Las bobinas 620, 630 que discurren a través de múltiples imanes de sección de giro permiten que dos imanes de sección de giro estén colocados espacialmente más cerca entre sí debido a la retirada de la limitación estérica de los giros, lo que reduce y/oEven with reference to FIG. 6, a part of a second deviating or rotating section 520 of optional magnet is illustrated. Coils 620, 630 normally have return elements 640, 650 or turns at the end of a magnet, such as at the end of the first rotation section 510 of magnet. The 640, 650 turns take up space. The space reduces the percentage of the trajectory around a synchrotron orbit that is covered by the rotating magnets. This leads to parts of the circulation path where the protons are not rotated and / or focused and allows parts of the circulation path where the proton path is blurred. In this way, the space results in a larger synchrotron. Therefore, the space between magnet rotating sections 660 is preferably minimized. The second turning magnet is used to illustrate that the coils 620, 630 optionally run along a plurality of magnets, such as 2, 3, 4, 5, 6 or more magnets. The coils 620, 630 that run through multiple rotating section magnets allow two rotating section magnets to be placed spatially closer to each other due to the withdrawal of the steric limitation of the turns, which reduces and / or

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minimiza el espacio 660 entre dos imanes de sección de giro.Minimizes the 660 gap between two rotating section magnets.

Con referencia ahora a la figuras 7 y 8, se presentan dos secciones transversales giradas 90 grados ilustrativas de secciones desviadoras o de giro 510 de imán individual. Con referencia ahora a la figura 8, el conjunto de imanes tiene un primer imán 810 y un segundo imán 820. Un campo magnético inducido por bobinas, descritas más adelante, discurre entre el primer imán 810 hasta el segundo imán 820 a través del hueco 610. Campos magnéticos de retorno discurren a través de una primera bobina reguladora 812 de la exploración y una segunda bobina reguladora 822 de la exploración. El área de sección transversal combinada de las bobinas reguladoras de la exploración de retorno se aproxima grosso modo al área de sección transversal del primer imán 810 o el segundo imán 820. Las partículas cargadas discurren a través del tubo de vacío en el hueco 610. Tal como se ilustra, los protones discurren en la figura 8 a través del hueco 610 y el campo magnético, ilustrado como el vector B, aplica una fuerza F a los protones, que empuja a los protones hacia el centro del sincrotrón, que está fuera de página a la derecha en la figura 8. El campo magnético se crea usando enrollamientos. Una primera bobina constituye una primera bobina de enrollamiento 850 y una segunda bobina de alambre constituye una segunda bobina de enrollamiento 860. Huecos de aislamiento o de concentración 830, 840, tales como huecos de aire, aíslan las bobinas reguladoras de la exploración a base de hierro del hueco 610. El hueco 610 es aproximadamente plano para producir un campo magnético uniforme a través del hueco 610, tal como se ha descrito más arriba.With reference now to FIGS. 7 and 8, two cross sections rotated 90 degrees illustrative of deviating or rotating sections 510 of individual magnet are presented. Referring now to Figure 8, the magnet assembly has a first magnet 810 and a second magnet 820. A coil-induced magnetic field, described below, runs between the first magnet 810 to the second magnet 820 through the gap 610 Magnetic return fields run through a first regulator coil 812 of the scan and a second regulator coil 822 of the scan. The combined cross-sectional area of the return scanning regulating coils approximates roughly the cross-sectional area of the first magnet 810 or the second magnet 820. The charged particles run through the vacuum tube in the recess 610. Such as illustrated, the protons run in figure 8 through the gap 610 and the magnetic field, illustrated as vector B, applies a force F to the protons, which pushes the protons towards the center of the synchrotron, which is outside of page on the right in figure 8. The magnetic field is created using curls. A first coil constitutes a first winding coil 850 and a second wire coil constitutes a second winding coil 860. Insulation or concentration gaps 830, 840, such as air voids, isolate the regulating coils of the exploration based on hollow iron 610. The hollow 610 is approximately flat to produce a uniform magnetic field through the hollow 610, as described above.

De nuevo aún a la figura 7, los extremos de un imán desviador o de giro individual están preferentemente biselados. Bordes casi perpendiculares o en ángulo recto de un imán de giro 510 se representan mediante líneas discontinuas 774, 784. Las líneas discontinuas 774, 784 se intersecan en un punto 790 más allá del centro del sincrotrón 280. Preferentemente, el borde del imán de giro está biselado en ángulos alfa, a, y beta, p, que son ángulos formados por una primera línea 772, 782 que va desde un borde del imán de giro 510 y el centro 280 y una segunda línea 774, 784 que va desde el mismo borde del imán de giro y el punto de intersección 790. El ángulo alfa se usa para describir el efecto y la descripción del ángulo alfa se aplica al ángulo beta, pero el ángulo alfa es opcionalmente diferente del ángulo beta. El ángulo alfa proporciona un efecto de enfoque en el borde. Biselar el borde del imán de giro 510 en el ángulo alfa enfoca el haz de protones.Again still to Figure 7, the ends of a deviating magnet or of individual rotation are preferably beveled. Almost perpendicular or right-angled edges of a rotating magnet 510 are represented by dashed lines 774, 784. Dashed lines 774, 784 intersect at a point 790 beyond the center of the synchrotron 280. Preferably, the edge of the rotating magnet it is beveled at angles alpha, a, and beta, p, which are angles formed by a first line 772, 782 that goes from an edge of the rotating magnet 510 and the center 280 and a second line 774, 784 that goes from it edge of the turning magnet and intersection point 790. The alpha angle is used to describe the effect and the description of the alpha angle is applied to the beta angle, but the alpha angle is optionally different from the beta angle. The alpha angle provides a focus effect on the edge. Beveling the edge of the rotating magnet 510 at the alpha angle focuses the proton beam.

Múltiples imanes de giro proporcionan múltiples bordes de imán que tienen, cada uno, efectos de enfoque en el borde en el sincrotrón 130. Si solamente se usa un imán de giro, entonces el haz solamente se enfoca una vez para el ángulo alfa o dos veces para el ángulo alfa y el ángulo beta. Sin embargo, usando imanes de giro más pequeños, más imanes de giro encajan en las secciones de giro 420 del sincrotrón 130. Por ejemplo, si se usan cuatro imanes en una sección de giro 420 del sincrotrón, entonces para una única sección de giro hay ocho posibles superficies de efecto de enfoque en el borde, dos bordes por imán. Las ocho superficies de enfoque producen un tamaño de haz de sección transversal más pequeño. Esto permite el uso de un hueco más pequeño 610.Multiple spin magnets provide multiple magnet edges that each have focus effects on the edge in the synchrotron 130. If only one spin magnet is used, then the beam is only focused once for the alpha angle or twice for the alpha angle and the beta angle. However, using smaller turn magnets, more turn magnets fit into the turn sections 420 of the synchrotron 130. For example, if four magnets are used in a turn section 420 of the synchrotron, then for a single turn section there is eight possible focusing effect surfaces on the edge, two edges per magnet. The eight focusing surfaces produce a smaller cross section beam size. This allows the use of a smaller 610 gap.

El uso de múltiples efectos de enfoque en el borde en los imanes de giro da como resultado no solamente un hueco más pequeño 610, sino también el uso de imanes más pequeños y fuentes de alimentación más pequeñas. F o un sincrotrón 130 que tiene cuatro secciones de giro 420 donde cada sección de giro tiene cuatro imanes de giro y cada imán de giro tiene dos bordes de enfoque, existen un total de treinta y dos bordes de enfoque para cada órbita de los protones en la trayectoria de circulación del sincrotrón 130. Análogamente, si se usan 2, 6 o 8 imanes en una sección de giro dada, o si se usan 2, 3, 5 o 6 secciones de giro, entonces el número de superficies de enfoque en el borde se expande o se contrae de acuerdo con la ecuación 2.The use of multiple edge focusing effects on the rotating magnets results in not only a smaller 610 gap, but also the use of smaller magnets and smaller power supplies. F or a synchrotron 130 having four rotating sections 420 where each rotating section has four rotating magnets and each rotating magnet has two focusing edges, there are a total of thirty-two focusing edges for each orbit of the protons in the synchrotron circulation path 130. Similarly, if 2, 6 or 8 magnets are used in a given turning section, or if 2, 3, 5 or 6 turning sections are used, then the number of focusing surfaces in the edge expands or contracts according to equation 2.

M FEM FE

TFE - NTS *-------*^— ec. 2TFE - NTS * ------- * ^ - ec. 2

NTS MNTS M

donde TFE es el número de bordes de enfoque totales, NTS es el número de secciones de giro, M es el número de imanes, y FE es el número de bordes de enfoque. Naturalmente, no todos los imanes están necesariamente biselados y algunos imanes están opcionalmente biselados solamente en un borde.where TFE is the number of total focusing edges, NTS is the number of turning sections, M is the number of magnets, and FE is the number of focusing edges. Naturally, not all magnets are necessarily beveled and some magnets are optionally beveled only at one edge.

Los inventores han determinado que múltiples imanes más pequeños presentan beneficios respecto a menos imanes más grandes. Por ejemplo, el uso de 16 imanes pequeños produce 32 bordes de enfoque mientras que el uso de 4 imanes más grandes produce solamente 8 bordes de enfoque. El uso de un sincrotrón que tiene más bordes de enfoque da como resultado una trayectoria de circulación del sincrotrón construida sin el uso de imanes cuadrupolares de enfoque. Todos los sincrotrones de la técnica anterior usan cuadrupolos en la trayectoria de circulación del sincrotrón. Además, el uso de cuadrupolos en la trayectoria de circulación necesita secciones rectas adicionales en la trayectoria de circulación del sincrotrón. De este modo, el uso de cuadrupolos en la trayectoria de circulación de un sincrotrón da como resultado sincrotrones que tienen diámetros, longitudes de trayectoria de circulación del haz, y/o circunferencias más grandes.The inventors have determined that multiple smaller magnets have benefits compared to fewer larger magnets. For example, the use of 16 small magnets produces 32 focusing edges while the use of 4 larger magnets produces only 8 focusing edges. The use of a synchrotron that has more focus edges results in a synchrotron circulation path constructed without the use of quadrupole focusing magnets. All prior art synchrotrons use quadrupoles in the synchrotron's flow path. In addition, the use of quadrupoles in the circulation path requires additional straight sections in the synchrotron circulation path. Thus, the use of quadrupoles in the circulation path of a synchrotron results in synchrotrons having diameters, beam path lengths, and / or larger circumferences.

En diversas realizaciones del sistema descrito en el presente documento, el sincrotrón tiene cualquier combinaciónIn various embodiments of the system described herein, the synchrotron has any combination.

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de:from:

- al menos 4 y preferentemente 6, 8, 10, o más bordes de enfoque en el borde por 90 grados de giro del haz de partículas cargadas en un sincrotrón que tiene cuatro secciones de giro;- at least 4 and preferably 6, 8, 10, or more focusing edges on the edge by 90 degrees of rotation of the beam of particles charged in a synchrotron having four rotation sections;

- al menos aproximadamente 16 y preferentemente aproximadamente 24, 32, o más bordes de enfoque en el borde por órbita del haz de partículas cargadas en el sincrotrón;- at least about 16 and preferably about 24, 32, or more focusing edges on the orbit edge of the bundle of charged particles in the synchrotron;

- solamente 4 secciones de giro donde cada una de las secciones de giro incluye al menos 4 y preferentemente 8 bordes de enfoque en el borde;- only 4 turning sections where each of the turning sections includes at least 4 and preferably 8 focusing edges on the edge;

- un número igual de secciones rectas y secciones de giro;- an equal number of straight sections and turn sections;

- exactamente 4 secciones de giro;- exactly 4 turning sections;

- al menos 4 bordes de enfoque en el borde por sección de giro;- at least 4 focusing edges on the edge per rotation section;

- sin cuadrupolos en la trayectoria de circulación del sincrotrón;- no quadrupoles in the synchrotron circulation path;

- una configuración de polígono rectangular de esquinas redondeadas;- a rectangular polygon configuration of rounded corners;

- una circunferencia de menos de 60 metros;- a circumference of less than 60 meters;

- una circunferencia de menos de 60 metros y 32 superficies de enfoque en el borde; y/o- a circumference of less than 60 meters and 32 focusing surfaces on the edge; I

- cualquiera de aproximadamente 8, 16, 24 o 32 imanes no cuadrupolares por trayectoria de circulación del sincrotrón, donde los imanes no cuadrupolares incluyen bordes de enfoque en el borde.- any of approximately 8, 16, 24 or 32 non-quadrupole magnets per synchrotron circulation path, where non-quadrupole magnets include focusing edges on the edge.

Con referencia de nuevo a la figura 8, la superficie de campo magnético incidente 870 del primer imán 810 se describe adicionalmente. La figura 8 no es a escala y es de naturaleza ilustrativa. Imperfecciones locales o irregularidad en la calidad del acabado de la superficie incidente 870 da como resultado inhomogeneidades o imperfecciones en el campo magnético aplicado al hueco 610. Preferentemente, la superficie incidente 870 es plana, tal como dentro de un pulido de acabado de aproximadamente cero a tres micrómetros, o menos preferentemente a aproximadamente un pulido de acabado de diez micrómetros.Referring again to Figure 8, the incident magnetic field surface 870 of the first magnet 810 is further described. Figure 8 is not to scale and is illustrative in nature. Local imperfections or irregularity in the quality of the finish of the incident surface 870 results in inhomogeneities or imperfections in the magnetic field applied to the gap 610. Preferably, the incident surface 870 is flat, such as within a finishing polish of approximately zero to three micrometers, or less preferably at about a ten micrometer finishing polish.

Aún con referencia a la figura 8, se describen elementos de imán adicionales. El primer imán 810 preferentemente contiene una distancia de sección transversal inicial 890 del núcleo a base de hierro. Los contornos del campo magnético son conformados por los imanes 810, 820 y las bobinas 812, 822 reguladoras de la exploración. El núcleo a base de hierro se ahúsa hasta una segunda distancia de sección transversal 892. El campo magnético en el imán preferentemente permanece en el núcleo a base de hierro en oposición a los huecos 830, 840. A medida que la distancia de sección transversal disminuye desde la distancia de sección transversal inicial 890 hasta la distancia de sección transversal final 892, el campo magnético se concentra. El cambio de forma del imán desde la distancia más larga 890 hasta la distancia más corta 892 actúa como un amplificador. La concentración del campo magnético se ilustra representando una densidad inicial de vectores de campo magnético 894 en la sección transversal inicial 890 hasta una densidad concentrada de vectores de campo magnético 896 en la sección transversal final 892. La concentración del campo magnético debido a la geometría de los imanes de giro da como resultado que se requieran menos bobinas de enrollamiento 850, 860 y que también se requiera una fuente de alimentación más pequeña a las bobinas.Even with reference to Figure 8, additional magnet elements are described. The first magnet 810 preferably contains an initial cross-sectional distance 890 of the iron-based core. The contours of the magnetic field are made up of magnets 810, 820 and coils 812, 822 regulating the scan. The iron-based core tapers to a second cross-sectional distance 892. The magnetic field in the magnet preferably remains in the iron-based core as opposed to the gaps 830, 840. As the cross-sectional distance decreases From the initial cross-section distance 890 to the final cross-section distance 892, the magnetic field is concentrated. Changing the shape of the magnet from the longest distance 890 to the shortest distance 892 acts as an amplifier. The magnetic field concentration is illustrated by representing an initial density of magnetic field vectors 894 in the initial cross section 890 to a concentrated density of magnetic field vectors 896 in the final cross section 892. The concentration of the magnetic field due to the geometry of the rotating magnets result in less winding coils 850, 860 being required and a smaller power supply to the coils is also required.

En un ejemplo, la distancia de sección transversal inicial 890 es de aproximadamente quince centímetros y la distancia de sección transversal final 892 es de aproximadamente diez centímetros. Usando los números proporcionados, la concentración del campo magnético es de aproximadamente 15/10 o 1,5 veces en la superficie incidente 870 del hueco 610, aunque la relación no es lineal. El ahusamiento 842 tiene una pendiente, tal como de aproximadamente 20, 40 o 60 grados. La concentración del campo magnético, tal como en 1,5 veces, causa una disminución correspondiente de los requisitos de consumo de energía a los imanes.In one example, the initial cross-section distance 890 is approximately fifteen centimeters and the final cross-section distance 892 is approximately ten centimeters. Using the numbers provided, the concentration of the magnetic field is approximately 15/10 or 1.5 times on the incident surface 870 of the gap 610, although the relationship is not linear. Taper 842 has a slope, such as about 20, 40 or 60 degrees. The concentration of the magnetic field, as in 1.5 times, causes a corresponding decrease in the energy consumption requirements of the magnets.

Aún con referencia a la figura 8, el primer imán 810 preferentemente contiene una distancia de sección transversal inicial 890 del núcleo a base de hierro. Los contornos del campo magnético son conformados por los imanes 810, 820 y las bobinas 812, 822 reguladoras de la exploración. En este ejemplo, el núcleo se ahúsa hasta una segunda distancia de sección transversal 892 con un ángulo más pequeño teta, 0. Tal como se ha descrito más arriba, el campo magnético en el imán preferentemente permanece en el núcleo a base de hierro en oposición a los huecos 830, 840. A medida que la distancia de sección transversal disminuye desde la distancia de sección transversal inicial 890 hasta la distancia de sección transversal final 892, el campo magnético se concentra. El ángulo más pequeño, teta, da como resultado una mayor amplificación del campo magnético yendo desde la distancia más larga 890 hasta la distancia más corta 892. La concentración del campo magnético se ilustra representando una densidad inicial de vectores 894 de campo magnético en la sección transversal inicial 890 hasta una densidad concentrada de vectores 896 de campo magnético en la sección transversal final 892. La concentración del campo magnético debido a la geometría de los imanes de giro da como resultado que se requieran menos bobinas de enrollamiento 850, 860 y también que se requiera una fuente de alimentación más pequeña a las bobinas de enrollamiento 850, 860.Even with reference to Figure 8, the first magnet 810 preferably contains an initial cross-sectional distance 890 of the iron-based core. The contours of the magnetic field are made up of magnets 810, 820 and coils 812, 822 regulating the scan. In this example, the core is tapered to a second cross-sectional distance 892 with a smaller tit angle, 0. As described above, the magnetic field in the magnet preferably remains in the iron-based core in opposition to the gaps 830, 840. As the cross-sectional distance decreases from the initial cross-sectional distance 890 to the final cross-sectional distance 892, the magnetic field is concentrated. The smallest angle, theta, results in greater amplification of the magnetic field ranging from the longest distance 890 to the shortest distance 892. The concentration of the magnetic field is illustrated by representing an initial density of magnetic field vectors 894 in the section. initial cross-section 890 to a concentrated density of magnetic field vectors 896 in the final cross-section 892. The concentration of the magnetic field due to the geometry of the rotating magnets results in less winding coils 850, 860 being required and also that a smaller power supply to the winding coils 850, 860 is required.

Aún con referencia a la figura 8, se ilustran bobinas de corrección opcionales 852, 862 que se usan para corregir la fuerza de uno o más imanes de giro. Las bobinas de corrección 852, 862 suplementan las bobinas de enrollamiento 850, 860. Las bobinas de corrección 852, 862 tienen fuentes de alimentación de bobinas de corrección que están separadas de fuentes de alimentación de bobinas de enrollamiento usadas con las bobinas de enrollamiento 850,Even with reference to Figure 8, optional correction coils 852, 862 are illustrated which are used to correct the force of one or more turning magnets. The correction coils 852, 862 supplement the winding coils 850, 860. The correction coils 852, 862 have correction coil power supplies that are separate from winding coil power supplies used with the winding coils 850,

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860. Las fuentes de alimentación de bobinas de corrección normalmente funcionan a una fracción de la potencia requerida en comparación con las fuentes de alimentación de bobinas de enrollamiento, tal como aproximadamente el 1, 2, 3, 5, 7 o 10 por ciento de la potencia y más preferentemente aproximadamente el 1 o 2 por ciento de la potencia usada con las bobinas de enrollamiento 850, 860. La potencia operativa más pequeña aplicada a las bobinas de corrección 852, 862 permite un control más exacto y/o preciso de las bobinas de corrección. Se usan bobinas de corrección para ajustar una imperfección en los imanes de giro 510, 520, 530, 540. Opcionalmente, se usan bobinas de corrección separadas para cada imán de giro permitiendo la sintonización individual del campo magnético para cada imán de giro, lo que relaja los requisitos de calidad en la fabricación de cada imán de giro.860. Correction coil power supplies typically operate at a fraction of the required power compared to winding coil power supplies, such as approximately 1, 2, 3, 5, 7 or 10 percent of the power and more preferably about 1 or 2 percent of the power used with the winding coils 850, 860. The smaller operating power applied to the correction coils 852, 862 allows more precise and / or precise control of the coils of correction. Correction coils are used to adjust an imperfection in the rotating magnets 510, 520, 530, 540. Optionally, separate correction coils are used for each rotating magnet allowing individual tuning of the magnetic field for each rotating magnet, which relaxes the quality requirements in the manufacture of each rotating magnet.

Con referencia ahora a la figura 9, se ilustra un ejemplo de bobinas de enrollamiento y bobinas de corrección alrededor de una pluralidad de imanes de giro 510, 520, 530, 540 en una sección de giro 420 de haces de iones. Uno o más sensores de campo magnético de alta precisión se colocan en el sincrotrón y se usan para medir el campo magnético en o cerca de la trayectoria del haz de protones. Por ejemplo, los sensores magnéticos 950 se colocan opcionalmente entre imanes de giro y/o dentro de un imán de giro, tal como en o cerca del hueco 610 o en o cerca del núcleo o la bobina reguladora de la exploración del imán. Los sensores son parte de un sistema de retroalimentación a las bobinas de corrección. De este modo, el sistema preferentemente estabiliza el campo magnético en los elementos del sincrotrón en lugar de estabilizar la corriente aplicada a los imanes. La estabilización del campo magnético permite que el sincrotrón llegue a un nuevo nivel de energía rápidamente. Esto permite que el sistema esté controlado hasta un nivel de energía seleccionado por un operador o un algoritmo con cada pulso del sincrotrón y/o con cada respiración del paciente.Referring now to Figure 9, an example of winding coils and correction coils around a plurality of rotating magnets 510, 520, 530, 540 in a rotating section 420 of ion beams is illustrated. One or more high-precision magnetic field sensors are placed in the synchrotron and used to measure the magnetic field at or near the path of the proton beam. For example, magnetic sensors 950 are optionally placed between rotating magnets and / or within a rotating magnet, such as in or near the gap 610 or in or near the core or the magnet scanning regulating coil. The sensors are part of a feedback system to the correction coils. In this way, the system preferably stabilizes the magnetic field in the synchrotron elements instead of stabilizing the current applied to the magnets. The stabilization of the magnetic field allows the synchrotron to reach a new energy level quickly. This allows the system to be controlled to an energy level selected by an operator or an algorithm with each pulse of the synchrotron and / or with each breath of the patient.

Las bobinas de enrollamiento y/o de corrección corrigen 1, 2, 3 o 4 imanes de giro, y preferentemente corrigen un campo magnético generado por dos imanes de giro. Una bobina de enrollamiento o de corrección que cubre múltiples imanes reduce el espacio entre los imanes dado que se requieren menos extremos de bobina de enrollamiento o de corrección, que ocupan espacio.The winding and / or correction coils correct 1, 2, 3 or 4 rotating magnets, and preferably correct a magnetic field generated by two rotating magnets. A winding or correction coil covering multiple magnets reduces the space between the magnets since less winding or correction coil ends are required, which take up space.

Con referencia ahora a la figura 10A y la figura 10B, se describe adicionalmente el sistema acelerador 270, tal como un sistema acelerador de radiofrecuencia (RF). El acelerador incluye una serie de bobinas 1010-1019, tal como bobinas de hierro o de ferrita, cada uno encerrando circunferencialmente el sistema de vacío 320 a través del cual el haz de protones 264 pasa al sincrotrón 130. Con referencia ahora a la figura 10B, la primera bobina 1010 se describe adicionalmente. Un bucle de alambre estándar 1030 completa al menos una vuelta alrededor de la primera bobina 1010. El bucle se une a un microcircuito 1020. Con referencia de nuevo a la figura 10A, un sintetizador de RF 1040, que preferentemente está conectado al controlador principal 110, proporciona una señal de RF de baja tensión que está sincronizada con el periodo de circulación de protones en la trayectoria 264 del haz de protones. El sintetizador de RF 1040, el microcircuito 1020, el bucle 1030 y la bobina 1010 se combinan para proporcionar una tensión de aceleración a los protones en la trayectoria 264 del haz de protones. Por ejemplo, el sintetizador de RF 1040 envía una señal al microcircuito 1020, que amplifica la señal de RF de baja tensión y produce una tensión de aceleración, tal como aproximadamente 10 voltios. La tensión de aceleración real para una única combinación de microcircuito/bucle/bobina es de aproximadamente 5, 10, 15 o 20 voltios, pero es preferentemente de aproximadamente 10 voltios. Preferentemente, el microcircuito amplificador de RF y la bobina de aceleración están integrados.Referring now to Figure 10A and Figure 10B, accelerator system 270 is further described, such as a radio frequency (RF) accelerator system. The accelerator includes a series of coils 1010-1019, such as iron or ferrite coils, each circumferentially enclosing the vacuum system 320 through which the proton beam 264 passes to the synchrotron 130. Referring now to Figure 10B , the first coil 1010 is further described. A standard wire loop 1030 completes at least one turn around the first coil 1010. The loop joins a microcircuit 1020. Referring again to Figure 10A, an RF synthesizer 1040, which is preferably connected to the main controller 110 , provides a low voltage RF signal that is synchronized with the period of proton circulation in path 264 of the proton beam. The RF synthesizer 1040, the microcircuit 1020, the loop 1030 and the coil 1010 are combined to provide an acceleration voltage to the protons in the path 264 of the proton beam. For example, RF synthesizer 1040 sends a signal to microcircuit 1020, which amplifies the low voltage RF signal and produces an acceleration voltage, such as approximately 10 volts. The actual acceleration voltage for a single microcircuit / loop / coil combination is approximately 5, 10, 15 or 20 volts, but is preferably approximately 10 volts. Preferably, the RF amplifier microcircuit and the acceleration coil are integrated.

Aún con referencia a la figura 10A, los microcircuito amplificador de RF y bobina de aceleración integrados presentados en la figura 10B se repiten, tal como se ilustra como el conjunto de bobinas 1011-1019 que rodean al tubo de vacío 320. Por ejemplo, el sintetizador de RF 1040, bajo dirección del controlador principal 130, envía una señal de RF a los microcircuitos 1020-1029 conectados a las bobinas 1010-1019, respectivamente. Cada una de las combinaciones de microcircuito/bucle/bobina genera una tensión de aceleración de protones, tal como aproximadamente 10 voltios cada uno. Por lo tanto, un conjunto de cinco combinaciones de bobina genera aproximadamente 50 voltios para aceleración de protones. Preferentemente, se usan aproximadamente de 5 a 20 combinaciones de microcircuito/bucle/bobina y más preferentemente se usan aproximadamente 9 o 10 combinaciones de microcircuito/bucle/bobina en el sistema acelerador 270.Even with reference to Figure 10A, the integrated RF amplifier and acceleration coil microcircuit presented in Figure 10B are repeated, as illustrated as the set of coils 1011-1019 surrounding the vacuum tube 320. For example, the RF synthesizer 1040, under the direction of the main controller 130, sends an RF signal to the microcircuits 1020-1029 connected to the coils 1010-1019, respectively. Each of the microcircuit / loop / coil combinations generates a proton acceleration voltage, such as approximately 10 volts each. Therefore, a set of five coil combinations generates approximately 50 volts for proton acceleration. Preferably, about 5 to 20 microcircuit / loop / coil combinations are used and more preferably about 9 or 10 microcircuit / loop / coil combinations are used in the accelerator system 270.

Como un ejemplo clarificante adicional, el sintetizador de RF 1040 envía una señal de RF, con un periodo igual a un periodo de circulación de un protón alrededor del sincrotrón 130, a un conjunto de diez combinaciones de microcircuito/bucle/bobina, que da como resultado aproximadamente 100 voltios para aceleración de los protones en la trayectoria 264 del haz de protones. Los 100 voltios se generan en un intervalo de frecuencias, tal como a aproximadamente 1 MHz para un haz de protones de baja energía hasta aproximadamente 15 MHz para un haz de protones de alta energía. La señal de RF se establece opcionalmente en un múltiplo entero de un periodo de circulación del protón alrededor de la trayectoria de circulación del sincrotrón. Cada una de las combinaciones de microcircuito/bucle/bobina está opcionalmente independientemente controlada en términos de tensión y frecuencia de aceleración.As an additional clarifying example, the RF synthesizer 1040 sends an RF signal, with a period equal to a period of circulation of a proton around the synchrotron 130, to a set of ten combinations of microcircuit / loop / coil, which gives as result approximately 100 volts for acceleration of the protons in the path 264 of the proton beam. The 100 volts are generated in a frequency range, such as about 1 MHz for a low energy proton beam up to about 15 MHz for a high energy proton beam. The RF signal is optionally set to an integer multiple of a proton circulation period around the synchrotron circulation path. Each of the microcircuit / loop / coil combinations is optionally independently controlled in terms of voltage and acceleration frequency.

La integración del microcircuito amplificador de RF y la bobina de aceleración, en cada combinación microcircuito/bucle/bobina, da como resultado tres ventajas considerables. En primer lugar, para los sincrotrones, laThe integration of the RF amplifier microcircuit and the acceleration coil, in each microcircuit / loop / coil combination, results in three considerable advantages. First, for synchrotrons, the

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técnica anterior no usa microcircuitos integrados con las bobinas de aceleración, sino que usa un conjunto de cables largos para proporcionar potencia a un conjunto correspondiente de bobinas. Los cables largos tienen una impedancia/resistencia, lo cual es problemático para el control de RF de alta frecuencia. Como resultado, el sistema de la técnica anterior no es operable a altas frecuencias, tal como por encima de aproximadamente 10 MHz. El sistema integrado de microcircuito amplificador de RF/bobina de aceleración es operable a más de aproximadamente 10 MHz e incluso 15 MHz donde la resistencia y/o impedancia de los cables largos en los sistemas de la técnica anterior da como resultado un mal control o un fallo en la aceleración de protones. En segundo lugar, el sistema de cables largos, que opera a frecuencias más bajas, cuesta alrededor de 50.000 dólares y el sistema integrado de microcircuitos cuesta alrededor de 1000 dólares, lo que es 50 veces menos costoso. En tercer lugar, las combinaciones de microcircuito/bucle/bobina junto con el sistema amplificador de RF dan como resultado un diseño compacto de bajo consumo de energía que permite la producción y el uso de un sistema de tratamiento del cáncer con protones en un espacio pequeño, tal como se ha descrito más arriba, y de una manera rentable.Prior art does not use microcircuits integrated with the acceleration coils, but uses a set of long wires to provide power to a corresponding set of coils. Long cables have an impedance / resistance, which is problematic for high frequency RF control. As a result, the prior art system is not operable at high frequencies, such as above about 10 MHz. The integrated RF amplifier / acceleration coil microcircuit system is operable at more than about 10 MHz and even 15 MHz where The resistance and / or impedance of the long cables in prior art systems results in poor control or a failure in the acceleration of protons. Second, the long cable system, which operates at lower frequencies, costs about $ 50,000 and the integrated microcircuit system costs about $ 1000, which is 50 times less expensive. Third, the microcircuit / loop / coil combinations together with the RF amplifier system result in a compact, low power consumption design that allows the production and use of a proton cancer treatment system in a small space , as described above, and in a cost effective manner.

Con referencia ahora a la figura 11, se usa un ejemplo para clarificar el control del campo magnético usando un bucle de retroalimentación 1100 para cambiar tiempos de suministro y/o periodos de suministro del pulso de protones. En un caso, un sensor respiratorio 1110 detecta el ciclo de respiración del sujeto. El sensor respiratorio envía la información a un algoritmo en un controlador del campo magnético 1120, normalmente mediante el módulo 150 de interfaz del paciente y/o mediante el controlador principal 110 o un subcomponente del mismo. El algoritmo predice y/o mide cuando el sujeto está en un punto particular en el ciclo de respiración, tal como en al final de una inspiración. Se usan sensores 1130 del campo magnético como entrada al controlador del campo magnético, que controla una fuente de alimentación del imán 1140 para un campo magnético dado 1150, tal como dentro de un primer imán de giro 510 de un sincrotrón 130. El bucle de retroalimentación de control se usa de este modo para sintonizar el sincrotrón a un nivel de energía seleccionado y suministrar protones con la energía deseada en un punto en el tiempo seleccionado, tal como al final de la inspiración. Más particularmente, el controlador principal inyecta protones en el sincrotrón y acelera los protones de una manera que combinada con la extracción suministra los protones al tumor en un punto seleccionado en el ciclo de respiración. La intensidad del haz de protones también es seleccionable y controlable por el controlador principal en esta fase. El control de retroalimentación a las bobinas de corrección permite la rápida selección de los niveles de energía del sincrotrón que están vinculados al ciclo de respiración del paciente. Este sistema contrasta fuertemente con un sistema donde la corriente está estabilizada y el sincrotrón suministra pulsos con un periodo, tal como 10 o 20 ciclos por segundo con un periodo fijo. Opcionalmente, la retroalimentación o el diseño del campo magnético acoplado con las bobinas de corrección permiten que el ciclo de extracción coincida con la frecuencia respiratoria variable del paciente.Referring now to Figure 11, an example is used to clarify the control of the magnetic field using a feedback loop 1100 to change supply times and / or periods of supply of the proton pulse. In one case, a respiratory sensor 1110 detects the subject's breathing cycle. The respiratory sensor sends the information to an algorithm in a magnetic field controller 1120, usually by the patient interface module 150 and / or by the main controller 110 or a subcomponent thereof. The algorithm predicts and / or measures when the subject is at a particular point in the breathing cycle, such as at the end of an inspiration. Magnetic field sensors 1130 are used as input to the magnetic field controller, which controls a power supply of magnet 1140 for a given magnetic field 1150, such as within a first rotation magnet 510 of a synchrotron 130. The feedback loop Control is used in this way to tune the synchrotron to a selected energy level and supply protons with the desired energy at a point in the selected time, such as at the end of the inspiration. More particularly, the main controller injects protons into the synchrotron and accelerates the protons in a way that combined with the extraction supplies the protons to the tumor at a selected point in the breathing cycle. The intensity of the proton beam is also selectable and controllable by the main controller in this phase. The feedback control to the correction coils allows the rapid selection of the synchrotron energy levels that are linked to the patient's breathing cycle. This system contrasts sharply with a system where the current is stabilized and the synchrotron supplies pulses with a period, such as 10 or 20 cycles per second with a fixed period. Optionally, the feedback or the design of the magnetic field coupled with the correction coils allows the extraction cycle to coincide with the patient's variable respiratory rate.

