DE3919911A1

DE3919911A1 - Ionenstrahl-bestrahlungsgeraet

Info

Publication number: DE3919911A1
Application number: DE3919911A
Authority: DE
Inventors: Kazuhiro Ueda
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1988-06-21
Filing date: 1989-06-19
Publication date: 1989-12-28
Also published as: FR2634383B1; FR2634383A1; JPH01320073A; US5012111A; JPH078300B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Ionenstrahl-Bestrah lungsgerät, das zur Strahlentherapie von Krebs geeignet ist.

Die Ionenstrahl-Bestrahlung wird häufig zur Behandlung von Tumoren angewandt, insbesondere solchen Tumoren, die für den Chirurgen nicht leicht zugänglich sind. Der Ionenstrahl wird durch einen Teilchenbeschleuniger er zeugt, der auf den Tumor gerichtet und dessen Energie so geregelt wird, daß die Ionen in die Tumorzellen gelan gen, ohne daß sie umgebende Gewebe zu beschädigen. Häufig überschreitet die Größe des Tumors jedoch den Durchmesser des Strahls. Der Ionenstrahl muß daher so aufgeweitet werden, daß er eine weitgehend gleichförmige Ionendosis auf eine Fläche abgibt, die so groß ist, daß sie den gesamten Tumor abdeckt.

Ein wirksames Verfahren der Aufweitung des Ionen-Strahls ist das Ablenken (Wobbeln) des Ionenstrahls mittels zweier Ablenkmagnete, von denen der eine den Strahl in X-Rich tung und der andere den Strahl in Y-Richtung ablenkt. Ein bekanntes Gerät, das nach diesem Verfahren arbeitet, ist die Bevalac-Anlage in dem Lawrence Berkeley Laboratory der University of California, siehe IEEE Transactions on Nuclear Science, Vol. NS-32, Nr. 5, Oktober 1985 und Medical Physics, Vol. 14, Nr. 5, September/Oktober 1987. Die Stromversorgungseinrichtung des bekannten Gerätes, das einen Dreiphasen-Wechselspannungsgenerator und einen Spartransformator enthält, führt den X- und Y-Ablenkmagne ten um 90° verschobene sinusförmige Wechselspannungen zu, die eine Ablenkung des Strahls auf einer Kreisbahn bewirken, dessen Radius durch Einstellung der Amplitude der Wechselspannungen verändert werden kann. Dadurch, daß man den Strahl drei konzentrische Kreisbahnen voll führen läßt, ist es möglich, eine kreisförmige Fläche mit einem Durchmesser von beispielsweise 30 cm und weit gehend gleichförmiger Bestrahlung zu "bestreichen".

Ein Problem bei dem bekannten Gerät besteht darin, daß Tumoren, insbesondere schwierige Tumoren, die eine Strah lenbehandlung erfordern, selten kreisförmig sind. Die Kreisfläche muß daher teilweise abgedeckt werden, um eine Bestrahlung von gesundem Gewebe zu vermeiden, doch bleibt dadurch ein großer Prozentsatz der vom Beschleuni ger emittierten Ionen ungenutzt, und die zur Erzielung der erforderlichen Dosis benötigte Behandlungszeit ver längert sich.

Ein weiteres Problem besteht darin, daß die kreisförmige Fläche, die durch das bekannte Gerät bestrichen wird, stets konzentrisch zur Strahlenachse ist und nicht ver schoben werden kann. Um an verschiedenen Stellen liegen de Tumoren zu bestrahlen, muß daher der Patient verschoben werden - ein Verfahren, das notwendigerweise zeitaufwen dig ist. Die Behandlungszeit ist ein wesentlicher Faktor hinsichtlich der Bequemlichkeit des Patienten und der hohen Kosten des Teilchenbeschleunigers.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ionenstrahl- Bestrahlungsgerät der gattungsgemäßen Art anzugeben, das in der Lage ist, Flächen verschiedenster Formen, ein schließlich kreisförmiger und länglicher, insbesondere rennbahnförmiger Flächen, mit einer gleichförmigen Ionen dosis zu bestrahlen. Insbesondere soll das Gerät in der Lage sein, von der Ionenstrahlachse entfernt liegende Flächen zu bestrahlen.

