CZ20004578A3 - Zařízení a způsob regulace rastrového snímače v terapii iontovými paprsky - Google Patents

Abstract

Zařízení k regulaci rastrového snímače v terapii iontovými paprsky obsahuje alespoň napájecí zdroje (MGN), místně citlivý detektor (MWPC1) k místnímu měření, řízený pomocí řídicího a výběrového modulu (SAMOI), a jednotku (VMEAS) programového řízení, která řídí průběh aktivace a výběr mezi přístroji zařízení. Napájecí zdroje (MGN) proudu snímacích magnetů pro vodorovně a svisle, vzhledem ke středu iontového paprsku, vychylující snímací magnety jsou řízeny řídicími a výběrovými moduly (SAMS) pro snímací magnety. Zařízení má v jednotce (VMEAS) programového řízení mezi řídicími a výběrovými moduly (SAMS) pro snímací magnety a řídicím a výběrovým modulem (SAMOI) místně citlivého detektoru (MWPC1) obvod se zpětnovazební smyčkou. V jednotce (VMEAS) programového řízení jsou řídicí a výběrové moduly (SAMS) pro snímací magnety zařazeny v sérii za řídicím a výběrovým modulem (SAMOI) místně citlivého detektoru (MWPC1). Způsob regulace rastrového snímače v terapii iontovými paprsky zahrnuje porovnání informace o požadované poloze plánu ozařování, uložené v místně měřicím řídicím a výběrovém modulu (SAMOI), s naměřenou skutečnou polohou paprsku z místně citlivého detektoru (MWPC1) v reálném čase, určení korekční hodnoty pro napájecí zdroje (MGN) snímacích magnetů rastrového snímače s nastavení korekční hodnoty pro vodorovné a svislé napájecí zdroje (MGN) snímacích magnetů rastrového snímače a přestavení polohy paprsku

Description

Zařízení a způsob regulace rastrového snímače v terapii iontovými paprsky

Oblast techniky

Vynález se týká zařízení a způsobu regulace rastrového snímače v terapii iontovými paprsky podle předvýznakové části nároků 1 a 4.

Dosavadní stav techniky

Takovéto regulační zařízení zahrnuje alespoň následující přístroje:

- napájecí zdroje proudu snímacích magnetů pro vodorovně a svisle, ve vztahu na střed iontového paprsku, vychylující snímací magnety pro iontové paprsky, přičemž napájecí zdroje jsou řízeny řídicími a výběrovými moduly pro snímací magnety,

- místně citlivý detektor k místnímu měření, který je řízen pomocí řídicího a výběrového modulu,

- jednotku programového řízení, která řídí průběh aktivace a vyhodnocování mezi přístroji zařízení.

Rastrový snímač takového druhu je znám z evropské patentové přihlášky EP 98 117 256.2. V tomto spise je popsán způsob rastrového snímání regulovaný intenzitou. Tento způsob umožňuje navzdory značnému kolísání intenzity terapeutického paprsku, který sestává z iontů, a má kolísání intenzity mezi maximální hodnotou a střední hodnotou kolem faktoru 30, přesně měnit zadanou veličinu plánu ozařování takovým způsobem, že rozdělení dávek vyplývající z celkového ozařování se odchýlí ve středu od plánovaného rozdělení dávek o méně než 5 %. Regulace intenzity následně způsobí, že celková dávka paprsků na polohu paprsku může být navzdory značnému kolísání intenzity iontového paprsku velmi přesně dodržena.

• ·

Problematické však je, dosáhnout realizace geometricky exaktního použití rozdělení dávek, protože nejen intenzita terapeutického paprsku, nýbrž i poloha paprsku zaostřeného terapeutického paprsku během aplikace paprsku signifikantně kolísá. Pro tento problém neexistuje v současné době žádné úplné a efektivní řešení. V současné době se proto vynakládají značné náklady na to, aby se tato kolísání polohy pro všechna myslitelná naváděcí nastavení urychlovacích a vysoce energetických paprsků měřila a ukládala do korekčních tabulek. Přitom je třeba zohlednit kupříkladu 255 energetických stupňů se vždy 7 zaostřovacími stupni a vždy 15 kroky intenzity, takže je třeba pro každou polohu paprsku změřit přibližně 25000 kombinací a vytvořit korekční tabulky pro příslušné terapeutické přístroje. Korekční tabulky takového druhu mohou být potom použity k vytváření řídicích dat systému. Ale i tyto náklady vedou k pozitivnímu výsledku jen tehdy, jestliže jsou odchylky v poloze paprsku pro každou polohu paprsku reprodukovatelné, z čehož se však obecně nemůže vycházet.

Základem vynálezu je proto úkol podstatně zredukovat náklady na korekce, a signifikantně zvýšit geometrickou přesnost.

Podstata vynálezu

Tento úkol se řeší předmětem nároků 1 a 4. Další znaky výhodných příkladů provedení se popisují v závislých nárocích.