Los sistemas de extracción tradicionales no permiten este control, ya que los imanes tienen recuerdos en términos tanto de magnitud como de amplitud de onda sinusoidal. Por lo tanto, en un sistema tradicional, para cambiar la frecuencia, se deben usar cambios lentos en la corriente. Sin embargo, con el uso del circuito de retroalimentación que usa los sensores del campo magnético, la frecuencia y el nivel de energía del sincrotrón se ajustan rápidamente. Además, este proceso es ayudado por el uso de un nuevo sistema de extracción que permite la aceleración de los protones durante el proceso de extracción, descrita más adelante.Traditional extraction systems do not allow this control, since magnets have memories in terms of both magnitude and sine wave amplitude. Therefore, in a traditional system, to change the frequency, slow changes in the current must be used. However, with the use of the feedback circuit using the magnetic field sensors, the frequency and energy level of the synchrotron are quickly adjusted. In addition, this process is aided by the use of a new extraction system that allows the acceleration of protons during the extraction process, described below.

Ejemplo IIIExample III

Con referencia de nuevo a la figura 9, se proporciona un ejemplo de una bobina de enrollamiento 930 que cubre dos imanes de giro 510, 520. Opcionalmente, una primera bobina de enrollamiento 940 cubre un imán o una segunda bobina de enrollamiento 920 cubre una pluralidad de imanes 510, 520. Tal como se ha descrito más arriba, este sistema reduce el espacio entre la sección de giro que permite que se aplica más campo magnético por radián de giro. Se ilustra una primera bobina de corrección 910 que se usa para corregir el campo magnético para el primer imán de giro 510. Se ilustra una segunda bobina de corrección 920 que se usa para corregir el campo magnético para una bobina de enrollamiento 930 alrededor de dos imanes de giro. Se prefieren bobinas de corrección individuales para cada imán de giro y bobinas de corrección individuales producen el campo magnético más preciso y/o exacto en cada sección de giro. Particularmente, la bobina de corrección individual 910 se usa para compensar imperfecciones en el imán individual de una sección de giro dada. Por lo tanto, con una serie de sensores del campo magnético, campos magnéticos correspondientes son ajustables individualmente en una serie de bucles de retroalimentación, mediante un sistema de monitorización del campo magnético, dado que se usa una bobina independiente para cada sección de giro. Como alternativa, se usa una bobina de corrección de imanes múltiples para corregir el campo magnético para una pluralidad de imanes de sección de giro.Referring again to Figure 9, an example of a winding coil 930 covering two rotating magnets 510, 520 is provided. Optionally, a first winding coil 940 covers a magnet or a second winding coil 920 covers a plurality of magnets 510, 520. As described above, this system reduces the space between the turning section that allows more magnetic field to be applied per turning radius. A first correction coil 910 is illustrated which is used to correct the magnetic field for the first rotation magnet 510. A second correction coil 920 is used which is used to correct the magnetic field for a winding coil 930 around two magnets. rotation. Individual correction coils are preferred for each rotation magnet and individual correction coils produce the most precise and / or exact magnetic field in each rotation section. Particularly, the individual correction coil 910 is used to compensate imperfections in the individual magnet of a given rotation section. Therefore, with a series of magnetic field sensors, corresponding magnetic fields are individually adjustable in a series of feedback loops, by means of a magnetic field monitoring system, since an independent coil is used for each rotation section. Alternatively, a multi-magnet correction coil is used to correct the magnetic field for a plurality of rotating section magnets.

Superficie de hueco planaFlat hollow surface

Aunque la superficie del hueco se describe en términos del primer imán de giro 510, la descripción se aplica a cada uno de los imanes de giro en el sincrotrón. Análogamente, aunque la superficie del hueco 610 se describe en términos de la superficie incidente 670 del campo magnético, la descripción se aplica adicionalmente a la superficie saliente 680 del campo magnético.Although the surface of the gap is described in terms of the first rotating magnet 510, the description applies to each of the rotating magnets in the synchrotron. Similarly, although the surface of the gap 610 is described in terms of the incident surface 670 of the magnetic field, the description additionally applies to the projecting surface 680 of the magnetic field.

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La superficie incidente 870 del campo magnético del primer imán 810 es preferentemente aproximadamente plana, tal como hasta dentro de un pulido de acabado de aproximadamente cero hasta tres micrómetros o menos preferentemente hasta aproximadamente un pulido de acabado de diez micrómetros. Al ser muy plana, la superficie pulida extiende la irregularidad del campo magnético aplicado por el hueco 610. La superficie muy plana, tal como un acabado de aproximadamente 0, 1, 2, 4, 6, 8, 10, 15 o 20 micrómetros, permite un tamaño de hueco más pequeño, un campo magnético aplicado más pequeño, fuentes de alimentación más pequeñas, y un control más estrecho del área de sección transversal del haz de protones. La superficie saliente 880 del campo magnético es también preferentemente plana.The incident surface 870 of the magnetic field of the first magnet 810 is preferably approximately flat, such as up to within a finishing polish of about zero to three micrometers or less preferably up to about a finishing polishing of ten micrometers. Being very flat, the polished surface extends the irregularity of the magnetic field applied by the hole 610. The very flat surface, such as a finish of approximately 0, 1, 2, 4, 6, 8, 10, 15 or 20 micrometers, It allows for a smaller hole size, a smaller applied magnetic field, smaller power supplies, and a narrower control of the cross-sectional area of the proton beam. The projecting surface 880 of the magnetic field is also preferably flat.

Extracción de haces de protonesProton Beam Extraction

Con referencia ahora a la figura 12, se ilustra un proceso de extracción de protones ejemplar desde el sincrotrón 130. Para mayor claridad, la figura 12 elimina elementos representados en la figura 2, tal como los imanes de giro, lo que permite una mayor claridad de presentación de la trayectoria del haz de protones en función del tiempo. Generalmente, los protones se extraen del sincrotrón 130 ralentizando los protones. Tal como se ha descrito más arriba, los protones se aceleraron inicialmente en una trayectoria de circulación 264, que se mantiene con una pluralidad de imanes desviadores principales 250. La trayectoria de circulación se denomina en el presente documento como una línea de haz central original 264. Los protones se mueven cíclicamente de forma repetida alrededor de un punto central en el sincrotrón 280. La trayectoria de los protones pasa a través de un sistema 1210 de cavidad de radiofrecuencia (RF). Para iniciar la extracción, se aplica un campo de RF a través de una primera lámina 1212 y una segunda lámina 1214, en el sistema de cavidad de RF 1210. La primera lámina 1212 y la segunda lámina 1214 se denominan en el presente documento un primer par de láminas.Referring now to Figure 12, an exemplary proton extraction process from the synchrotron 130 is illustrated. For clarity, Figure 12 removes elements depicted in Figure 2, such as the rotating magnets, which allows for greater clarity. of presentation of the trajectory of the proton beam as a function of time. Generally, protons are extracted from synchrotron 130 by slowing down the protons. As described above, the protons were initially accelerated in a flow path 264, which is maintained with a plurality of main diverter magnets 250. The flow path is referred to herein as an original center beam line 264 The protons move cyclically repeatedly around a central point in the synchrotron 280. The path of the protons passes through a radiofrequency (RF) cavity system 1210. To initiate extraction, an RF field is applied through a first sheet 1212 and a second sheet 1214, in the RF cavity system 1210. The first sheet 1212 and the second sheet 1214 are referred to herein as a first pair of sheets.

En el proceso de extracción de protones, se aplica una tensión de RF a través del primer par de láminas, donde la primera lámina 1212 del primer par de láminas está en un lado de la trayectoria de circulación 264 del haz de protones y la segunda lámina 1214 del primer par de láminas está en un lado opuesto de la trayectoria de circulación 264 del haz de protones. El campo de Rf aplicado aplica energía al haz de partículas cargadas circulante. El campo de RF aplicado altera la órbita o trayectoria de circulación del haz ligeramente de los protones desde la línea de haz central original 264 hasta una trayectoria de circulación del haz alterada 265. Tras un segundo pase de los protones a través del sistema de cavidad de RF, el campo de RF mueve además los protones fuera de la línea de haz de protones original 264. Por ejemplo, si la línea de haz de original se considera una trayectoria circular, entonces la línea de haz alterada es ligeramente elíptica. El campo de RF aplicado se sincroniza para aplicar movimiento hacia fuera o hacia dentro a una banda de protones dada que circula en el acelerador del sincrotrón. Cada órbita de los protones está ligeramente más fuera del eje en comparación con la trayectoria de circulación del haz original 264. Pases sucesivos de los protones a través del sistema de cavidad de RF son empujados cada vez más respecto a la línea de haz central original 264 alterando la dirección y/o la intensidad del campo de RF con cada pase sucesivo del haz de protones a través del campo de RF.In the proton extraction process, an RF voltage is applied across the first pair of sheets, where the first sheet 1212 of the first pair of sheets is on one side of the circulation path 264 of the proton beam and the second sheet 1214 of the first pair of sheets is on an opposite side of the circulation path 264 of the proton beam. The applied Rf field applies energy to the beam of circulating charged particles. The applied RF field alters the orbit or trajectory of the beam's circulation slightly from the protons from the original central beam line 264 to an altered beam circulation path 265. After a second pass of the protons through the cavity system of RF, the RF field further moves the protons out of the original proton beam line 264. For example, if the original beam line is considered a circular path, then the altered beam line is slightly elliptical. The applied RF field is synchronized to apply outward or inward motion to a given band of protons that circulates in the synchrotron accelerator. Each orbit of the protons is slightly further off the axis compared to the original beam's circulation path 264. Successive passes of the protons through the RF cavity system are increasingly pushed relative to the original center beam line 264 altering the direction and / or intensity of the RF field with each successive pass of the proton beam through the RF field.

La tensión de RF está modulada en frecuencia a una frecuencia aproximadamente igual al periodo de un protón en ciclo alrededor del sincrotrón durante una vuelta o a una frecuencia que es un multiplicador integral del periodo de un protón en ciclo alrededor del sincrotrón. La tensión modulada en frecuencia de RF aplicada excita la oscilación de un betatrón. Por ejemplo, la oscilación es un movimiento en onda sinusoidal de los protones. El proceso de sincronizar el campo de RF a un haz de protones dado dentro del sistema de cavidad de rF se repite miles de veces con cada pase sucesivo de los protones que se mueven aproximadamente un micrómetro más fuera de la línea de haz central original 264. Para mayor claridad, las aproximadamente 1000 trayectorias de haz cambiantes con cada trayectoria sucesiva de una banda de protones dada a través del campo de rF se ilustran como la trayectoria de haz alterada 265.The RF voltage is frequency modulated at a frequency approximately equal to the period of a proton in a cycle around the synchrotron during a turn or at a frequency that is an integral multiplier of the period of a proton in a cycle around the synchrotron. The frequency RF modulated voltage applied excites the oscillation of a betatron. For example, oscillation is a sine wave movement of protons. The process of synchronizing the RF field to a given proton beam within the rF cavity system is repeated thousands of times with each successive pass of the protons that move approximately one more micrometer out of the original center beam line 264. For clarity, the approximately 1000 changing beam paths with each successive path of a given proton band across the rF field are illustrated as the altered beam path 265.

Con una amplitud de betatrón de onda sinusoidal suficiente, la trayectoria de circulación del haz alterada 265 toca un material 1230, tal como una laminilla o una hoja de laminilla. La laminilla es preferentemente un material ligero, tal como berilio, un hidruro de litio, una hoja de carbono o un material de baja carga nuclear. Un material de baja carga nuclear es un material compuesto por átomos que consisten esencialmente en átomos que tienen seis o menos protones. La laminilla es preferentemente de aproximadamente 10 a 150 micrómetros de grosor, es más preferentemente de 30 a 100 micrómetros de grosor, y es aún más preferentemente de 40-60 micrómetros de grosor. En un ejemplo, la laminilla es de berilio con un grosor de aproximadamente 50 micrómetros. Cuando los protones pasan a través de la laminilla, la energía de los protones se pierde y la velocidad de los protones se reduce. Normalmente, también se genera una corriente, descrita más adelante. Protones que se mueven a una velocidad más lenta se desplazan en el sincrotrón con un radio de curvatura reducido 266 en comparación con la línea de haz central original 264 o la trayectoria de circulación alterada 265. La trayectoria con radio de curvatura reducido 266 también se denomina en el presente documento una trayectoria que tiene un diámetro de trayectoria más pequeño o una trayectoria que tiene protones con energía reducida. El radio de curvatura reducido 266 es normalmente de aproximadamente dos milímetros menos que un radio de curvatura del último pase de los protones a lo largo de la trayectoria del haz de protones alterada 265.With a sufficient sine wave betatron amplitude, the altered beam circulation path 265 touches a material 1230, such as a lamella or a lamella leaf. The lamella is preferably a light material, such as beryllium, a lithium hydride, a carbon sheet or a low nuclear charge material. A low nuclear charge material is a material composed of atoms that essentially consist of atoms that have six or less protons. The lamella is preferably about 10 to 150 micrometers thick, is more preferably 30 to 100 micrometers thick, and is even more preferably 40-60 micrometers thick. In one example, the lamella is beryllium with a thickness of approximately 50 micrometers. When the protons pass through the lamella, the energy of the protons is lost and the speed of the protons is reduced. Normally, a current is also generated, described below. Protons that move at a slower speed travel in the synchrotron with a reduced radius of curvature 266 compared to the original center beam line 264 or the altered circulation path 265. The path with reduced radius of curvature 266 is also called in this document a path that has a smaller path diameter or a path that has protons with reduced energy. The reduced radius of curvature 266 is typically about two millimeters less than a radius of curvature of the last proton pass along the path of the altered proton beam 265.

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El grosor del material 1230 se ajusta opcionalmente para crear un cambio en el radio de curvatura, tal como aproximadamente 1^, 1, 2, 3 o 4 mm menos que el último pase de los protones 265 o el radio de curvatura original 264. Los protones que se mueven con el radio de curvatura más pequeño se desplazan entre un segundo par de láminas. En un caso, el segundo par de láminas es físicamente distinto y/o están separados del primer par de láminas. En un segundo caso, uno del primer par de láminas también es un miembro del segundo par de láminas. Por ejemplo, el segundo par de láminas es la segunda lámina 1214 y una tercera lámina 1216 en el sistema 1210 de cavidad de RF. Una señal de CC de alta tensión, tal como de aproximadamente 1 a 5 kV, se aplica a continuación a través del segundo par de láminas, que dirige los protones fuera del sincrotrón a través de un imán de extracción 292, tal como un imán de extracción de Lamberson, en una trayectoria de transporte 268.The thickness of the material 1230 is optionally adjusted to create a change in the radius of curvature, such as approximately 1 ^, 1, 2, 3 or 4 mm less than the last pass of the protons 265 or the original radius of curvature 264. The Protons that move with the smallest radius of curvature move between a second pair of sheets. In one case, the second pair of sheets is physically different and / or separated from the first pair of sheets. In a second case, one of the first pair of sheets is also a member of the second pair of sheets. For example, the second pair of sheets is the second sheet 1214 and a third sheet 1216 in the RF cavity system 1210. A high voltage DC signal, such as about 1 to 5 kV, is then applied through the second pair of sheets, which directs the protons out of the synchrotron through an extraction magnet 292, such as a magnet Lamberson extraction, on a transport path 268.

El control de la aceleración de la trayectoria del haz de partículas cargadas en el sincrotrón con el acelerador y/o campos aplicados de los imanes de giro en combinación con el sistema de extracción descrito anteriormente permite el control de la intensidad del haz de protones extraído, donde la intensidad es un flujo de protones por unidad de tiempo o el número de protones extraídos en función del tiempo. Por ejemplo, cuando se mide una corriente más allá de un umbral, la modulación del campo de RF en el sistema de cavidad de RF se termina o se reinicia para establecer un ciclo subsiguiente de extracción de haces de protones. Este proceso se repite para producir muchos ciclos de extracción de haces de protones desde el acelerador del sincrotrón.The control of the acceleration of the beam path of particles loaded in the synchrotron with the accelerator and / or applied fields of the rotating magnets in combination with the extraction system described above allows the intensity control of the extracted proton beam to be controlled, where the intensity is a flow of protons per unit of time or the number of protons extracted as a function of time. For example, when a current is measured beyond a threshold, the modulation of the RF field in the RF cavity system is terminated or restarted to establish a subsequent cycle of proton beam extraction. This process is repeated to produce many cycles of proton beam extraction from the synchrotron accelerator.

Dado que el sistema de extracción no depende de ningún cambio de las propiedades del campo magnético, permite que el sincrotrón continúe funcionando en modo de aceleración o desaceleración durante el proceso de extracción. Dicho de otra manera, el proceso de extracción no interfiere en la aceleración del sincrotrón. En marcado contraste, los sistemas de extracción tradicionales introducen un nuevo campo magnético, como a través de un hexapolo, durante el proceso de extracción. Más particularmente, los sincrotrones tradicionales tienen un imán, como un imán hexapolar, que está desactivado durante una etapa de aceleración. Durante la fase de extracción, el campo magnético hexapolar se introduce en la trayectoria de circulación del sincrotrón. La introducción del campo magnético necesita dos modos distintos, un modo de aceleración y un modo de extracción, que son mutuamente excluyentes en el tiempo.Since the extraction system does not depend on any change in the properties of the magnetic field, it allows the synchrotron to continue operating in acceleration or deceleration mode during the extraction process. In other words, the extraction process does not interfere with the acceleration of the synchrotron. In stark contrast, traditional extraction systems introduce a new magnetic field, such as through a hexapol, during the extraction process. More particularly, traditional synchrotrons have a magnet, such as a hexapolar magnet, which is deactivated during an acceleration stage. During the extraction phase, the hexapolar magnetic field is introduced into the synchrotron's circulation path. The introduction of the magnetic field requires two different modes, an acceleration mode and an extraction mode, which are mutually exclusive in time.

Control de la intensidad del haz de partículas cargadasControl of the intensity of the beam of charged particles

El control del campo aplicado, tal como un campo de radiofrecuencia (RF), la frecuencia y la magnitud en el sistema 1210 de cavidad de RF permite el control de la intensidad del haz de protones extraído, donde la intensidad es el flujo de protones extraídos por unidad de tiempo o el número de protones extraídos en función del tiempo.The control of the applied field, such as a radiofrequency (RF) field, the frequency and the magnitude in the RF cavity system 1210 allows control of the intensity of the extracted proton beam, where the intensity is the flow of extracted protons per unit of time or the number of protons extracted as a function of time.

Aún con referencia a la figura 12, cuando los protones en el haz de protones golpean el material 1230 se desprenden electrones dando como resultado una corriente. La corriente resultante se convierte en una tensión y se usa como parte de un sistema de monitorización de la intensidad de un haz de iones o como parte de un bucle de retroalimentación de un haz de iones para controlar la intensidad del haz. La tensión se mide opcionalmente y se envía al controlador principal 110 o a un subsistema controlador. Más particularmente, cuando los protones en la trayectoria del haz de partículas cargadas pasan a través del material 1230, algunos de los protones pierden una pequeña fracción de su energía, tal como aproximadamente un décimo de un porcentaje, lo que da como resultado un electrón secundario. Es decir, los protones en el haz de partículas cargadas empujan a algunos electrones cuando pasan a través del material 1230 dando a los electrones suficiente energía para causar emisión secundaria. El flujo de electrones resultante da como resultado una corriente o señal que es proporcional al número de protones que pasan a través del material diana 1230. La corriente resultante se convierte preferentemente en tensión y se amplifica. La señal resultante se denomina una señal de intensidad medida.Even with reference to Figure 12, when the protons in the proton beam hit the material 1230, electrons are released resulting in a current. The resulting current is converted into a voltage and used as part of an ion beam intensity monitoring system or as part of an ion beam feedback loop to control the beam intensity. The voltage is optionally measured and sent to the main controller 110 or a controller subsystem. More particularly, when protons in the trajectory of the charged particle beam pass through material 1230, some of the protons lose a small fraction of their energy, such as about a tenth of a percentage, which results in a secondary electron. . That is, the protons in the bundle of charged particles push some electrons when they pass through material 1230 giving electrons enough energy to cause secondary emission. The resulting electron flow results in a current or signal that is proportional to the number of protons that pass through the target material 1230. The resulting current is preferably converted to voltage and amplified. The resulting signal is called a measured intensity signal.

La señal amplificada o señal de intensidad medida que resulta de los protones que pasan a través del material 1230 se usa preferentemente en el control de la intensidad de los protones extraídos. Por ejemplo, la señal de intensidad medida se compara con una señal objetivo, que se predetermina en un plan de irradiación 1260 del tumor. En un ejemplo, el plan 1260 del tumor contiene la energía e intensidad objetivo o diana del haz de protones suministrado en función de la posición x, la posición y, el tiempo, y/o la posición rotacional del paciente. La diferencia entre la señal de intensidad medida y la planificada para la señal objetivo se calcula. La diferencia se usa como control para el generador de RF. Por lo tanto, el flujo de corriente medido que resulta de los protones que pasan a través del material 1230 se usa como control en el generador de RF para aumentar o reducir el número de protones que experimentan oscilación de betatrón y que golpean el material 1230. Por lo tanto, la tensión determinada fuera del material 1230 se usa como una medida de la trayectoria orbital y se usa como un control de retroalimentación para controlar el sistema de cavidad de RF. Como alternativa, la señal de intensidad medida no se usa en el control de retroalimentación y se usa solamente como monitor de la intensidad de los protones extraídos.The amplified signal or measured intensity signal resulting from the protons passing through the material 1230 is preferably used in the control of the intensity of the extracted protons. For example, the measured intensity signal is compared with an objective signal, which is predetermined in a 1260 irradiation plan of the tumor. In one example, the tumor plan 1260 contains the target or target energy and intensity of the proton beam supplied as a function of the x position, the y position, the time, and / or the rotational position of the patient. The difference between the measured and planned intensity signal for the target signal is calculated. The difference is used as a control for the RF generator. Therefore, the measured current flow resulting from the protons passing through the material 1230 is used as a control in the RF generator to increase or reduce the number of protons that experience betatron oscillation and that hit the material 1230. Therefore, the stress determined outside the material 1230 is used as a measure of the orbital path and is used as a feedback control to control the RF cavity system. As an alternative, the measured intensity signal is not used in the feedback control and is only used as a monitor for the intensity of the extracted protons.

Tal como se ha descrito más arriba, los fotones que golpean el material 1230 son una etapa en la extracción de los protones del sincrotrón 130. Por lo tanto, la señal de intensidad medida se usa para cambiar el número de protones por unidad de tiempo que se extraen, lo que se denomina intensidad del haz de protones. La intensidad del haz deAs described above, the photons that hit the material 1230 are a stage in the extraction of the protons from the synchrotron 130. Therefore, the measured intensity signal is used to change the number of protons per unit of time that they are extracted, what is called proton beam intensity. Beam intensity

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protones está, por tanto, bajo control algorítmico. Además, la intensidad del haz de protones se controla por separado de la velocidad de los protones en el sincrotrón 130. Por lo tanto, la intensidad de los protones extraídos y la energía de los protones extraídos son variables independientemente.Protons is, therefore, under algorithmic control. In addition, the intensity of the proton beam is controlled separately from the speed of the protons in the synchrotron 130. Therefore, the intensity of the extracted protons and the energy of the extracted protons are independently variable.

Por ejemplo, los protones se mueven inicialmente en una trayectoria de equilibrio en el sincrotrón 130. Un campo de RF se usa para excitar los protones en una oscilación de betatrón. En un caso, la frecuencia de la órbita de los protones es de aproximadamente 10 MHz. En un ejemplo, en aproximadamente un milisegundo o después de aproximadamente 10.000 órbitas, los primeros protones golpean un borde exterior del material diana 130. La frecuencia específica depende del período de la órbita. Tras golpear el material 130, los protones empujan electrones a través de la laminilla para producir una corriente. La corriente se convierte en tensión y se amplifica para producir una señal de intensidad medida. La señal de intensidad medida se usa como una entrada de realimentación para controlar la magnitud de RF aplicada, la frecuencia de RF o el campo de RF. Preferentemente, la señal de intensidad medida se compara con una señal diana y se usa una medida de la diferencia entre la señal de intensidad medida y la señal diana para ajustar el campo de RF aplicado en el sistema 1210 de cavidad de RF en el sistema de extracción para controlar la intensidad de los protones en la etapa de extracción. Dicho de nuevo, la señal resultante de los protones que golpean y/o que pasan a través del material 130 se usa como una entrada en la modulación del campo de RF. Un aumento en la magnitud de la modulación de RF da como resultado que los protones golpean la laminilla o material 130 antes. Al aumentar la RF, más protones son empujados al interior de la laminilla, lo que da como resultado una intensidad aumentada, o más protones por unidad de tiempo, de protones extraídos del sincrotrón 130.For example, protons initially move along an equilibrium path in synchrotron 130. An RF field is used to excite protons in a betatron oscillation. In one case, the frequency of the orbit of the protons is approximately 10 MHz. In one example, in approximately one millisecond or after approximately 10,000 orbits, the first protons hit an outer edge of the target material 130. The specific frequency depends on the orbit period After hitting the material 130, the protons push electrons through the lamella to produce a current. The current is converted into voltage and amplified to produce a signal of measured intensity. The measured intensity signal is used as a feedback input to control the magnitude of RF applied, the RF frequency or the RF field. Preferably, the measured intensity signal is compared with a target signal and a measurement of the difference between the measured intensity signal and the target signal is used to adjust the RF field applied in the RF cavity system 1210 in the monitoring system. extraction to control the intensity of the protons in the extraction stage. Said again, the signal resulting from the protons that strike and / or pass through the material 130 is used as an input in the modulation of the RF field. An increase in the magnitude of the RF modulation results in the protons hitting the lamella or material 130 before. By increasing the RF, more protons are pushed into the lamella, which results in an increased intensity, or more protons per unit of time, of protons extracted from the synchrotron 130.

En otro ejemplo, se usa un detector 1250 externo al sincrotrón 130 para determinar el flujo de protones extraídos del sincrotrón y se usa una señal proveniente del detector externo para alterar el campo de RF o la modulación de RF en el sistema 1210 de cavidad de RF. En este contexto, el detector externo genera una señal externa, que se usa de una manera similar a la señal de intensidad medida, descrita en los párrafos anteriores. Particularmente, la señal de intensidad medida se compara con una señal deseada proveniente del plan de irradiación 1260 en un controlador de intensidad de retroalimentación 1240, que ajusta el campo de RF entre la primera placa 1212 y la segunda placa 1214 en el proceso de extracción, descrito más arriba.In another example, a detector 1250 external to the synchrotron 130 is used to determine the flow of protons extracted from the synchrotron and a signal from the external detector is used to alter the RF field or RF modulation in the RF cavity system 1210 . In this context, the external detector generates an external signal, which is used in a manner similar to the measured intensity signal, described in the preceding paragraphs. Particularly, the measured intensity signal is compared with a desired signal from the irradiation plan 1260 in a feedback intensity controller 1240, which adjusts the RF field between the first plate 1212 and the second plate 1214 in the extraction process, described above.

En aún otro ejemplo, cuando una corriente proveniente del material 130 que resulta de protones que pasan a través de o que golpean el material se mide más allá de un umbral, la modulación del campo de RF en el sistema de cavidad de RF se termina o se reinicia para establecer un ciclo posterior de extracción de haces de protones. Este proceso se repite para producir muchos ciclos de extracción de haces de protones desde el acelerador del sincrotrón.In yet another example, when a current from the material 130 resulting from protons passing through or hitting the material is measured beyond a threshold, the modulation of the RF field in the RF cavity system is terminated or It restarts to establish a subsequent cycle of proton beam extraction. This process is repeated to produce many cycles of proton beam extraction from the synchrotron accelerator.

En aún otra realización más, la modulación de la intensidad del haz de protones extraído está controlada por el controlador principal 110. El controlador principal 110 opcionalmente y/o adicionalmente controla la sincronización de la extracción del haz de partículas cargadas y la energía del haz de protones extraído.In yet another embodiment, the modulation of the intensity of the extracted proton beam is controlled by the main controller 110. The main controller 110 optionally and / or additionally controls the timing of the extraction of the charged particle beam and the energy of the beam of protons removed.

Los beneficios del sistema incluyen un sistema de exploración multidimensional. Particularmente, el sistema permite independencia en: (1) energía de los protones extraídos e (2) intensidad de los protones extraídos. Es decir, la energía de los protones extraídos es controlada por un sistema de control de la energía y un sistema de control de la intensidad controla la intensidad de los protones extraídos. El sistema de control de la energía y el sistema de control de la intensidad están opcionalmente controlados independientemente. Preferentemente, el controlador principal 110 controla el sistema de control de la energía y el controlador principal controla simultáneamente el sistema de control de la intensidad para producir un haz de protones extraídos con energía controlada e intensidad controlada donde la energía controlada y la intensidad controlada son variables independientemente. De este modo, el punto de irradiación que golpea el tumor está bajo el control independiente de:The benefits of the system include a multidimensional scanning system. Particularly, the system allows independence in: (1) energy of the extracted protons and (2) intensity of the extracted protons. That is, the energy of the extracted protons is controlled by an energy control system and an intensity control system controls the intensity of the extracted protons. The energy control system and the intensity control system are optionally independently controlled. Preferably, the main controller 110 controls the energy control system and the main controller simultaneously controls the intensity control system to produce a beam of protons extracted with controlled energy and controlled intensity where the controlled energy and the controlled intensity are variable independently. Thus, the irradiation point that hits the tumor is under the independent control of:

- tiempo;- weather;

- energía;- Energy;

- intensidad;- intensity;

- posición en el eje x, donde el eje x representa el movimiento horizontal del haz de protones con respecto al paciente, y- position on the x-axis, where the x-axis represents the horizontal movement of the proton beam with respect to the patient, and

- posición en el eje y, donde el eje y representa movimiento vertical del haz de protones con respecto al paciente.- position on the y-axis, where the y-axis represents vertical movement of the proton beam with respect to the patient.

Además, al paciente se le hace rotar opcionalmente de forma independiente con respecto a un eje traslacional del haz de protones al mismo tiempo. El sistema es capaz de variabilidad de energía de pulso a pulso. Adicionalmente, el sistema es capaz de modular la energía de manera dinámica durante un pulso, lo que permite una verdadera exploración tridimensional del haz de protones con modulación de la energía y/o de la intensidad.In addition, the patient is optionally rotated independently with respect to a translational axis of the proton beam at the same time. The system is capable of pulse to pulse energy variability. Additionally, the system is able to dynamically modulate energy during a pulse, which allows a true three-dimensional exploration of the proton beam with modulation of energy and / or intensity.

Con referencia ahora a la figura 13, se describe un sistema 1300 de verificación de la posición de un haz de protones. Una boquilla 1310 proporciona una salida para el segundo sistema de vacío a presión reducida que se inicia en la laminilla 395 del acelerador en tándem 390 y que discurre a través del sincrotrón 130 hasta una laminillaReferring now to Figure 13, a system 1300 for verifying the position of a proton beam is described. A nozzle 1310 provides an outlet for the second vacuum system at reduced pressure that starts at the lamella 395 of the tandem accelerator 390 and runs through the synchrotron 130 to a lamella

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1320 de la boquilla que cubre el extremo de la boquilla 1310. La boquilla se expande en área de sección transversal a lo largo del eje z de la trayectoria 268 del haz de protones para permitir que el haz de protones 268 sea explorado a lo largo de los ejes x e y por el elemento de control vertical 142 y el elemento de control horizontal 144, respectivamente. La laminilla 1320 de la boquilla está preferentemente soportada mecánicamente por los bordes externos de un puerto de salida de la boquilla 1310. Un ejemplo de una laminilla 1320 de la boquilla es una hoja de aproximadamente 0,1 pulgadas de grosor de laminilla de papel de aluminio. Generalmente, la laminilla de la boquilla separa las presiones atmosféricas en el lado del paciente de la laminilla 1320 de la boquilla de la región de baja presión, tal como la región de aproximadamente 10-5 a 10-7 torr, en el lado del sincrotrón 130 de la laminilla 1320 de la boquilla. La región de baja presión se mantiene para reducir la dispersión del haz de protones 264, 268.1320 of the nozzle covering the end of the nozzle 1310. The nozzle expands in cross-sectional area along the z axis of the path 268 of the proton beam to allow the proton beam 268 to be explored along the x and y axes by the vertical control element 142 and the horizontal control element 144, respectively. The lamella 1320 of the nozzle is preferably mechanically supported by the outer edges of an outlet port of the nozzle 1310. An example of a lamella 1320 of the nozzle is a sheet approximately 0.1 inches thick of the foil of foil . Generally, the nozzle lamella separates the atmospheric pressures on the patient side of the nozzle lamella 1320 from the low pressure region, such as the region of approximately 10-5 to 10-7 torr, on the synchrotron side 130 of the lamella 1320 of the nozzle. The low pressure region is maintained to reduce the dispersion of the proton beam 264, 268.