Zur Lösung dieser Aufgabe enthält das erfindungsgemäße Ionenstrahl-Bestrahlungsgerät einen Teilchenbeschleuniger zum Erzeugen eines Ionenstrahls, X-Ablenkmagneten zum Ablenken des Ionenstrahls in X-Richtung, Y-Ablenkmagneten zum Ablenken des Ionenstrahls in Y-Richtung, eine erste Stromversorgungseinrichtung, durch die die X-Ablenkmagne te mit einem Betriebsstrom versorgt werden, der eine Wechselstromkomponente und eine Gleichstromkomponente aufweist, eine zweite Stromversorgungseinrichtung, durch die die Y-Ablenkmagnete mit einem Betriebsstrom versorgt werden, der eine Wechselstromkomponente und eine Gleich stromkomponente aufweist, und eine Steuereinheit zum Steuern der Amplitude und Phasenlage der Wechselstromkom ponenten und des Vorzeichens und der Größe der Gleichspan nungskomponenten.

Die Erfindung und Weiterbildungen der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung bevorzugter Ausführungs beispiele beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Ionenstrahl- Bestrahlungsgerätes,

Fig. 2 ein Schaltbild der Stromversorgungseinrichtungen, die in Fig. 1 dargestellt sind,

Fig. 3 ein Zeitdiagramm, das eine Folge von Impulsen darstellt, die durch die Stromversorgungseinrichtung nach Fig. 2 erzeugt werden,

Fig. 4 eine Darstellung, die zeigt, wie diese Impulse zusammengesetzt werden, um eine Sinuswellenform anzu nähern,

Fig. 5 zwei Sinuswellenformen mit beliebiger Amplitude und relativer Phasenlage,

Fig. 6 die gleichförmige Bestrahlung einer Kreisfläche,

Fig. 7 zwei Sinuswellenformen mit einer Gleichstromkompo nente,

Fig. 8 die durch die Wellenformen nach Fig. 7 bewirkte Bahn (Spur) des Ionenstrahls,

Fig. 9A bis 9E die Erzeugung einer Dreieckwellenform mit einer zu ihren Segmenten addierten Gleichstromkompo nente,

Fig. 10 zwei derartige Wellenformen mit entgegengesetzt addierten Gleichstromkomponenten,

Fig. 11 die Bahn oder Spur des Strahls, die sich mittels der Wellenformen nach Fig. 10 ergibt,

Fig. 12 eine gleichförmig bestrahlte längliche rennbahn förmige Fläche, die sich bei Anwendung der Wellenformen nach Fig. 11 ergibt, und

Fig. 13 eine ähnliche gleichförmig bestrahlte rennbahnför mige Fläche, die gegenüber der Strahlachse versetzt ist.

Das Ionenstrahl-Bestrahlungsgerät nach Fig. 1 enthält einen Teilchenbeschleuniger 1 zur Beschleunigung von Ionen auf relativistische Geschwindigkeiten, so daß ein Ionenstrahl 2 erzeugt wird. Neben der Bahn des Ionen strahls 2 sind zwei X-Ablenkmagnete 3 angeordnet, die zur Ablenkung des Ionenstrahls in X-Richtung dienen, d.h. senkrecht zur Strahlenachse. In Strahlungsrichtung hinter (stromunterhalb) der X-Ablenkmagnete 3 sind zwei Y-Ablenkmagnete 4 neben der Bahn des Ionenstrahls 2 ange ordnet, die der Ablenkung des Ionenstrahls in Y-Richtung dienen, d.h. senkrecht zur Strahlachse und zur X-Richtung. Die X-Ablenkmagnete 3 und die Y-Ablenkmagnete 4 stehen daher im rechten Winkel zueinander. In der Bahn des Ionen strahls 2, stromunterhalb der Y-Ablenkmagnete 4, ist ein Streuelement 5 zur Abflachung der Energieverteilung des Ionenstrahls 2 angeordnet. Der Strahl ist auf eine Zielebene 6 gerichtet, in der der zu behandelnde Patient angeordnet wird.