Zařízení podle vynálezu k regulaci rastrového snímače v terapii iontovými paprsky zahrnuje přinejmenším následující přístroje:

napájecí zdroje proudu snímacích magnetů pro vodorovně a svisle, ve vztahu na střed iontového paprsku, vychylující snímací magnety pro iontové paprsky, přičemž napájecí zdroje jsou řízeny řídicími a výběrovými moduly pro snímací magnety, místně citlivý detektor k místnímu měření, který je řízen pomocí řídicího a výběrového modulu, jednotku programového řízení, která řídí průběh aktivace a vyhodnocování mezi přístroji zařízení, přičemž zařízení dále zahrnuje obvodové uspořádání v jednotce programového řízení se zpětnovazební smyčkou mezi řídicími a výběrovými moduly pro snímací magnety, a řídicím a výběrovým modulem místně citlivého detektoru, a z hlediska techniky obvodů a techniky průběhu jsou řídicí a výběrové moduly pro snímací magnety a řídicí a výběrový modul místně citlivého detektoru uspořádány v jednotce programového řízení takovým způsobem, že řídicí a výběrové moduly pro snímací magnety jsou zařazeny v sérii za řídicím a výběrovým modulem místně citlivého detektoru.

Toto zařízení zlepšuje vedle kvality aplikace dávek také průchodnost pacienta a tím hospodárnost zařízení, protože růst geometrické přesnosti redukuje počet přerušení ozařování na základě blokování místního systému. Nadto z tohoto řešení těží nejen systémy rastrového snímání ve fixovaných naváděních paprsku s libovolným úhlem, nýbrž spíše a zejména také technika rastrového snímání v kombinaci s natáčecím naváděním paprsku, portálem, u kterého je třeba počítat s nárůstem chyb polohy. Takové portálové systémy jsou totiž značně těžké a mají proto sklon k mechanickým deformacím navádění paprsku.

Nadto je iontová optika ve vztahu ke kolísání polohy velmi citlivá. Homogenita magnetického pole, zejména v posledním vychylujícím dipólovém magnetu, je nanejvýš obtížně vytvořitelná, takže vesměs pro takovéto portálové systémy přináší dané zařízení k regulaci rastrového snímače podle vynálezu značné výhody, protože iontový terapeutický paprsek může být v poloze ozařování podle plánu ozařování zařízení podle vynálezu doregulováván a přestavován.

U jednoho výhodného příkladu provedení vynálezu se jako místně citlivého detektoru používá vícevodičové proporcionální komory. Komora takového druhu má tu přednost, že jednak je přesně stanovitelný skutečný stav polohy paprsku v jeho místních souřadnicích, a jednak zapojením místně citlivého detektoru do regulační smyčky může být místo ozařování vyrovnáno s plánem ozařování, a ve vztahu na místo ozařování může být dosaženo exaktní shody mezi skutečnou a požadovanou hodnotou.

K současné regulaci intenzity může mít zařízení výhodně alespoň jednu ionizační komoru, která spolupůsobí s řídicím a výběrovým modulem. Tento řídicí a výběrový modul ionizační komory je výhodně uspořádán uvnitř programového řízení, z hlediska techniky obvodů a techniky průběhu před řídicím a výběrovým modulem místně citlivého detektoru. Tím se výhodně dosáhne toho, že se nejdříve hlídá a dodržuje dávka ozařování na polohu paprsku tím, že se zajišťuje řízení intenzity, a potom, nezávisle na řízení intenzity, může být pomocí místně citlivého detektoru nastaveno přesné nastavení polohy iontového paprsku.

Pro způsob regulace rastrového snímače v terapii iontovými paprsky zahrnuje rastrový snímač následující přístroje:

- napájecí zdroje proudu snímacích magnetů pro vodorovně a svisle, ve vztahu na střed iontového paprsku, vychylující snímací magnety pro iontové paprsky, přičemž napájecí zdroje jsou řízeny řídicími a výběrovými moduly pro snímací magnety,

- místně citlivý detektor k místnímu měření, který je řízen pomocí řídicího a výběrového modulu,

- jednotku programového řízení, která řídí průběh aktivace a vyhodnocování mezi přístroji zařízení, přičemž se provádějí následující způsobové kroky:

- srovnání informace o předepsané poloze plánu ozařování, uložené v místně měřicím řídicím a výběrovém modulu kontrolního systému, s naměřenou skutečnou polohou polohy paprsku z místně citlivého detektoru v reálném čase,

- určení korekční hodnoty pro napájecí zdroje snímacích magnetů rastrového snímače, a

- nastavení korekční hodnoty pro vodorovné a svislé napájecí zdroje magnetů rastrového snímače a přestavení polohy paprsku.