Aún con referencia a la figura 13, el sistema de verificación 1300 de haces de protones es un sistema que permite la monitorización de la posición real del haz de protones 268, 269 en tiempo real sin destrucción del haz de protones. El sistema de verificación 1300 de haces de protones preferentemente incluye una capa de verificación 1330 de la posición del haz de protones, que también se denomina en el presente documento una capa de revestimiento, luminiscente, fluorescente, fosforescente, de radiancia o de visionado. La capa de verificación o capa de revestimiento 1330 es preferentemente una capa de revestimiento o fina sustancialmente en contacto con una superficie interna de la laminilla 1320 de la boquilla, donde la superficie interna está en el lado del sincrotrón de la laminilla 1320 de la boquilla. Menos preferentemente, la capa de verificación o capa de revestimiento 1330 está sustancialmente en contacto con una superficie externa de la laminilla 1320 de la boquilla, donde la superficie externa está en el lado de tratamiento del paciente de la laminilla 1320 de la boquilla. Preferentemente, la laminilla 1320 de la boquilla proporciona una superficie de sustrato para revestimiento por la capa de revestimiento, pero opcionalmente un elemento separado de soporte de la capa de revestimiento, sobre el que se monta el revestimiento 1330, se coloca en cualquier parte en la trayectoria 268 del haz de protones.Even with reference to Figure 13, the proton beam verification system 1300 is a system that allows real-time monitoring of the proton beam 268, 269 in real time without destruction of the proton beam. The proton beam verification system 1300 preferably includes a verification layer 1330 of the position of the proton beam, which is also referred to herein as a coating layer, luminescent, fluorescent, phosphorescent, radiant or viewing. The verification layer or coating layer 1330 is preferably a coating or thin layer substantially in contact with an internal surface of the lamella 1320 of the nozzle, where the internal surface is on the synchrotron side of the lamella 1320 of the nozzle. Less preferably, the verification layer or coating layer 1330 is substantially in contact with an external surface of the nozzle lamella 1320, where the external surface is on the patient's treatment side of the nozzle lamella 1320. Preferably, the lamella 1320 of the nozzle provides a substrate surface for coating by the coating layer, but optionally a separate support element of the coating layer, on which the coating 1330 is mounted, is placed anywhere in the 268 trajectory of the proton beam.

Aún con referencia a la figura 13, el revestimiento 1330 produce una respuesta espectroscópica medible, visible espacialmente por el detector 1340, como resultado de la transmisión por el haz de protones 268. El revestimiento 1330 es preferentemente un fósforo, pero es opcionalmente cualquier material que es visible o del que puede obtener imágenes un detector donde el material cambia espectroscópicamente como resultado de la trayectoria 268 del haz de protones que golpea o se transmite a través del revestimiento 1330. Un detector o cámara 1340 visiona la capa de revestimiento 1330 y determina la posición actual del haz de protones 268 mediante las diferencias espectroscópicas que resultan de protones que pasan a través de la capa de revestimiento. Por ejemplo, la cámara 1340 visiona la superficie de revestimiento 1330 a medida que el haz de protones 268 está siendo explorado por los elementos de control de la posición del haz horizontal 144 y vertical 142 durante el tratamiento del tumor 1420. La cámara 1340 visiona la posición actual del haz de protones 268 según lo medido por la respuesta espectroscópica. La capa de revestimiento 1330 es preferentemente un material de fósforo o luminiscente que brilla o emite fotones durante un corto periodo de tiempo, tal como menos de 5 segundos para una intensidad del 50 %, como resultado de excitación por el haz de protones 268. Opcionalmente, se usan una pluralidad de cámaras o detectores 1340, donde cada detector visiona toda o una parte de la capa de revestimiento 1330. Por ejemplo, se usan dos detectores 1340 donde un primer detector visiona una primera mitad de la capa de revestimiento y el segundo detector visiona una segunda mitad de la capa de revestimiento. Preferentemente, el detector 1340 está montado en la boquilla 1310 para visionar la posición del haz de protones después de que pase a través de los controladores del primer eje y del segundo eje 142, 144. Preferentemente, la capa de revestimiento 1330 se coloca en la trayectoria 268 del haz de protones en una posición antes de que los protones golpeen al paciente 1430.Even with reference to Figure 13, the coating 1330 produces a measurable spectroscopic response, spatially visible by the detector 1340, as a result of transmission by the proton beam 268. The coating 1330 is preferably a phosphorus, but is optionally any material that a detector where the material spectroscopically changes as a result of the path 268 of the proton beam that hits or is transmitted through the liner 1330 is visible or visible. A detector or camera 1340 views the lining layer 1330 and determines the current position of the proton beam 268 by the spectroscopic differences that result from protons passing through the coating layer. For example, the chamber 1340 views the coating surface 1330 as the proton beam 268 is being scanned by the horizontal beam 144 and vertical beam position control elements 142 during the treatment of the tumor 1420. The chamber 1340 views the current position of the proton beam 268 as measured by the spectroscopic response. The coating layer 1330 is preferably a phosphor or luminescent material that shines or emits photons for a short period of time, such as less than 5 seconds for an intensity of 50%, as a result of excitation by the proton beam 268. Optionally , a plurality of cameras or detectors 1340 are used, where each detector views all or a portion of the coating layer 1330. For example, two detectors 1340 are used where a first detector views a first half of the coating layer and the second detector visualizes a second half of the coating layer. Preferably, the detector 1340 is mounted on the nozzle 1310 to view the position of the proton beam after it passes through the controllers of the first axis and the second axis 142, 144. Preferably, the coating layer 1330 is placed in the trajectory 268 of the proton beam in one position before the protons hit patient 1430.

Aún con referencia a la figura 13, el controlador principal 130, conectado a la salida de la cámara o detector 1340, compara la posición real del haz de protones 268 con la posición del haz de protones planeada y/o una referencia de calibración para determinar si la posición real del haz de protones 268 está dentro de la tolerancia. El sistema de verificación 1300 de haces de protones se usa preferentemente en al menos dos fases, una fase de calibración y una fase de tratamiento del haz de protones. La fase de calibración se usa para correlacionar, en función de la posición en x, y de la respuesta de brillo, la posición en x, y real del haz de protones en la interfaz del paciente. Durante la fase de tratamiento del haz de protones, la posición del haz de protones se monitoriza y se compara con el plan de calibración y/o tratamiento para verificar el suministro de protones exacto al tumor 1420 y/o como un indicador de seguridad de interrupción del haz de protones.Even with reference to Figure 13, the main controller 130, connected to the output of the camera or detector 1340, compares the actual position of the proton beam 268 with the planned proton beam position and / or a calibration reference to determine if the actual position of the proton beam 268 is within tolerance. The 1300 proton beam verification system is preferably used in at least two phases, a calibration phase and a proton beam treatment phase. The calibration phase is used to correlate, depending on the position in x, and the brightness response, the position in x, and real of the proton beam at the patient interface. During the proton beam treatment phase, the position of the proton beam is monitored and compared with the calibration and / or treatment plan to verify the exact proton supply to the tumor 1420 and / or as an interruption safety indicator of the proton beam.

Colocación del pacientePatient placement

Con referencia ahora a la figura 14, el paciente se coloca preferentemente sobre o dentro de un sistema de colocación 1410 del paciente del módulo 150 de interfaz del paciente. El sistema de colocación 1410 del paciente se musa para trasladar al paciente y/o hacer rotar al paciente al interior de una zona donde el haz de protones pueda explorar el tumor usando un sistema de exploración 140 o sistema de direccionamiento de protones, descrito más adelante. Esencialmente, el sistema de colocación 1410 del paciente realiza movimientos amplios del paciente para colocar al tumor cerca del centro de una trayectoria 268 del haz de protones y el sistema de exploración o direccionamiento 140 de protones realiza movimientos finos de la posición momentánea del haz 269 en el direccionamiento del tumor 1420. Para ilustrar, la figura 14 muestra la posición momentánea del haz de protonesReferring now to Figure 14, the patient is preferably placed on or within a patient positioning system 1410 of the patient interface module 150. The patient positioning system 1410 is musa to move the patient and / or rotate the patient into an area where the proton beam can explore the tumor using a scanning system 140 or proton addressing system, described below. . Essentially, the patient positioning system 1410 performs wide movements of the patient to place the tumor near the center of a path 268 of the proton beam and the proton scanning or addressing system 140 performs fine movements of the momentary position of the beam 269 in the addressing of the tumor 1420. To illustrate, Figure 14 shows the momentary position of the proton beam

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269 y una gama de posiciones explorables 1440 usando el sistema de exploración o direccionamiento 140 de protones, donde las posiciones explorables 1440 están alrededor del tumor 1420 del paciente 1430. En este ejemplo, las posiciones explorables son exploradas a lo largo de los ejes x e y; sin embargo, la exploración se realiza opcionalmente simultáneamente a lo largo del eje z tal como se describe más adelante. Esto muestra ilustrativamente que el movimiento del eje y del paciente se produce en una escala del cuerpo, tal como un ajuste de aproximadamente 1, 2, 3 o 4 pies, mientras que la región explorable del haz de protones 268 cubre una parte del cuerpo, tal como una región de aproximadamente 1, 2, 4, 6, 8, 10 o 12 pulgadas. El sistema de colocación del paciente y su rotación y/o traslación del paciente se combina con el sistema de direccionamiento de protones para producir un suministro preciso y/o exacto de los protones al tumor.269 and a range of explorable positions 1440 using the proton scanning or addressing system 140, where the explorable positions 1440 are around the tumor 1420 of the patient 1430. In this example, the explorable positions are scanned along the x and y axes; however, the scan is optionally performed simultaneously along the z axis as described below. This illustratively shows that the movement of the axis and the patient occurs on a scale of the body, such as an adjustment of approximately 1, 2, 3 or 4 feet, while the explorable region of the proton beam 268 covers a part of the body, such as a region of approximately 1, 2, 4, 6, 8, 10 or 12 inches. The patient placement system and its rotation and / or patient translation is combined with the proton addressing system to produce an accurate and / or accurate supply of the protons to the tumor.

Aún con referencia a la figura 14, el sistema de colocación 1410 del paciente opcionalmente incluye una unidad inferior 1412 y una unidad superior 1414, tal como discos o una plataforma. Con referencia ahora a la figura 14A, la unidad de colocación 1410 del paciente es preferentemente ajustable en el eje y 1416 para permitir el desplazamiento vertical del paciente con respecto al haz de terapia con protones 268. Preferentemente, el movimiento vertical de la unidad de colocación 1410 del paciente es de aproximadamente 10, 20, 30 o 50 centímetros por minuto. Con referencia ahora a la figura 14B, la unidad de colocación 1410 del paciente también es preferentemente rotatoria 1417 alrededor de un eje de rotación, tal como alrededor del eje y que discurre a través del centro de la unidad inferior 1412 o alrededor de un eje y que discurre a través del tumor 1420, para permitir el control rotacional y la colocación del paciente con respecto a la trayectoria 268 del haz de protones. Preferentemente, el movimiento rotacional de la unidad de colocación 1410 del paciente es de aproximadamente 360 grados por minuto. Opcionalmente, la unidad de colocación del paciente rota aproximadamente 45, 90 o 180 grados. Opcionalmente, la unidad de colocación 1410 del paciente rota a una velocidad de aproximadamente 45, 90, 180, 360, 720 o 1080 grados por minuto. La rotación de la unidad de colocación 1417 se ilustra alrededor del eje de rotación en dos momentos distintos, ti y t2. Los protones se administran opcionalmente al tumor 1420 en n momentos, donde cada uno de los n momentos representa diferentes direcciones del haz de protones incidentes 269 que golea al paciente 1430 debido a la rotación del paciente 1417 alrededor del eje de rotación.Even with reference to Figure 14, the patient positioning system 1410 optionally includes a lower unit 1412 and an upper unit 1414, such as discs or a platform. Referring now to Figure 14A, the positioning unit 1410 of the patient is preferably adjustable in the axis and 1416 to allow vertical displacement of the patient with respect to the proton therapy beam 268. Preferably, the vertical movement of the positioning unit 1410 of the patient is approximately 10, 20, 30 or 50 centimeters per minute. Referring now to Fig. 14B, the positioning unit 1410 of the patient is also preferably rotary 1417 about a rotation axis, such as around the axis and running through the center of the lower unit 1412 or around an axis and which runs through tumor 1420, to allow rotational control and patient placement with respect to trajectory 268 of the proton beam. Preferably, the rotational movement of the positioning unit 1410 of the patient is approximately 360 degrees per minute. Optionally, the patient placement unit rotates approximately 45, 90 or 180 degrees. Optionally, the patient positioning unit 1410 rotates at a speed of approximately 45, 90, 180, 360, 720 or 1080 degrees per minute. The rotation of the positioning unit 1417 is illustrated around the axis of rotation at two different times, ti and t2. The protons are optionally administered to the tumor 1420 at n times, where each of the n moments represents different directions of the incident proton beam 269 thrashing the patient 1430 due to the rotation of the patient 1417 around the axis of rotation.

Cualquiera de las realizaciones de colocación del paciente semivertical, sentado, o tumbado descritas más adelante, son opcionalmente trasladables verticalmente a lo largo del eje y o rotatorias alrededor del eje de rotación o y.Any of the embodiments of the semi-vertical patient sitting, or lying down described below, are optionally vertically translatable along the y axis or rotating around the axis of rotation or y.

Preferentemente, las unidades superior e inferior 1412, 1414 se mueven juntas, de modo que rotan a las mismas velocidades y se trasladan en posición a las mismas velocidades. Opcionalmente, las unidades superior e inferior 1412, 1414 son ajustables independientemente a lo largo del eje y para permitir una diferencia en la distancia entre las unidades superior e inferior 1412, 1414. Motores, fuentes de alimentación y conjuntos mecánicos para mover las unidades superior e inferior 1412, 1414 están ubicados preferentemente fuera de la trayectoria 269 del haz de protones, tal como por debajo de la unidad inferior 1412 y/o por encima de la unidad superior 1414. Esto es preferible dado que la unidad de colocación 1410 del paciente es preferentemente rotatoria alrededor de 360 grados y los motores, fuentes de alimentación y conjuntos mecánicos interfieren con los protones si están colocados en la trayectoria 269 del haz de protones.Preferably, the upper and lower units 1412, 1414 move together, so that they rotate at the same speeds and move into position at the same speeds. Optionally, the upper and lower units 1412, 1414 are independently adjustable along the axis and to allow a difference in the distance between the upper and lower units 1412, 1414. Motors, power supplies and mechanical assemblies for moving the upper and lower units. lower 1412, 1414 are preferably located outside the path 269 of the proton beam, such as below the lower unit 1412 and / or above the upper unit 1414. This is preferable since the patient positioning unit 1410 is preferably rotating around 360 degrees and the motors, power supplies and mechanical assemblies interfere with the protons if they are placed in the path 269 of the proton beam.

Eficacia del suministro de protonesEfficiency of proton supply

Con referencia ahora a la figura 15, se presenta una distribución común de dosis relativas para irradiación tanto con rayos X como con protones. Tal como se muestra, los rayos X depositan su dosis más alta cerca de la superficie del tejido diana y a continuación disminuyen exponencialmente en función de la profundidad del tejido. El depósito de energía de rayos X cerca de la superficie no es ideal para tumores ubicados en profundidad dentro del cuerpo, el cual es habitualmente el caso, dado que se causa un daño excesivo a las capas de tejido blando que rodean al tumor 1420. La ventaja de los protones es que depositan la mayor parte de su energía cerca del final de la trayectoria de la luz, dado que la pérdida de energía por unidad de trayectoria del absorbedor atravesado por un protón aumenta al disminuir la velocidad de la partícula, dando origen a un máximo brusco de ionización cerca del final del intervalo, denominado en el presente documento el pico de Bragg. Además, dado que la trayectoria de vuelo de los protones es variable aumentando o reduciendo su energía cinética inicial o velocidad inicial, a continuación el pico correspondiente a energía máxima es móvil dentro del tejido. De este modo, el control del eje z de la profundidad de penetración de los protones es permitido por el proceso de aceleración/extracción, descrito más arriba. Como resultado de las características de dosis-distribución de protones, un radio-oncólogo puede optimizar la dosis al tumor 1420 mientras minimiza la dosis a tejidos normales circundantes.Referring now to Figure 15, a common distribution of relative doses for irradiation with both X-rays and protons is presented. As shown, X-rays deposit their highest dose near the surface of the target tissue and then decrease exponentially based on tissue depth. The X-ray energy deposit near the surface is not ideal for tumors located deep inside the body, which is usually the case, since excessive damage is caused to the soft tissue layers surrounding the tumor 1420. The advantage of protons is that they deposit most of their energy near the end of the light path, since the loss of energy per unit path of the absorber traversed by a proton increases as the particle velocity decreases, giving rise to at an abrupt maximum of ionization near the end of the interval, referred to herein as the Bragg peak. In addition, since the flight path of the protons is variable by increasing or reducing their initial kinetic energy or initial velocity, then the peak corresponding to maximum energy is mobile within the tissue. Thus, the control of the z axis of the depth of penetration of the protons is allowed by the acceleration / extraction process, described above. As a result of the dose-distribution characteristics of protons, a radio-oncologist can optimize the dose to the tumor 1420 while minimizing the dose to surrounding normal tissues.

El perfil energético del pico de Bragg muestra que los protones suministran su energía a través de toda la longitud del cuerpo penetrada por el protón hasta una profundidad de penetración máxima. Como resultado, la energía está siendo suministrada, en la parte distal del perfil energético del pico de Bragg, a tejido sano, hueso, y otros constituyentes del cuerpo antes de que el haz de protones golpee el tumor. De ahí se deduce que, cuanto más corta sea la longitud de trayectoria en el cuerpo antes del tumor, mayor será la eficacia de la eficacia del suministro de protones, donde la eficacia del suministro de protones es una medida de cuánta energía es suministrada al tumor con respecto a partes sanas del paciente. Los ejemplos de eficacia del suministro de protones incluyen: (1) unaThe energy profile of the Bragg peak shows that the protons supply their energy throughout the entire length of the body penetrated by the proton to a maximum penetration depth. As a result, energy is being supplied, in the distal part of the energy profile of the Bragg peak, to healthy tissue, bone, and other body constituents before the proton beam hits the tumor. It follows that, the shorter the path length in the body before the tumor, the greater the effectiveness of the proton supply efficiency, where the effectiveness of the proton supply is a measure of how much energy is supplied to the tumor regarding healthy parts of the patient. Examples of the efficiency of proton supply include: (1) a

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relación de energía de protones suministrada al tumor respecto a energía de protones suministrada a tejido no tumoral; (2) longitud de trayectoria de protones en el tumor frente a longitud de trayectoria en el tejido no tumoral; y (3) daño a un tumor en comparación con daño a partes sanas del cuerpo. Cualquiera de estas medidas está opcionalmente ponderada por daños a tejidos sensibles, tales como un elemento del sistema nervioso, corazón, cerebro u otro órgano. Para ilustrar, para un paciente en una posición tumbada donde se gira al paciente sobre el eje y durante el tratamiento, un tumor cerca del corazón a veces se trataría con protones que atraviesan la trayectoria de cabeza a corazón, trayectoria de pierna a corazón o trayectoria de la cadera al corazón, que son todas ineficaces en comparación con un paciente en una posición sentada o semivertical donde los protones se suministran a través de una trayectoria del pecho al corazón; trayectoria del lado del cuerpo al corazón o trayectoria de la espalda al corazón más corta. Particularmente, en comparación con una posición tumbada, usando una posición sentada o semivertical del paciente, se proporciona una trayectoria más corta a través del cuerpo a un tumor localizado en el torso o la cabeza, lo que da como resultado una mayor o mejor eficacia del suministro de protones.ratio of proton energy delivered to the tumor to proton energy delivered to non-tumor tissue; (2) proton path length in the tumor versus path length in the non-tumor tissue; and (3) damage to a tumor compared to damage to healthy parts of the body. Any of these measures is optionally weighted for damage to sensitive tissues, such as an element of the nervous system, heart, brain or other organ. To illustrate, for a patient in a lying position where the patient is turned on the axis and during treatment, a tumor near the heart would sometimes be treated with protons that traverse the head-to-heart path, leg-to-heart path or path from the hip to the heart, which are all ineffective compared to a patient in a sitting or semi-vertical position where protons are supplied through a path from the chest to the heart; path from the side of the body to the heart or path from the back to the shorter heart. Particularly, in comparison to a lying position, using a sitting or semi-vertical position of the patient, a shorter path is provided through the body to a tumor located in the torso or head, which results in a greater or better efficacy of the proton supply

En el presente documento, la eficacia del suministro de protones se describe por separado de la eficacia temporal o la eficacia de uso del sincrotrón, que es una a fracción de tiempo que el aparato de haz de partículas cargadas está en funcionamiento.Here, the efficiency of the proton supply is described separately from the temporal efficacy or the efficiency of use of the synchrotron, which is a fraction of the time that the charged particle beam apparatus is in operation.

Direccionamiento en profundidadDeep addressing

Con referencia ahora a la figuras 16 A-E, se ilustra exploración en el eje x del haz de protones mientras que la energía en el eje z del haz de protones experimenta variación controlada 1600 para permitir la irradiación de secciones del tumor 1420. Para mayor claridad de presentación, no se ilustra la exploración en el eje y simultánea que se realiza. En la figura 16A, la irradiación está comenzado con la posición momentánea del haz de protones 269 al comienzo de una primera sección. Con referencia ahora a la figura 16B, la posición momentánea del haz de protones está al final de la primera sección. De forma importante, durante una sección de irradiación dada, la energía del haz de protones preferentemente se controla y se cambia de forma continua de acuerdo con la densidad tisular en frente del tumor 1420. La variación de la energía del haz de protones para tener en cuenta la densidad tisular permite de este modo que el punto de detención del haz, o pico de Bragg, permanezca dentro de la sección de tejido. La variación de la energía del haz de protones durante la exploración es posible debido a las técnicas de aceleración/extracción, descritas más arriba, que permiten la aceleración del haz de protones durante la extracción. Las figuras 16C, 16D y 16E muestran la posición momentánea del haz de protones en el medio de la segunda sección, dos tercios del recorrido a través de una tercera sección, y después de finalizar la irradiación desde una dirección dada, respectivamente. Usando este enfoque, se consigue una distribución controlada, exacta y precisa de la energía de irradiación de protones al tumor 1420, a una subsección tumoral designada, o a una capa tumoral. La eficacia del depósito de la energía del protón al tumor, tal como se define como la relación de la energía de irradiación del protón suministrada al tumor con respecto a la energía de irradiación del protón suministrada al tejido sano se describe adicionalmente más adelante.Referring now to Figs. 16 AE, scanning on the x-axis of the proton beam is illustrated while the energy on the z-axis of the proton beam undergoes controlled variation 1600 to allow irradiation of sections of the tumor 1420. For greater clarity of presentation, the exploration in the axis and simultaneous is not illustrated. In Figure 16A, irradiation is started with the momentary position of the proton beam 269 at the beginning of a first section. Referring now to Figure 16B, the momentary position of the proton beam is at the end of the first section. Importantly, during a given irradiation section, the energy of the proton beam is preferably controlled and changed continuously according to the tissue density in front of the tumor 1420. The variation of the energy of the proton beam to have in Tissue density counts thus allowing the beam stop point, or Bragg's peak, to remain within the tissue section. The variation of the energy of the proton beam during exploration is possible due to the acceleration / extraction techniques, described above, which allow the acceleration of the proton beam during extraction. Figures 16C, 16D and 16E show the momentary position of the proton beam in the middle of the second section, two thirds of the path through a third section, and after the end of irradiation from a given direction, respectively. Using this approach, a controlled, accurate and precise distribution of proton irradiation energy to the 1420 tumor, to a designated tumor subsection, or to a tumor layer is achieved. The efficiency of the deposition of energy from the proton to the tumor, as defined as the ratio of the irradiation energy of the proton delivered to the tumor with respect to the irradiation energy of the proton delivered to the healthy tissue is described further below.

Irradiación multicampoMulti-field irradiation

Es deseable maximizar la eficacia del depósito de protones en el tumor 1420, tal como se define mediante maximizar la relación de la energía de irradiación de protones suministrada al tumor 1420 con respecto a la energía de irradiación de protones suministrada al tejido sano. La irradiación desde una, dos o tres direcciones en el cuerpo, tal como al rotar el cuerpo unos 90 grados entre subsesiones de irradiación, da como resultado la irradiación de protones desde la parte distal del pico de Bragg concentrándose en uno, dos o tres volúmenes de tejido sano, respectivamente. Es deseable distribuir adicionalmente la parte distal de la energía del pico de Bragg uniformemente a través del volumen de tejido sano que rodea al tumor 1420.It is desirable to maximize the efficiency of proton deposition in tumor 1420, as defined by maximizing the ratio of proton irradiation energy supplied to tumor 1420 with respect to proton irradiation energy delivered to healthy tissue. Irradiation from one, two or three directions in the body, such as rotating the body about 90 degrees between irradiation subsessions, results in the irradiation of protons from the distal part of the Bragg peak concentrating on one, two or three volumes of healthy tissue, respectively. It is desirable to further distribute the distal part of the energy of the Bragg peak evenly across the volume of healthy tissue surrounding the tumor 1420.

La irradiación multicampo es la irradiación de haces de protones desde una pluralidad de puntos del entrada al interior del cuerpo. Por ejemplo, al paciente 1430 se le hace rotar y el punto fuente radiación se mantiene constante. Por ejemplo, a medida que al paciente 1430 se le hace rotar 360 grados y se aplica terapia con protones a partir de una multitud de ángulos dando como resultado que la radiación distal es extendida circunferencialmente alrededor del tumor produciendo una eficiencia de irradiación de protones mejorada. En un caso, se hace rotar al cuerpo más de 3, 5, 10, 15, 20, 25, 30 o 35 posiciones y la irradiación de protones se produce con cada posición de rotación. La rotación del paciente para terapia con protones o para imagenología radiográfica es, preferentemente, de aproximadamente 45, 90, 135, 180, 270 o 360 grados. La rotación del paciente se realiza preferentemente usando el sistema de colocación 1410 del paciente y/o la unidad inferior 1412 o disco, descrito más arriba. La rotación del paciente 1430 mientras se mantiene el haz de protones de suministro 268 en una orientación relativamente fija permite la irradiación del tumor 1420 desde múltiples direcciones sin uso de un nuevo colimador para cada dirección. Además, dado que no se requiere una nueva configuración para cada posición de rotación del paciente 1430, el sistema permite que el tumor 1420 sea tratado desde múltiples direcciones sin volver a sentar o colocar al paciente, minimizando de este modo el tiempo de regeneración del tumor 1420 y aumentando el rendimiento del tratamiento del cáncer del paciente 1430.Multi-field irradiation is the irradiation of proton beams from a plurality of points of entry into the body. For example, patient 1430 is rotated and the radiation source point is kept constant. For example, as patient 1430 is rotated 360 degrees and proton therapy is applied from a multitude of angles resulting in distal radiation being circumferentially extended around the tumor producing improved proton irradiation efficiency. In one case, more than 3, 5, 10, 15, 20, 25, 30 or 35 positions are rotated to the body and proton irradiation occurs with each rotation position. The rotation of the patient for proton therapy or for radiographic imaging is preferably approximately 45, 90, 135, 180, 270 or 360 degrees. Patient rotation is preferably performed using patient positioning system 1410 and / or lower unit 1412 or disc, described above. The rotation of patient 1430 while maintaining the supply proton beam 268 in a relatively fixed orientation allows irradiation of the tumor 1420 from multiple directions without the use of a new collimator for each direction. In addition, since a new configuration is not required for each rotation position of the patient 1430, the system allows the tumor 1420 to be treated from multiple directions without re-seating or positioning the patient, thereby minimizing the time of tumor regeneration. 1420 and increasing the performance of cancer treatment of the patient 1430.

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El paciente se centra opcionalmente sobre la unidad inferior 1412 o el tumor 1420 se centra opcionalmente sobre la unidad inferior 1412. Si el paciente se centra sobre la unidad inferior 1412, entonces el primer elemento de control 142 del eje y el segundo elemento de control 144 del eje están programados para compensar la variación de posición fuera del eje central de rotación del tumor 1420.The patient is optionally centered on the lower unit 1412 or the tumor 1420 is optionally centered on the lower unit 1412. If the patient is centered on the lower unit 1412, then the first control element 142 of the shaft and the second control element 144 of the axis are programmed to compensate for the variation of position outside the central axis of rotation of the tumor 1420.

Con referencia ahora a la figuras 17 A-E, se presenta un ejemplo de irradiación multicampo 1700. En este ejemplo, se ilustran cinco posiciones de rotación del paciente; sin embargo, las cinco posiciones de rotación son posiciones de rotación discretas de aproximadamente treinta y seis posiciones de rotación, donde al cuerpo se le hace rotar aproximadamente diez grados con cada posición. Con referencia ahora a la figura 17A, se ilustra una gama de posiciones del haz de irradiación 269 desde una primera posición de rotación del cuerpo, ilustrada como el paciente 1430 enfrentando al haz de irradiación de protones donde un primer volumen sano 1711 es irradiado mediante la parte de entrada o distal del perfil de energía de irradiación del pico de Bragg. Con referencia ahora a la figura 17B, al paciente 1430 se le hace rotar aproximadamente cuarenta grados y la irradiación se repite. En la segunda posición, el tumor 1420 recibe de nuevo la masa de la energía de irradiación y un segundo volumen de tejido sano 1712 recibe la parte de entrada o distal más pequeña de la energía del pico de Bragg. Con referencia ahora a las figuras 17 C-E, al paciente 1430 se le hace rotar un total de aproximadamente 90, 130 y 180 grados, respectivamente. Para cada una de las posiciones de rotación tercera, cuarta y quinta, el tumor 1420 recibe la mayor parte de la energía de irradiación y el tercero 1713, cuarto 1714 y quinto 1715 volúmenes de tejido sano reciben la parte de entrada o distal más pequeña de la energía del pico de Bragg, respectivamente Por lo tanto, la rotación del paciente durante la terapia con protones da como resultado que la energía distal de la energía de protones suministrada se distribuya alrededor del tumor 1420, tal como en las regiones de uno a cinco, mientras que a lo largo de un eje dado, al menos aproximadamente el 75, 80, 85, 90 o 95 por ciento de la energía es suministrada al tumor 1420.Referring now to Figures 17 A-E, an example of 1700 multi-field irradiation is presented. In this example, five patient rotation positions are illustrated; however, the five rotation positions are discrete rotation positions of approximately thirty-six rotation positions, where the body is rotated approximately ten degrees with each position. Referring now to Figure 17A, a range of irradiation beam positions 269 from a first body rotation position is illustrated, illustrated as the patient 1430 facing the proton irradiation beam where a first healthy volume 1711 is irradiated by the input or distal part of the irradiation energy profile of the Bragg peak. With reference now to Figure 17B, patient 1430 is rotated approximately forty degrees and the irradiation is repeated. In the second position, the tumor 1420 again receives the mass of the irradiation energy and a second volume of healthy tissue 1712 receives the smallest input or distal part of the energy of the Bragg peak. With reference now to Figures 17 C-E, patient 1430 is rotated a total of approximately 90, 130 and 180 degrees, respectively. For each of the third, fourth and fifth rotation positions, tumor 1420 receives most of the irradiation energy and third 1713, fourth 1714 and fifth 1715 volumes of healthy tissue receive the smallest input or distal part of the energy of the Bragg peak, respectively Therefore, the rotation of the patient during proton therapy results in the distal energy of the proton energy delivered being distributed around the tumor 1420, such as in regions of one to five , while along a given axis, at least about 75, 80, 85, 90 or 95 percent of the energy is supplied to the tumor 1420.

Para una posición de rotación dada, se irradia todo o parte del tumor. Por ejemplo, en una realización solo una sección distal o parte distal del tumor 1420 se irradia con cada posición de rotación, donde la sección distal es una sección más alejada del punto de entrada del haz de protones al paciente 1430. Por ejemplo, la sección distal es el lado dorsal del tumor cuando el paciente 1430 está frente al haz de protones y la sección distal es el lado ventral del tumor cuando el paciente 1430 está mirando lejos del haz de protones.For a given rotation position, all or part of the tumor is irradiated. For example, in one embodiment only a distal section or distal part of the tumor 1420 is irradiated with each rotation position, where the distal section is a section farther from the point of entry of the proton beam to the patient 1430. For example, the section distal is the dorsal side of the tumor when patient 1430 is facing the proton beam and the distal section is the ventral side of the tumor when patient 1430 is looking away from the proton beam.

Con referencia ahora a la figura 18, se presenta un segundo ejemplo de irradiación multicampo 1800 donde la fuente de protones es estacionaria y al paciente 1430 se la hace rotar. Para facilidad de presentación, la trayectoria 269 del haz de protones se ilustra como entrando en el paciente 1430 desde lados variables en momentos ti, t2, t3, ..., tn, tn+1. En un primer momento, t1, el extremo distal del perfil del pico de Bragg golpea una primera área 1810, A1. Al paciente se le hace rotar y la trayectoria del haz de protones se ilustra en un segundo momento, t2, donde el extremo distal del pico de Bragg golpea una segunda área 1820, A2. En un tercer momento, el extremo distal del perfil del pico de Bragg golpea una tercera área 1830, A3. Este proceso de rotación e irradiación se repite n veces, donde n es un número positivo mayor de cuatro y preferentemente mayor de aproximadamente 10, 20, 30, 100 o 300. En un nesim° momento, el extremo distal del perfil del pico de Bragg golpea una nesima área 1840. Tal como se ilustra, en un nesim° momento, tn, si al paciente 1430 se le hace rotar más, el haz de protones golpearía un constituyente sensible 1450 del cuerpo, tal como la médula espinal o los ojos. La irradiación preferentemente se suspende hasta que el constituyente sensible del cuerpo se haya sacado rotando de la trayectoria del haz de protones. La irradiación se reanuda en un momento, tn+1. Después de que el constituyente sensible 1450 del cuerpo se ha sacado rotando de la trayectoria del haz de protones. En tiempo tn+1 la energía distal del pico de Bragg golpea un área tn+1 1450. De esta manera, la energía del pico de Bragg está siempre dentro del tumor, la región distal del perfil del pico de Bragg ser distribuye en tejido sano alrededor del tumor 1420, y los constituyentes sensibles 1450 del cuerpo reciben una mínima o ninguna irradiación de haces de protones.With reference now to Figure 18, a second example of multi-field irradiation 1800 is presented where the source of protons is stationary and patient 1430 is rotated. For ease of presentation, the path 269 of the proton beam is illustrated as entering patient 1430 from varying sides at times ti, t2, t3, ..., tn, tn + 1. At first, t1, the distal end of the profile of Bragg's peak hits a first area 1810, A1. The patient is rotated and the trajectory of the proton beam is illustrated in a second moment, t2, where the distal end of the Bragg peak hits a second area 1820, A2. In a third moment, the distal end of the profile of Bragg's peak hits a third area 1830, A3. This process of rotation and irradiation is repeated n times, where n is a positive number greater than four and preferably greater than about 10, 20, 30, 100 or 300. At one time, the distal end of the Bragg peak profile it hits a ninth area 1840. As illustrated, in a ninth moment, tn, if patient 1430 is rotated further, the proton beam would strike a sensitive body constituent 1450, such as the spinal cord or eyes. The irradiation is preferably suspended until the sensitive constituent of the body has been rotated out of the path of the proton beam. Irradiation resumes at a time, tn + 1. After the sensitive constituent 1450 of the body has been rotated out of the path of the proton beam. At time tn + 1 the distal energy of the Bragg peak hits an area tn + 1 1450. In this way, the energy of the Bragg peak is always within the tumor, the distal region of the profile of the Bragg peak is distributed in healthy tissue around tumor 1420, and sensitive body constituents 1450 receive minimal or no irradiation of proton beams.