Die Ablenkung des Strahls wird durch eine Steuereinheit 9 gesteuert, die einer ersten Stromversorgungseinrichtung 10 und einer zweiten Stromversorgungseinrichtung 11 Steu ersignale zuführt. Die erste Stromversorgungseinrichtung 10 führt den X-Ablenkmagneten einen Betriebsstrom zu, der eine Wechselstromkomponente und eine Gleichstromkompo nente aufweist. Die zweite Stromversorgungseinrichtung 11 führt den beiden Y-Ablenkmagneten 4 einen Betriebsstrom zu, der eine Wechselstromkomponente und eine Gleichstrom komponente aufweist. Die Steuersignale der Steuereinheit 9 steuern die Amplitude und Phasenlage der Wechselstrom komponenten und das Vorzeichen und die Größe der Gleich stromkomponenten. Die Steuereinheit 9 führt auch dem Teilchenbeschleuniger 1 Steuersignale zu, einschließlich solcher, die die Intensität des Ionenstrahls 2 steuern.

Die Wirkungsweise des Ionenstrahl-Bestrahlungsgeräts ist grundsätzlich folgende. Der Teilchenbeschleuniger 1 erzeugt einen Ionenstrahl 2, der nacheinander zwischen den X-Ablenkmagneten 3 und den Y-Ablenkmagneten 4 hin durchläuft. Der Ionenstrahl 2 wird senkrecht zu dem durch die X-Ablenkmagnete 3 erzeugten Magnetfeld um einen Be trag abgelenkt, der proportional zur Stärke dieses Mag netfeldes ist; dann wird er senkrecht zu dem durch die Y-Ablenkmagnete 4 erzeugten Magnetfeld um einen Betrag abgelenkt, der proportional zur Stärke dieses Magnetfel des ist. Da die X-Ablenkmagnete 3 und die Y-Ablenkmagnete 4 senkrecht zueinander stehen, stehen auch ihre Magnetfel der senkrecht zueinander, so daß der Ionenstrahl 2 sowohl in X- als auch in Y-Richtung abgelenkt werden kann und die Gesamtablenkung der vektoriellen Summe der Einzelab lenkungen entspricht.

Die Stärke der von den X-Ablenkmagneten und den Y-Ablenk magneten 4 erzeugten Magnetfelder wird durch die Steuer einheit 9 gesteuert. Auf diese Weise ist es möglich, den Ionenstrahl 2 so zu steuern, daß er eine gewünschte Bahn auf der Zielebene 6 überstreicht. Ein neues Merkmal dieser Erfindung besteht darin, daß die Bahn die Form einer Rennbahn haben kann, wie nachstehend erläutert wird, und nicht konzentrisch zur Strahlenachse zu liegen braucht.

Der Aufbau des Teilchenbeschleunigers 1, der X- und Y-Ab lenkmagnete 3 und 4 sowie des Streuelements 5 ist an sich bekannt, und die Steuereinheit 9 kann ebenfalls eine an sich bekannte Vorrichtung aufweisen, z.B. einen Mehrzweckrechner. Ausführliche Beschreibungen dieser Bauelemente erübrigen sich daher. Die beiden Stromversor gungseinrichtungen 10 und 11 haben den gleichen Aufbau; ihre Schaltungsanordnung wird nachstehend beschrieben.