Výhoda způsobu podle vynálezu spočívá v tom, že proměření velkého množství systémových nastavení na urychlovači a/nebo navádění paprsku v rámci zajištění kvality a příprava ozařovacího zařízení pro ozařování pacientů mohou být značně zredukovány tím, že místní informace z detektoru před pacientem, citlivého na polohu, může být použita k přestavení polohy paprsku v reálném čase během používání paprsku. Nadto se tímto vynálezem podstatně ulehčí požadavkům na reprodukovatelnost polohy paprsku pro všechna nastavení vysoce energetických paprsků, a zlepší se geometrická přesnost použití dávek.

K přestavení polohy paprsku se tedy informace o předepsané poloze z plánu ozařování, uložená v místně měřicím, řídicím a výběrovém modulu kontrolního systému, srovnává v reálném čase s naměřenou skutečnou polohou z místně citlivého detektoru, a zjišťuje a nastavuje se korekční hodnota pro napájecí zdroje magnetů rastrového snímače. Tato korekce může probíhat od měřicího cyklu k měřicímu cyklu místního měřicího systému, kupříkladu během 150 ps, nebo také od jedné polohy paprsku v plánu ozařování k příští poloze paprsku. Během řízení systému v reálném čase je spolu řada řídicích a výběrových modulů spojena pomoci rozhraní. Pro vynález jsou však relevantní oba řídicí a výběrové moduly, které řídí a vyhodnocují místní měřicí detektor, a oba napájecí zdroje proudu magnetů rastrového snímače.

Pro každý měřicí cyklus vypočítává software, pracující s odezvou v reálném čase, v řídicím a výběrovém modulu místně citlivého detektoru skutečnou hodnotu polohy paprsku z detektoru prvotních dat, a zasílá tuto informaci přes datové • · spojení do řídicích a výběrových modulů snímacích magnetů. Pro každý regulační cyklus srovnává software, pracující s odezvou v reálném čase, v řídicím a výběrovém modulu snímacích magnetů požadovanou a skutečnou polohu paprsku, a vypočítává korekční hodnoty proudu pro vodorovný a svislý napájecí zdroj proudu magnetů rastrového snímače, a nastavuje potom korigované hodnoty proudu, které vedou ke zlepšeným nastavením ve snímacích magnetech, čímž se zlepší poloha paprsku.

U jednoho výhodného příkladu provedení se přestavení paprsků provádí s tlumením, nastavitelným pomocí software, pracujícího s odezvou v reálném čase, v řídicích a výběrových modulech pro řídicí magnety. Tím se výhodně zabraňuje regulačním kmitům a snižují se vlečné chyby.

U dalšího výhodného příkladu provedení se stanovují horní prahy, aby se vymezila místní korekce, aby se z bezpečnostně technických hledisek odstranily hrubě chybná nastavení poloh paprsků. Jestliže by měla být takováto hodnota horního prahu překročena, tak se výhodně řídicím a výběrovým modulem místně citlivého detektoru v reálném čase iniciuje rychlé odpojení paprsku, a tím se vyvolá řetěz povelů k odpojení pro různé složky urychlovače a složky navádění paprsku.

Přehled obrázků na vykreseck

Další přednosti, znaky a možnosti použití vynálezu jsou dále blíže popsány a objasněny na příkladech jeho provedení podle připojeného výkresu, který znázorňuje na obr. 1 vývojový diagram toku dat k regulaci rastrového snímače u jednoho výhodného příkladu provedení vynálezu, na obr. 2 výhodný příklad provedení vynálezu jako blokové schéma, na obr. 3a porovnání předepsané / skutečné polohy iontového terapeutického paprsku rastrového snímače před zapojením zařízení podle vynálezu, na obr. 3b porovnání předepsané / skutečné • · polohy z obr. 3a po zapojení zařízení k regulaci polohy od polohy paprsku k poloze paprsku rastrového snímače podle jednoho příkladu provedení vynálezu, na obr. 4a další porovnání předepsané / skutečné polohy iontového terapeutického paprsku před zapojením zařízení podle vynálezu, a na obr. 4b porovnání předepsané / skutečné polohy z obr. 4a po zapojení zařízení k regulaci polohy od měřicího cyklu k měřicímu cyklu podle dalšího příkladu provedení vynálezu.

Příklady provedení vynálezu

Obr. 1 znázorňuje vývojový diagram toku dat k regulaci rastrového snímače u jednoho výhodného příkladu provedení vynálezu. Tento vývojový diagram toku dat znázorňuje v levém krajním sloupci volbu přístrojů, které se používají pro terapii iontovými paprsky, jako jsou kupříkladu detektory (IC1, IC2, MWPC1 a MWPC2), napájecí zdroje (MGN) magnetů a impulsní centrální budiče (PZA). Ve druhém sloupci odleva je znázorněn tok dat v jednotce (VMEAS) programového řízení, která má řídicí a výběrové moduly (SAM), které spolupůsobí s detektory, napájecími zdroji magnetů a impulsními centrálními budiči, přičemž řídicí a výběrové moduly (SAMU a SAMI2) spolupůsobí s ionizačními komorami (IC1 a IC2) pro měření počtu částic iontových paprsků, a po dosažení počtu částic iontových paprsků předem daného plánem zpracování pro polohu paprsku, pomocí řídicího a výběrového modulu (SAMP) pro impulsní centrální budič (PZA) způsobí, že iontový paprsek se pomocí impulsního centrálního budiče (PZA) přepne na příští polohu paprsku.