Eficacia del suministro de protonesEfficiency of proton supply

En el presente documento, la eficacia del suministro de partículas cargadas o de protones es la dosis de radiación suministrada al tumor en comparación con la dosis de radiación suministrada a las regiones sanas del paciente.Here, the efficacy of the delivery of charged particles or protons is the dose of radiation delivered to the tumor compared to the dose of radiation delivered to the patient's healthy regions.

Se describe un método de mejora del suministro de protones donde la eficacia del suministro de protones se mejora, optimiza o maximiza. En general, se usa irradiación multicampo para suministrar protones al tumor desde una multitud de direcciones rotacionales. Desde cada dirección, la energía de los protones se ajusta para dirigirse a la parte distal del tumor, donde la parte distal del tumor es el volumen del tumor más alejado del punto de entrada del haz de protones en el cuerpo.A proton supply improvement method is described where the efficiency of the proton supply is improved, optimized or maximized. In general, multi-field irradiation is used to deliver protons to the tumor from a multitude of rotational directions. From each direction, the energy of the protons is adjusted to go to the distal part of the tumor, where the distal part of the tumor is the volume of the tumor farthest from the point of entry of the proton beam into the body.

Para mayor claridad, el proceso se describe usando un ejemplo donde los bordes externos del tumor son irradiados inicialmente usando radiación aplicada distalmente a través de una multitud de posiciones rotacionales, tales como a través de 360 grados. Esto da como resultado un tumor más pequeño restante simbólico o calculado para irradiación. El proceso se repite a continuación tantas veces como sea necesario en el tumor más pequeño. Sin embargo, la presentación es para mayor claridad. En la práctica, la irradiación desde un ángulo rotacional dado seFor clarity, the process is described using an example where the outer edges of the tumor are initially irradiated using radiation applied distally through a multitude of rotational positions, such as through 360 degrees. This results in a smaller tumor remaining symbolic or calculated for irradiation. The process is repeated as many times as necessary in the smaller tumor. However, the presentation is for clarity. In practice, irradiation from a given rotational angle is

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realiza una vez con la energía y la intensidad del haz de protones en el eje z siendo ajustadas para los tumores internos más pequeños calculados durante exploración del eje x y el y.performed once with the energy and intensity of the proton beam on the z axis being adjusted for the smallest internal tumors calculated during x and y axis scanning.

Con referencia ahora a la figura 19, el método de mejora del suministro de protones se describe adicionalmente. Con referencia ahora a la figura 19A, en un primer punto en el tiempo se suministran protones al tumor 1420 del paciente 1430 desde una primera dirección. Desde la primera dirección rotacional, el haz de protones 269 explora a través del tumor. A medida que el haz de protones explora a través del tumor, la energía del haz de protones se ajusta para permitir que la energía del pico de Bragg se dirija a la parte distal del tumor. De nuevo, distal se refiere a la parte posterior del tumor ubicada la más alejada de donde las partículas cargadas entran en el tumor. Tal como se ilustra, el haz de protones explora a lo largo de un eje x a través del paciente. Este proceso permite que la energía del pico de Bragg esté dentro del tumor, que al área media del perfil del pico de Bragg esté en la parte media y proximal del tumor, y que la parte de entrada de intensidad pequeña del pico de Bragg golpee tejido sano. De esta manera, la dosis de radiación máxima es suministrada al tumor o la eficiencia de la dosis de protones se maximiza para la primera dirección rotacional.With reference now to Figure 19, the method of improving the supply of protons is further described. With reference now to Figure 19A, protons are delivered to the tumor 1420 of patient 1430 from a first direction at a first point in time. From the first rotational direction, proton beam 269 scans through the tumor. As the proton beam explores through the tumor, the energy of the proton beam is adjusted to allow the energy of the Bragg peak to be directed to the distal part of the tumor. Again, distal refers to the back of the tumor located farthest from where the charged particles enter the tumor. As illustrated, the proton beam explores along an x axis through the patient. This process allows the energy of the Bragg peak to be inside the tumor, that the middle area of the profile of the Bragg peak is in the middle and proximal part of the tumor, and that the small intensity input part of the Bragg peak hits tissue healthy. In this way, the maximum radiation dose is supplied to the tumor or the efficiency of the proton dose is maximized for the first rotational direction.

Después de la irradiación desde la primera posición rotacional, al paciente se le hace rotar a una nueva posición rotacional. Con referencia ahora a la figura 19B, la exploración del haz de protones se repite. De nuevo, la parte distal del tumor es la diana con el ajuste de la energía del haz de protones para dirigir la energía del pico de Bragg a la parte distal del tumor. Naturalmente, la parte distal del tumor para la segunda posición rotacional es diferente de la parte distal del tumor para la primera posición rotacional. Con referencia ahora a la figura 19C, el proceso de hacer rotar al paciente y a continuación irradiar la nueva parte distal del tumor se ilustra adicionalmente en una nésima posición rotacional. Preferentemente, el proceso de hacer rotar al paciente y explorar a lo largo de los ejes x e y con la energía en el eje Z dirigida a la nueva parte distal se repite, tal como con más de 5, 10, 20 o 30 posiciones rotacionales o con aproximadamente 36 posiciones rotacionales.After irradiation from the first rotational position, the patient is rotated to a new rotational position. With reference now to Figure 19B, the proton beam scan is repeated. Again, the distal part of the tumor is the target with the adjustment of the energy of the proton beam to direct the energy of the Bragg peak to the distal part of the tumor. Naturally, the distal part of the tumor for the second rotational position is different from the distal part of the tumor for the first rotational position. With reference now to Figure 19C, the process of rotating the patient and then irradiating the new distal part of the tumor is further illustrated in a nth rotational position. Preferably, the process of rotating the patient and exploring along the x and y axis with the energy in the Z axis directed to the new distal part is repeated, such as with more than 5, 10, 20 or 30 rotational positions or with approximately 36 rotational positions.

Para mayor claridad, las figuras 19A-C y la figura 19E muestran el haz de protones como habiéndose movido, pero en la práctica, el haz de protones es estacionario y al paciente se le hace rotar, tal como mediante el uso de hacer rotar la unidad inferior 1412 del sistema de colocación 1410 del paciente. Además, las figuras 19A-C y la figura 19E muestran el haz de protones explorando a través del tumor a lo largo del eje x. Aunque no se ilustra para mayor claridad, el haz de protones explora adicionalmente arriba y abajo del tumor a lo largo del eje y del paciente. Combinadas, la parte o volumen distal del tumor es irradiado a lo largo de los ejes x e y con ajuste del nivel de energía en el eje z del haz de protones. En un caso, el tumor explora a lo largo del eje x y la exploración se repite a lo largo del eje x para múltiples posiciones en el eje y. En otro caso, el tumor explora a lo largo del eje y y la exploración se repite a lo largo del eje y para múltiples posiciones en el eje x. En aún otro caso, el tumor explora ajustando simultáneamente los ejes x e y de modo que la parte distal del tumor sea la diana. En todos estos casos, el eje z o la energía del haz de protones se ajusta a lo largo del contorno de la parte distal del tumor para dirigir la energía del pico de Bragg a la parte distal del tumor.For clarity, Figures 19A-C and Figure 19E show the proton beam as having moved, but in practice, the proton beam is stationary and the patient is rotated, such as through the use of rotating the lower unit 1412 of patient positioning system 1410. In addition, Figures 19A-C and Figure 19E show the proton beam exploring through the tumor along the x-axis. Although not illustrated for clarity, the proton beam explores further up and down the tumor along the axis and the patient. Combined, the distal part or volume of the tumor is irradiated along the x and y axes with adjustment of the energy level in the z axis of the proton beam. In one case, the tumor scans along the x axis and the scan is repeated along the x axis for multiple positions on the y axis. In another case, the tumor scans along the y-axis and the scan is repeated along the y-axis for multiple positions on the x-axis. In yet another case, the tumor explores by simultaneously adjusting the x and y axes so that the distal part of the tumor is the target. In all of these cases, the z-axis or proton beam energy is adjusted along the contour of the distal part of the tumor to direct the energy of the Bragg peak to the distal part of the tumor.

Con referencia ahora a la figura 19D, después de dirigirse a la parte distal del tumor desde múltiples direcciones, tales como a través de 360 grados, el perímetro externo del tumor ha sido intensamente irradiado con el perfil de energía del pico de Bragg, el medio del perfil energético de la energía del pico de Bragg ha sido suministrado a lo largo de un borde interno del perímetro del tumor irradiado fuertemente, y dosificaciones más pequeñas desde la parte de entrada del perfil de energía de Bragg se distribuyen por todo el tumor y en algún tejido sano. Las dosificaciones suministradas o los niveles de flujo de radiación acumulada se ilustran en un área de sección transversal del tumor 1420 usando un diagrama de isolínea. Después de una primera rotación completa del paciente, simbólicamente, las regiones más oscuras del tumor están casi completamente irradiadas y las regiones del tejido que han recibido menos radiación se ilustran con una escala de grises con las partes más blancas teniendo la dosis de radiación más baja.Referring now to Figure 19D, after going to the distal part of the tumor from multiple directions, such as through 360 degrees, the outer perimeter of the tumor has been intensely irradiated with the energy profile of the Bragg peak, the medium of the energy profile of the energy of the Bragg peak has been supplied along an internal edge of the perimeter of the strongly irradiated tumor, and smaller dosages from the input part of the Bragg energy profile are distributed throughout the tumor and in some healthy tissue The dosages supplied or the levels of accumulated radiation flow are illustrated in a cross-sectional area of the tumor 1420 using an isoline line diagram. After a first complete rotation of the patient, symbolically, the darkest regions of the tumor are almost completely irradiated and the regions of the tissue that have received less radiation are illustrated with a gray scale with the whitest parts having the lowest radiation dose .

Con referencia ahora a la figura 19E, después de completar la irradiación multicampo con direccionamiento distal, se define un tumor interno más pequeño, donde el tumor interno ya está parcialmente irradiado. El tumor interno más pequeño está indicado por la línea discontinua 1930. El proceso anterior de irradiación del tumor se repite para el tumor más pequeño definido recientemente. Las dosificaciones de protones a las partes externas o distales del tumor más pequeño se ajustan para tener en cuenta las dosificaciones suministradas desde otras posiciones rotacionales. Después de irradiar el segundo tumor, se define un tercer tumor aún más pequeño. El proceso se repite hasta que todo el tumor se irradia a la dosis prescrita o definida.Referring now to Figure 19E, after completing the multi-field irradiation with distal addressing, a smaller internal tumor is defined, where the internal tumor is already partially irradiated. The smallest internal tumor is indicated by the dashed line 1930. The previous process of tumor irradiation is repeated for the newly defined smaller tumor. Proton dosages to the outer or distal parts of the smaller tumor are adjusted to take into account the dosages supplied from other rotational positions. After irradiating the second tumor, an even smaller third tumor is defined. The process is repeated until the entire tumor radiates at the prescribed or defined dose.

Tal como se ha descrito al comienzo de este ejemplo, al paciente preferentemente solo se le hace rotar a cada posición rotacional una vez. En el ejemplo descrito anteriormente, después de la irradiación del perímetro externo del tumor, el paciente se coloca rotatoriamente, tal como a través de 360 grados, y la parte distal del tumor más nuevo más pequeño es la diana tal como se ha descrito más arriba. Sin embargo, la dosis de irradiación que se administrará al segundo tumor más pequeño y cada tumor posteriormente más pequeño se conoce a priori. Por lo tanto, cuando en un ángulo de rotación dado, el tumor más pequeño o múltiples tumores progresivamente más pequeños, son opcionalmente diana, de manera que al paciente solo se le hace rotar una vez a las múltiplesAs described at the beginning of this example, the patient is preferably only rotated to each rotational position once. In the example described above, after irradiation of the outer perimeter of the tumor, the patient is rotatably positioned, such as through 360 degrees, and the distal part of the newest smaller tumor is the target as described above. . However, the irradiation dose to be administered to the second smallest tumor and each subsequent smaller tumor is known a priori. Therefore, when at a given angle of rotation, the smaller tumor or multiple progressively smaller tumors are optionally target, so that the patient is only rotated once to multiple

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posiciones de irradiación rotacionales.rotational irradiation positions.

El objetivo es suministrar una dosis de tratamiento a cada posición del tumor, preferentemente no superar la dosis de tratamiento a cualquier posición del tumor, minimizar la dosis de radiación de entrada a tejido sano, distribuir circunferencialmente la radiación de entrada que golpea el tejido sano, y minimizar adicionalmente la dosis de radiación de entrada a áreas sensibles. Dado que el perfil de energía de Bragg es conocido, es posible calcular la intensidad y energía óptimas del haz de protones para cada posición rotacional y para cada posición de exploración en el eje x y el y. Este cálculo da como resultado que se suministra ligeramente menos que la dosis de radiación umbral a la parte distal del tumor para cada posición rotacional dado que la energía de la dosis de entrada desde otras posiciones llevan la energía de dosis total para la posición diana hasta la dosis de suministro umbral.The objective is to provide a treatment dose to each tumor position, preferably not to exceed the treatment dose to any tumor position, minimize the dose of radiation to healthy tissue, circumferentially distribute the radiation that hits the healthy tissue, and further minimize the dose of radiation entering sensitive areas. Since the Bragg energy profile is known, it is possible to calculate the optimal intensity and energy of the proton beam for each rotational position and for each scanning position on the x and y axis. This calculation results in that slightly less than the threshold radiation dose is delivered to the distal part of the tumor for each rotational position since the energy of the input dose from other positions carries the total dose energy for the target position to the target position. threshold delivery dose.

Con referencia de nuevo a la figura 19A y la figura 19C, la intensidad del haz de protones se ajusta preferentemente para tener en cuenta la distancia de sección transversal o la densidad del tejido sano. Se usa un ejemplo para mayor claridad. Con referencia ahora a la figura 19A, cuando se irradia desde la primera posición donde el tejido sano tiene un área pequeña 1910, la intensidad del haz de protones aumenta preferentemente, dado que es suministrada relativamente menos energía por la parte de entrada del perfil de Bragg al tejido sano. Con referencia ahora a la figura 19C, en contraste cuando se irradia desde la nesima posición rotacional donde el tejido sano tiene una gran área de sección transversal 1920, la intensidad del haz de protones disminuye preferentemente dado que una mayor fracción de la dosis de protones es suministrada al tejido sano desde esta orientación.Referring again to Figure 19A and Figure 19C, the intensity of the proton beam is preferably adjusted to take into account the cross-sectional distance or density of healthy tissue. An example is used for clarity. Referring now to Figure 19A, when radiating from the first position where the healthy tissue has a small area 1910, the intensity of the proton beam preferably increases, since relatively less energy is supplied by the input portion of the Bragg profile. to healthy tissue. Referring now to Figure 19C, in contrast when irradiated from the ninth rotational position where the healthy tissue has a large cross-sectional area 1920, the intensity of the proton beam preferably decreases since a larger fraction of the proton dose is supplied to healthy tissue from this orientation.

En un ejemplo, para cada posición rotacional y/o para cada distancia en el eje z al interior del tumor, se calcula la eficacia del suministro de la dosis de protones al tumor. La intensidad del haz de protones se hace proporcional a la eficacia calculada. Esencialmente, cuando la dirección de exploración tiene una eficacia realmente buena, la intensidad aumenta y viceversa. Por ejemplo, si el tumor es alargado, generalmente la eficacia de irradiar la parte distal pasando a través de la longitud del tumor es mayor que irradiar una región distal del tumor pasando por elIn one example, for each rotational position and / or for each distance on the z axis inside the tumor, the efficacy of the proton dose delivery to the tumor is calculated. The intensity of the proton beam is made proportional to the calculated efficiency. Essentially, when the exploration direction is really good, the intensity increases and vice versa. For example, if the tumor is elongated, generally the efficacy of irradiating the distal part passing through the length of the tumor is greater than irradiating a distal region of the tumor passing through the

tumor con la distribución de energía de Bragg. Generalmente, en el algoritmo de optimización:tumor with the energy distribution of Bragg. Generally, in the optimization algorithm:

- partes distales del tumor son dianas para cada posición rotacional;- distal parts of the tumor are targets for each rotational position;

- la intensidad del haz de protones es mayor con el área de sección transversal más grande del tumor;- the intensity of the proton beam is greater with the largest cross-sectional area of the tumor;

- la intensidad es mayor cuando el volumen intermedio de tejido sano es el más pequeño; y- the intensity is greater when the intermediate volume of healthy tissue is the smallest; Y

- la intensidad se minimiza o se recorta a cero cuando el volumen intermedio de tejido sano incluye tejido sensible,- intensity is minimized or trimmed to zero when the intermediate volume of healthy tissue includes sensitive tissue,

tal como la médula espinal o los ojos.such as the spinal cord or eyes.

Usando un algoritmo ejemplar, la eficacia de suministro de la dosis de radiación al tumor se maximiza. Más particularmente, la relación de dosis de radiación suministrada al tumor frente a la dosis de radiación suministrada a tejido sano circundante se aproxima a un máximo. Además, el suministro integrado de la dosis de radiación a cada volumen del tumor en los ejes x, y, y z como resultado de irradiación desde múltiples direcciones de rotación está en o cerca del nivel de dosis preferido. Aún además, el suministro de la dosis de radiación de entrada a tejido sano se distribuye circunferencialmente alrededor del tumor mediante el uso de irradiación multicampo donde la radiación es suministrada desde una pluralidad de direcciones al interior del cuerpo, tal como más de 5, 10, 20 o 30 direcciones.Using an exemplary algorithm, the efficiency of delivering the radiation dose to the tumor is maximized. More particularly, the ratio of radiation dose delivered to the tumor versus the dose of radiation delivered to surrounding healthy tissue approaches a maximum. In addition, the integrated supply of the radiation dose to each tumor volume on the x, y, and z axes as a result of irradiation from multiple directions of rotation is at or near the preferred dose level. Still further, the supply of the radiation dose to healthy tissue is distributed circumferentially around the tumor through the use of multi-field irradiation where radiation is supplied from a plurality of directions into the body, such as more than 5, 10, 20 or 30 addresses

Irradiación multicampoMulti-field irradiation

En un ejemplo de irradiación multicampo, el sistema de terapia con partículas con un diámetro anular del sincrotrón de menos de seis metros incluye la capacidad de:In an example of multi-field irradiation, the particle therapy system with an annular synchrotron diameter of less than six meters includes the ability to:

- hacer rotar al paciente aproximadamente 360 grados;- rotate the patient approximately 360 degrees;

- extraer radiación en aproximadamente de 0,1 a 10 segundos;- extract radiation in approximately 0.1 to 10 seconds;

- explorar verticalmente aproximadamente 100 milímetros;- explore approximately 100 millimeters vertically;

- explorar horizontalmente aproximadamente 700 milímetros;- horizontally explore approximately 700 millimeters;

- variar la energía del haz de aproximadamente 30 a 330 MeV/segundo durante la irradiación;- vary the energy of the beam from approximately 30 to 330 MeV / second during irradiation;

- enfocar el haz de protones de aproximadamente 2 a 20 milímetros en el tumor; y/o- focus the proton beam of approximately 2 to 20 millimeters on the tumor; I

- completar la irradiación multicampo de un tumor en menos de aproximadamente 1, 2, 4 o 6 minutos según lo medido desde el momento de iniciación del suministro de protones al paciente 1430.- complete the multi-field irradiation of a tumor in less than about 1, 2, 4 or 6 minutes as measured from the moment of initiation of the proton supply to the patient 1430.

Con referencia ahora a la figura 20, se describen dos métodos de irradiación multicampo 2000. En el primer método, el controlador principal 110 coloca rotacionalmente 2010 al paciente 1430 y posteriormente irradia 2020 el tumor 1420. El proceso se repite hasta que un plan de irradiación multicampo está completo. En el segundo método, el controlador principal 110 rota y simultáneamente irradia 2030 el tumor 1420 dentro del paciente 1430 hasta que el plan de irradiación multicampo está completo. Más particularmente, la irradiación del haz de protones se produce mientras al paciente 1430 se le está haciendo rotar.With reference now to FIG. 20, two 2000 multi-field irradiation methods are described. In the first method, the main controller 110 rotationally places the patient 1430 in 2010 and subsequently radiates the tumor 1420 2020. The process is repeated until an irradiation plan Multicampo is complete. In the second method, the main controller 110 rotates and simultaneously radiates 2030 the tumor 1420 within the patient 1430 until the multicamp irradiation plan is complete. More particularly, irradiation of the proton beam occurs while patient 1430 is being rotated.

El sistema de exploración tridimensional del punto focal de protones puntual, descrito en el presente documento, se combina preferentemente con un método de rotación/ de trama. El método incluye irradiación tumoral en capasThe three-dimensional point proton focal point scanning system, described herein, is preferably combined with a rotation / weft method. The method includes layered tumor irradiation

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desde muchas direcciones. Durante una sección de irradiación dada, la energía del haz de protones cambia continuamente según la densidad del tejido enfrente del tumor para que el punto de detención del haz, definido por el pico de Bragg, permanezca siempre dentro del tumor y dentro de la sección irradiada. El nuevo método permite la irradiación desde muchas direcciones, denominada en el presente documento irradiación multicampo, para alcanzar la dosis efectiva máxima a nivel tumoral mientras que simultáneamente reduce significativamente los posibles efectos secundarios sobre los tejidos sanos circundantes en comparación con los métodos existentes. Esencialmente, el sistema de irradiación multicampo distribuye la distribución de la dosis a profundidades de tejido que aún no alcanzan el tumor.from many directions. During a given irradiation section, the energy of the proton beam changes continuously according to the density of the tissue in front of the tumor so that the point of arrest of the beam, defined by the Bragg peak, always remains within the tumor and within the irradiated section. . The new method allows irradiation from many directions, referred to herein as multi-field irradiation, to reach the maximum effective dose at the tumor level while simultaneously significantly reducing the possible side effects on surrounding healthy tissues compared to existing methods. Essentially, the multi-field irradiation system distributes the dose distribution to tissue depths that have not yet reached the tumor.

Control de la posición del haz de protonesProton beam position control

Con referencia ahora a la figura 21, se ilustra un sistema de suministro de haces y exploración del volumen de tejido. En la actualidad, la comunidad mundial de radioterapia usa un método de formación de campo de dosis usando un sistema de exploración de haz en pincel. En marcado contraste, la figura 21 ilustra un sistema de exploración puntual o un sistema de exploración de volumen de tejido. En el sistema de exploración de volumen de tejido, el haz de protones se controla, en términos de transporte y distribución, usando un sistema de exploración económico y preciso. El sistema de exploración es un sistema activo, donde el haz se enfoca en un punto focal puntual de aproximadamente medio, uno, dos o tres milímetros de diámetro. El punto focal se traslada a lo largo de dos ejes y al mismo tiempo altera la energía aplicada del haz de protones, lo que efectivamente cambia la tercera dimensión del punto focal. El sistema es aplicable en combinación con la rotación del cuerpo descrita anteriormente, que preferentemente ocurre entre momentos individuales o ciclos de suministro de protones al tumor. Opcionalmente, la rotación del cuerpo por el sistema descrito anteriormente ocurre de forma continua y simultáneamente con el suministro de protones al tumor.Referring now to Figure 21, a system of beam delivery and tissue volume exploration is illustrated. Currently, the global radiotherapy community uses a dose field formation method using a brush beam scanning system. In stark contrast, Figure 21 illustrates a point scanning system or a tissue volume scanning system. In the tissue volume scanning system, the proton beam is controlled, in terms of transport and distribution, using an economical and accurate scanning system. The scanning system is an active system, where the beam is focused on a point focal point of approximately half, one, two or three millimeters in diameter. The focal point moves along two axes and at the same time alters the applied energy of the proton beam, which effectively changes the third dimension of the focal point. The system is applicable in combination with the rotation of the body described above, which preferably occurs between individual moments or cycles of proton delivery to the tumor. Optionally, the rotation of the body by the system described above occurs continuously and simultaneously with the supply of protons to the tumor.

Por ejemplo, en el ejemplo ilustrado en la figura 21A, el punto se traslada horizontalmente, se mueve hacia abajo por un eje y vertical, y a continuación vuelve a lo largo del eje horizontal. En este ejemplo, se usa corriente para controlar un sistema de exploración vertical que tiene al menos un imán. La corriente aplicada altera el campo magnético del sistema de exploración vertical para controlar la desviación vertical del haz de protones. Análogamente, un sistema de imán de exploración horizontal controla la desviación horizontal del haz de protones. El grado de transporte a lo largo de cada eje se controla para ajustarse a la sección transversal del tumor a la profundidad dada. La profundidad se controla cambiando la energía del haz de protones. Por ejemplo, la energía del haz de protones se reduce, para definir una nueva profundidad de penetración, y el proceso de exploración se repite a lo largo de los ejes horizontal y vertical que cubren una nueva área de sección transversal del tumor. Combinados, los tres ejes de control permiten la exploración o el movimiento del punto focal del haz de protones sobre todo el volumen del tumor canceroso. El tiempo en cada punto y la dirección en el cuerpo para cada punto se controlan para producir la radiación deseada en cada subvolumen del volumen canceroso mientras se distribuye energía que golpea fuera del tumor.For example, in the example illustrated in Figure 21A, the point moves horizontally, moves down an axis and vertical, and then returns along the horizontal axis. In this example, current is used to control a vertical scanning system that has at least one magnet. The applied current alters the magnetic field of the vertical scanning system to control the vertical deviation of the proton beam. Similarly, a horizontal scanning magnet system controls the horizontal deviation of the proton beam. The degree of transport along each axis is controlled to fit the cross section of the tumor at the given depth. Depth is controlled by changing the energy of the proton beam. For example, the energy of the proton beam is reduced, to define a new depth of penetration, and the scanning process is repeated along the horizontal and vertical axes that cover a new cross-sectional area of the tumor. Combined, the three control axes allow exploration or movement of the focal point of the proton beam over the entire volume of the cancerous tumor. The time at each point and the direction in the body for each point are controlled to produce the desired radiation in each subvolume of the cancerous volume while distributing energy that strikes outside the tumor.

La dimensión del volumen puntual del haz enfocado está preferentemente controlada estrechamente a un diámetro de aproximadamente 0,5, 1 o 2 milímetros, pero como alternativa es de varios centímetros de diámetro. Controles de diseño preferidos permiten exploración en dos direcciones con: (1) una amplitud vertical de aproximadamente 100 mm de amplitud y frecuencia hasta aproximadamente 200 Hz; y (2) una amplitud horizontal de aproximadamente 700 mm de amplitud y frecuencia hasta aproximadamente 1 Hz.The spot volume dimension of the focused beam is preferably closely controlled at a diameter of approximately 0.5, 1 or 2 millimeters, but as an alternative it is several centimeters in diameter. Preferred design controls allow two-way scanning with: (1) a vertical amplitude of approximately 100 mm amplitude and frequency up to approximately 200 Hz; and (2) a horizontal amplitude of approximately 700 mm amplitude and frequency up to approximately 1 Hz.

En la figura 21A, el haz de protones se ilustra a lo largo de un eje z controlado por la energía del haz, el movimiento horizontal es a lo largo de un eje x, y la dirección vertical es a lo largo de un eje y. La distancia que los protones se mueven a lo largo del eje z al interior del tejido, en este ejemplo, está controlada por la energía cinética del protón. Este sistema de coordenadas es arbitrario y ejemplar. El control real del haz de protones se controla en el espacio tridimensional usando dos sistemas de imán de exploración y controlando la energía cinética del haz de protones. El uso del sistema de extracción, descrito más arriba, permite diferentes patrones de exploración. Particularmente, el sistema permite el ajuste simultáneo de los ejes x, y, y z en la irradiación del tumor sólido. Dicho de nuevo, en lugar de explorar a lo largo de un plano x, y, y a continuación ajustar la energía de los protones, tal como con una rueda de modulación de alcance, el sistema permite el movimiento a lo largo de los ejes z mientras se ajustan simultáneamente los ejes x y/o y. Por lo tanto, en lugar de irradiar secciones del tumor, el tumor se irradia opcionalmente en tres dimensiones simultáneas. Por ejemplo, el tumor se irradia alrededor de un borde externo del tumor en tres dimensiones. A continuación, el tumor se irradia alrededor de un borde externo de una sección interna del tumor. Este proceso se repite hasta que se irradia todo el tumor. La irradiación del borde externo está acoplada preferentemente con la rotación simultánea del sujeto, tal como alrededor de un eje y vertical. Este sistema permite la máxima eficacia de depósito de protones en el tumor, tal como se define como la relación entre la energía de irradiación de protones suministrada al tumor con respecto a la energía de irradiación de protones suministrada al tejido sano.In Figure 21A, the proton beam is illustrated along a z axis controlled by the energy of the beam, the horizontal movement is along an x axis, and the vertical direction is along a y axis. The distance that protons move along the z axis into the tissue, in this example, is controlled by the proton's kinetic energy. This coordinate system is arbitrary and exemplary. Actual control of the proton beam is controlled in three-dimensional space using two scanning magnet systems and controlling the kinetic energy of the proton beam. The use of the extraction system, described above, allows different scanning patterns. Particularly, the system allows simultaneous adjustment of the x, y, and z axes in solid tumor irradiation. Said again, instead of exploring along an x, y plane, and then adjusting the energy of the protons, such as with a range modulation wheel, the system allows movement along the z axes while the x and / or y axes are adjusted simultaneously. Therefore, instead of irradiating sections of the tumor, the tumor is optionally irradiated in three simultaneous dimensions. For example, the tumor radiates around an outer border of the tumor in three dimensions. Next, the tumor radiates around an outer edge of an internal section of the tumor. This process is repeated until the entire tumor is irradiated. The irradiation of the outer edge is preferably coupled with the simultaneous rotation of the subject, such as around an axis and vertical. This system allows maximum efficiency of proton deposition in the tumor, as defined as the ratio between the energy of proton irradiation supplied to the tumor with respect to the energy of proton irradiation delivered to healthy tissue.

Combinado, el sistema permite el control multiaxial del sistema de haces de partículas cargadas en un espacio pequeño con baja fuente de alimentación. Por ejemplo, el sistema usa múltiples imanes donde cada imán tiene alCombined, the system allows multiaxial control of the system of charged particle beams in a small space with low power supply. For example, the system uses multiple magnets where each magnet has the

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menos un efecto de enfoque en el borde en cada sección de giro del sincrotrón y/o múltiples imanes que tienen geometría del campo magnético de concentración, tal como se ha descrito más arriba. Los múltiples efectos de enfoque en el borde en la trayectoria de circulación del haz del sincrotrón combinados con la geometría de concentración de los imanes y el sistema de extracción descrito produce un sincrotrón que tiene:less a focus effect on the edge in each section of the synchrotron and / or multiple magnets that have geometry of the magnetic field of concentration, as described above. The multiple effects of focusing on the edge in the circulation path of the synchrotron beam combined with the concentration geometry of the magnets and the described extraction system produces a synchrotron that has:

- un sistema de circunferencia pequeña, tal como menos de aproximadamente 50 metros;- a small circumference system, such as less than about 50 meters;

- un hueco de tamaño del haz de protones vertical de aproximadamente 2 cm;- a hole of vertical proton beam size of approximately 2 cm;

- requisitos de fuente de alimentación reducidos correspondientes asociados con el tamaño de hueco reducido;- corresponding reduced power supply requirements associated with the reduced gap size;

- un sistema de extracción que no requiere un campo magnético introducido recientemente;- an extraction system that does not require a newly introduced magnetic field;

- aceleración o deceleración de los protones durante la extracción; y- acceleration or deceleration of protons during extraction; Y

- control de la energía en el eje z durante la extracción.- control of the energy in the z axis during extraction.

El resultado es un sistema de exploración tridimensional, control en ejes x, y, y z, donde el control en ejes z reside en el sincrotrón y donde la energía de los ejes z es controlada de forma variable durante el proceso de extracción dentro del sincrotrón.The result is a three-dimensional scanning system, control in x, y, and z axes, where the control in z axes resides in the synchrotron and where the energy of the z axes is controlled in a variable way during the extraction process within the synchrotron.

Con referencia ahora a la figura 21B, se proporciona un ejemplo de un sistema de exploración o direccionamiento 140 de protones usado para dirigir los protones al tumor con control de exploración tetradimensional, donde la exploración tetradimensional es a lo largo de los ejes x, y, y z junto con control de la intensidad, tal como se ha descrito más arriba. Un quinto eje es el tiempo. Normalmente, las partículas cargadas que se desplazan a lo largo de la trayectoria de transporte 268 son dirigidas a través de un primer elemento de control 142 del eje, tal como un control vertical, y un segundo elemento de control 144 del eje, tal como un control horizontal y al interior de un tumor 1420. Tal como se ha descrito más arriba, el sistema de extracción también permite variación simultánea en el eje z. Además, tal como se ha descrito más arriba, la intensidad o dosis del haz extraído es opcionalmente controlada y modificada simultánea e independientemente. De este modo, en lugar de irradiar una sección del tumor, como en la figura 21A, las cuatro dimensiones que definen el punto de direccionamiento del suministro de protones en el tumor son simultáneamente variables. La variación simultánea del punto de suministro de protones se ilustra en la figura 21B mediante la trayectoria de suministro puntual 269. En el caso ilustrado, los protones se dirigen inicialmente alrededor de un borde exterior del tumor y a continuación se dirigen alrededor de un radio interno del tumor. Combinado con la rotación del sujeto sobre un eje vertical, se utiliza un proceso de iluminación multicampo donde una parte del tumor aún no irradiada se irradia preferentemente a la distancia adicional del tumor desde el punto de entrada de los protones en el cuerpo. Esto produce el mayor porcentaje del suministro de protones, como lo define el pico de Bragg, al interior del tumor y minimiza el daño al tejido sano periférico.Referring now to Figure 21B, an example of a proton scanning or addressing system 140 used to direct the protons to the tumor with four-dimensional scanning control is provided, where the four-dimensional scanning is along the x, y, and z together with intensity control, as described above. A fifth axis is time. Normally, the charged particles that travel along the transport path 268 are directed through a first control element 142 of the axis, such as a vertical control, and a second control element 144 of the axis, such as a horizontal control and within a 1420 tumor. As described above, the extraction system also allows simultaneous variation on the z axis. In addition, as described above, the intensity or dose of the extracted beam is optionally controlled and modified simultaneously and independently. Thus, instead of irradiating a section of the tumor, as in Figure 21A, the four dimensions that define the point of targeting of the proton supply in the tumor are simultaneously variable. Simultaneous variation of the proton delivery point is illustrated in Figure 21B by the point delivery path 269. In the illustrated case, the protons are initially directed around an outer edge of the tumor and then directed around an internal radius of the tumor. Combined with the rotation of the subject on a vertical axis, a multi-field illumination process is used where a part of the tumor that is not yet irradiated preferably radiates to the additional distance of the tumor from the point of entry of the protons into the body. This produces the highest percentage of the proton supply, as defined by the Bragg peak, inside the tumor and minimizes damage to healthy peripheral tissue.