Fig. 2 stellt ein Schaltbild der beiden Stromversorgungs einrichtungen 10 und 11 dar. Bei beiden handelt es sich um eine Mehrphasen-Wechselrichter-Stromversorgungsein richtung mit einer Gleichspannungsquelle 12, Wechselrich terschaltungen 13 ₁ bis 13 _n und Koppeltransformatoren 14 ₁, die an jeweils eine der Wechselrichterschaltungen 13 ₁ bis 13 _n angeschlossen sind. Die Koppeltransformatoren 14 ₁ bis 14 _n sind in Reihe an die X- oder Y-Ablenkmagnete 3 oder 4 angeschlossen.

Jede Wechselrichterschaltung 13 ₁ bis 13 _n enthält vier Transistoren 15, 16, 17 und 18, die einen Einphasen-Wech selrichter in Brückenschaltung bilden. Die beiden Tran sistoren 15 und 16 liegen in Reihe zwischen dem positiven und dem negativen Pol der Spannungsquelle 12. Die beiden Transistoren 17 und 18 liegen ebenfalls in Reihe zwischen dem positiven und dem negativen Pol der Spannungsquelle 12, und zwar parallel zu den beiden Transistoren 15 und 16. Mit anderen Worten, die Gleichspannungsanschlüsse der Wechselrichterbrücke sind jeweils mit dem positiven und dem negativen Pol der Gleichspannungsquelle 12 verbun den. Die Wechselspannungsanschlüsse der Wechselrichter brücke, d.h. der Verbindungspunkt der Transistoren 15 und 16 und der Verbindungspunkt der Transistoren 17 und 18, sind über einen veränderbaren ohmschen Widerstand V R ₁ mit den Ausgangsanschlüssen der Wechselrichterschaltung 13 ₁ verbunden. Die beiden Enden A und B der Primärwick lung des Koppeltransformators 14 ₁ sind mit den Ausgangs anschlüssen der Wechselrichterschaltung 13 ₁ verbunden.

Die beiden Transistoren 15 und 18 werden gleichzeitig ein- und ausgeschaltet, und die beiden Transistoren 16 und 17 werden ebenfalls gleichzeitig ein- und ausgeschal tet. Wenn die Transistoren 15 und 18 eingeschaltet sind, ist das Ende A des Transformators 14 ₁ positiv und das Ende B negativ. Wenn dagegen die Transistoren 16 und 17 eingeschaltet sind, ist das Ende A negativ und das Ende B positiv. Durch das abwechselnde Ein- und Ausschal ten der Transistorpaare 15, 18 und 16, 17 der Wechselrich terschaltung 13 ₁ werden daher positive und negative Span nungsimpulse an der Primärwicklung des Koppeltransforma tors 14 ₁ erzeugt, die ihrerseits positive und negative Stromimpulse in dessen Sekundärwicklung induzieren. Die Transistoren in den Wechselrichterschaltungen 13 ₂ bis 13 _n werden in gleicher Weise so geschaltet, daß positive und negative Impulse in den Koppeltransformatoren 14 ₂ bis 14 _n erzeugt werden.

Die Basen der Transistoren 15, 16, 17 und 18 sind mit der Steuereinheit 9 verbunden, die daher das Schalten der Transistoren steuert. Die Steuereinheit 9 steuert daher die zeitliche Lage und das Vorzeichen der von den Koppeltransformatoren 14 ₁ bis 14 _n abgegebenen Impulse.

Die Amplitude der von den Koppeltransformatoren 14 ₁ bis 14 _n abgegebenen Impulse hängt von der an ihre Primärwick lungen angelegten Spannung ab, die ihrerseits wieder von dem Widerstandswert der veränderbaren Widerstände VR ₁ bis VR _n in den Wechselrichterschaltungen 13 ₁ bis 13 _n abhängt. Diese Widerstandswerte sind von Wechselrichter schaltung zu Wechselrichterschaltung geringfügig unter schiedlich gewählt, so daß die Impulse unterschiedliche Amplituden haben. Auf diese Weise lassen sich die ver schiedensten Wellenformen zusammensetzen, und zwar ge steuert durch die Steuereinheit 9, wie nachstehend erläu tert wird.