Pro regulaci rastrového snímače podle vynálezu v terapii iontovými paprsky jsou z přístrojů a řídicích a výběrových modulů potřebné alespoň následující přístroje: místně citlivý detektor (MWPC1) k místnímu měření, který je řízen pomocí řídicího a výběrového modulu (SAM01), napájecí zdroje (MGN) proudu

budicích magnetů pro vodorovné (X) a svislé (Y) vychylování iontového terapeutického paprsku ze středu iontového paprsku pomocí budicích magnetů, přičemž napájecí zdroje (MGN) jsou řízeny řídicími a výběrovými moduly (SAMS) pro snímací magnety. Jednotka (VMEAS) programového řízení řídí průběh aktivace a vyhodnocování mezi přístroji potřebnými pro zařízení podle vynálezu.

Navíc představuje vývojový diagram toku dat podle obr. 1 obvodové uspořádání v jednotce (VMEAS) programového řízení se zpětnovazební smyčkou mezi řídicími a výběrovými moduly (SAMS) pro snímací magnety a řídicí a výběrový modul (SAM01) místně citlivého detektoru (MWPC1). Pro tuto regulační smyčku jsou řídicí a výběrové moduly (SAMS) pro budicí magnety a řídicí a výběrový modul (SAM01) místně citlivého detektoru (MWPC1) uspořádány z hlediska techniky obvodů a techniky průběhu v jednotce (VMEAS) programového řízení takovým způsobem, že řídicí a výběrové moduly (SAMS) pro snímací magnety jsou sériově uspořádány za řídicím a výběrovým modulem (SAM01) místně citlivého detektoru (MWPC1). Řídicí a výběrové moduly (SAMS) pro snímací magnety a řídicí a výběrový modul (SAM01) místně citlivého detektoru (MWPC1) sestávají z mimořádně rychlých mikroprocesorů, které mezi sebou komunikují pomocí příslušných procesorových spojovacích vedení s digitálními signály (spojovací vedení DSP). Zpětnovazební smyčka mezi řídicími a výběrovými moduly (SAMS) pro snímací magnety a řídicí a výběrový modul (SAMO1) místně citlivého detektoru je jednak tvořena procesorovými spojovacími vedeními s digitálními signály, a jednak sběrnicí (VME - Bus-AS) programového řízení.

Vlivem sériového uspořádání řídicích a výběrových modulů (SAMS) pro vodorovné (X) a svislé (Y) vychylování řídicích magnetů za sebou, může být výhodným způsobem vytvořena doregulovávací smyčka pracující s odezvou v reálném čase, pro online kontrolu polohy a korekci každé polohy paprsku. Při • · · ·

odchýlení skutečné polohy v jednotlivé poloze paprsku z 1156 poloh, tak jak existují v případě obr. 3a a obr. 3b, nebo při odchýlení jednotlivé skutečné polohy od předepsané polohy z 2116 plánovaných poloh paprsku na obr. 4a a obr. 4b, působí regulační smyčka podle vývojového diagramu toku dat z obr. 1 a koriguje při doregulovávání v reálném čase od polohy paprsku k poloze paprsku následující polohu paprsku, jak se to znázorňuje pomocí obr. 3b.

U doregulovávání v reálném čase od měřicího cyklu k měřicímu cyklu, koriguje a reguluje doregulovávací smyčka pracující s odezvou v reálném čase podle vývojového diagramu toku dat na obr. 1 iontový paprsek v jeho poloze ještě během trvání polohy paprsku, protože doba měřicího cyklu je kratší než trvání polohy paprsku. Tím bezprostředně dojde k přestavení skutečné polohy do předepsané polohy plánu zpracování pro každou polohu paprsku, takže se dosáhne plného souladu skutečných hodnot vůči předepsaným hodnotám podle obr. 4b v jednotlivých, v tomto případě 2116 polohách paprsku, uvnitř předem daných hranic.

U výhodného příkladu provedení se jako místně citlivého detektoru (MWPC1) používá vícevodičové proporcionální komory. Takovéto vícevodičové proporcionální komory mají tu přednost, že se umožní na milimetr přesné rozlišení místní polohy iontového paprsku v terapii iontovými paprsky tohoto příkladu provedení jak pro iontové paprsky z protonů, tak i z těžších iontů.