SISTEMA DE IMAGENOLOGÍA/RADIOGRÁFICOIMAGENOLOGY / RADIOGRAPHIC SYSTEM

En el presente documento, se usa un sistema radiográfico para ilustrar un sistema de imagenología. SincronizaciónIn this document, a radiographic system is used to illustrate an imaging system. Synchronization

Una radiografía se recoge preferentemente (1) justo antes o (2) al mismo tiempo que se trata a un sujeto con terapia con protones por un par de razones. En primer lugar, el movimiento del cuerpo, descrito más arriba, cambia la posición local del tumor en el cuerpo en relación con otros constituyentes del cuerpo. Si al sujeto se le toma una radiografía y luego se le traslada físicamente a una sala de tratamiento con protones, la alineación precisa del haz de protones con el tumor es problemática. La alineación del haz de protones con una o más radiografías se realiza mejor en el momento del suministro de protones o en los segundos o minutos inmediatamente antes del suministro de protones y después de colocar al paciente en una posición corporal terapéutica, que es normalmente una posición fija o posición parcialmente inmovilizada. En segundo lugar, la radiografía tomada después de la colocación del paciente se usa para la verificación de la alineación del haz de protones a una posición diana, tal como una posición del tumor y/o del órgano interno.An x-ray is preferably collected (1) just before or (2) while treating a subject with proton therapy for a couple of reasons. First, the movement of the body, described above, changes the local position of the tumor in the body in relation to other body constituents. If the subject is taken an x-ray and then physically transferred to a proton treatment room, precise alignment of the proton beam with the tumor is problematic. Alignment of the proton beam with one or more radiographs is best performed at the time of proton delivery or in the seconds or minutes immediately before proton delivery and after placing the patient in a therapeutic body position, which is usually a position fixed or partially immobilized position. Second, the radiograph taken after patient placement is used to verify the alignment of the proton beam to a target position, such as a position of the tumor and / or internal organ.

ColocaciónPlacement

Una radiografía es tomada preferentemente justo antes de tratar al sujeto para ayudar a la colocación del paciente. Para propósitos de colocación, no se necesita una radiografía de una gran área corporal. En una realización, se recoge una radiografía de solo un área local. Al recoger una radiografía, la radiografía tiene una trayectoria de rayos X. El haz de protones tiene una trayectoria del haz de protones. La superposición de la trayectoria de rayos X con la trayectoria del haz de protones es un método para alinear el haz de protones con el tumor. Sin embargo, este método implica colocar el equipo radiográfico en la trayectoria del haz de protones, tomar la radiografía y luego sacar el equipo radiográfico de la trayectoria del haz. Este proceso lleva tiempo. El tiempo transcurrido mientras se mueve el equipo radiográfico tiene un par de efectos perjudiciales. En primer lugar, durante el tiempo requerido para mover el equipo radiográfico, el cuerpo se mueve. El movimiento resultante disminuye la precisión y/o la exactitud de la posterior alineación del haz de protones con el tumor. En segundo lugar, el tiempo requerido para mover el equipo radiográfico es el tiempo que el sistema de terapia con haz de protones no está en uso, lo que disminuye la eficaciaAn x-ray is preferably taken just before treating the subject to help the patient's placement. For placement purposes, an x-ray of a large body area is not needed. In one embodiment, an x-ray of only one local area is collected. When picking up an x-ray, the x-ray has an x-ray path. The proton beam has a proton beam path. Overlapping the X-ray path with the proton beam path is a method of aligning the proton beam with the tumor. However, this method involves placing the radiographic equipment on the path of the proton beam, taking the radiograph and then taking the radiographic equipment out of the beam path. This process takes time. The time elapsed while moving the radiographic equipment has a couple of harmful effects. First, during the time required to move the radiographic equipment, the body moves. The resulting movement decreases the precision and / or accuracy of the subsequent alignment of the proton beam with the tumor. Second, the time required to move the radiographic equipment is the time that the proton beam therapy system is not in use, which decreases the effectiveness

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total del sistema de terapia con haz de protones.Total proton beam therapy system.

Vida útil de la fuente de rayos XX-ray source life

Preferentemente, los componentes en el sistema de terapia con haces de partículas requieren un mantenimiento mínimo o ninguno durante la vida útil del sistema de terapia con haces de partículas. Por ejemplo, es deseable equipar el sistema de terapia con haz de protones con un sistema radiográfico que tiene una fuente de vida útil larga, tal como una vida útil de aproximadamente 20 años.Preferably, the components in the particle beam therapy system require minimal or no maintenance during the life of the particle beam therapy system. For example, it is desirable to equip the proton beam therapy system with a radiographic system that has a long lifetime, such as a lifespan of approximately 20 years.

En un sistema, descrito más adelante, se usan electrones para crear rayos X. Los electrones se generan en un cátodo donde la vida útil del cátodo depende de la temperatura. Análogamente a una bombilla, donde el filamento se mantiene en equilibrio, la temperatura del cátodo se mantiene en equilibrio a temperaturas de aproximadamente 200, 500 o 1000 grados Celsius. La reducción de la temperatura del cátodo da como resultado una vida útil aumentada del cátodo. Por lo tanto, el cátodo usado para generar los electrones se mantiene a una temperatura lo más baja posible. Sin embargo, si la temperatura del cátodo se reduce, entonces las emisiones de electrones también disminuyen. Para superar la necesidad de más electrones a temperaturas más bajas, se usa un cátodo grande y los electrones generados se concentran. El proceso es análogo a la compresión de electrones en un cañón de electrones; sin embargo, en este contexto las técnicas de compresión están adaptadas para aplicarse a la mejora de la vida útil de un tubo de rayos X.In a system, described below, electrons are used to create X-rays. Electrons are generated in a cathode where the cathode's life depends on temperature. Similarly to a bulb, where the filament is kept in equilibrium, the cathode temperature is maintained in equilibrium at temperatures of approximately 200, 500 or 1000 degrees Celsius. The reduction of the cathode temperature results in an increased lifespan of the cathode. Therefore, the cathode used to generate electrons is kept at a temperature as low as possible. However, if the cathode temperature is reduced, then electron emissions also decrease. To overcome the need for more electrons at lower temperatures, a large cathode is used and the generated electrons are concentrated. The process is analogous to the compression of electrons in an electron gun; However, in this context the compression techniques are adapted to be applied to the improvement of the useful life of an X-ray tube.

Con referencia ahora a la figura 22, se proporciona un ejemplo de un dispositivo 2200 de generación de rayos X que tiene una vida útil mejorada. Los electrones 2220 se generan en un cátodo 2210, se enfocan con un electrodo de control 2212, y se aceleran con una serie de electrodos de aceleración 2240. Los electrones acelerados 2250 impactan con una fuente 2248 de generación de rayos X dando como resultado rayos X generados que son dirigidos a continuación a lo largo de una trayectoria 2370 de rayos X hasta el sujeto 1430. La concentración de los electrones desde un primer diámetro 2215 hasta un segundo diámetro 2216 permite que el cátodo funcione a una temperatura reducida y aún produzca el nivel amplificado necesario de electrones en la fuente 2248 de generación de rayos X. En un ejemplo, la fuente de generación de rayos X es el ánodo acoplado con el cátodo 2210 y/o la fuente de generación de rayos X está sustancialmente compuesta por tungsteno.Referring now to Figure 22, an example of an X-ray generating device 2200 having an improved lifespan is provided. The electrons 2220 are generated at a cathode 2210, are focused with a control electrode 2212, and accelerated with a series of acceleration electrodes 2240. The accelerated electrons 2250 impact with a source 2248 generating X-rays resulting in X-rays generated which are then directed along a path 2370 of X-rays to the subject 1430. The concentration of electrons from a first diameter 2215 to a second diameter 2216 allows the cathode to operate at a reduced temperature and still produce the level Necessary amplification of electrons in the source 2248 of X-ray generation. In one example, the source of X-ray generation is the anode coupled with the cathode 2210 and / or the source of X-ray generation is substantially composed of tungsten.

Aún con referencia a la figura 22, se describe una descripción más detallada de un dispositivo 2200 de generación de rayos X ejemplar. Un par ánodo 2214/cátodo 2210 se usa para generar electrones. Los electrones 2220 se generan en el cátodo 2210 que tiene un primer diámetro 2215, que se indica d1. Los electrodos de control 2212 atraen los electrones generados 2220. Por ejemplo, si el cátodo se mantiene a aproximadamente -150 kV y el electrodo de control se mantiene a aproximadamente -149 kV, entonces los electrones generados 2220 son atraídos hacia los electrodos de control 2212 y se enfocan. Una serie de electrodos de aceleración 2240 se usan a continuación para acelerar los electrones en una trayectoria sustancialmente paralela 2250 con un diámetro más pequeño 2116, que se indica d2. Por ejemplo, con el cátodo mantenido a -150 kV, un primer, segundo, tercer y cuarto electrodos de aceleración 2242, 2244, 2246, 2248 se mantienen a aproximadamente -120, -90, -60 y -30 kV, respectivamente. Si se debe analizar una parte del cuerpo más fina, entonces el cátodo 2210 se mantiene en un nivel más pequeño, tal como aproximadamente -90 kV y el electrodo de control, primer, segundo, tercer y cuarto electrodo se ajustan, cada uno, a niveles más bajos. Generalmente, la diferencia de tensión desde el cátodo al cuarto electrodo es menor para una tensión negativa más pequeña en el cátodo y viceversa. Los electrones acelerados 2250 se hacen pasar opcionalmente a través de una lente magnética 2260 para ajuste del tamaño del haz, tal como una lente magnética cilíndrica. Los electrones también se enfocan opcionalmente usando imanes cuadrupolares 2270, que se enfocan en una dirección y se desenfocan en otra dirección. Los electrones acelerados 2250, que se ajustan ahora en tamaño del haz y enfocados golpean un fuente 2248 de generación de rayos X, tal como tungsteno, dando como resultado rayos X generados que pasan a través de a bloqueador 2362 y continúan a lo largo de una trayectoria 2270 de rayos X hasta el sujeto. La fuente 2248 de generación de rayos X se refrigera opcionalmente con un elemento de refrigeración 2249, tal como agua en contacto o conectado térmicamente a un lado posterior de la fuente 2248 de generación de rayos X. La concentración de los electrones desde un primer diámetro 2215 a un segundo diámetro 2216 permite que el cátodo funcione a una temperatura reducida y aún produzca el nivel de electrones amplificado necesario en la fuente 2248 de generación de rayos X.Even with reference to Figure 22, a more detailed description of an exemplary X-ray generating device 2200 is described. An anode 2214 / cathode 2210 pair is used to generate electrons. Electrons 2220 are generated at cathode 2210 having a first diameter 2215, indicated d1. The control electrodes 2212 attract the generated electrons 2220. For example, if the cathode is maintained at approximately -150 kV and the control electrode is maintained at approximately -149 kV, then the generated electrons 2220 are attracted to the control electrodes 2212 And they focus. A series of acceleration electrodes 2240 are then used to accelerate electrons in a substantially parallel path 2250 with a smaller diameter 2116, which is indicated d2. For example, with the cathode maintained at -150 kV, a first, second, third and fourth acceleration electrodes 2242, 2244, 2246, 2248 are maintained at approximately -120, -90, -60 and -30 kV, respectively. If a finer body part is to be analyzed, then cathode 2210 is maintained at a smaller level, such as approximately -90 kV and the control electrode, first, second, third and fourth electrodes are adjusted, each, to lower levels Generally, the voltage difference from the cathode to the fourth electrode is smaller for a smaller negative voltage at the cathode and vice versa. The accelerated electrons 2250 are optionally passed through a magnetic lens 2260 for adjustment of the beam size, such as a cylindrical magnetic lens. Electrons are also optionally focused using 2270 quadrupole magnets, which focus in one direction and blur in another direction. Accelerated electrons 2250, which are now adjusted in beam size and focused hit a source 2248 of X-ray generation, such as tungsten, resulting in generated X-rays that pass through a blocker 2362 and continue along a 2270 X-ray path to the subject. The source 2248 of X-ray generation is optionally cooled with a cooling element 2249, such as water in contact or thermally connected to a rear side of the source 2248 of X-ray generation. The concentration of electrons from a first diameter 2215 at a second diameter 2216 it allows the cathode to operate at a reduced temperature and still produces the level of amplified electrons needed at the source 2248 of X-ray generation.

Más generalmente, el dispositivo 2200 de generación de rayos X produce electrones que tienen vectores iniciales. Uno o más del electrodo de control 2212, los electrodos de aceleración 2240, la lente magnética 2260 y los imanes cuadrupolares 2270 se combinan para alterar los vectores de electrones iniciales a vectores paralelos con un área de sección transversal reducida que tienen una trayectoria sustancialmente paralela, denominados los electrones acelerados 2250. El proceso permite que el dispositivo 2200 de generación de rayos X funcione a una temperatura más baja. Particularmente, en lugar de usar un cátodo que es el tamaño del haz de electrones necesario, se usa un electrodo más grande y los electrones 2220 resultantes se enfocan y/o se concentran en el haz de electrones requerido. Como la vida útil es aproximadamente la inversa de la densidad de corriente, la concentración de la densidad de corriente da como resultado una vida útil más larga del dispositivo de generación de rayos X. Se proporciona un ejemplo específico para mayor claridad. Si el cátodo tiene un radio de quince mm o d1 es deMore generally, the 2200 x-ray generating device produces electrons that have initial vectors. One or more of the control electrode 2212, the acceleration electrodes 2240, the magnetic lens 2260 and the quadrupole magnets 2270 are combined to alter the initial electron vectors to parallel vectors with a reduced cross-sectional area having a substantially parallel path, called the 2250 accelerated electrons. The process allows the X-ray generating device 2200 to operate at a lower temperature. Particularly, instead of using a cathode that is the necessary electron beam size, a larger electrode is used and the resulting electrons 2220 are focused and / or concentrated on the required electron beam. Since the useful life is approximately the inverse of the current density, the concentration of the current density results in a longer useful life of the X-ray generating device. A specific example is provided for clarity. If the cathode has a radius of fifteen mm or d1 is of

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aproximadamente 30 mm, entonces el área (n r2) es de aproximadamente 225 mm2 por pi. Si la concentración de los electrones alcanza un radio de cinco mm o d2 es de aproximadamente 10 mm, entonces el área (n r2) es de aproximadamente 25 mm2 por pi. La relación de las dos áreas es de aproximadamente nueve (225tc/25tc). Por lo tanto, hay aproximadamente nueve veces menos densidad de corriente en el cátodo más grande en comparación con el cátodo tradicional que tiene un área del haz de electrones deseado. Por lo tanto, la vida útil del cátodo más grande se aproxima a nueve veces la vida útil del cátodo tradicional, aunque la corriente real a través del cátodo más grande y el cátodo tradicional es aproximadamente la misma. Preferentemente, el área del cátodo 2210 es aproximadamente 2, 4, 6, 8, 10, 15, 20 o 25 veces mayor que la del área de sección transversal del haz de electrones sustancialmente paralelo 2150.approximately 30 mm, then the area (n r2) is approximately 225 mm2 per pi. If the concentration of the electrons reaches a radius of five mm or d2 is approximately 10 mm, then the area (n r2) is approximately 25 mm2 per pi. The ratio of the two areas is approximately nine (225tc / 25tc). Therefore, there is approximately nine times less current density in the larger cathode compared to the traditional cathode that has a desired electron beam area. Therefore, the lifespan of the largest cathode approximates nine times the lifespan of the traditional cathode, although the actual current through the larger cathode and the traditional cathode is approximately the same. Preferably, the area of the cathode 2210 is approximately 2, 4, 6, 8, 10, 15, 20 or 25 times greater than that of the cross-sectional area of the substantially parallel electron beam 2150.

En otra realización, los imanes cuadrupolares 2270 dan como resultado una forma de sección transversal oblonga del haz de electrones 2250. Una proyección de la forma de sección transversal oblonga del haz de electrones 2250 sobre la fuente 2248 de generación de rayos X da como resultado un haz de rayos X que tiene un punto pequeño en vista de sección transversal, que es preferentemente de forma de sección transversal sustancialmente circular, que a continuación se hace pasar a través del paciente 1430. El punto pequeño se usa para producir una radiografía que tiene una resolución mejorada en el paciente.In another embodiment, the quadrupole magnets 2270 result in an oblong cross-sectional shape of the electron beam 2250. A projection of the oblong cross-sectional shape of the electron beam 2250 on the X48 generating source 2248 results in a X-ray beam having a small point in cross-sectional view, which is preferably substantially circular in cross-sectional shape, which is then passed through patient 1430. The small point is used to produce an x-ray having a Improved resolution in the patient.

Con referencia ahora a la figura 23, en una realización, se genera una radiografía cerca de, pero no en, la trayectoria del haz de protones. Una combinación 2300 de sistema de terapia con haz de protones y un sistema radiográfico se ilustra en la figura 23. El sistema de terapia con haz de protones tiene un haz de protones 268 en un sistema de transporte después del imán de extracción de Lamberson 292 del sincrotrón 130. El haz de protones es dirigido por el sistema de exploración/direccionamiento/suministro 140 a un tumor 1420 de un paciente 1430. El sistema radiográfico 2305 incluye una fuente 2205 de haces de electrones que genera un haz de electrones 2250. El haz de electrones es dirigido a una fuente 2248 de generación de rayos X, tal como un trozo de tungsteno. Preferentemente, la fuente de rayos X de tungsteno está ubicada aproximadamente 1, 2, 3, 5, 10, 15, 20 o 40 milímetros desde la trayectoria 268 del haz de protones. Cuando el haz de electrones 2250 golpea el tungsteno, se generan rayos X. En un caso donde los rayos X se generan en todas direcciones, los rayos X son bloqueados preferentemente con un puerto 2362 y se seleccionan para una trayectoria 2370 del haz de rayos X. En un segundo caso, la geometría del haz de electrones 2250 y la fuente 2248 de generación de rayos X producen rayos X generados 2270 que tienen una direccionalidad, tal como alineados con el haz de protones 268. En cualquier caso, la trayectoria 2370 del haz de rayos X y la trayectoria 268 del haz de protones discurren sustancialmente en paralelo a medida que avanzan hacia el tumor 1420. La distancia entre la trayectoria 2370 del haz de rayos X y la trayectoria 269 del haz de protones preferentemente disminuye a casi cero y/o la trayectoria 2370 del haz de rayos X y la trayectoria 269 del haz de protones se solapan en el momento en que alcanzan el tumor 1420. Geometría simple muestra que éste es el caso dada la larga distancia, de al menos un metro, entre el tungsteno y el tumor 1420. La distancia se ilustra como un hueco 2380 en la figura 23. Los rayos X son detectados en un detector 2390 de rayos X, que se usa para formar una imagen del tumor 1420 y/o la posición del paciente 1430.With reference now to Figure 23, in one embodiment, an x-ray is generated near, but not in, the path of the proton beam. A combination 2300 of proton beam therapy system and a radiographic system is illustrated in Figure 23. The proton beam therapy system has a proton beam 268 in a transport system after the Lamberson 292 extraction magnet of the Synchrotron 130. The proton beam is directed by the scanning / addressing / delivery system 140 to a tumor 1420 of a patient 1430. The radiographic system 2305 includes a 2205 electron beam source that generates a 2250 electron beam. of electrons is directed to a 2248 source of x-ray generation, such as a piece of tungsten. Preferably, the tungsten X-ray source is located approximately 1, 2, 3, 5, 10, 15, 20 or 40 millimeters from the path 268 of the proton beam. When the electron beam 2250 hits the tungsten, X-rays are generated. In a case where X-rays are generated in all directions, the X-rays are preferably blocked with a port 2362 and selected for a path 2370 of the X-ray beam In a second case, the geometry of the electron beam 2250 and the source 2248 of X-ray generation produce generated X-rays 2270 that have a directionality, such as aligned with the proton beam 268. In any case, the path 2370 of the X-ray beam and the path 268 of the proton beam run substantially parallel as they move toward the tumor 1420. The distance between the path 2370 of the X-ray beam and the path 269 of the proton beam preferably decreases to almost zero and / or the trajectory 2370 of the x-ray beam and the trajectory 269 of the proton beam overlap at the moment they reach the tumor 1420. Simple geometry shows that this is the case given the long distance ia, of at least one meter, between the tungsten and the tumor 1420. The distance is illustrated as a gap 2380 in Figure 23. X-rays are detected in an X-ray detector 2390, which is used to form an image of the tumor 1420 and / or patient position 1430.

En su conjunto, el sistema genera un haz de rayos X que se encuentra sustancialmente en la misma trayectoria que el haz de terapia con protones. El haz de rayos X se genera golpeando un tungsteno o material equivalente con un haz de electrones. La fuente de generación de rayos X está ubicada próxima a la trayectoria del haz de protones. La geometría de los electrones incidentes, la geometría del material de generación de rayos X y la geometría del bloqueador 262 de haces de rayos X producen un haz de rayos X que discurre sustancialmente en paralelo con el haz de protones o da como resultado una trayectoria del haz de rayos X que comienza próxima a la trayectoria del haz de protones y se expande para cubrir y transmitir a través de un área de sección transversal del tumor para golpear una matriz o película detectora de rayos X que permite obtener imágenes del tumor desde una dirección y alineación del haz de terapia protones. La imagen radiográfica se usa luego para controlar la trayectoria del haz de partículas cargadas para dirigirse con exactitud y precisión al tumor, y/o se usa en la verificación y validación del sistema.As a whole, the system generates an X-ray beam that is substantially on the same path as the proton therapy beam. The x-ray beam is generated by hitting a tungsten or equivalent material with an electron beam. The X-ray source is located close to the path of the proton beam. The geometry of the incident electrons, the geometry of the X-ray generation material and the geometry of the X-ray beam blocker 262 produce an X-ray beam that runs substantially in parallel with the proton beam or results in a trajectory of the X-ray beam that begins near the path of the proton beam and expands to cover and transmit through a cross-sectional area of the tumor to hit an X-ray matrix or film that allows imaging of the tumor from one direction and alignment of the proton therapy beam. The radiographic image is then used to control the trajectory of the charged particle beam to accurately and accurately target the tumor, and / or is used in the verification and validation of the system.

Tener una fuente 2248 de generación de rayos X que es próxima a la trayectoria 268 del haz de protones permite que se recoja una radiografía del paciente 1430 cerca en el tiempo del uso del haz de protones para terapia del tumor 1420, dado que la fuente 2248 de generación de rayos X no necesita ser movida mecánicamente antes de la terapia con protones. Por ejemplo, la irradiación con protones del tumor 1420 se produce dentro de aproximadamente 1, 5, 10, 20, 30 o 60 segundos de cuando se recoge la radiografía.Having a source 2248 of X-ray generation that is close to the trajectory 268 of the proton beam allows an X-ray of the patient 1430 to be collected close at the time of the use of the proton beam for tumor therapy 1420, since the source 2248 X-ray generation does not need to be mechanically moved before proton therapy. For example, proton irradiation of tumor 1420 occurs within approximately 1, 5, 10, 20, 30 or 60 seconds of when the radiograph is collected.

Inmovilización del pacientePatient Immobilization

El suministro exacto y preciso de un haz de protones a un tumor de un paciente requiere: (1) control de la colocación del haz de protones y (2) control de la colocación del paciente. Tal como se ha descrito más arriba, el haz de protones se controla usando algoritmos y campos magnéticos hasta un diámetro de aproximadamente 0,5, 1 o 2 milímetros. Esta sección aborda la inmovilización parcial, sujeción y/o alineamiento del paciente para garantizar que el haz de protones controlado estrechamente golpea eficazmente un tumor diana y no el tejido sano circundante como resultado del movimiento del paciente.The exact and precise supply of a proton beam to a patient's tumor requires: (1) control of the placement of the proton beam and (2) control of the patient's placement. As described above, the proton beam is controlled using algorithms and magnetic fields up to a diameter of approximately 0.5, 1 or 2 millimeters. This section addresses the partial immobilization, restraint and / or alignment of the patient to ensure that the tightly controlled proton beam effectively strikes a target tumor and not the surrounding healthy tissue as a result of the patient's movement.

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En esta sección, se usa un sistema de coordenadas de ejes x, y, y z y un eje de rotación para describir la orientación del paciente con respecto al haz de protones. El eje z representa el desplazamiento del haz de protones, tal como la profundidad del haz de protones en el paciente. Al observar al paciente por el eje z de desplazamiento del haz de protones, el eje x se refiere a moverse hacia la izquierda o hacia la derecha en el paciente y el eje y se refiere al movimiento hacia arriba o hacia abajo del paciente. Un primer eje de rotación es la rotación del paciente alrededor del eje y, y se denomina en el presente documento eje de rotación, eje de rotación de la unidad inferior 1412 o eje de rotación y. Además, la inclinación es la rotación alrededor del eje x, la oscilación es la rotación alrededor del eje y, y el balanceo es la rotación alrededor del eje z. En este sistema de coordenadas, la trayectoria 269 del haz de protones discurre opcionalmente en cualquier dirección. Como una cuestión ilustrativa, la trayectoria del haz de protones que discurre a través de una sala de tratamiento se describe como un recorrido horizontal a través de la sala de tratamiento.In this section, a coordinate system of x, y, and z axes and a rotation axis are used to describe the orientation of the patient with respect to the proton beam. The z axis represents the displacement of the proton beam, such as the depth of the proton beam in the patient. When observing the patient along the z axis of the proton beam movement, the x axis refers to moving to the left or right in the patient and the axis and refers to the movement up or down of the patient. A first axis of rotation is the rotation of the patient around the y-axis, and is referred to herein as the axis of rotation, axis of rotation of the lower unit 1412 or axis of rotation and. In addition, the inclination is the rotation around the x axis, the oscillation is the rotation around the y axis, and the swing is the rotation around the z axis. In this coordinate system, the path 269 of the proton beam optionally runs in any direction. As an illustrative issue, the path of the proton beam that runs through a treatment room is described as a horizontal path through the treatment room.

En esta sección, se describe un a sistema de inmovilización 2400 parcial del paciente 1430. Se usa un sistema de inmovilización parcial semivertical para ilustrar características clave, que son ilustrativas de características en un sistema de inmovilización parcial sentado o un sistema de colocación tumbado.In this section, a partial immobilization system 2400 of the patient 1430 is described. A semi-vertical partial immobilization system is used to illustrate key features, which are illustrative of features in a partial sitting immobilization system or a lying down system.

Colocación/inmovilización vertical del pacienteVertical patient placement / immobilization

Con referencia ahora a la figura 24, el sistema de colocación 2400 del paciente semivertical se usa preferentemente junto con terapia con protones de tumores en el torso. El sistema de colocación y/o inmovilización del paciente controla y/o restringe el movimiento del paciente durante la terapia con haces de protones. En una primera realización de inmovilización parcial, el paciente se coloca en una posición semivertical en un sistema de terapia con haz de protones. Tal como se ilustra, el paciente está reclinado en un ángulo alfa, a, a unos 45 grados del eje y, como se define por un eje que va de la cabeza a los pies del paciente. Más generalmente, el paciente está opcionalmente completamente de pie en una posición vertical de cero grados fuera del eje y o está en una posición semivertical alfa que está reclinada alrededor de 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40 , 45, 50, 55, 60 o 65 grados fuera del eje y, hacia el eje z.Referring now to Figure 24, the placement system 2400 of the semivertical patient is preferably used together with proton therapy of tumors in the torso. The patient's placement and / or immobilization system controls and / or restricts the patient's movement during proton beam therapy. In a first embodiment of partial immobilization, the patient is placed in a semi-vertical position in a proton beam therapy system. As illustrated, the patient is reclined at an alpha angle, a, about 45 degrees from the axis and, as defined by an axis that goes from the head to the patient's feet. More generally, the patient is optionally completely standing in a vertical position of zero degrees outside the axis and is in a semivertical alpha position that is reclined around 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60 or 65 degrees off the y axis, towards the z axis.

Se usan elementos de restricción de colocación 2415 del paciente para mantener al paciente en una posición de tratamiento, incluyendo uno o más de: un soporte 2420 de asiento, un soporte 2430 para la espalda, un soporte 2440 para la cabeza, un soporte 2450 para el brazo, un soporte 2460 para la rodilla y un soporte 2470 para el pie. Los elementos de restricción son opcional e independientemente rígidos o semirrígidos. Los ejemplos de un material semirrígido incluyen una espuma de alta o baja densidad o una espuma viscoelástica. Por ejemplo el soporte para el pie es preferentemente rígido y el soporte para la espalda es preferentemente semirrígido, tal como un material de espuma de alta densidad. Uno o más de los elementos de restricción de colocación 2415 son móviles y/o están bajo el control de un ordenador para colocación y/o inmovilización rápidas del paciente. Por ejemplo, el soporte 2420 de asiento es ajustable a lo largo de un eje de ajuste 2422 del asiento, que es preferentemente el eje y; el soporte 2430 para la espalda es ajustable a lo largo de un eje 2432 del soporte para la espalda, que está dominado preferentemente por el movimiento en el eje z con un elemento en el eje y; el soporte 2440 para la cabeza es ajustable a lo largo de un eje 2442 del soporte para la cabeza, que está preferentemente dominado por el movimiento en el eje z con un elemento en el eje y; el soporte 2450 para el brazo es ajustable a lo largo de un eje 2452 del soporte para el brazo, que está preferentemente dominado por el movimiento en el eje z con un elemento en el eje y; el soporte 2460 para la rodilla es ajustable a lo largo de un eje 2462 del soporte para la rodilla, que está preferentemente dominado por el movimiento en el eje y con un elemento en el eje z; y el soporte 2470 para el pie es ajustable a lo largo de un eje 2472 del soporte para el pie, que está preferentemente dominado por el movimiento en el eje y con un elemento en el eje z.Patient placement restriction elements 2415 are used to keep the patient in a treatment position, including one or more of: a seat support 2420, a support 2430 for the back, a support 2440 for the head, a support 2450 for the arm, a 2460 support for the knee and a 2470 support for the foot. The restriction elements are optionally and independently rigid or semi-rigid. Examples of a semi-rigid material include a high or low density foam or a viscoelastic foam. For example, the foot support is preferably rigid and the back support is preferably semi-rigid, such as a high density foam material. One or more of the placement restriction elements 2415 are mobile and / or are under the control of a computer for rapid placement and / or immobilization of the patient. For example, the seat support 2420 is adjustable along an adjustment axis 2422 of the seat, which is preferably the y axis; the back support 2430 is adjustable along an axis 2432 of the back support, which is preferably dominated by movement in the z axis with an element in the y axis; the head support 2440 is adjustable along an axis 2442 of the head support, which is preferably dominated by movement in the z axis with an element in the y axis; the arm support 2450 is adjustable along an axis 2452 of the arm support, which is preferably dominated by movement in the z axis with an element in the y axis; the knee support 2460 is adjustable along an axis 2462 of the knee support, which is preferably dominated by movement in the axis and with an element in the z axis; and the foot support 2470 is adjustable along an axis 2472 of the foot support, which is preferably dominated by movement in the axis and with an element in the z axis.

Si el paciente no está enfrentado al haz de protones entrante, entonces la descripción de movimientos de los elementos de soporte a lo largo de los ejes cambia, pero los elementos de inmovilización son los mismos.If the patient is not facing the incoming proton beam, then the description of movements of the support elements along the axes changes, but the immobilization elements are the same.

Se usa una cámara 2480 opcional con el sistema de inmovilización del paciente. La cámara visiona el paciente/sujeto creando una imagen de video. La imagen se proporciona a uno o más operadores del sistema de haces de partículas cargadas y permite a los operadores un mecanismo de seguridad para determinar si el sujeto se ha movido o desea terminar el procedimiento de tratamiento con terapia con protones. Según la imagen de video, los operadores pueden suspender o finalizar el procedimiento de terapia con protones. Por ejemplo, si el operador observa a través de la imagen de video que el sujeto se está moviendo, entonces el operador tiene la opción de terminar o suspender el procedimiento de terapia con protones.An optional 2480 camera is used with the patient immobilization system. The camera views the patient / subject creating a video image. The image is provided to one or more operators of the charged particle beam system and allows operators a safety mechanism to determine if the subject has moved or wishes to complete the treatment procedure with proton therapy. Depending on the video image, operators can suspend or terminate the proton therapy procedure. For example, if the operator observes through the video image that the subject is moving, then the operator has the option to terminate or suspend the proton therapy procedure.

Se proporciona un visualizador de vídeo 2490 al paciente. El visualizador de vídeo opcionalmente presenta al paciente cualquiera de: instrucciones del operador, instrucciones del sistema, estado de tratamiento, o entretenimiento.A 2490 video viewer is provided to the patient. The video display optionally presents the patient with any of: operator instructions, system instructions, treatment status, or entertainment.

Motores para colocar los elementos de restricción 2415, la cámara 2480, y el visualizador de vídeo 2490 están montados preferentemente por encima o por debajo de la trayectoria de los protones.Motors for positioning the restriction elements 2415, the camera 2480, and the video display 2490 are preferably mounted above or below the path of the protons.