Nachstehend wird die Synthese einer Sinuswellenform, die die Wechselstromkomponente des von den beiden Strom versorgungseinrichtungen 10 und 11 erzeugten Stroms bil den kann, anhand der Fig. 3 und 4 beschrieben. Hierbei ist angenommen, daß die Anzahl der Wechselrichterschaltun gen 13 und Koppeltransformatoren 14 gleich 11 (n = 11) ist und die Widerstandswerte der veränderbaren Widerstän de VR ₁ bis VR ₁₁ so eingestellt sind, daß die Amplitude der Impulse, die durch die jeweiligen Wechselrichterschal tungen 13 ₁ bis 13₁₁ erzeugt werden, sich stufenweise von einem niedrigen Wert bei der Wechselrichterschaltung 13 ₁ bis zu einem hohen Wert bei der Wechselrichterschal tung 13 ₆ und dann wieder zurück und zu dem niedrigen Wert bei der Wechselrichterschaltung 13 ₁₁ ändert.

Fig. 3 ist ein Zeitdiagramm, das die Impulse dargestellt, die durch die Wechselrichterschaltungen 13 ₁ bis 14 _n gebil det werden. Die Wechselrichterschaltung 13 ₁ wird so ge schaltet, daß sich abwechselnd positive und negative Impulse ergeben. Die Wechselrichterschaltung 13 ₂ wird ebenso wie die Wechselrichterschaltung 13 ₁ geschaltet, jedoch gegenüber dieser um die Dauer eines Impulses ver zögert, so daß jedem positiven oder negativen Impuls der Wechselrichterschaltung 13 ₁ ein etwas größerer Impuls gleichen Vorzeichens aus der Wechselrichterschaltung 13 ₂ folgt. In ähnlicher Weise folgt jedem Impuls ein etwas größerer, das gleiche Vorzeichen aufweisender Impuls des Wechselrichters 13 ₃, und so weiter bis zur Wechselrich terschaltung 13 ₆, nach der die Größe der Impulse der Wechselrichterschaltungen 13 ₇ bis 13₁₁ stufenweise ab nimmt.

Wenn die Ausgangsimpulse der Wechselrichterschaltungen 13 ₁ bis 13 ₁₁ einander überlagert werden, ergibt sich angenähert ein sinusförmiger Verlauf, wie er in Fig. 4 dargestellt ist. Die in den Sekundärwicklungen der Koppeltransformatoren 14 ₁ bis 14 ₁₁ induzierten Stromim pulse ergeben in gleicher Weise einen angenähert sinus förmigen Verlauf. Da die Sekundärwicklungen der Koppel transformatoren 14 ₁ bis 14₁₁ in Reihe geschaltet sind, führen sie diese angenähert sinusförmige Spannung den X- oder Y-förmigen Ablenkmagneten 3 oder 4 zu.

Die den X-Ablenkmagneten 3 und den Y-Ablenkmagneten 4 zugeführten sinusförmigen Ströme lassen sich sowohl in der Amplitude als auch in der Phasenlage ändern, wie es in Fig. 5 dargestellt ist, indem eine hinreichend große Anzahl von Wechselrichterschaltungen mit veränder baren Widerständen, deren Widerstandswerte unterschied lich gewählt sind, verwendet wird und diese Wechselrich terschaltungen durch die Steuersignale der Steuereinheit 9 in entsprechenden Zeitpunkten geschaltet werden. Wenn der in der obersten Zeile der Fig. 5 dargestellte sinus förmige Strom den X-Ablenkmagneten 3 und der in der unte ren Zeile der Fig. 5 dargestellte sinusförmige Strom den Y-Ablenkmagneten 4 zugeführt wird, dann wird der Ionenstrahl 2 so abgelenkt, daß er eine elliptische Bahn durchläuft. Wenn die beiden sinusförmigen Ströme die gleiche Amplitude aufweisen und um 90° phasenverschoben sind, ist die vom Ionenstrahl überstrichene bzw. abgeta stete Bahn kreisförmig.