Nejhořejší mikroprocesor v jednotce (VMEAS) programového řízení, znázorněný na obr. 1, slouží jako řídicí a výběrový modul k online přenosu dat do datové paměti (ODS) v napojující se a na pravé straně poloviny obr. 1 znázorněné systémové kontrole. Tento řídicí a výběrový modul (SAMD) k online datovému přenosu je s datovou pamětí (ODS) pro online indikaci spojen pomocí přístrojové sběrnice, kterou je diferenciální datová sběrnice mezi řídicími a výběrovými ·

moduly a jejich příslušnými předřazenými elektronikami. Datová paměť (ODS) pro online indikaci dodává svá data podle vývojového diagramu toku dat na obr. 1 přes sběrnici systémové kontroly (SK) a počítač systémové kontroly ve sběrnicovém systému (VME) ke spojení procesorů a datových modulů jednak na displej, a jednak na ethernet, za dozoru provozního systému (AEX) v systémové kontrole.

U příkladu provedení podle obr. 1 má regulační systém v terapii iontovými paprsky alespoň jednu ionizační komoru (IC1), která slouží k měření intenzity iontového paprsku, a která načítá počet částic iontových paprsků, dokud není dosaženo dávky pro polohu paprsku, takže potom může jít povel na řídicí a výběrový modul (SAMP) pro impulsní centrálu, která přes impulsní centrální budiče (PZA) vyvolá další přepojení na příští polohu paprsku, která se potom dále zprostředkuje přes doregulovávací smyčku pracující s odezvou v reálném čase na napájecí zdroje (MGN) proudu magnetů rastrového snímače. Řídicí a výběrový modul (SAMU) je z hlediska techniky obvodů a techniky průběhu během programového řízení (VMEAS) uspořádán u jednoho výhodného příkladu provedení vynálezu před řídicím a výběrovým modulem (SAMO1) místně citlivého detektoru (MWPC1).

Obr. 2 znázorňuje výhodný příklad provedení vynálezu jako blokové schéma uvnitř kontrolního systému pro terapeutickou jednotku s iontovými paprsky. Kontrolní systém pro terapeutickou jednotku s iontovými paprsky sestává v podstatě z technického kontrolního prostoru (TKR), ve kterém nabíhají na operačním ovládacím panelu urychlovače všechna data urychlovače ethernetu, a směrovací program ethernetu vede dále data na příští větší jednotku kontrolního systému pro terapeutickou jednotku s iontovými paprsky technického operačního ovládacího panelu v terapii samotné. Centrálním přístrojem tohoto technického operačního ovládacího panelu je operační počítač (TORT) pro terapii, který má • · ·· · · * ·· · ·

snímač (BCL) čárkového kódu, a který je pomocí ethernetu pro terapii spojen s obslužným prvkem terminálu. Technický operační ovládací panel v terapeutické oblasti disponuje lékařským obslužným ovládacím panelem (MBDK), který je spojen s terapeutickou oblastí (komora M), a který disponuje bezprostředním spojením k iniciování přerušení paprsku urychlovače, přičemž k přerušení paprsku se rezonanční čtyřpól (S02KQ1E) pro pomalou extrakci paprsku přes svůj napájecí zdroj přes blokovací jednotku ve sběrnicovém systému kontrolního systému pro terapii nastaví na nulu, a vychylovací dipólový magnet (TH3MU1) navádění paprsku k měřicímu místu terapie se rovněž k přerušení paprsku nebo extrakce v případě chyby pomocí blokovací jednotky (ILE) ve sběrnicovém systému (VME) kontrolního systému pro terapii nastaví na nulu.

Pro systémovou kontrolu (VMESK) působí spolu samo o sobě více mikroprocesorů na spojovací rám (rám VME) sběrnicového systému. K tomu patří vedle výše zmíněné a na obr. 1 znázorněné datové paměti (ODS) pro online indikaci monitor (IMON) intenzity, který mezi jiným spolupůsobí s ionizační komorou a vyhodnocovací elektronikou ke hlídání celkového počtu částic. Nadto se v systémové kontrole nachází obvodová jednotka (TME) mrtvého muže pro hlídání funkčnosti procesorů. Vedle již zmíněné blokovací jednotky (ILE) a kontrolního sběrnicového adaptéru (KBA) disponuje systémová kontrola analogů digitálním modulem (ADIO) a počítačem (SKR) pro systémovou kontrolu ve sběrnicovém systému (VME) systémové kontroly.

Složky programového řízení (VMEAS) jsou identické se složkami vývojového diagramu toku dat, znázorněného na obr. 1, přičemž programové řízení v kontrolním systému, znázorněném na obr. 2, má doplňkově digitální vstupní / výstupní modul (DIO) a počítač (ASR) programového řízení.

·· «· • · · t* »·

V terapeutické oblasti (komora M) se nachází pozitrony emitující tomograf (PET) k prostorovému určení dosahu částic pomocí záření emitujícího pozitrony, se kterým může být zprostředkován na pacienta, nacházejícího se na lůžku pacienta, ozařovací účinek.