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El control de la respiración se realiza opcionalmente usando el visualizador de vídeo. A medida que el paciente respira, las estructuras internas y externas del cuerpo se mueven tanto en términos absolutos como en términos relativos. Por ejemplo, el exterior de la cavidad torácica y los órganos internos tienen, ambos, movimientos absolutos con la respiración. Además, la posición relativa de un órgano interno con respecto a otro componente del cuerpo, tal como una región externa del cuerpo, un hueso, estructura de soporte u otro órgano, se mueve con cada respiración. Por lo tanto, para una orientación tumoral más exacta y precisa, el haz de protones se administra preferentemente en un punto a en el tiempo donde la posición de la estructura interna o tumor está bien definida, tal como al final de cada inspiración. El visualizador de video se utiliza para ayudar a coordinar el suministro del haz de protones con el ciclo de respiración del paciente. Por ejemplo, el visualizador de video opcionalmente visualiza al paciente una orden, tal como una declaración de contener la respiración, una declaración de inspirar, una cuenta atrás que indica cuándo será necesario contener el aliento o una cuenta atrás hasta que pueda reanudarse la respiración.Breathing control is optionally performed using the video display. As the patient breathes, the internal and external structures of the body move in both absolute and relative terms. For example, the outside of the thoracic cavity and internal organs both have absolute movements with breathing. In addition, the relative position of an internal organ with respect to another body component, such as an external region of the body, a bone, support structure or other organ, moves with each breath. Therefore, for a more exact and precise tumor orientation, the proton beam is preferably administered at a point a in time where the position of the internal structure or tumor is well defined, such as at the end of each inspiration. The video viewer is used to help coordinate the supply of the proton beam with the patient's breathing cycle. For example, the video viewer optionally visualizes the patient an order, such as a statement of holding his breath, a statement of inspiring, a countdown that indicates when it will be necessary to hold his breath or a countdown until breathing can resume.

El sistema de colocación 2400 del paciente semivertical y el sistema de colocación del paciente sentado se usan preferentemente para el tratamiento de tumores en la cabeza o en el torso debido a la eficacia. El sistema de colocación 2400 del paciente semivertical, el sistema de colocación del paciente sentado, y el sistema de colocación del paciente tumbado son utilizables todos para el tratamiento de tumores en las extremidades del paciente.The placement system 2400 of the semi-vertical patient and the positioning system of the sitting patient are preferably used for the treatment of tumors in the head or in the torso due to efficacy. The 2400 semi-vertical patient placement system, the sitting patient placement system, and the lying patient placement system are all usable for the treatment of tumors in the patient's limbs.

Elementos del sistema de soporteElements of the support system

Los elementos de restricción de colocación 2415 incluyen todos los elementos usados para colocar al paciente, tales como los descritos en el sistema de colocación semivertical 2400, el sistema de colocación sentado y el sistema de colocación tumbado. Preferentemente, los elementos de restricción de colocación o elementos del sistema de soporte se alinean en posiciones que no impiden o se solapan con la trayectoria 269 del haz de protones. Sin embargo, en algunos casos los elementos de restricción de colocación están en la trayectoria 269 del haz de protones durante al menos parte del tiempo de tratamiento del paciente. Por ejemplo, un elemento de restricción de colocación puede residir en la trayectoria 269 del haz de protones durante parte de un periodo de tiempo donde al paciente se le hace rotar alrededor del eje y durante el tratamiento. En casos o periodos de tiempo en que los elementos de restricción de colocación o los elementos del sistema de soporte están en la trayectoria del haz de protones, entonces se aplica preferentemente un ajuste hacia arriba de la energía del haz de protones que aumenta la energía del haz de protones para desplazar la impedancia del elemento de restricción de colocación del haz de protones. En un caso, la energía del haz de protones se aumenta mediante una medida separada de la impedancia del elemento de restricción de colocación determinada durante una exploración de referencia del elemento del sistema de restricción de colocación o conjunto de exploraciones de referencia del elemento de restricción de colocación en función de la rotación alrededor del eje y.The placement restriction elements 2415 include all the elements used to position the patient, such as those described in the semi-vertical placement system 2400, the sitting placement system and the lying positioning system. Preferably, the positioning restriction elements or support system elements are aligned in positions that do not prevent or overlap with the path 269 of the proton beam. However, in some cases the placement restriction elements are in the path 269 of the proton beam for at least part of the patient's treatment time. For example, a positioning restriction element may reside on the path 269 of the proton beam for part of a period of time where the patient is rotated around the axis and during treatment. In cases or periods of time when the positioning restriction elements or the support system elements are in the path of the proton beam, then an upward adjustment of the energy of the proton beam that increases the energy of the proton beam is preferably applied. proton beam to displace the impedance of the proton beam placement restriction element. In one case, the energy of the proton beam is increased by a separate measure of the impedance of the placement restriction element determined during a reference scan of the placement restriction system element or set of reference scans of the restriction element of placement depending on the rotation around the y axis.

Para mayor claridad, los elementos de restricción de colocación 2415 o elementos del sistema de soporte se describen en el presente documento con respecto al sistema de colocación semivertical 2400; sin embargo, los elementos de colocación y los ejes x, y, y z descriptivos son ajustables para encajar cualquier sistema de coordenadas, al sistema de colocación sentado, o al sistema de colocación tumbado.For greater clarity, placement restriction elements 2415 or support system elements are described herein with respect to semivertical placement system 2400; however, the descriptive placement elements and x, y, and z axes are adjustable to fit any coordinate system, to the sitting placement system, or to the lying placement system.

Un ejemplo de un sistema de soporte de la cabeza se describe para soportar, alinear y/o restringir el movimiento de una cabeza humana. El sistema de soporte de la cabeza preferentemente tiene varios elementos de soporte de la cabeza incluyendo cualquiera de: un soporte de la parte posterior de la cabeza, un elemento de alineamiento de la parte derecha de la cabeza, y un elemento de alineamiento de la parte izquierda de la cabeza. El elemento de soporte de la parte posterior de la cabeza es preferentemente curvo para encajar con la cabeza y es opcionalmente ajustable a lo largo de un eje del soporte para la cabeza, tal como a lo largo del eje z. Además, los soportes para la cabeza, como los otros elementos de restricción de colocación del paciente, están hechos preferentemente de un material semirrígido, tal como una espuma de baja o alta densidad, y tiene una cobertura opcional, tal como un plástico o cuero. El elemento de alineamiento de la parte derecha de la cabeza y el elemento de alineamiento de la parte izquierda de la cabeza o elementos de alineamiento de la cabeza, se usan principalmente para restringir a la mitad el movimiento de la cabeza. Los elementos de alineamiento de la cabeza son preferentemente acolchados y planos, pero opcionalmente tienen un radio de curvatura para encajar con el lado de la cabeza. Los elementos de alineamiento de la cabeza derecho e izquierdo son preferentemente respectivamente móviles a lo largo de ejes de traslación para establecer contacto con los lados de la cabeza. El movimiento restringido de la cabeza durante la terapia con protones es importante cuando se dirigen a y se tratan tumores en la cabeza o el cuello. Los elementos de alineamiento de la cabeza y el elemento de soporte de la parte posterior de la cabeza se combinan para restringir la inclinación, la rotación o la oscilación, el balanceo y/o la posición de la cabeza en el sistema de coordenadas de ejes x, y, z.An example of a head support system is described to support, align and / or restrict the movement of a human head. The head support system preferably has several head support elements including any of: a support of the back of the head, an alignment element of the right part of the head, and an alignment element of the part left of the head. The support element of the back of the head is preferably curved to fit the head and is optionally adjustable along an axis of the head support, such as along the z axis. In addition, head restraints, such as the other patient placement restriction elements, are preferably made of a semi-rigid material, such as a low or high density foam, and have optional coverage, such as a plastic or leather. The alignment element of the right part of the head and the alignment element of the left part of the head or alignment elements of the head are mainly used to restrict the movement of the head in half. The head alignment elements are preferably padded and flat, but optionally have a radius of curvature to fit with the head side. The alignment elements of the right and left head are preferably respectively movable along translation axes to establish contact with the sides of the head. Restricted movement of the head during proton therapy is important when targeting and treating tumors in the head or neck. The head alignment elements and the support element of the back of the head are combined to restrict tilt, rotation or oscillation, balancing and / or head position in the x-axis coordinate system , and Z.

Con referencia ahora a la figura 25 se describe otro ejemplo de un sistema de soporte 2500 de la cabeza para colocar y/o restringir el movimiento de una cabeza humana 1402 durante la terapia con protones de un tumor sólido en la cabeza o el cuello. En este sistema, la cabeza está restringida usando 1, 2, 3, 4, o más correas o cinturones, que están conectados preferentemente o conectados de forma reemplazable a un elemento de soporte 2510 de laReferring now to Figure 25, another example of a head support system 2500 for positioning and / or restricting the movement of a human head 1402 during proton therapy of a solid tumor in the head or neck is described. In this system, the head is restricted using 1, 2, 3, 4, or more belts or belts, which are preferably connected or replaceably connected to a support element 2510 of the

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parte posterior de la cabeza. En el ejemplo ilustrado, una primera correa 2520 tira de o coloca la frente respecto al elemento de soporte 2510 de la cabeza, tal como discurriendo principalmente a lo largo del eje z. Preferentemente, una segunda correa 2530 trabaja junto con la primera correa 2520 para impedir que la cabeza experimente inclinación, oscilación, balanceo o movimiento en términos de movimiento traslacional en el sistema de coordenadas de ejes x, y, y z. La segunda correa 2530 está preferentemente unida o unida de forma reemplazable a la primera correa 2520 en o alrededor de: (1) la frente 2532; (2) o uno o ambos lados de la cabeza 2534; y/o (3) en o alrededor del elemento de soporte 2510. Una tercera correa 2540 preferentemente orienta el mentón del sujeto con respecto al elemento de soporte 2510 discurriendo de forma dominante a lo largo del eje z. Una cuarta correa 2550 preferentemente discurre a lo largo de principalmente los ejes y y z para retener el mentón con respecto al elemento de soporte 2510 de la cabeza y/o la trayectoria del haz de protones. La tercera correa 2540 preferentemente está unida a o está unida de forma reemplazable a la cuarta correa 2550 durante el uso en o alrededor del mentón 2542 del paciente. La segunda correa 2530 opcionalmente se conecta 2536 a la cuarta correa 2550 en o alrededor del elemento de soporte 2510. Las cuatro correas 2520, 2530, 2540, 2550 son ilustrativas en trayectoria e interconexión. Cualquiera de las correas opcionalmente sujeta la cabeza a lo largo de diferentes trayectorias alrededor de la cabeza y se conectan entre sí de manera separada. Naturalmente, una correa dada preferentemente se extiende alrededor de la cabeza y no solo en un lado de la cabeza. Cualquiera de las correas 2520, 2530, 2540 y 2550 se usa opcionalmente de manera independiente o en combinaciones y permutaciones con las otras correas. Las correas están opcionalmente conectadas indirectamente entre sí a través de un elemento de soporte, tal como el elemento de soporte 2510 de la cabeza. Las correas están opcionalmente unidas al elemento de soporte 2510 de la cabeza usando tecnología de gancho y bucle, una hebilla o fijador. Generalmente, las correas se combinan para controlar la posición, el movimiento de adelante hacia atrás de la cabeza, el movimiento de lado a lado de la cabeza, la inclinación, la oscilación, el balanceo y/o la posición de traslación de la cabeza.back of the head. In the illustrated example, a first belt 2520 pulls or positions the forehead relative to the support element 2510 of the head, such as running mainly along the z axis. Preferably, a second belt 2530 works together with the first belt 2520 to prevent the head from experiencing inclination, oscillation, swinging or movement in terms of translational movement in the x, y, and z axis coordinate system. The second belt 2530 is preferably attached or replaceably attached to the first belt 2520 on or around: (1) the forehead 2532; (2) or one or both sides of head 2534; and / or (3) in or around the support element 2510. A third belt 2540 preferably orients the chin of the subject with respect to the support element 2510 running dominant along the z axis. A fourth belt 2550 preferably runs along mainly the y and z axes to retain the chin with respect to the support element 2510 of the head and / or the path of the proton beam. The third strap 2540 is preferably attached to or is replaceably attached to the fourth strap 2550 during use on or around the patient's chin 2542. The second belt 2530 optionally connects 2536 to the fourth belt 2550 in or around the support element 2510. The four belts 2520, 2530, 2540, 2550 are illustrative in path and interconnection. Any of the straps optionally holds the head along different paths around the head and are connected to each other separately. Naturally, a given belt preferably extends around the head and not only on one side of the head. Any of the belts 2520, 2530, 2540 and 2550 are optionally used independently or in combinations and permutations with the other belts. The straps are optionally indirectly connected to each other through a support element, such as the support element 2510 of the head. The straps are optionally attached to the support element 2510 of the head using hook and loop technology, a buckle or fastener. Generally, the straps are combined to control the position, the movement from front to back of the head, the movement from side to side of the head, the inclination, the oscillation, the balancing and / or the translational position of the head.

Las correas son preferentemente de impedancia conocida para la transmisión de protones permitiendo que se realice un cálculo de liberación de energía del pico a lo largo del eje z. Por ejemplo, el ajuste a la energía del pico de Bragg se realiza basándose en la tendencia a la ralentización de las correas para el transporte de protones.The belts are preferably of known impedance for proton transmission allowing a calculation of peak energy release along the z axis. For example, the adjustment to the energy of the Bragg peak is made based on the tendency to slow down the belts for proton transport.

Control por ordenador del sistema de colocaciónComputer control of the placement system

Uno o más de los componentes de la unidad de colocación del paciente y/o uno o más de los elementos de restricción de colocación del paciente están preferentemente bajo control por ordenador, donde el ordenador controla dispositivos de colocación, tal como mediante una serie de motores y mecanismos impulsores, para colocar de forma reproducible al paciente. Por ejemplo, el paciente se coloca y se restringe inicialmente mediante los elementos de restricción de colocación del paciente. La posición de cada uno de los elementos de restricción de colocación del paciente es registrada y guardada por el controlador principal 110, por un subcontrolador o el controlador principal 110, o por un controlador por ordenador separado. A continuación, se usan dispositivos médicos para localizar el tumor 1420 en el paciente 1430 mientras que el paciente está en la orientación de tratamiento final. El sistema de imagenología 170 incluye uno o más de: Rm, radiografías, TC, tomografía por haz de protones, y similares. El tiempo pasa opcionalmente en este punto donde imágenes del sistema de imagenología 170 se analizan y se diseña un plan de tratamiento con terapia con protones. El paciente puede salir del sistema de restricción durante este periodo de tiempo, que pueden ser minutos, horas o días. Tras el retorno del paciente a la unidad de colocación del paciente, el ordenador puede devolver los elementos de restricción de colocación del paciente a las posiciones registradas. Este sistema permite una rápida recolocación del paciente a la posición usada durante la imagenología y el desarrollo del plan de tratamiento, lo que minimiza el tiempo de configuración de colocación del paciente y maximiza el tiempo que el sistema 100 de haces de partículas cargadas es usado para tratamiento del cáncer.One or more of the components of the patient placement unit and / or one or more of the patient placement restriction elements are preferably under computer control, where the computer controls placement devices, such as by a series of engines. and driving mechanisms, to reproduce the patient reproducibly. For example, the patient is initially placed and restricted by the patient placement restriction elements. The position of each of the patient placement restriction elements is recorded and saved by the main controller 110, by a subcontroller or the main controller 110, or by a separate computer controller. Next, medical devices are used to locate the tumor 1420 in the patient 1430 while the patient is in the final treatment orientation. The imaging system 170 includes one or more of: Rm, radiographs, CT, proton beam tomography, and the like. Time passes optionally at this point where images of imaging system 170 are analyzed and a treatment plan with proton therapy is designed. The patient can leave the restriction system during this period of time, which can be minutes, hours or days. Upon return of the patient to the patient placement unit, the computer may return the patient placement restriction elements to the registered positions. This system allows a rapid repositioning of the patient to the position used during the imaging and the development of the treatment plan, which minimizes the patient setup time and maximizes the time that the system 100 of charged particle beams is used to cancer treatment

Colocación del pacientePatient placement

Preferentemente, el paciente 1430 se alinea en la trayectoria 269 del haz de protones de una manera precisa y exacta. Se describen varios sistemas de colocación. Los sistemas de colocación del paciente se describen usando the sistema de colocación tumbado, pero también son aplicables a los sistemas de colocación semivertical y sentado.Preferably, patient 1430 is aligned on path 269 of the proton beam in a precise and accurate manner. Various placement systems are described. Patient placement systems are described using the lying placement system, but they are also applicable to semi-vertical and seated placement systems.

En un primer sistema de colocación, el paciente se coloca en una ubicación conocida con respecto a la plataforma. Por ejemplo, una o más de los elementos de restricción de colocación colocan al paciente en una ubicación precisa y/o exacta sobre la plataforma. Opcionalmente, un elemento de restricción de colocación conectado o conectado de forma reemplazable a la plataforma se usa para colocar al paciente sobre la plataforma. El elemento o elementos de restricción de colocación se usan para colocar cualquier posición del paciente, tal como una mano, extremidad, cabeza o elemento del torso.In a first placement system, the patient is placed in a known location with respect to the platform. For example, one or more of the positioning restriction elements places the patient in a precise and / or exact location on the platform. Optionally, a positioning restriction element connected or replaceably connected to the platform is used to place the patient on the platform. The placement restriction element or elements are used to position any position of the patient, such as a hand, limb, head or torso element.

En un segundo sistema de colocación, uno o más elementos de restricción de colocación o elemento de soporte, tales como la plataforma, se alinea frente a un elemento en la sala de tratamiento del paciente. Esencialmente un sistema de cerrojo y llave se usa opcionalmente, donde un cerrojo encaja con una llave. Los elementos de cerrojo yIn a second placement system, one or more placement restriction elements or support element, such as the platform, is aligned in front of an element in the patient's treatment room. Essentially a lock and key system is optionally used, where a lock fits with a key. The bolt elements and

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llave se combinan para ubicar al paciente con respecto a cualquiera de las posiciones x, y, y z, inclinación, oscilación y balanceo. Esencialmente, el cerrojo es un primer elemento de alineación exacta y la llave es un segundo elemento de alineación exacta que encaja en, adyacente a, o con el primer elemento de alineación exacta para fijar la ubicación del paciente y/o la ubicación del elemento de soporte con respecto a la trayectoria 269 del haz de protones. Ejemplos de un elemento de alineación exacta incluyen cualquiera de un elemento mecánico, tal como un tope mecánico, y una conexión eléctrica que indica una posición o contacto relativo.key are combined to locate the patient with respect to any of the x, y, and z positions, tilt, swing and swing. Essentially, the bolt is a first exact alignment element and the key is a second exact alignment element that fits in, adjacent to, or with the first exact alignment element to fix the patient's location and / or the location of the patient element. support with respect to trajectory 269 of the proton beam. Examples of an exact alignment element include any of a mechanical element, such as a mechanical stop, and an electrical connection indicating a relative position or contact.

En un tercer sistema de colocación, el sistema de imagenología, descrito más arriba, se usa para determinar dónde está el paciente con respecto a la trayectoria 269 del haz de protones o con respecto a un marcador de imagenología colocado en un elemento o estructura de soporte que retiene al paciente, tal como en la plataforma. Cuando se usa el sistema de imagenología, tal como un sistema de imagenología radiográfica, entonces el primer sistema de colocación o los elementos de restricción de colocación minimizan el movimiento del paciente una vez que el sistema de imagenología determina la ubicación del sujeto. Análogamente, cuando se usa el sistema de imagenología, tal como un sistema de imagenología radiográfica, entonces el primer sistema de colocación y/o el segundo sistema de colocación proporcionan una posición en bruto del paciente con respecto a la trayectoria 269 del haz de protones y el sistema de imagenología determina posteriormente una posición fina del paciente con respecto a la trayectoria 269 del haz de protones.In a third positioning system, the imaging system, described above, is used to determine where the patient is with respect to the path 269 of the proton beam or with respect to an imaging marker placed on a support element or structure. which holds the patient, as on the platform. When the imaging system is used, such as a radiographic imaging system, then the first placement system or placement restriction elements minimize patient movement once the imaging system determines the location of the subject. Similarly, when the imaging system is used, such as a radiographic imaging system, then the first placement system and / or the second placement system provide a rough position of the patient with respect to the path 269 of the proton beam and The imaging system subsequently determines a fine position of the patient with respect to the path 269 of the proton beam.

Sincronización de las radiografías con la respiración del pacienteSynchronization of the radiographs with the patient's breathing

En una realización, se recogen imágenes radiográficas en sincronización con la respiración o inspiración del paciente. La sincronización mejora la claridad de la imagen radiográfica eliminando la ambigüedad de la posición debido al movimiento relativo de constituyentes corporales durante un ciclo de respiración del paciente.In one embodiment, radiographic images are collected in synchronization with the patient's breathing or inspiration. Synchronization improves the clarity of the radiographic image by eliminating the ambiguity of the position due to the relative movement of body constituents during a patient's breathing cycle.

En una segunda realización, un sistema radiográfico está orientado para proporcionar imágenes radiográficas de un paciente en la misma orientación que vistas por un haz de terapia con protones, se sincroniza con la respiración del paciente, es accionable en un paciente colocado para terapia con protones, y no interfiere en una trayectoria de tratamiento con un haz de protones. Preferentemente, el sistema sincronizado se usa junto con una fuente de haces de iones negativos, sincrotrón, y/o dirigir el aparato del método para proporcionar una radiografía sincronizada con la respiración del paciente y realizada inmediatamente antes de y/o de forma concurrente con irradiación de terapia con haces de partículas para garantizar el suministro dirigido y controlado de energía con respecto a una posición del paciente que da como resultado un tratamiento eficiente, preciso y/o exacto, no invasivo, in-vivo de un tumor canceroso sólido con minimización del daño al tejido sano circundante en un paciente usando el sistema de verificación de la posición del haz de protones.In a second embodiment, a radiographic system is oriented to provide radiographic images of a patient in the same orientation as seen by a beam of proton therapy, is synchronized with the patient's breathing, is operable in a patient placed for proton therapy, and does not interfere in a treatment path with a proton beam. Preferably, the synchronized system is used in conjunction with a negative ion beam source, synchrotron, and / or directing the method apparatus to provide a radiography synchronized with the patient's breathing and performed immediately before and / or concurrently with irradiation of particle beam therapy to ensure the targeted and controlled supply of energy with respect to a patient's position that results in an efficient, accurate and / or accurate, non-invasive, in-vivo treatment of a solid cancerous tumor with minimization of the damage to surrounding healthy tissue in a patient using the proton beam position verification system.

Se usa un algoritmo de control del suministro de rayos X para sincronizar el suministro de los rayos X al paciente 1430 dentro de un periodo dado de cada inspiración, tal como al inicio o al final de una inspiración cuando el sujeto está conteniendo su respiración. Para mayor claridad de imágenes radiográficas combinadas, el paciente está preferentemente tanto colocado de forma exacta y alineado de forma precisa con respecto a la trayectoria 2370 del haz de rayos X. El algoritmo de control del suministro de rayos X está preferentemente integrado con el módulo de control de la respiración. De este modo, el algoritmo de control del suministro de rayos X sabe cuándo el sujeto está respirando, dónde está el sujeto en el ciclo de respiración, y/o cuándo está el sujeto conteniendo la respiración. De esta manera, el algoritmo de control del suministro de rayos X suministra rayos X en un periodo seleccionado del ciclo de respiración. La exactitud y la precisión de alineamiento del paciente permiten (1) una ubicación más exacta y precisa del tumor 1420 con respecto a otros constituyentes del cuerpo y (2) una combinación más exacta y precisa de rayos X en la generación de una imagen radiográfica tridimensional del paciente 1430 y el tumor 1420.An X-ray supply control algorithm is used to synchronize the supply of X-rays to the patient 1430 within a given period of each inspiration, such as at the beginning or end of an inspiration when the subject is holding his breath. For clarity of combined radiographic images, the patient is preferably both accurately positioned and precisely aligned with respect to the path 2370 of the X-ray beam. The X-ray supply control algorithm is preferably integrated with the module of breath control Thus, the X-ray supply control algorithm knows when the subject is breathing, where the subject is in the breathing cycle, and / or when the subject is holding the breath. In this way, the X-ray supply control algorithm supplies X-rays in a selected period of the breathing cycle. The accuracy and precision of alignment of the patient allow (1) a more accurate and precise location of the tumor 1420 with respect to other constituents of the body and (2) a more accurate and precise combination of X-rays in the generation of a three-dimensional radiographic image of patient 1430 and tumor 1420.

Con referencia ahora a la figura 26, se proporciona un ejemplo de generación de una imagen radiográfica 2600 del paciente 1430 y el tumor 1420 usando el dispositivo 2200 de generación de rayos X o el dispositivo de generación de rayos X tridimensional como una función conocida del tiempo del ciclo de respiración del paciente. En una realización, como una primera etapa, el controlador principal 110 ordena, monitoriza y/o es informado sobre la colocación 2610 del paciente. En un primer ejemplo de colocación 2610 del paciente, se usa un sistema de colocación del paciente automatizado, bajo el control del controlador principal 110, para alinear el paciente 1430 con respecto a la trayectoria 2370 del haz de rayos X. En un segundo ejemplo de colocación del paciente, el controlador principal 110 es informado mediante sensores o entrada por el ser humano de que el paciente 1430 está alineado. En una segunda etapa, la respiración del paciente se monitoriza a continuación 2620, como se describe más adelante. Como un primer ejemplo de monitorización de la respiración, se recoge una radiografía 2640 en un punto conocido en el ciclo de respiración del paciente. En un segundo ejemplo de monitorización de la respiración, el ciclo de respiración del paciente es controlado en primer lugar en una tercera etapa de control 2630 de la respiración del paciente y a continuación como una cuarta etapa se recoge una radiografía 2640 en un punto controlado en el ciclo de respiración del paciente. Preferentemente, el ciclo de colocación 2610 del paciente, la monitorización 2620 de la respiración del paciente, el control 2630 de la respiración del paciente, y la recogida de una radiografía 2640 se repite con diferentes posiciones del paciente. Por ejemplo, al paciente 1430 se le hace girar alrededor de un eje 1417 y se recogen radiografías en función de la rotación. En una quinta etapa, se genera una imagen radiográficaReferring now to Fig. 26, an example of generating a radiographic image 2600 of patient 1430 and tumor 1420 using the 2200 x-ray generating device or the three-dimensional x-ray generating device as a known function of time is provided of the patient's breathing cycle. In one embodiment, as a first stage, the main controller 110 orders, monitors and / or is informed about patient placement 2610. In a first example of positioning 2610 of the patient, an automated patient positioning system is used, under the control of the main controller 110, to align the patient 1430 with respect to the path 2370 of the X-ray beam. In a second example of Patient placement, the main controller 110 is informed by sensors or input by the human being that the patient 1430 is aligned. In a second stage, the patient's breathing is then monitored 2620, as described below. As a first example of breathing monitoring, a 2640 radiograph is collected at a known point in the patient's breathing cycle. In a second example of breathing monitoring, the patient's breathing cycle is controlled firstly in a third stage 2630 controlling the patient's breathing and then as a fourth stage an X-ray 2640 is collected at a controlled point in the patient breathing cycle Preferably, the positioning cycle 2610 of the patient, the monitoring 2620 of the patient's breathing, the control 2630 of the patient's breathing, and the collection of an X-ray 2640 is repeated with different positions of the patient. For example, patient 1430 is rotated around an axis 1417 and x-rays are collected as a function of rotation. In a fifth stage, a radiographic image is generated

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tridimensional 2650 del paciente 1430, el tumor 1420, y constituyentes del cuerpo alrededor del tumor usando las imágenes radiográficas recogidas, tales como con el dispositivo de generación de rayos X tridimensional, que es una imagen radiográfica producida mientras se hace rotar el paciente 1430 mientras se recogen radiografías con un sistema radiográfico estacionario. Las etapas de monitorización y control de la respiración del paciente se describen adicionalmente más adelante.Three-dimensional 2650 of patient 1430, tumor 1420, and constituents of the body around the tumor using the collected radiographic images, such as with the three-dimensional X-ray generating device, which is a radiographic image produced while the patient is rotated 1430 while collect radiographs with a stationary radiographic system. The stages of monitoring and controlling the patient's breathing are described further below.

Monitorización de la respiración del pacientePatient Breath Monitoring

Preferentemente, se monitoriza 2620 el patrón de respiración del paciente. Cuando un sujeto o paciente 1430 está respirando, muchas partes del cuerpo se mueven con cada inspiración. Por ejemplo, cuando un sujeto inspira los pulmones se mueven al igual que posiciones relativas de órganos dentro del cuerpo, tales como el estómago, los riñones, el hígado, los músculos torácicos, la piel, el corazón y los pulmones. Generalmente, la mayoría o todas las partes del torso se mueven con cada inspiración. De hecho, los inventores han reconocido que, además del movimiento del torso con cada inspiración, también existe un movimiento diverso en la cabeza y las extremidades con cada inspiración. Se debe considerar el movimiento al suministrar una dosis de protones al cuerpo, ya que los protones se suministran preferentemente al tumor y no al tejido circundante. Por lo tanto, el movimiento produce una ambigüedad en cuanto a dónde reside el tumor con respecto a la trayectoria del haz. Para superar parcialmente esta preocupación, los protones se suministran en el mismo punto en cada uno de una serie de ciclos de respiración.Preferably, the patient's breathing pattern is monitored 2620. When a subject or patient 1430 is breathing, many parts of the body move with each inspiration. For example, when a subject inspires the lungs they move as well as relative positions of organs within the body, such as the stomach, kidneys, liver, thoracic muscles, skin, heart and lungs. Generally, most or all parts of the torso move with each inspiration. In fact, the inventors have recognized that, in addition to the movement of the torso with each inspiration, there is also a diverse movement in the head and extremities with each inspiration. Movement should be considered when delivering a dose of protons to the body, since protons are preferably supplied to the tumor and not to the surrounding tissue. Therefore, the movement produces an ambiguity as to where the tumor resides with respect to the path of the beam. To partially overcome this concern, protons are supplied at the same point in each of a series of breathing cycles.

Inicialmente se determina 2620 un patrón rítmico de respiración o inspiración de un sujeto. El ciclo se observa o se mide. Por ejemplo, un operador de haz de rayos X o un operador de haces de protones pueden observar cuándo un sujeto está respirando o entre inspiraciones y puede sincronizar el tiempo de suministro de los protones a un período dado de cada inspiración. Como alternativa, se le dice al sujeto que inhale, exhale y contenga la respiración y los protones se suministran durante el período de tiempo ordenado.Initially 2620 determines a rhythmic pattern of breathing or inspiration of a subject. The cycle is observed or measured. For example, an X-ray beam operator or a proton beam operator can observe when a subject is breathing or between inspirations and can synchronize the proton delivery time to a given period of each inspiration. As an alternative, the subject is told to inhale, exhale and hold his breath and the protons are supplied during the ordered period of time.

Preferentemente, se usan uno o más sensores para determinar el ciclo de respiración del individuo. Se proporcionan dos ejemplos de un sistema de monitorización de la respiración: (1) un sistema de monitorización térmica y (2) un sistema de monitorización de fuerza.Preferably, one or more sensors are used to determine the individual's breathing cycle. Two examples of a breathing monitoring system are provided: (1) a thermal monitoring system and (2) a force monitoring system.

Se proporciona un primer ejemplo del sistema de monitorización térmica de la respiración. En el sistema de monitorización térmica de la respiración, un sensor 2470 se coloca cerca de la nariz y/o la boca del paciente. Dado que la mandíbula del paciente está opcionalmente restringida, tal como se ha descrito más arriba, el sistema de monitorización térmica de la respiración se coloca preferentemente en la trayectoria de exhalación nasal del paciente. Para evitar interferencia estérica de los componentes del sistema sensor térmico con terapia con protones, el sistema de monitorización térmica de la respiración se usa preferentemente cuando se trata un tumor no ubicado en la cabeza o el cuello, tal como cuando se trata un tumor en el torso o las extremidades. En el sistema de monitorización térmica, se usa una primera resistencia térmica 2570 para monitorizar el ciclo de respiración del paciente y/o la ubicación en el ciclo de respiración del paciente. Preferentemente, la primera resistencia térmica 2570 se coloca cerca de la nariz del paciente, de modo que el paciente al exhalar a través de su nariz sobre la primera resistencia térmica 2570 calienta la primera resistencia térmica 2570 indicando una exhalación. Preferentemente, una segunda resistencia térmica 2560 funciona como un sensor de la temperatura ambiental. La segunda resistencia térmica 2560 se coloca preferentemente fuera de la trayectoria de exhalación del paciente pero en el entorno local de la misma sala que la primera resistencia térmica 2570. La señal generada, tal como corriente proveniente de las resistencias térmicas 2570, se convierte preferentemente en tensión y se comunica con el controlador principal 110 o un subcontrolador del controlador principal. Preferentemente, la segunda resistencia térmica se usa para ajustar la fluctuación de temperatura ambiental que es parte de una señal de la primera resistencia térmica 2570, tal como calculando una diferencia entre valores de las resistencias térmicas 2560, 2570 para producir una lectura más exacta del ciclo de respiración del paciente.A first example of the thermal respiration monitoring system is provided. In the thermal respiration monitoring system, a 2470 sensor is placed near the nose and / or mouth of the patient. Since the patient's jaw is optionally restricted, as described above, the thermal breathing monitoring system is preferably placed in the patient's nasal exhalation path. To avoid steric interference of the components of the thermal sensor system with proton therapy, the thermal respiration monitoring system is preferably used when treating a tumor not located in the head or neck, such as when treating a tumor in the torso or extremities In the thermal monitoring system, a first thermal resistance 2570 is used to monitor the patient's breathing cycle and / or the location in the patient's breathing cycle. Preferably, the first thermal resistance 2570 is placed near the patient's nose, so that when the patient exhales through his nose over the first thermal resistance 2570 heats the first thermal resistance 2570 indicating an exhalation. Preferably, a second thermal resistance 2560 functions as an ambient temperature sensor. The second thermal resistance 2560 is preferably placed outside the exhalation path of the patient but in the local environment of the same room as the first thermal resistance 2570. The generated signal, such as current from the thermal resistances 2570, is preferably converted into voltage and communicates with the main controller 110 or a subcontroller of the main controller. Preferably, the second thermal resistance is used to adjust the ambient temperature fluctuation that is part of a first thermal resistance 2570 signal, such as calculating a difference between thermal resistance values 2560, 2570 to produce a more accurate cycle reading. of patient breathing.