Durch Ändern der Amplitude der sinusförmigen Kurvenformen lassen sich Kreise mit unterschiedlichen Durchmessern erzielen. Beispielsweise läßt sich der Strahl so ablen ken, daß er vier in bezug auf die Elektronenstrahlachse O konzentrische Kreise beschreibt, wie es in Fig. 6 dar gestellt ist. Durch entsprechende Steuerung der Strahlin tensität, so daß die Intensität bei dem kleinsten Kreis am niedrigsten und bei dem größten Kreis am höchsten ist, ergibt sich eine weitgehend gleichförmige Bestrah lung der gesamten kreisförmigen Fläche, die innerhalb des größten Kreises liegt, wie es beim bekannten Stand der Technik der Fall ist.

Durch geeignetes Umschalten der Wechselrichterschaltungen 13 ₁ bis 13 _n ist es ferner möglich, den Stromverlauf einer Wellenform mit einer beliebigen Gleichstromkomponente anzunähern, beispielsweise Wellenformen, wie sie in Fig. 7 dargestellt sind. Um beispielsweise die untere Wellen form nach Fig. 7 zu erzeugen, werden die Wechsel richterschaltungen 13 ₁ bis 13 _n so umgeschaltet, daß die Transistoren 16 und 17 ständig ausgeschaltet und nur die Transistoren 15 und 18 eingeschaltet werden, so daß nur positive Impulse erzeugt werden.

Fig. 8 zeigt das Ergebnis der Wellenformen in Fig. 7. Der Elektronenstrahl beschreibt eine Kreisbahn, die gegen über der Strahlachse O versetzt ist. Die Versetzung R und der Winkel R lassen sich durch Steuern der Größe der beiden Gleichstromkomponenten in Fig. 7 ändern. Der Durchmesser d des Kreises läßt sich durch Steuern der Amplitude der sinusförmigen Wellenformen in Fig. 7 än dern.

Nicht-sinusförmige Wellenformen lassen sich ebenfalls annähern. Beispielsweise durch Umschalten lediglich einer der Wechselrichterschaltungen 13 ₁ bis 13 _n ist es möglich, einem der Koppeltransformatoren 14 ₁ bis 14 _n eine Recht eckspannung zuzuführen, wie sie in Fig. 9A dargestellt ist. Der Ausgangsstrom der Sekundärwicklung dieses Trans formators hat dann den in Fig. 9B dargestellten Verlauf. Obwohl der Ausgangsstromverlauf eine Folge nichtlinearer Abschnitte aufweist, ist er während kurzer Zeitintervalle, z.B. der Zeitintervalle t ₁ bis t ₂ zu Beginn jedes Ab schnitts, weitgehend linear.

Daher ist es möglich, durch das Abwechseln von Folgen positiver Impulse, deren Amplitude zunimmt, mit Folgen negativer Impulse, deren Amplitude zunimmt, wie es in Fig. 9C dargestellt ist, dreieckförmige Ausgangswellen formen zu erzielen. Fig. 9C zeigt die Eingangswellenform der Primärwicklungen der Koppeltransformatoren 14 ₁ bis 14 _n. Fig. 9D zeigt die Ausgangswellenform, die von den Sekundärwicklungen der Koppeltransformatoren 14 ₁ bis 14 _n den X- oder Y-Ablenkmagneten 3 oder 4 als Wechsel stromkomponente zugeführt wird. Wenn diese Dreieck-Wellen form sowohl den X-Ablenkmagneten 3 als auch den Y-Ablenk magneten 4 zugeführt wird, läuft der Ionenstrahl 2 auf einer geraden Linie hin und her, deren Neigungswinkel von der relativen Amplitude der beiden Dreieckwellen abhängt. Die Fähigkeit, eine Dreieckwellenform zu erzeu gen, ist ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Bestrahlungsgeräts.