Navádění iontového paprsku dovnitř do terapeutické oblasti (komora M) se principiálně znázorňuje ve spodní oblasti obr. 2, přičemž se paprsek pro místní snímání navádí pomocí snímacích magnetů pro X a Y, které s pomocí napájecích zdrojů (MGN) proudu magnetů rastrového snímače, paprsek vodorovně (X) a svisle (Y) vychylují. Po opuštění paprsku za posledním neznázorněným vychylovacím magnetem se paprsek ještě před lůžkem pacienta navádí pomocí většího počtu detektorů, přičemž regulační smyčka působí přes první místně citlivý detektor (MWPC1) na napájecí zdroje (MGN) proudu magnetů rastrového snímače na jeho snímací magnety, takže poloha paprsku může být korigována přestavením od polohy paprsku k poloze paprsku, nebo může být korigována přestavením od měřicího cyklu k měřicímu cyklu ještě během jednotlivé polohy paprsku.

Obr. 3a znázorňuje navíc srovnání předepsané / skutečné polohy iontového terapeutického paprsku rastrového snímače před zapojením zařízení podle vynálezu, přičemž u tohoto znázornění se poloha na druhé souřadnici Y udává v milimetrech, a na první souřadnici X se poloha rovněž znázorňuje v milimetrech. Vztažným bodem pro tyto údaje o poloze je izocentrum v počátku souřadnic, který v tomto případě leží mimo znázorněných 49 poloh paprsků, přičemž doplňkový místně rozlišující detektor (MWPC2) hlídá shodu mezi požadovanou a skutečnou hodnotou v ízocentru, tedy v počátku souřadnic.

Může se tedy vycházet z toho, že předepsané - skutečné hodnoty v ízocentru souhlasí až k předem zadané mezní hodnotě. Avšak daleko mimo izocentrum, jak je zde ukázáno, se skutečné hodnoty v okrajové oblasti plánovaného ozařování značně odchylují od předepsaných hodnot. Aby se tyto odchylky ve stavu techniky zvládly, tak se dosud měřením a přestavováním vytvářejí značně rozsáhlé korekční tabulky, ukládají se do paměti, a při ozařování se vždy na ně bere zřetel. Při lékařském požadavku na ozařování 255 rozdílnými energetickými stupni se vždy 7 zaostřovacími stupni a vždy 15 kroky intenzity tedy z toho vznikne jen 25000 kombinací na polohu paprsku. Rozděleno na 1156 poloh paprsku, uvedených v příkladu na obr. 3a, vznikne soustava dat více než 25000000. Jestliže se poloha paprsku zhustí, tak jako u příkladu na obr. 4a na tam znázorněných 2116 poloh paprsku, tak se toto číslo ještě jednou zdvojnásobí na více než 50000000. Těmto enormním nákladům, provozovatelným podle stavu techniky, aby se tyto výchylky polohy změřily pro všechny myslitelné případy a vytvořily se korekční tabulky, které mohou být použity k vytvoření řídicích dat systému, se v terapii iontovými paprsky zabraňuje zařízením podle vynálezu a způsobem podle vynálezu regulace rastrového snímače. Navíc, právě výše uvedené a kvantifikované náklady ve stavu techniky k provádění řízení pomocí korekčních tabulek, vedou k cíli jen tehdy, jestliže jsou odchylky reprodukovatelné. Tento předpoklad neplatí ovšem všeobecně, zejména nikoliv s ohledem na použití rastrovací snímací techniky v kombinaci s natočitelným naváděním paprsku, jako s portálem.

Obr. 3b znázorňuje srovnání předepsané / skutečné polohy z obr. 3a po zapojení zařízení pro regulaci polohy od polohy paprsku k poloze paprsku podle jednoho příkladu provedení vynálezu. Jak je ve výsledku vidět srovnáním znázornění na obr. 3a a obr. 3b, tak se po zjištění odchylky skutečné polohy od předepsané polohy v poloze paprsku vzdálené co nejvíce od izocentra v levém horním rohu dosáhne pro příštích pět poloh paprsku vynikající shody mezi skutečnou polohou a požadovanou polohou. Teprve šestá poloha paprsku v nejhořejší řadě se ve skutečné poloze od předepsané polohy opět značně odchyluje, zejména potom sice ukazuje třetí řádek oproti obr. 3a zlepšené • · •»14

skutečné polohy oproti předepsané poloze, avšak přesto znatelně viditelné překročení plánované předepsané polohy. Ve čtvrtém řádku vznikne při regulaci od polohy paprsku k poloze paprsku velmi příznivá shoda mezi skutečnou polohou a požadovanou polohou, zatímco v dalších ještě zobrazených třech řádcích se dosáhne pouze značného zlepšení oproti znázornění na obr. 3a, avšak jen vzácně se dosáhne skutečné shody mezi skutečnou polohou a požadovanou polohou. Vesměs se však vlivem doregulace nebo přestavením iontového terapeutického paprsku v jeho poloze od plánované předepsané polohy k plánované předepsané poloze dosáhne oproti řízení podle obr. 3a, vyrovnanému jen v izocentru, podle obr. 3b značného zlepšení.