Se proporciona un segundo ejemplo del sistema de monitorización de fuerza/presión de la respiración. En el sistema de monitorización de fuerza de la respiración, se coloca un sensor en el torso. Para evitar interferencia estérica de los componentes del sistema sensor de fuerza con terapia con protones, el sistema de monitorización de fuerza de la respiración se usa preferentemente cuando se trata un tumor ubicado en la cabeza, el cuello o las extremidades. En el sistema de monitorización de fuerza, un cinturón o correa 2455 se coloca alrededor de un área del torso del paciente que se expande y se contrae con cada ciclo de respiración del paciente. El cinturón 2455 está preferentemente apretado alrededor del tórax del paciente y es flexible. Un medidor de fuerza 2457 está unido al cinturón y detecta el patrón de respiración del paciente. Las fuerzas aplicadas al medidor de fuerza 2457 se correlacionan con periodos del ciclo de respiración. Las señales provenientes del medidor de fuerza 2457 se comunican preferentemente con el controlador principal 110 o un subcontrolador del controlador principal.A second example of the breathing force / pressure monitoring system is provided. In the breathing force monitoring system, a sensor is placed on the torso. To avoid steric interference of the components of the force sensing system with proton therapy, the breathing force monitoring system is preferably used when treating a tumor located in the head, neck or extremities. In the force monitoring system, a belt or belt 2455 is placed around an area of the patient's torso that expands and contracts with each patient's breathing cycle. The belt 2455 is preferably tight around the patient's chest and is flexible. A force meter 2457 is attached to the belt and detects the patient's breathing pattern. The forces applied to the force meter 2457 correlate with periods of the breathing cycle. The signals from the force meter 2457 preferably communicate with the main controller 110 or a subcontroller of the main controller.

Control de la respiraciónBreath control

Con referencia ahora a la figura 26, una vez que se determina el patrón rítmico de la respiración o inspiración del sujeto, una señal se suministra opcionalmente al sujeto para controlar de forma más precisa la frecuenciaReferring now to Figure 26, once the rhythmic pattern of the subject's breathing or inspiration is determined, a signal is optionally supplied to the subject to more accurately control the frequency

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respiratoria 2630. Por ejemplo, una pantalla de visualización 2490 se coloca enfrente del sujeto indicando al sujeto cuándo contener la respiración y cuándo respirar. Normalmente, un módulo de control de la respiración usa la entrada de uno o más de los sensores de respiración. Por ejemplo, la entrada se usa para determinar cuándo se debe completar la siguiente exhalación. En el fondo de la inspiración, el módulo de control visualiza una señal de contención de la respiración al sujeto, tal como en un monitor, a través de una señal oral, comando de voz digitalizado y generado automáticamente, o mediante una señal de control visual. Preferentemente, un monitor de visualización 2490 se coloca enfrente del sujeto y el monitor muestra órdenes de respiración para el sujeto. Normalmente, al sujeto se le indica que contenga la respiración durante un corto período de tiempo, tal como aproximadamente ^, 1, 2, 3, 5 o 10 segundos. El período de tiempo en que se contiene la respiración se sincroniza preferentemente con el tiempo de suministro del haz de protones al tumor, que es aproximadamente ^, 1, 2 o 3 segundos. Aunque se prefiere el suministro de los protones al final de la inspiración, los protones se suministran opcionalmente en cualquier punto en el ciclo de respiración, tal como cuando se inhala por completo. El suministro en la parte superior de la inspiración o cuando al paciente se le indica que inhale profundamente y contenga la respiración mediante el módulo de control de la respiración, se realiza opcionalmente porque, en la parte superior de la inspiración, la cavidad torácica es más grande y para algunos tumores la distancia entre el tumor y el tejido circundante está maximizada o el tejido circundante se minimiza como resultado del aumento del volumen. Por lo tanto, los protones que golpean el tejido circundante se reducen al mínimo. Opcionalmente, la pantalla de visualización le dice al sujeto cuando están a punto de pedirle que contenga la respiración, tal como con una cuenta atrás de 3, 2, 1, segundos, de forma que el sujeto sea consciente de la tarea que están a punto de realizar.respiratory 2630. For example, a 2490 display screen is placed in front of the subject indicating to the subject when to hold the breath and when to breathe. Normally, a breathing control module uses the input of one or more of the breathing sensors. For example, the entry is used to determine when the next exhalation should be completed. At the bottom of the inspiration, the control module displays a breath containment signal to the subject, such as on a monitor, through an oral signal, digitized and automatically generated voice command, or through a visual control signal . Preferably, a display monitor 2490 is placed in front of the subject and the monitor displays breathing orders for the subject. Normally, the subject is instructed to hold his breath for a short period of time, such as about ^, 1, 2, 3, 5 or 10 seconds. The period of time in which the breath is contained is preferably synchronized with the time of delivery of the proton beam to the tumor, which is approximately ^, 1, 2 or 3 seconds. Although the delivery of the protons at the end of the inspiration is preferred, the protons are optionally supplied at any point in the breathing cycle, such as when inhaled completely. The supply at the top of the inspiration or when the patient is instructed to inhale deeply and hold the breath through the breathing control module, is optionally done because, at the top of the inspiration, the thoracic cavity is more large and for some tumors the distance between the tumor and the surrounding tissue is maximized or the surrounding tissue is minimized as a result of the increase in volume. Therefore, the protons that hit the surrounding tissue are minimized. Optionally, the display screen tells the subject when they are about to ask you to hold your breath, such as with a countdown of 3, 2, 1, seconds, so that the subject is aware of the task they are about to perform

Sincronización de la terapia con haces de protones con la respiraciónSynchronization of proton beam therapy with breathing

Se usa un algoritmo de control del suministro de protones para sincronizar el suministro de los protones al tumor dentro de un periodo dado de cada inspiración, tal como al inicio o al final de una inspiración cuando el sujeto está conteniendo la respiración. El algoritmo de control del suministro de protones está preferentemente integrado con el módulo de control de la respiración. De este modo, el algoritmo de control del suministro de protones sabe cuándo está respirando el sujeto, dónde está el sujeto en el ciclo de respiración, y/o cuándo está el sujeto conteniendo la respiración. El algoritmo de control del suministro de protones controla cuándo son inyectados y/o inflexados los protones en el sincrotrón, cuándo se aplica una señal de RF para inducir una oscilación, tal como se ha descrito más arriba, y cuando se aplica una tensión de CC para extraer protones del sincrotrón, tal como se ha descrito más arriba. Normalmente, el algoritmo de control del suministro de protones inicia la inflexión de protones y la posterior oscilación inducida por RF antes de que al sujeto se le indique que contenga la respiración o antes del período identificado del ciclo de respiración seleccionado para un tiempo de suministro de protones. De esta manera, el algoritmo de control del suministro de protones puede liberar protones en un período seleccionado del ciclo de respiración suministrando simultáneamente o casi simultáneamente la alta tensión de CC al segundo par de placas, descrito más arriba, lo que da como resultado la extracción del protones del sincrotrón y el posterior suministro al sujeto en el punto temporal seleccionado. Dado que el período de aceleración de los protones en el sincrotrón es constante o conocido para un nivel de energía deseado del haz de protones, el algoritmo de control del suministro de protones se usa para establecer una señal de RF de CA que coincida con el ciclo de respiración o ciclo de respiración dirigida del sujeto.A proton supply control algorithm is used to synchronize the proton supply to the tumor within a given period of each inspiration, such as at the beginning or end of an inspiration when the subject is holding his breath. The proton supply control algorithm is preferably integrated with the breathing control module. Thus, the proton supply control algorithm knows when the subject is breathing, where the subject is in the breathing cycle, and / or when the subject is holding the breath. The proton supply control algorithm controls when the protons are injected and / or inflated into the synchrotron, when an RF signal is applied to induce an oscillation, as described above, and when a DC voltage is applied to extract protons from the synchrotron, as described above. Normally, the proton supply control algorithm initiates proton inflection and subsequent RF-induced oscillation before the subject is instructed to hold the breath or before the identified period of the selected breathing cycle for a supply time of protons In this way, the proton supply control algorithm can release protons in a selected period of the breathing cycle by simultaneously or almost simultaneously supplying the high DC voltage to the second pair of plates, described above, which results in the extraction of the synchrotron protons and the subsequent supply to the subject at the selected time point. Since the acceleration period of the protons in the synchrotron is constant or known for a desired energy level of the proton beam, the proton supply control algorithm is used to establish an AC RF signal that matches the cycle of breathing or directed breathing cycle of the subject.

DESARROLLO E IMPLEMENTACIÓN DE UN PLAN DE IRRADIACIÓN DEL TUMORDEVELOPMENT AND IMPLEMENTATION OF A TUMOR IRRADIATION PLAN

Se realizan una serie de etapas para diseñar y ejecutar un plan de tratamiento con radiación para tratar un tumor 1420 en un paciente 1430. Las etapas incluyen una o más de:A series of stages are performed to design and execute a radiation treatment plan to treat a 1420 tumor in a 1430 patient. The stages include one or more of:

- colocar e inmovilizar al paciente;- place and immobilize the patient;

- registrar la posición del paciente;- record the patient's position;

- monitorizar la respiración del paciente;- monitor the patient's breathing;

- controlar la respiración del paciente;- control the patient's breathing;

- recoger imágenes multicampo del paciente para determinar la ubicación del tumor con respecto a constituyentes del cuerpo;- collect multi-field images of the patient to determine the location of the tumor with respect to body constituents

- desarrollar un plan de tratamiento con radiación;- develop a radiation treatment plan;

- recolocar el paciente;- reposition the patient;

- verificar la ubicación del tumor; e- verify the location of the tumor; and

- irradiar el tumor.- irradiate the tumor.

En esta sección, se presenta inicialmente una descripción general del desarrollo del plan de irradiación y la posterior implementación del plan de irradiación, las etapas individuales se describen con más detalle y luego se describe un ejemplo más detallado del proceso.In this section, a general description of the development of the irradiation plan and the subsequent implementation of the irradiation plan is initially presented, the individual steps are described in more detail and then a more detailed example of the process is described.

Con referencia ahora a la figura 27, se proporciona una descripción general de un sistema para el desarrollo de un plan de irradiación y la posterior implementación del plan de irradiación 2700. Preferentemente, todos los elementos del sistema 2700 de colocación, monitorización de la respiración, imagenología, e irradiación de tumores están bajoReferring now to Figure 27, a general description of a system for the development of an irradiation plan and the subsequent implementation of the irradiation plan 2700 is provided. Preferably, all the elements of the system 2700 for placement, monitoring of respiration, Imaging, and irradiation of tumors are under

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el control del controlador principal 110.main controller control 110.

Inicialmente, el volumen que contiene un tumor del paciente 1430 se coloca y se inmoviliza 2710 en una posición controlada y reproducible. El proceso de colocación e inmovilización 2710 del paciente 1430 se reitera preferentemente 2712 hasta que se acepta la posición. La posición preferentemente se registra digitalmente 2715 y se usa más tarde en una etapa de recolocación controlada por ordenador del paciente 2717 en los minutos o segundos antes de la implementación del elemento de irradiación 2770 del plan de tratamiento del tumor. El proceso de colocación del paciente de una manera reproducible y alinear de forma reproducible el paciente 1430 a la posición controlada se describe adicionalmente, más adelante.Initially, the volume containing a tumor of patient 1430 is placed and 2710 is immobilized in a controlled and reproducible position. The process of placement and immobilization 2710 of patient 1430 is preferably repeated 2712 until the position is accepted. The position is preferably digitally recorded 2715 and is used later in a computer-controlled repositioning stage of patient 2717 in the minutes or seconds before the implementation of irradiation element 2770 of the tumor treatment plan. The process of placing the patient in a reproducible manner and reproducibly aligning the patient 1430 to the controlled position is described further below.

Posteriormente a la colocación del paciente 2710, las etapas de monitorización 2720 y preferentemente control 2730 del ciclo de respiración del paciente 1430 se realizan preferentemente para producir una colocación más precisa del tumor 1420 con respecto a otros constituyentes del cuerpo, tal como se ha descrito más arriba. A continuación se recogen 2740 imágenes multicampo del tumor en la posición controlada, inmovilizada y reproducible. Por ejemplo, se recogen imágenes radiográficas multicampo del tumor 1420 usando la fuente de rayos X próxima a la trayectoria del haz de protones, tal como se ha descrito más arriba. Las imágenes multicampo son opcionalmente de tres o más posiciones y/o se recogen mientras al paciente se le hace rotar, tal como se ha descrito más arriba.After placement of patient 2710, the monitoring stages 2720 and preferably control 2730 of the patient's breathing cycle 1430 are preferably performed to produce a more precise placement of the tumor 1420 with respect to other body constituents, as described more above. Next, 2740 multicampo images of the tumor in the controlled, immobilized and reproducible position are collected. For example, multi-field radiographic images of tumor 1420 are collected using the X-ray source near the path of the proton beam, as described above. Multi-field images are optionally of three or more positions and / or collected while the patient is rotated, as described above.

En este punto, el paciente 1430 se mantiene en la posición de tratamiento o se le permite moverse desde la posición de tratamiento controlada mientras un oncólogo procesa las imágenes multicampo 2745 y genera un plan de tratamiento 2750 del tumor usando las imágenes multicampo. Opcionalmente, el plan de irradiación del tumor se implementa 2770 en este punto en el tiempo.At this point, patient 1430 remains in the treatment position or is allowed to move from the controlled treatment position while an oncologist processes the 2745 multicampo images and generates a 2750 tumor treatment plan using the multicampo images. Optionally, the tumor irradiation plan is implemented 2770 at this point in time.

Normalmente, en una visita posterior al centro de tratamiento, el paciente 1430 se recoloca 3817. Preferentemente, el ciclo de respiración del paciente se monitoriza 2722 y/o se controla 2732 de nuevo, tal como mediante el uso de los sensores de monitorización térmica de la respiración, el sensor de monitorización de fuerza de la respiración, y/o mediante órdenes enviadas al monitor de visualización 2490, descrito más arriba. Una vez recolocado, se recogen imágenes de verificación 2760, tales como como imágenes radiográficas de verificación de la ubicación desde 1, 2 o 3 direcciones. Por ejemplo, se recogen imágenes de verificación con el paciente enfrentado al haz de protones y a ángulos de rotación de 90, 180 y 270 grados desde esta posición. En este punto, comparando las imágenes de verificación con las imágenes multicampo originales usadas en la generación del plan de tratamiento, el algoritmo o preferentemente el oncólogo determina si el tumor 1420 está suficientemente recolocado 2765 con respecto a otras partes del cuerpo para permitir el inicio de la irradiación del tumor usando el haz de partículas cargadas. Esencialmente, la etapa de aceptar la posición final del paciente 2765 es una característica de seguridad usada para verificar que el tumor 1420 en el paciente 1430 no se ha desplazado o crecido más allá de especificaciones establecidas. En este punto, la terapia con haces de partículas cargadas comienza 2770. Preferentemente, la respiración del paciente se monitoriza 2620 y/o se controla 2630, tal como se ha descrito más arriba, antes del comienzo del tratamiento 2770 con haces de partículas cargadas.Normally, at a subsequent visit to the treatment center, the patient 1430 is relocated 3817. Preferably, the patient's breathing cycle is monitored 2722 and / or 2732 is controlled again, such as by the use of thermal monitoring sensors. the breath, the breathing force monitoring sensor, and / or by orders sent to the display monitor 2490, described above. Once repositioned, 2760 verification images are collected, such as radiographic images of location verification from 1, 2 or 3 directions. For example, verification images are collected with the patient facing the proton beam and at rotation angles of 90, 180 and 270 degrees from this position. At this point, by comparing the verification images with the original multi-field images used in the generation of the treatment plan, the algorithm or preferably the oncologist determines if the tumor 1420 is sufficiently repositioned 2765 with respect to other parts of the body to allow the onset of irradiation of the tumor using the beam of charged particles. Essentially, the step of accepting the final position of patient 2765 is a safety feature used to verify that the tumor 1420 in patient 1430 has not moved or grown beyond established specifications. At this point, therapy with charged particle beams begins 2770. Preferably, the patient's breathing is monitored 2620 and / or 2630 is controlled, as described above, before the start of treatment 2770 with charged particle beams.

Opcionalmente, se realiza imagenología radiográfica simultánea 2790 del tumor 1420 durante el procedimiento de irradiación multicampo de haces de protones y el controlador principal 110 usa las imágenes radiográficas para adaptar el plan de tratamiento con radiación en tiempo real para tener en cuenta pequeñas variaciones en el movimiento del tumor 1420 dentro del paciente 1430.Optionally, simultaneous radiographic imaging 2790 of the tumor 1420 is performed during the proton beam multi-field irradiation procedure and the main controller 110 uses the radiographic images to adapt the real-time radiation treatment plan to account for small variations in movement of tumor 1420 within patient 1430.

En el presente documento, la etapa de monitorización 2720, 2722, 2620 y de control 2730, 2732, 2630 de la respiración del paciente es opcional, pero preferida. Las etapas de monitorización y de control de la respiración del paciente se realizan antes de y/o durante las etapas de imagenología multicampo 2740, la verificación de la posición 2760, y/o irradiación del tumor 2770.Here, the monitoring stage 2720, 2722, 2620 and control 2730, 2732, 2630 of the patient's breathing is optional, but preferred. The stages of monitoring and controlling the patient's breathing are performed before and / or during the 2740 multi-field imaging stages, the 2760 position verification, and / or the 2770 tumor irradiation.

Las etapas de colocación del paciente 2710 y recolocación del paciente 2717 se describen adicionalmente más adelante.The stages of positioning of patient 2710 and repositioning of patient 2717 are described further below.

Aceleración de partículas cargadas y frecuencia respiratoria coordinadasAcceleration of charged particles and coordinated respiratory rate

En otra realización más, el acelerador de partículas cargadas se sincroniza con el ciclo de respiración del paciente. Más particularmente, la eficiencia de uso del ciclo de aceleración del sincrotrón se mejora ajustando el ciclo de aceleración del sincrotrón para que se correlacione con el ciclo de respiración de un paciente. En el presente documento, eficacia se refiere al ciclo de trabajo, el porcentaje de ciclos de aceleración usados para suministrar partículas cargadas al tumor, y/o la fracción de tiempo en que las partículas cargadas son suministradas al tumor desde el sincrotrón. El sistema detecta la respiración del paciente y controla la sincronización de formación de haces de iones negativos, la inyección de partículas cargadas en un sincrotrón, la aceleración de las partículas cargadas, y/o la extracción para producir suministro de las partículas al tumor en un período predeterminado del ciclo de respiración del paciente. Preferentemente, uno o más campos magnéticos en el sincrotrón 130 se estabilizan mediante el uso de un bucle de retroalimentación, lo que permite un cambio rápido de los niveles de energía y/o elIn yet another embodiment, the charged particle accelerator is synchronized with the patient's breathing cycle. More particularly, the efficiency of use of the synchrotron acceleration cycle is improved by adjusting the synchrotron acceleration cycle so that it correlates with a patient's breathing cycle. In this document, efficacy refers to the duty cycle, the percentage of acceleration cycles used to deliver charged particles to the tumor, and / or the fraction of time in which the charged particles are delivered to the tumor from the synchrotron. The system detects the patient's breathing and controls the synchronization of negative ion beam formation, the injection of charged particles into a synchrotron, the acceleration of the charged particles, and / or the extraction to produce supply of the particles to the tumor in a predetermined period of the patient's breathing cycle. Preferably, one or more magnetic fields in the synchrotron 130 are stabilized by the use of a feedback loop, which allows a rapid change in energy levels and / or the

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tiempo de extracción de un pulso a otro. Además, el bucle de retroalimentación permite que el control de la aceleración/extracción se correlacione con una frecuencia respiratoria cambiante del paciente. El control independiente de la energía y la intensidad de la partícula cargada se mantiene durante la terapia de irradiación sincronizada. La irradiación multicampo garantiza el suministro eficiente de la energía del pico de Bragg al tumor al tiempo que distribuye la energía de entrada alrededor del tumor.extraction time from one pulse to another. In addition, the feedback loop allows the acceleration / extraction control to be correlated with a changing respiratory rate of the patient. The independent control of the energy and intensity of the charged particle is maintained during synchronized irradiation therapy. Multi-field irradiation ensures efficient supply of energy from the Bragg peak to the tumor while distributing the input energy around the tumor.

En un ejemplo, un sensor, tal como el primer sensor térmico 2570 o el segundo sensor térmico 2560, se usa para monitorizar la respiración de un paciente. Un controlador, tal como el controlador principal 110, controla a continuación la formación y el suministro de partículas cargadas para producir un haz de partículas cargadas suministrado en un punto o periodo de duración determinado del ciclo de respiración, lo que garantiza un suministro preciso y exacto de radiación a un tumor que se mueve durante el proceso de respiración. Los elementos de terapia con partículas cargadas opcionales controlados por el controlador incluyen el sistema inyector 120, acelerador 132 y/o de extracción 134. Los elementos opcionalmente controlados en el sistema inyector 120 incluyen: inyección de hidrógeno gaseoso en una fuente de iones negativos 310, generación de un plasma de alta energía dentro de la fuente de iones negativos, filtración del plasma de alta energía con un campo magnético, extracción de un ion negativo de la fuente de iones negativos, enfoque del haz de iones negativos 319, y/o inyección de un haz de iones positivos 262 resultante en el sincrotrón 130. Los elementos opcionalmente controlados en el acelerador 132 incluyen: bobinas aceleradoras, campos magnéticos aplicados en imanes de giro, y/o corriente aplicada a bobinas de corrección en el sincrotrón. Los elementos opcionalmente controlados en el sistema de extracción 134 incluyen: campos de radiofrecuencia en un elemento de extracción y/o campos aplicados en un proceso de extracción. Usando el sensor de respiración para controlar el suministro del haz de partículas cargadas al tumor durante un periodo establecido del ciclo de respiración, el periodo de suministro de la partícula cargada al tumor es ajustable a una frecuencia respiratoria variable. De este modo, si el paciente respira más rápido, el haz de partículas cargadas es suministrado al tumor con más frecuencia y si el paciente respira más lento, entonces el haz de partículas cargadas es suministrado el tumor con menor frecuencia. Opcionalmente, el haz de partículas cargadas es suministrado al tumor con cada inspiración del paciente independientemente de la frecuencia respiratoria cambiante del paciente. Esto contrasta fuertemente con un sistema donde el haz de partículas cargadas suministra energía en un intervalo de tiempo fijo y el paciente debe ajustar su frecuencia respiratoria para que coincida con el período de suministro de energía del acelerador y si la frecuencia respiratoria del paciente no coincide con el período fijo del acelerador, entonces ese ciclo del acelerador no se suministra al tumor y la eficacia de uso de la aceleración se reduce.In one example, a sensor, such as the first thermal sensor 2570 or the second thermal sensor 2560, is used to monitor a patient's breathing. A controller, such as the main controller 110, then controls the formation and supply of charged particles to produce a bundle of charged particles delivered at a given point or period of duration of the breathing cycle, which guarantees a precise and accurate supply of radiation to a tumor that moves during the breathing process. The optional charged particle therapy elements controlled by the controller include the injector system 120, accelerator 132 and / or extraction 134. The elements optionally controlled in the injector system 120 include: injection of hydrogen gas into a negative ion source 310, generation of a high energy plasma within the negative ion source, high energy plasma filtration with a magnetic field, extraction of a negative ion from the negative ion source, negative ion beam approach 319, and / or injection of a positive ion beam 262 resulting in the synchrotron 130. The elements optionally controlled in the throttle 132 include: accelerator coils, magnetic fields applied in rotating magnets, and / or current applied to correction coils in the synchrotron. Optionally controlled elements in the extraction system 134 include: radio frequency fields in an extraction element and / or fields applied in an extraction process. Using the breathing sensor to control the supply of the charged particle beam to the tumor during an established period of the breathing cycle, the delivery period of the charged particle to the tumor is adjustable at a variable respiratory rate. Thus, if the patient breathes faster, the bundle of charged particles is supplied to the tumor more frequently and if the patient breathes slower, then the beam of charged particles is delivered the tumor less frequently. Optionally, the bundle of charged particles is supplied to the tumor with each patient inspiration regardless of the patient's changing respiratory rate. This contrasts sharply with a system where the beam of charged particles supplies energy in a fixed time interval and the patient must adjust his respiratory rate to match the accelerator's energy supply period and if the patient's respiratory rate does not match the fixed accelerator period, then that accelerator cycle is not supplied to the tumor and the efficiency of acceleration use is reduced.

Normalmente, en un acelerador, la corriente se estabiliza. Un problema con los aceleradores estabilizados en corriente es que los imanes usados tienen memoria en términos tanto de magnitud como de amplitud de onda sinusoidal. Por lo tanto, en un sistema tradicional, para cambiar la frecuencia de circulación del haz de partículas cargadas en un sincrotrón, se deben usar cambios lentos en la corriente. Sin embargo, en un segundo ejemplo, el campo magnético que controla la circulación de las partículas cargadas alrededor del sincrotrón está estabilizado. El campo magnético se estabiliza mediante el uso de: (1) sensores del campo magnético que detectan el campo magnético alrededor de las partículas cargadas circulantes y (2) un bucle de retroalimentación a través de un controlador or controlador principal 110 que controla el campo magnético alrededor de las partículas cargadas circulantes. El bucle de retroalimentación se usa opcionalmente como un control de retroalimentación para la primera bobina de enrollamiento 850 y la segunda bobina de enrollamiento 860. Sin embargo, preferentemente el bucle de retroalimentación se usa para controlar las bobinas de corrección 852, 862, descritas más arriba. Con el uso del bucle de retroalimentación descrito en el presente documento que usa los sensores del campo magnético, la frecuencia y el nivel de energía del sincrotrón son rápidamente ajustables y el problema se supera. Además, el uso de las bobinas de corrección más pequeñas 852, 862 permite el rápido ajuste del acelerador en comparación con el uso de las bobinas de enrollamiento más grandes 850, 860, descritas más arriba. Más particularmente, el control de retroalimentación permite un ajuste de la energía del acelerador de un pulso a otro en el sincrotrón 130.Normally, in an accelerator, the current stabilizes. A problem with the current stabilized accelerators is that the magnets used have memory in terms of both magnitude and sine wave amplitude. Therefore, in a traditional system, to change the frequency of circulation of the beam of charged particles in a synchrotron, slow changes in the current must be used. However, in a second example, the magnetic field that controls the circulation of charged particles around the synchrotron is stabilized. The magnetic field is stabilized by the use of: (1) magnetic field sensors that detect the magnetic field around the circulating charged particles and (2) a feedback loop through a main controller 110 that controls the magnetic field around the circulating charged particles. The feedback loop is optionally used as a feedback control for the first winding coil 850 and the second winding coil 860. However, preferably the feedback loop is used to control the correction coils 852, 862, described above. . With the use of the feedback loop described in this document using the magnetic field sensors, the frequency and energy level of the synchrotron are quickly adjustable and the problem is overcome. In addition, the use of the smaller correction coils 852, 862 allows rapid throttle adjustment compared to the use of the larger winding coils 850, 860, described above. More particularly, the feedback control allows an adjustment of the throttle energy from one pulse to another in the synchrotron 130.

En esta sección, el primer ejemplo produjo suministro del haz de partículas cargadas durante un periodo particular del ciclo de respiración del paciente incluso si el periodo de respiración del paciente está variando. En esta sección, el segundo ejemplo usó un sensor del campo magnético y un bucle de retroalimentación a las bobinas de corrección 852, 862 para ajustar rápidamente la energía del acelerador de un pulso a otro. En un tercer ejemplo, el sensor de respiración del primer ejemplo se combina con el sensor del campo magnético del segundo ejemplo para controlar tanto la sincronización del suministro del haz de partículas cargadas desde el acelerador como la energía del haz de partículas cargadas desde el acelerador. Más particularmente, la sincronización del suministro de partículas cargadas se controla usando el sensor de respiración, tal como se ha descrito más arriba, y la energía del haz de partículas cargadas se controla usando los sensores del campo magnético y el bucle de retroalimentación, tal como se ha descrito más arriba. Aún más particularmente, un controlador del campo magnético, tal como el controlador principal 110, toma la entrada proveniente del sensor de respiración y usa la entrada como: (1) un control de retroalimentación a los campos magnéticos que controla la energía de las partículas cargadas circulantes y (2) como un control de retroalimentación para sincronizar el pulso del acelerador de partículas cargadas con el ciclo de respiración del paciente. Esta combinación permite el suministro del haz de partículas cargadas al tumor con cada inspiración del paciente, incluso si la frecuencia respiratoria del paciente varía. De esta manera, la eficacia delIn this section, the first example produced a supply of the charged particle beam during a particular period of the patient's breathing cycle even if the patient's breathing period is varying. In this section, the second example used a magnetic field sensor and a feedback loop to the correction coils 852, 862 to quickly adjust the throttle energy from one pulse to another. In a third example, the breathing sensor of the first example is combined with the magnetic field sensor of the second example to control both the timing of the supply of the charged particle beam from the accelerator and the energy of the particle beam charged from the accelerator. More particularly, the synchronization of the charged particle supply is controlled using the breathing sensor, as described above, and the energy of the charged particle beam is controlled using the magnetic field sensors and the feedback loop, such as It has been described above. Even more particularly, a magnetic field controller, such as the main controller 110, takes the input from the breathing sensor and uses the input as: (1) a magnetic field feedback control that controls the energy of the charged particles circulating and (2) as a feedback control to synchronize the accelerator pulse of charged particles with the patient's breathing cycle. This combination allows the delivery of the bundle of charged particles to the tumor with each patient inspiration, even if the patient's respiratory rate varies. In this way, the effectiveness of

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acelerador aumenta ya que el sistema de tratamiento del cáncer no necesita perder ciclos cuando la respiración del paciente no está en fase con la velocidad de generación de partículas cargadas del sincrotrón.Accelerator increases since the cancer treatment system does not need to lose cycles when the patient's breathing is not in phase with the speed of generating charged particles of the synchrotron.

Con referencia ahora a la figura 28, se describe adicionalmente el uso combinado del sensor de respiración y el sensor del campo magnético 2800 para suministrar partículas cargadas a energía variable y a intervalos de tiempo variables. El controlador principal 110 controla el sistema de inyección 120, el sistema de aceleración 132 de partículas cargadas, el sistema de extracción 134, y el sistema de direccionamiento/suministro 140. En esta realización, se usa un sistema de monitorización 2810 de la respiración del módulo 150 de interfaz del paciente como una entrada a un controlador 2820 del campo magnético. Una segunda entrada al controlador 2820 del campo magnético es un sensor 2850 del campo magnético. En un caso, las frecuencias respiratorias provenientes del sistema de monitorización 2810 de la respiración son alimentadas al controlador principal 130, que controla el sistema de inyección 120 y/o componentes del sistema de aceleración 132 para producir un haz de partículas cargadas en un periodo elegido del ciclo de respiración, tal como se ha descrito más arriba. En un segundo caso, los datos de respiración provenientes del sistema de monitorización de la respiración se usan como una entrada al controlador 2820 del campo magnético. El controlador del campo magnético también recibe una entrada de retroalimentación proveniente del sensor 2850 del campo magnético. El controlador del campo magnético sincroniza de este modo el suministro de energía de partículas cargadas para que se correlacione con frecuencias respiratorias detectadas y suministra niveles de energía del haz de partículas cargadas que son rápidamente ajustables con cada pulso del acelerador usando el bucle de retroalimentación mediante el sensor 2850 del campo magnético.Referring now to Figure 28, the combined use of the breathing sensor and magnetic field sensor 2800 to deliver charged particles at variable energy and at varying time intervals is further described. The main controller 110 controls the injection system 120, the acceleration system 132 of charged particles, the extraction system 134, and the addressing / supply system 140. In this embodiment, a breathing monitoring system 2810 is used. Patient interface module 150 as an input to a magnetic field controller 2820. A second input to the magnetic field controller 2820 is a magnetic field sensor 2850. In one case, the respiratory frequencies from the breathing monitoring system 2810 are fed to the main controller 130, which controls the injection system 120 and / or components of the acceleration system 132 to produce a beam of charged particles in a chosen period. of the breathing cycle, as described above. In a second case, the respiration data from the respiration monitoring system is used as an input to the magnetic field controller 2820. The magnetic field controller also receives a feedback input from the 2850 magnetic field sensor. The magnetic field controller thus synchronizes the energy supply of charged particles to correlate with detected respiratory frequencies and supplies beam energy levels of charged particles that are rapidly adjustable with each accelerator pulse using the feedback loop through the 2850 magnetic field sensor.