Durch geringfügige Änderung der Umschaltpunkte der Wech selrichterschaltungen 13 ₁ bis 13 _n ist es möglich, den Abschnitten der Dreieckwellenform in Fig. 9D Gleichstrom komponenten zu überlagern und dadurch jeden Abschnitt nach oben oder unten zu verschieben. Die ansteigenden Abschnitte können in der einen Richtung durch Überlagerung einer Gleichstromkomponente mit der einen Polarität und die absteigenden Abschnitte in der anderen Richtung durch Überlagerung einer Gleichstromkomponente mit der entge gengesetzten Polarität verschoben werden. Auf diese Weise lassen sich Wellenformen wie die in Fig. 9E dargestellte erzeugen; in diesem Beispiel werden die ansteigenden Abschnitte nach oben und die absteigenden Abschnitte nach unten verschoben. Diese modifizierten Dreieckwellen formen können zur Bildung des rennbahnförmigen Bestrah lungsmusters verwendet werden, bei dem es sich um eines der erfindungsgemäßen Merkmale handelt, wie nachstehend erläutert wird.

Für ein rennbahnförmiges Bestrahlungsmuster werden modi fizierte Dreieckwellenformen mit entgegengesetzten Gleich stromkomponenten den X-Ablenkmagneten 3 und den Y-Ablenk magneten 4 zugeführt, wie es in Fig. 10 dargestellt ist. Nach Fig. 10 wird der den X-Ablenkmagneten 3 zugeführten Wellenform eine negative Gleichstromkomponente in den ansteigenden Abschnitten der Dreieckwellenform und eine positive Gleichstromkomponente in den absteigenden Ab schnitten überlagert, während bei der den Y-Magneten 4 zugeführten Wellenform eine positive Gleichstromkompo nente in den ansteigenden Abschnitten und eine negative Gleichstromkomponente in den absteigenden Abschnitten überlagert wird.

Die Spur des Ionenstrahls 2 auf der Zielebene 6 hat dann zwei parallele Linien, wie es in Fig. 11 dargestellt ist. Die Werte A _α, A _β, B _α, B _β, A _α′, A _β′, B _α′ und B _β′ in Fig. 10 entsprechen in gleicher Weise bezeichneten Werten in Fig. 11. Die ansteigenden Abschnitte der Wellenformen, z.B. die Abschnitte a und α′ in Fig. 10, entsprechen dem Abschnitt SP in Fig. 11. Die ansteigenden Abschnitte der Wellenformen, z.B. die Abschnitte β und β′ in Fig. 10 entsprechen dem Abschnitt QR in Fig. 11. Die Abschnitte PQ und RS in Fig. 11 sind Übergangsbereiche, in denen sich der Stromverlauf nicht sprungartig von einem Wert zu einem anderen ändert, wie es in Fig. 10 dargestellt ist, sondern praktisch etwas abgerundet ist, so daß der Strahl weitgehend längs der durch die Pfeile angedeuteten Bahnen verläuft.

Die durch den Strahl bestrahlte Fläche hat daher die in Fig. 12 dargestellte Form einer Rennbahn. Die Länge der Rennbahn und ihre Neigung lassen sich durch Änderung der Amplituden der den X- und Y-Ablenkmagneten 3 und 4 zugeführten Wellenformen steuern: Beispielsweise läßt sich die Länge der Rennbahn in X-Richtung durch Vergröße rung von A _α und A _β in Fig. 10 und durch Verringern von B _α und B _β vergrößern. Der Abstand zwischen den Seiten der Rennbahn und die Strahlintensität können durch Ände rung der Differenzen, z.B. der Differenz zwischen A _α und A _β in Fig. 10, eingestellt werden. Eine entsprechende Einstellung dieses Abstands ermöglicht die Abgabe einer weitgehend gleichförmigen Bestrahlungsdosis auf die durch die Rennbahn eingeschlossene Fläche, so daß Tumoren mit länglicher Form wirksam behandelt werden können, da sie im wesentlichen alle durch den Teilchenbeschleuniger 11 erzeugte Ionen aufnehmen.