Obr. 4a znázorňuje další srovnání předepsané / skutečné polohy iontového terapeutického paprsku před zapojením zařízení podle vynálezu pro regulaci rastrového snímače. Druhá souřadnice ve svislém směru Y a první souřadnice ve vodorovném směru X jsou opět měřeny v milimetrech od izocentra. Jak je zřetelně vidět, tak se snímá větší plocha 90 x 90 mm oproti znázornění na obr. 3a se 75 x 75 mm, a doplňkově je oproti znázornění na obr. 2a podstatně zvýšena hustota poloh paprsku, takže vesměs s 2116 polohami paprsku dojde téměř ke zdvojení poloh paprsku. Také u tohoto znázornění se vychází z toho, že bez regulace podle vynálezu je poloha paprsku v izocentru v předem daných a přípustných oblastech pro skutečnou polohu vyrovnána. Jak je zřetelně k poznání, vzniknou pro polohy paprsku v krajní levé horní oblasti, viděno od izocentra, bez použití regulace polohy podle vynálezu značné odchylky mezi skutečnou polohou a požadovanou polohou. Jak již bylo zmíněno výše, tak by se při obvyklé technice na základě zdvojení poloh paprsků oproti obr. 3a náklady k proměření a ke zhotovení korekčních tabulek zdvojnásobily. Regulací podle vynálezu rastrového snímače se mohou tyto náklady značně snížit.

• ·

Obr. 4b znázorňuje proto srovnání předepsané / skutečné polohy s obr. 4a po zapojení zařízení k regulaci polohy iontového terapeutického paprsku od měřicího cyklu k měřicímu cyklu podle dalšího příkladu provedení vynálezu. Protože doba měřicího cyklu může být podstatně oproti době, pro kterou musí být iontový paprsek udržován v jedné poloze paprsku, aby se nechala v této poloze na nemocnou nádorovou tkáň působit předem vypočtená dávka, zkrácena, je možných více regulačních cyklů k přestavení iontového paprsku v jedné poloze paprsku, takže skutečná poloha může být během doby ozařování polohy paprsku velmi přesně přivedena do shody s požadovanou polohou. Toto se stane zřejmým na základě výsledku, který se znázorňuje na obr. 4b.

Navíc je milimetrové dělení na souřadnici pro svislé vychylování ve směru Y a pro vodorovné vychylování ve směru X identické se znázorněním na obr. 4a, a rovněž tak počet a poloha znázorněných předepsaných poloh pro polohu paprsku. Skutečná poloha paprsku leží na základě přestavení od měřicího cyklu k měřicímu cyklu zcela uvnitř plánovaných předepsaných poloh. K tomu účelu vypočítává software, pracující s odezvou v reálném čase, v řídicím a výběrovém modulu (SAM01) pro místně citlivý detektor pro každý měřicí cyklus skutečnou hodnotu polohy paprsku z prvotních dat detektoru, a tuto informaci posílá pomocí datového spojení obou řídicích a výběrových modulů do řídicího a výběrového modulu (SAMS) pro magnety paprsku, popřípadě napájecí zdroje (MGN) proudu magnetů. Pro každý regulační cyklus, kterým může být buď měřicí cyklus místního měření nebo cyklus od polohy paprsku k poloze paprsku, srovnává nyní software, pracující s odezvou v reálném čase, v řídicím a výběrovém modulu (SAMS) pro snímací magnety požadovanou a skutečnou polohu, a vypočítává korekční hodnoty proudu pro vodorovný a svislý napájecí zdroj (MGN) proudu magnetů rastrového snímače, a nastavuje potom korigované hodnoty proudu, které vedou ke zlepšenému nastavení magnetického pole ve snímacích magnetech a tím zlepšují polohu paprsku.

• · • 16

Ke zmenšení regulačních oscilací se může přestavení polohy paprsku provádět tlumeně, dále mohou být stanoveny horní prahy, aby limitovaly korekci, což je u takto bezpečnostně relevantního použití, jako u terapie iontovými paprsky, nanejvýš žádoucí. Aby se dosáhlo zlepšení výsledku z obr. 4b oproti výsledku znázorněnému na obr. 3b, může být doba měřicího cyklu o jeden až dva velikostní řády menší než doba ozařování polohy paprsku, čímž může být přesnost regulace značně zvýšena, protože mohou být ještě kompenzována kolísání polohy paprsku o vyšší frekvenci.