Aún con referencia a la figura 28 y ahora adicionalmente con referencia a la figura 29, se usa un ejemplo adicional para clarificar el control del campo magnético usando un bucle de retroalimentación 2800 para cambiar los tiempos de suministro y/o los periodos de suministro de pulsos de protones. En un caso, un sensor respiratorio 2810 detecta el ciclo de respiración del paciente. El sensor respiratorio envía el patrón o la información de respiración del paciente a un algoritmo en el controlador 2820 del campo magnético, normalmente mediante el módulo 150 de interfaz del paciente y/o mediante el controlador principal 110 o un subcomponente del mismo. El algoritmo predice y/o mide cuándo está el paciente en un punto particular en el ciclo de respiración, tal como al inicio o al final de una inspiración. Se usan uno o más sensores 2850 del campo magnético como entradas al controlador 2820 del campo magnético, que controla una fuente de alimentación del imán para un campo magnético dado, tal como dentro de un primer imán de giro 420 de un sincrotrón 130. El bucle de retroalimentación de control se usa de este modo para sintonizar el sincrotrón a un nivel de energía seleccionado y para suministrar protones con la energía deseada en un punto seleccionado en el tiempo, tal como en un punto particular en el ciclo de respiración. El punto seleccionado en el ciclo de respiración está opcionalmente en cualquier lugar del ciclo de respiración y/o durante cualquier duración durante el ciclo de respiración. Como se ilustra en la figura 29, el período de tiempo seleccionado está en la parte superior de una inspiración durante un período de aproximadamente 0,1, 0,5, 1 segundo. Más particularmente, el controlador principal 110 controla la inyección de hidrógeno en el sistema de inyección, la formación del ion negativo 310, controla la extracción de iones negativos de la fuente 310 de iones negativos, controla la inyección 120 de protones en el sincrotrón 130, y/o controla la aceleración de los protones de una manera que, combinada con la extracción 134, libera los protones 140 al tumor en un punto seleccionado en el ciclo de respiración. La intensidad del haz de protones también es seleccionable y controlable por el controlador principal 130 en esta fase, tal como se ha descrito más arriba. El control de retroalimentación desde el controlador 2820 del campo magnético es opcionalmente para potencia o fuentes de alimentación para uno o ambos del imán desviador principal 250, descrito más arriba, o a las bobinas de corrección 852, 862 dentro del imán desviador principal 250. Teniendo corrientes aplicadas más pequeñas, las bobinas de corrección 852, 862 son rápidamente ajustables a una frecuencia de aceleración recién seleccionada o nivel de energía de partículas cargadas correspondiente. Particularmente, el controlador 2820 del campo magnético altera los campos aplicados a los imanes desviadores principales o las bobinas de corrección que están vinculadas al ciclo de respiración del paciente. Este sistema contrasta fuertemente con un sistema donde la corriente se estabiliza y el sincrotrón suministra pulsos con un período fijo. Preferentemente, la retroalimentación del diseño del campo magnético acoplado con las bobinas de corrección permite que el ciclo de extracción coincida con la frecuencia respiratoria variable del paciente, como cuando un primer período de respiración 2910, P1, no es igual a un segundo período de respiración 2920, P2.Still with reference to Figure 28 and now additionally with reference to Figure 29, an additional example is used to clarify the control of the magnetic field using a feedback loop 2800 to change supply times and / or pulse delivery periods. of protons In one case, a respiratory sensor 2810 detects the patient's breathing cycle. The respiratory sensor sends the patient's breathing pattern or information to an algorithm in the magnetic field controller 2820, usually by the patient interface module 150 and / or by the main controller 110 or a subcomponent thereof. The algorithm predicts and / or measures when the patient is at a particular point in the breathing cycle, such as at the beginning or end of an inspiration. One or more sensors 2850 of the magnetic field are used as inputs to the controller 2820 of the magnetic field, which controls a magnet power supply for a given magnetic field, such as within a first turning magnet 420 of a synchrotron 130. The loop Control feedback is used in this way to tune the synchrotron to a selected energy level and to supply protons with the desired energy at a selected point in time, such as at a particular point in the breathing cycle. The selected point in the breathing cycle is optionally anywhere in the breathing cycle and / or for any duration during the breathing cycle. As illustrated in Figure 29, the selected period of time is at the top of an inspiration for a period of approximately 0.1, 0.5, 1 second. More particularly, the main controller 110 controls the injection of hydrogen into the injection system, the formation of the negative ion 310, controls the negative ion extraction from the negative ion source 310, controls the injection 120 of protons into the synchrotron 130, and / or controls the acceleration of protons in a way that, combined with extraction 134, releases protons 140 to the tumor at a selected point in the breathing cycle. The intensity of the proton beam is also selectable and controllable by the main controller 130 in this phase, as described above. The feedback control from the magnetic field controller 2820 is optionally for power or power supplies for one or both of the main diverter magnet 250, described above, or to the correction coils 852, 862 within the main diverter magnet 250. Having currents Applied smaller, correction coils 852, 862 are quickly adjustable to a newly selected acceleration frequency or corresponding charged particle energy level. Particularly, the magnetic field controller 2820 alters the fields applied to the main diverter magnets or correction coils that are linked to the patient's breathing cycle. This system contrasts sharply with a system where the current stabilizes and the synchrotron supplies pulses with a fixed period. Preferably, the feedback of the magnetic field design coupled with the correction coils allows the extraction cycle to coincide with the variable respiratory rate of the patient, such as when a first breathing period 2910, P1, is not equal to a second breathing period. 2920, P2.

Recolocación del paciente controlada por ordenadorComputer-controlled patient repositioning

Uno o más de los componentes de la unidad de colocación del paciente y/o uno o más de los elementos de restricción de colocación del paciente están preferentemente bajo el control de un ordenador. Por ejemplo, el ordenador registra o controla la posición de los elementos de colocación 2415 del paciente, tal como registrando una serie de posiciones del motor conectado a mecanismos impulsores que mueven los elementos de colocación 2415 del paciente. Por ejemplo, el paciente se coloca inicialmente 2710 y se restringe mediante los elementos de restricción de colocación 2415 del paciente. La posición de cada una de los elementos de restricción de colocación del paciente es registrada y guardada por el controlador principal 110, por un subcontrolador del controlador principal 110, o por un controlador por ordenador separado. A continuación, se usan sistemas de imagenología para localizar el tumor 1420 en el paciente 1430 mientras que el paciente está en la orientación de tratamiento final. Preferentemente, cuando el paciente está en la posición controlada, se realiza imagenología multicampo, tal comoOne or more of the components of the patient placement unit and / or one or more of the patient placement restriction elements are preferably under the control of a computer. For example, the computer records or controls the position of the positioning elements 2415 of the patient, such as recording a series of positions of the motor connected to driving mechanisms that move the positioning elements 2415 of the patient. For example, the patient is initially placed 2710 and is restricted by the positioning restriction elements 2415 of the patient. The position of each of the patient placement restriction elements is recorded and saved by the main controller 110, by a subcontroller of the main controller 110, or by a separate computer controller. Next, imaging systems are used to locate the tumor 1420 in the patient 1430 while the patient is in the final treatment orientation. Preferably, when the patient is in the controlled position, multicampo imaging is performed, such as

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se describe en el presente documento. El sistema de imagenología 170 incluye uno o más de: RM, radiografías, TC, tomografía por haz de protones, y similares. El tiempo pasa opcionalmente en este punto mientras imágenes del sistema de imagenología 170 se analizan y se diseña un plan de tratamiento con terapia con protones. El paciente sele opcionalmente del sistema de restricción durante este periodo de tiempo, que pueden ser minutos, horas o días. Durante, y preferentemente después de, el retorno del paciente y la colocación inicial del paciente a la unidad de colocación del paciente, el ordenador devuelve las elementos de restricción de colocación del paciente a las posiciones registradas. Este sistema permite una rápida recolocación del paciente a la posición usada durante la imagenología y el desarrollo del plan de tratamiento por irradiación de partículas cargadas multicampo, lo que minimiza el tiempo de configuración de colocación del paciente y maximiza el tiempo que el sistema 100 de haces de partículas cargadas es usado para tratamiento del cáncer.It is described in this document. The imaging system 170 includes one or more of: MRI, radiographs, CT, proton beam tomography, and the like. Time passes optionally at this point while images of imaging system 170 are analyzed and a treatment plan with proton therapy is designed. The patient optionally selects the restriction system during this period of time, which may be minutes, hours or days. During, and preferably after, the return of the patient and the initial placement of the patient to the patient placement unit, the computer returns the patient placement restriction elements to the registered positions. This system allows a rapid repositioning of the patient to the position used during imaging and the development of the treatment plan by irradiation of multicamp charged particles, which minimizes the patient placement configuration time and maximizes the time that the beam system 100 of charged particles is used for cancer treatment.

Reproducción de la colocación y de la inmovilización del pacienteReproduction of patient placement and immobilization

En una realización, usando un sistema de colocación y de inmovilización 2400 del paciente, una región del paciente 1430 alrededor del tumor 1420 se coloca y se inmoviliza de forma reproducible, tal como con el sistema de colocación por traslación y rotación del paciente motorizado y/o con los elementos de restricción de colocación 1415 del paciente. Por ejemplo, uno de los sistemas de colocación descritos anteriormente 2400, tales como (1) el sistema de inmovilización parcial semivertical; (2) el sistema de inmovilización parcial sentado; o (3) el sistema de colocación tumbado se usa en combinación con el sistema de traslación y rotación del paciente para colocar el tumor 1420 del paciente 1430 con respecto a la trayectoria 268 del haz de protones. Preferentemente, el sistema de colocación y de inmovilización 2400 controla la posición del tumor 1420 con respecto a la trayectoria 268 del haz de protones, inmoviliza la posición del tumor 1420, y facilita la recolocación del tumor 1420 con respecto a la trayectoria 268 del haz de protones después de que el paciente 1430 se ha alejado de la trayectoria 268 del haz de protones, tal como durante el desarrollo del plan de tratamiento por irradiación 2750.In one embodiment, using a patient positioning and immobilization system 2400, a region of the patient 1430 around the tumor 1420 is placed and immobilized reproducibly, such as with the motorized patient translation and rotation placement system and / or with the 1415 placement restriction elements of the patient. For example, one of the positioning systems described above 2400, such as (1) the semi-vertical partial immobilization system; (2) the sitting partial immobilization system; or (3) the lying positioning system is used in combination with the patient's translation and rotation system to position the tumor 1420 of the patient 1430 with respect to the path 268 of the proton beam. Preferably, the positioning and immobilization system 2400 controls the position of the tumor 1420 with respect to the path 268 of the proton beam, immobilizes the position of the tumor 1420, and facilitates the repositioning of the tumor 1420 with respect to the path 268 of the beam of protons after patient 1430 has moved away from path 268 of the proton beam, such as during the development of the 2750 irradiation treatment plan.

Preferentemente, el tumor 1420 del paciente 1430 se coloca en términos de ubicación en 3-D y en términos de actitud de orientación. En el presente documento, la ubicación en 3-D se define en términos de los ejes x, y, y z, y la actitud de orientación es el estado de cabeceo, oscilación y balanceo. El cabeceo es la rotación de un plano alrededor del eje z, el balanceo es la rotación de un plano alrededor del eje x, y la oscilación es la rotación de un plano alrededor del eje y. La inclinación se usa para describir tanto el cabeceo como el balanceo. Preferentemente, el sistema de colocación y de inmovilización 2400 controla la ubicación del tumor 1420 con respecto a la trayectoria 268 del haz de protones en términos de al menos tres de y preferentemente en términos de cuatro, cinco o seis de: cabeceo, oscilación, balanceo, ubicación en el eje x, ubicación en el eje y y ubicación en el eje z.Preferably, tumor 1420 of patient 1430 is placed in terms of 3-D location and in terms of orientation attitude. In this document, the 3-D location is defined in terms of the x, y, and z axes, and the orientation attitude is the state of pitching, oscillation and balancing. Pitching is the rotation of a plane around the z axis, balancing is the rotation of a plane around the x axis, and the oscillation is the rotation of a plane around the y axis. The inclination is used to describe both pitch and roll. Preferably, the placement and immobilization system 2400 controls the location of the tumor 1420 with respect to the trajectory 268 of the proton beam in terms of at least three of and preferably in terms of four, five or six of: pitch, swing, swing , location on the x axis, location on the y axis, and location on the z axis.

SillaChair

El sistema de colocación y de inmovilización 2400 del paciente se describe adicionalmente usando un ejemplo de colocación de silla. Para mayor claridad, un caso de colocación e inmovilización de un tumor en un hombro se describe usando colocación de la silla. Usando el sistema de inmovilización semivertical, el paciente se coloca generalmente usando el soporte 2420 de asiento, el soporte 2460 para la rodilla y/o el soporte 2470 para el pie. Para colocar adicionalmente el hombro, un motor en el soporte 2430 para la espalda empuja contra el torso del paciente. Motores del soporte 2450 para el brazo adicionales alinean el brazo, tal como empujando con una primera fuerza en una dirección contra el codo del paciente y la muñeca del paciente se coloca usando una segunda fuerza en una dirección contraria. Esto restringe el movimiento del brazo, lo que ayuda a colocar el hombro. Opcionalmente, el soporte para la cabeza se coloca para restringir adicionalmente el movimiento del hombro aplicando tensión al cuello. Combinados, los elementos de restricción de colocación 2415 del paciente controlan la posición del tumor 1420 del paciente 1430 en al menos tres dimensiones y preferentemente controlan la posición del tumor 1420 en términos de todos de movimiento de oscilación, balanceo y cabeceo así como en términos de posición en el eje x, y y z. Por ejemplo, los elementos de restricción de colocación del paciente colocan el tumor 1420 y restringen el movimiento del tumor, tal como impidiendo que el paciente se desplome. Opcionalmente, sensores en uno o más de los elementos de restricción de colocación 2415 del paciente registran una fuerza aplicada. En un caso, el soporte del asiento detecta el peso y aplica una fuerza para soportar una fracción del peso del paciente, tal como aproximadamente el 50, 60, 70 u 80 por ciento del peso del paciente. En un segundo caso, una fuerza aplicada al cuello, el brazo y/o la pierna es registrada.The patient positioning and immobilization system 2400 is further described using an example of chair placement. For clarity, a case of placement and immobilization of a tumor in a shoulder is described using chair placement. Using the semi-vertical immobilization system, the patient is generally positioned using the seat support 2420, the knee support 2460 and / or the foot support 2470. To additionally place the shoulder, a motor in the 2430 support for the back pushes against the patient's torso. Additional support arm 2450 motors align the arm, such as pushing with a first force in one direction against the patient's elbow and the patient's wrist is placed using a second force in an opposite direction. This restricts arm movement, which helps to position the shoulder. Optionally, the head support is positioned to further restrict shoulder movement by applying tension to the neck. Combined, the positioning restriction elements 2415 of the patient control the position of the tumor 1420 of the patient 1430 in at least three dimensions and preferably control the position of the tumor 1420 in terms of all oscillating, balancing and nodding movement as well as in terms of position on the x axis, y and z. For example, the patient placement restriction elements position the tumor 1420 and restrict the movement of the tumor, such as preventing the patient from collapsing. Optionally, sensors in one or more of the patient's positioning restriction elements 2415 register an applied force. In one case, the seat support detects the weight and applies a force to support a fraction of the patient's weight, such as approximately 50, 60, 70 or 80 percent of the patient's weight. In a second case, a force applied to the neck, arm and / or leg is registered.

Generalmente, el sistema de colocación y de inmovilización 2400 del paciente elimina grados de libertad de movimiento del paciente 1430 para colocar de forma exacta y precisa y controlar la posición del tumor 1420 con respecto a la trayectoria 2370 del haz de rayos X, la trayectoria 268 del haz de protones, y/o la trayectoria de un haz de imagenología. Además, una vez que los grados de libertad son eliminados, las posiciones del motor para cada uno de los elementos de restricción de colocación del paciente se registran y se comunican digitalmente al controlador principal 110. Una vez que el paciente se mueve desde the sistema de inmovilización 2400, tal como cuando se genera el plan de tratamiento por irradiación 2750, el paciente 1430 debe recolocarse de forma precisa antes de que se implemente el plan de irradiación. Para conseguir esto, el paciente 1430 se sienta generalmente en el dispositivo de colocación, tal como la silla, y el controlador principal envía las señales de posición del motor yGenerally, the patient's positioning and immobilization system 2400 eliminates degrees of freedom of movement of the patient 1430 to accurately and precisely position and control the position of the tumor 1420 with respect to path 2370 of the X-ray beam, path 268 of the proton beam, and / or the trajectory of an imaging beam. In addition, once the degrees of freedom are eliminated, the engine positions for each of the patient placement restriction elements are recorded and communicated digitally to the main controller 110. Once the patient moves from the system of 2400 immobilization, such as when the 2750 irradiation treatment plan is generated, the patient 1430 must be accurately repositioned before the irradiation plan is implemented. To achieve this, patient 1430 generally sits on the positioning device, such as the chair, and the main controller sends the engine position signals and

opcionalmente las fuerza aplicadas de vuelta a motores que controlan cada uno de los elementos de restricción de colocación 2415 del paciente y cada uno de los elementos de restricción de colocación 2415 del paciente son movidas automáticamente de vuelta a sus respectivas posiciones registradas. Por lo tanto, la recolocación y la reinmovilización del paciente 1430 se consiguen desde un tiempo de posición sentada a completamente controlada 5 en menos de aproximadamente 10, 30, 60 o 120 segundos.optionally the forces applied back to motors that control each of the patient restriction positioning elements 2415 and each of the patient positioning restriction elements 2415 are automatically moved back to their respective registered positions. Therefore, repositioning and reinmobilization of patient 1430 is achieved from a sitting position to fully controlled time 5 in less than about 10, 30, 60 or 120 seconds.

Usando el sistema de colocación del paciente controlado por ordenador y automatizado, el paciente es recolocado en el sistema de colocación y de inmovilización 2400 usando las posiciones del motor del elemento de restricción de colocación 2415 del paciente revocadas; el paciente 1430 es trasladado y se le hace rotar usando el sistema de 10 traslación y rotación del paciente con respecto al haz de protones 268; y el haz de protones 268 es explorado hasta su posición momentánea del haz 269 por el controlador principal 110, que sigue el plan de tratamiento por irradiación generado 2750.Using the computer-controlled and automated patient placement system, the patient is repositioned in the 2400 placement and immobilization system using the engine positions of the revoked patient placement restriction element 2415; patient 1430 is transferred and rotated using the patient's translation and rotation system with respect to the proton beam 268; and the proton beam 268 is scanned to its momentary position of the beam 269 by the main controller 110, which follows the irradiation treatment plan generated 2750.

Aunque la invención se ha descrito en el presente documento con referencia a ciertas realizaciones preferidas, un 15 experto en la materia apreciará fácilmente que otras aplicaciones pueden sustituir a las expuestas en el presente documento sin apartarse del alcance de la presente invención. Por consiguiente, la invención solo debe estar limitada por las reivindicaciones incluidas a continuación.Although the invention has been described herein with reference to certain preferred embodiments, a person skilled in the art will readily appreciate that other applications may replace those set forth herein without departing from the scope of the present invention. Therefore, the invention should only be limited by the claims included below.

Claims (13)

55 1010 15fifteen 20twenty 2525 3030 3535 4040 45Four. Five 50fifty 5555 6060 REIVINDICACIONES 1. Un aparato que usa partículas cargadas para irradiación de un tumor de un paciente (1430), que comprende un sincrotrón (130) configurado para proporcionar control de una energía y una intensidad de un haz extraído, en el que el control de la energía y el control de la intensidad se producen durante la extracción, comprendiendo el sincrotrón (130):1. An apparatus that uses charged particles for irradiation of a patient's tumor (1430), comprising a synchrotron (130) configured to provide control of an energy and intensity of an extracted beam, in which the control of energy and intensity control occurs during extraction, comprising the synchrotron (130): una trayectoria de extracción de haces, comprendiendo la trayectoria secuencialmente:a beam extraction path, the path comprising sequentially: un sistema (1210) de cavidad de radiofrecuencia que comprende un primer par de láminas (1212, 1214); una laminilla de extracción (1230) que tiene un grosor de aproximadamente treinta a cien micrómetros y que consiste esencialmente en átomos que tienen seis o menos protones; un segundo par de láminas (1214, 1216); y un imán de extracción (292);a radiofrequency cavity system (1210) comprising a first pair of sheets (1212, 1214); an extraction foil (1230) that is approximately thirty to one hundred micrometers thick and essentially consists of atoms that have six or less protons; a second pair of sheets (1214, 1216); and an extraction magnet (292); en el que el sincrotrón (130) está configurado para controlar un periodo de aceleración para acelerar las partículas cargadas, y una sincronización de las partículas cargadas que golpean la laminilla de extracción (1230) en el periodo de aceleración para controlar la energía del haz extraído,in which the synchrotron (130) is configured to control an acceleration period to accelerate the charged particles, and a synchronization of the charged particles that hit the extraction foil (1230) in the acceleration period to control the energy of the extracted beam , en el que el sistema (1210) de cavidad de radiofrecuencia está configurado para aplicar una radiofrecuencia por el primer par de láminas (1212, 1214) para alterar una trayectoria de las partículas cargadas a través de la laminilla de extracción (1230) produciendo partículas cargadas de energía reducida, ywherein the radiofrequency cavity system (1210) is configured to apply a radiofrequency through the first pair of sheets (1212, 1214) to alter a trajectory of the charged particles through the extraction lamella (1230) producing charged particles reduced energy, and en el que el segundo par de láminas (1214, 1216) está dispuesto de modo que las partículas cargadas de energía reducida pasen a través del segundo par de láminas (1214, 1216), estando el segundo par de láminas (1214, 1216) configurado para tener una tensión de corriente continua de al menos quinientos voltios aplicados por el segundo par de láminas (1214, 1216) para extraer las partículas cargadas de energía reducida a través del imán de extracción (292) fuera del sincrotrón (130), ywherein the second pair of sheets (1214, 1216) is arranged so that the charged particles of reduced energy pass through the second pair of sheets (1214, 1216), the second pair of sheets (1214, 1216) being configured to have a direct current voltage of at least five hundred volts applied by the second pair of sheets (1214, 1216) to extract the charged particles of reduced energy through the extraction magnet (292) out of the synchrotron (130), and en el que el sincrotrón (130) está configurado para proporcionar un control de retroalimentación de la intensidad del haz extraído, para controlar el sistema (1210) de cavidad de radiofrecuencia, usando el control de retroalimentación una corriente generada por las partículas cargadas que se transmiten a través de la laminilla de extracción (1230) como un indicador de intensidad de las partículas cargadas.wherein the synchrotron (130) is configured to provide feedback control of the intensity of the extracted beam, to control the radiofrequency cavity system (1210), using the feedback control a current generated by the charged particles that are transmitted through the extraction lamella (1230) as an indicator of the intensity of the charged particles. 2. El aparato de la reivindicación 1, que comprende además:2. The apparatus of claim 1, further comprising: una plataforma rotatoria (1412, 1414),a rotating platform (1412, 1414), en el que la plataforma rotatoria (1412, 1414) está configurada para rotar aproximadamente trescientos sesenta grados durante un periodo de irradiación,wherein the rotating platform (1412, 1414) is configured to rotate approximately three hundred and sixty degrees during a period of irradiation, en el que el control de la energía y de la intensidad está configurado para funcionar durante al menos diez posiciones de rotación de la plataforma rotatoria (1412, 1414).in which the energy and intensity control is configured to operate for at least ten rotational positions of the rotary platform (1412, 1414). 3. El aparato de la reivindicación 2, que comprende además:3. The apparatus of claim 2, further comprising: un sensor de respiración configurado para generar una señal de respiración, correspondiendo la señal de respiración a un ciclo de respiración del paciente (1430), en el que el control de sincronización usa la señal de respiración para sincronizar el suministro de las partículas cargadas con un punto prefijado en el ciclo de respiración, en el que el control de la energía y la intensidad comprende además control independiente de todas de:a breathing sensor configured to generate a breathing signal, the breathing signal corresponding to a patient's breathing cycle (1430), in which the synchronization control uses the breathing signal to synchronize the supply of the charged particles with a preset point in the breathing cycle, in which the control of energy and intensity also includes independent control of all of: una posición horizontal de las partículas cargadas; una posición vertical de las partículas cargadas; la energía; ya horizontal position of the charged particles; a vertical position of the charged particles; energy; Y la intensidad, en el que el control de la energía y la intensidad está configurado además para comprender el suministro de las partículas cargadas en el punto prefijado en el ciclo de respiración y en coordinación con la rotación del paciente (1430) sobre la plataforma rotatoria (1412, 1414) durante las al menos diez posiciones de rotación de la plataforma rotatoria (1412, 1414).the intensity, in which the control of energy and intensity is further configured to understand the supply of the charged particles at the predetermined point in the breathing cycle and in coordination with the rotation of the patient (1430) on the rotating platform ( 1412, 1414) during the at least ten rotating positions of the rotating platform (1412, 1414). 4. El aparato de la reivindicación 1, en el que el control de la energía y la intensidad del haz extraído está configurado además para comprender el control separado de todas de:4. The apparatus of claim 1, wherein the control of the energy and intensity of the extracted beam is further configured to comprise separate control of all of: una posición en el eje x de las partículas cargadas; una posición en el eje y de las partículas cargadas; la energía; ya position on the x-axis of the charged particles; a position on the axis and of the charged particles; energy; Y la intensidad, en el que el control de la energía y la intensidad está configurado además para comprender el suministro de las partículas cargadas en un punto prefijado en un ciclo de respiración del paciente (1430) en al menos cinco posiciones de rotación de una plataforma rotatoria (1412, 1414) que sostiene al paciente (1430).the intensity, in which the energy and intensity control is further configured to comprise the supply of the charged particles at a predetermined point in a patient breathing cycle (1430) in at least five rotational positions of a rotating platform (1412, 1414) holding the patient (1430). 5. El aparato de la reivindicación 1, que comprende además:5. The apparatus of claim 1, further comprising: 55 1010 15fifteen 20twenty 2525 3030 3535 4040 45Four. Five 50fifty 5555 6060 un sensor de respiración configurado para generar una señal de respiración, correspondiendo la señal de respiración a un ciclo de respiración del paciente (1430);a breathing sensor configured to generate a breathing signal, the breathing signal corresponding to a patient's breathing cycle (1430); una plataforma rotatoria (1412, 1414) que sostiene al paciente (1430) durante el uso, en el que la plataforma rotatoria (1412, 1414) está configurada para rotar al menos ciento ochenta grados durante un periodo de irradiación del paciente (1430),a rotating platform (1412, 1414) that supports the patient (1430) during use, in which the rotating platform (1412, 1414) is configured to rotate at least one hundred and eighty degrees during a period of irradiation of the patient (1430), en el que la sincronización del control de la energía y la intensidad está configurado para correlacionarse con la señal de respiración, yin which the synchronization of the energy and intensity control is configured to correlate with the breathing signal, and en el que el control de la energía y la intensidad está configurado para suministrar las partículas cargadas en más de cuatro posiciones de rotación de la plataforma rotatoria (1412, 1414).in which the control of energy and intensity is configured to supply the charged particles in more than four rotational positions of the rotating platform (1412, 1414). 6. El aparato de la reivindicación 1, en el que el control de la energía y la intensidad está configurado además para comprender el control de la sincronización del suministro de partículas cargadas, el control de la sincronización está configurado para correlacionarse con la respiración del paciente, en el que el control de la sincronización comprende además el control de cualquiera de:6. The apparatus of claim 1, wherein the energy and intensity control is further configured to comprise synchronization control of the supply of charged particles, the synchronization control is configured to correlate with the patient's breathing , in which the synchronization control further comprises the control of any of: inyección de hidrógeno gaseoso en un sistema de generación de haces de iones, en el que existe una barrera de campo magnético en el sistema de generación de haces de iones entre una región de plasma a alta temperatura y una zona de plasma a baja temperatura, el sistema de generación de haces de iones configurado para generar las partículas cargadas;Injection of gaseous hydrogen in an ion beam generation system, in which there is a magnetic field barrier in the ion beam generation system between a high temperature plasma region and a low temperature plasma zone, the ion beam generation system configured to generate charged particles; un sistema (350) de enfoque de haces de iones, que comprende:an ion beam focusing system (350), comprising: trayectorias conductoras metálicas (372) que discurren por una trayectoria de haces de iones negativos; y un electrodo de enfoque (360, 370) que rodea circunferencialmente la trayectoria de haces de iones negativos, en el que líneas de campo eléctrico discurren entre el electrodo de enfoque y las trayectorias conductoras metálicas, en el que iones negativos en el haz de iones negativos se enfocan mediante vectores de fuerza que discurren por las líneas de campo eléctrico durante el uso, ymetallic conductive paths (372) that run along a path of negative ion beams; and a focusing electrode (360, 370) circumferentially surrounding the path of negative ion beams, in which electric field lines run between the focusing electrode and the metallic conductive paths, in which negative ions in the ion beam negatives are focused by force vectors that run along the electric field lines during use, and en el que el haz de iones negativos se convierte en las partículas cargadas en una laminilla de conversión; y el control de un campo magnético en un imán desviador, comprendiendo el imán desviador:in which the negative ion beam becomes the charged particles in a conversion foil; and the control of a magnetic field in a diverter magnet, the diverter magnet comprising: un núcleo ahusado a base de hierro (810, 812) adyacente a un hueco (830, 840), comprendiendo el núcleo un pulido de superficie de menos de 10 micrómetros de rugosidad; y una geometría de enfoque que comprende:a tapered iron-based core (810, 812) adjacent to a recess (830, 840), the core comprising a surface polish of less than 10 micrometers of roughness; and a focus geometry comprising: una primera distancia de sección transversal del núcleo a base de hierro (810, 812) que forma un borde del hueco (830, 840),a first cross-sectional distance of the iron-based core (810, 812) that forms a hollow edge (830, 840), una segunda distancia de sección transversal del núcleo a base de hierro (810, 812) no en contacto con el hueco (830, 840), en el que la segunda distancia de sección transversal es al menos un cincuenta por ciento mayor que la primera distancia de sección transversal.a second cross-sectional distance of the iron-based core (810, 812) not in contact with the recess (830, 840), in which the second cross-sectional distance is at least fifty percent greater than the first distance of cross section. 7. El aparato de la reivindicación 6, en el que el sistema de generación de haces de iones comprende además una primera cámara de vacío en un primer lado de la laminilla de conversión y una segunda cámara de vacío en un segundo lado de la laminilla de conversión, la primera cámara de vacío configurada para funcionar a una presión diferente de la segunda cámara de vacío.7. The apparatus of claim 6, wherein the ion beam generation system further comprises a first vacuum chamber on a first side of the conversion foil and a second vacuum chamber on a second side of the foil conversion, the first vacuum chamber configured to operate at a different pressure from the second vacuum chamber. 8. El aparato de la reivindicación 6, en el que el control de la sincronización controla la sincronización con la respiración del paciente para todas de:8. The apparatus of claim 6, wherein the synchronization control controls synchronization with the patient's breathing for all of: generación de iones negativos;negative ion generation; extracción de iones negativos y conversión en las partículas cargadas;negative ion extraction and conversion into charged particles; aceleración de las partículas cargadas;acceleration of charged particles; extracción de las partículas cargadas; yextraction of charged particles; Y posición de suministro de las partículas cargadas al tumor.delivery position of the charged particles to the tumor. 9. El aparato de la reivindicación 1, en el que el control de la energía comprende además el uso de lecturas provenientes de un sensor magnético (1130), el sensor magnético (1130) próximo a un imán desviador (250) en el sincrotrón (130) que comprende además un sistema de retroalimentación, en el que el sistema de retroalimentación está configurado para estabilizar un campo magnético en el imán desviador (250) usando la entrada proveniente del sensor magnético (1130) para controlar una bobina de corrección (852, 862) que funciona a menos del diez por ciento de la potencia de una bobina de enrollamiento (860), tanto la bobina de corrección (852, 862) como la bobina de enrollamiento (860) se enrollan alrededor del imán desviador (250).9. The apparatus of claim 1, wherein the energy control further comprises the use of readings from a magnetic sensor (1130), the magnetic sensor (1130) close to a diverting magnet (250) in the synchrotron ( 130) further comprising a feedback system, in which the feedback system is configured to stabilize a magnetic field in the diverter magnet (250) using the input from the magnetic sensor (1130) to control a correction coil (852, 862) operating at less than ten percent of the power of a winding coil (860), both the correction coil (852, 862) and the winding coil (860) are wound around the diverter magnet (250). 55 1010 15fifteen 20twenty 2525 3030 3535 10. El aparato de la reivindicación 1, en el que el control de la energía comprende además el control de un sistema acelerador en el sincrotrón (130), comprendiendo el sistema acelerador:10. The apparatus of claim 1, wherein the energy control further comprises controlling an accelerator system in the synchrotron (130), the accelerator system comprising: un conjunto de al menos diez bobinas (1010); un conjunto de al menos diez bucles de alambre (1030);a set of at least ten coils (1010); a set of at least ten wire loops (1030); un conjunto de al menos diez microcircuitos (1020), cada uno de los microcircuitos (1020) integrado en uno de los bucles (1030), en el que cada uno de los bucles (1030) completa al menos una vuelta alrededor de al menos una de las bobinas (1010); ya set of at least ten microcircuits (1020), each of the microcircuits (1020) integrated in one of the loops (1030), in which each of the loops (1030) completes at least one turn around at least one of the coils (1010); Y un sintetizador de radiofrecuencia (1040) que envía una señal de baja tensión a cada uno de los microcircuitos (1020), amplificando cada uno de los microcircuitos (1020) la señal de baja tensión produciendo una tensión de aceleración.a radiofrequency synthesizer (1040) that sends a low voltage signal to each of the microcircuits (1020), each of the microcircuits (1020) amplifying the low voltage signal producing an acceleration voltage. 11. El aparato de la reivindicación 1, en el que el control de la energía y la intensidad está configurado además para comprender:11. The apparatus of claim 1, wherein the energy and intensity control is further configured to comprise: monitorizar tanto una posición horizontal de las partículas cargadas como una posición vertical de las partículas cargadas en una trayectoria de transporte de haces usando un revestimiento sobre una laminilla, comprendiendo la laminilla una barrera de vacío entre el sincrotrón (130) y la atmósfera, comprendiendo el revestimiento una capa que produce una señal luminiscente, fluorescente o fosforescente cuando es golpeada por las partículas cargadas.monitor both a horizontal position of the charged particles and a vertical position of the charged particles in a beam transport path using a liner on a foil, the foil comprising a vacuum barrier between the synchrotron (130) and the atmosphere, comprising the coating a layer that produces a luminescent, fluorescent or phosphorescent signal when hit by charged particles. 12. El aparato de la reivindicación 1, en el que el control de la energía y la intensidad está configurado para aumentar la intensidad cuando se dirige a una parte distal del tumor, en el que la parte distal del tumor cambia con la rotación del paciente (1430) sobre una plataforma que rota a al menos diez posiciones rotacionales distintas en un periodo de menos de un minuto durante la irradiación del tumor por las partículas cargadas.12. The apparatus of claim 1, wherein the control of energy and intensity is configured to increase intensity when directed to a distal part of the tumor, wherein the distal part of the tumor changes with the rotation of the patient (1430) on a platform that rotates at least ten different rotational positions in a period of less than one minute during irradiation of the tumor by the charged particles. 13. El aparato de la reivindicación 1, en el que el control de la energía y la intensidad está configurado además para comprender:13. The apparatus of claim 1, wherein the energy and intensity control is further configured to comprise: control de la posición horizontal de las partículas cargadas; control de la posición vertical de las partículas cargadas; ycontrol of the horizontal position of the charged particles; control of the vertical position of the charged particles; Y una señal de entrada de rayos X, en el que la señal de entrada de rayos X comprende una señal generada por una fuente de rayos X próxima al haz de partículas cargadas,an X-ray input signal, in which the X-ray input signal comprises a signal generated by an X-ray source near the beam of charged particles, en el que la señal de entrada de rayos X se usa en: el ajuste de la posición horizontal y la posición vertical.in which the X-ray input signal is used in: the adjustment of the horizontal position and the vertical position.
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