Claims (10)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Zařízení k regulaci rastrového snímače v terapii iontovými paprsky, které zahrnuje alespoň následující přístroje:

   napájecí zdroje (MGN) proudu snímacích magnetů pro vodorovně (X) a svisle (Y), vzhledem ke středu iontového paprsku, vychylující snímací magnety pro iontové paprsky, přičemž napájecí zdroje (MGN) jsou řízeny řídicími a výběrovými moduly (SAMS) pro snímací magnety, místně citlivý detektor (MWPC1) k místnímu měření, který je řízen pomocí řídicího a výběrového modulu (SAM01), jednotku (VMEAS) programového řízení, která řídí průběh aktivace a výběr mezi přístroji zařízení, vyznačující se tím, že zařízení má v jednotce (VMEAS) programového řízení obvod se zpětnovazební smyčkou mezi řídicími a výběrovými moduly (SAMS) pro snímací magnety a řídicím a výběrovým modulem (SAM01) místně citlivého detektoru (MWPC1), a z hlediska techniky obvodů a techniky průběhu jsou řídicí a výběrové moduly (SAMS) pro snímací magnety a řídicí a výběrový modul (SAM01) místně citlivého detektoru (MWPC1) uspořádány v jednotce (VMEAS) programového řízení tak, že řídicí a výběrové moduly (SAMS) pro snímací magnety jsou zařazeny v sérii za řídicím a výběrovým modulem (SAMO1) místně citlivého detektoru (MWPC1).
2. 2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že místně citlivý detektor (MWPC1) je tvořen vícevodičovou proporcionální komorou.
3. 3. Zařízení podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že má alespoň jednu ionizační komoru (IC1) pro měření intenzity iontového paprsku, jejíž řídicí a výběrový modul (SAMU) je uspořádán v jednotce (VMEAS) programového řízení, — 18 z hlediska techniky obvodů a techniky průběhu před řídicím a výběrovým modulem (SAMO1) místně citlivého detektoru (MWPC1).
4. 4. Způsob regulace rastrového snímače v terapii iontovými paprsky, přičemž rastrový snímač zahrnuje alespoň následující přístroje:

   napájecí zdroje (MGN) proudu snímacích magnetů, které vychylují vodorovně (X) a svisle (Y) vzhledem ke středu iontového paprsku, přičemž napájecí zdroje (MGN) jsou řízeny řídicími a výběrovými moduly (SAMS) pro snímací magnety, místně citlivý detektor (MWPC1) k místnímu měření, který je řízen pomocí řídicího a výběrového modulu (SAM01), jednotku (VMEAS) programového řízení, která řídí průběh aktivace a výběr mezi přístroji zařízení, vyznačující se tím, že zahrnuje následujícími kroky:

   porovnání informace o požadované poloze plánu ozařování, uložené v místně měřicím řídicím a výběrovém modulu (SAM01) kontrolního systému, s naměřenou skutečnou polohou polohy paprsku z místně citlivého detektoru v reálném čase, určení korekční hodnoty pro napájecí zdroje (MGN) snímacích magnetů rastrového snímače, a nastavení korekční hodnoty pro vodorovné a svislé napájecí zdroje (X, Y) magnetů rastrového snímače a přestavení polohy paprsku.
5. 5. Způsob podle nároku 4, vyznačující se tím, že přestavení se provede od polohy paprsku k poloze paprsku.
6. 6. Způsob podle nároku 4, vyznačující se tím, že přestavení se provede od měřicího cyklu k měřicímu cyklu, přičemž doba měřicího cyklu je kratší než trvání polohy paprsku.

   — 19
7. 7. Způsob podle některého z nároků 4 až 6, vyznačující se tím, že pro každý měřicí cyklus vypočítá software, pracující s odezvou v reálném čase, v řídicím a výběrovém modulu (SAM01) místně citlivého detektoru (MWPC1) z dat detektoru skutečnou hodnotu polohy paprsku, a tuto informaci zašle přes datové spojení mezi řídicím a výběrovým modulem (SAM01) místně citlivého detektoru (MWPC1) a řídicími a výběrovými moduly (SAMS) pro snímací magnety.
8. 8. Způsob podle některého z nároků 4 až 7, vyznačující se tím, že pro každý regulační cyklus software, pracující s odezvou v reálném čase, srovná požadovanou a skutečnou hodnotu polohy paprsku a vypočítá korekční hodnoty proudu pro vodorovný a svislý napájecí zdroj (MGN) proudu snímacích magnetů a nastaví korigované hodnoty proudu.
9. 9. Způsob podle některého z nároků 4 až 8, vyznačující se tím, že přestavení paprsku se provede s tlumením, nastavitelným pomocí software, pracujícího s odezvou v reálném čase, v řídicích a výběrových modulech pro snímací magnet (SAMS).
10. 10. Způsob podle některého z nároků 4 až 9, vyznačující se tím, že se v reálném čase vyvolá rychlé odpojení paprsku od řídicího a výběrového modulu (SAMO1) místně citlivého detektoru, jestliže diference mezi naměřenou hodnotou a požadovanou hodnotou polohy paprsku přestoupí práh nastavitelný v software, pracujícím s odezvou v reálném čase, řídicího a výběrového modulu (SAMO1) místně citlivého detektoru (MWPC1).