Die Rennbahn braucht nicht konzentrisch zur Strahlachse zu verlaufen. Wenn den den X-Ablenkmagneten 3 und den beiden Y-Ablenkmagneten 4 zugeführten Wellenformen insge samt Gleichstromkomponenten überlagert werden, ist es möglich, die Rennbahn an eine von der Strahlenachse ent fernt liegende Stelle zu verschieben, wie es in Fig. 13 dargestellt ist. Das zugrundeliegende Prinzip ist das gleiche, wie es in den Fig. 7 und 8 dargestellt ist. Tumoren mit unregelmäßiger Form lassen sich dadurch behan deln, daß mehrere Rennbahn-Muster oder andere Bestrah lungsmuster, z.B. das kreisförmige Muster nach Fig. 8, auf verschiedene Teile des Tumors gerichtet wird, so daß er vollständig bestrahlt wird und im wesentlichen alle Ionen auf die Tumorfläche treffen.

Das erfindungsgemäße Ionenstrahl-Bestrahlungsgerät kann auf die verschiedenen Bestrahlungsmuster, z.B. die in den Fig. 6, 8, 12 und 13 dargestellten, mit hoher Ge schwindigkeit umgeschaltet werden, so daß eine Behandlung in kurzer Zeit durchgeführt werden kann, ohne daß der Patient bewegt werden muß. Ein einziges Gerät kann daher zur Behandlung einer größeren Anzahl von Patienten und mit geringeren Kosten pro Patient als bisher verwendet werden.

Abwandlungen von dem dargestellten Ausführungsbeispiel können beispielsweise darin bestehen, daß die veränder baren Widerstände in den Wechselrichterschaltungen wegge lassen und die Ausgangsanschlüsse der Wechselrichter- Brücke jeder Wechselrichterschaltung unmittelbar mit den Ausgangsanschlüssen der Wechselrichterschaltungen verbunden und die den Basen der Transistoren zugeführten Steuersignale so geändert werden, daß die Widerstandswerte der Transistoren von Wechselrichterschaltung zu Wechsel richterschaltung geändert werden. Diese Ausbildung hat die gleiche Wirkung wie die Wechselrichterschaltungen mit zusätzlichen veränderbaren Widerständen. Auch die beiden Stromversorgungseinrichtungen 10 und 11 können so abgewandelt werden, daß sie kompliziertere Bestrah lungsmuster als die in den Fig. 6, 8, 12 und 13 darge stellten kreisförmigen und rennbahnförmigen Muster erzeu gen. So können die beiden Stromversorgungseinrichtungen so aufgebaut sein, daß sie einen Stromverlauf mit in der Amplitude und Phasenlage steuerbaren Wechselstromkom ponenten und mit in der Richtung und Größe steuerbaren Gleichstromkomponenten erzeugen können.

Claims

1. Ionenstrahl-Bestrahlungsgerät, gekennzeichnet durch: einen Teilchenbeschleuniger zum Erzeugen eines Ionen strahls, X-Ablenkmagneten zum Ablenken des Ionenstrahls in X-Richtung, Y-Ablenkmagneten zum Ablenken des Ionen strahls in Y-Richtung, eine erste Stromversorgungseinrich tung, durch die die X-Ablenkmagnete mit einem Betriebs strom versorgt werden, der eine Wechselstromkomponente und eine Gleichstromkomponente aufweist, eine zweite Stromversorgungseinrichtung, durch die die Y-Ablenkmag nete mit einem Betriebsstrom versorgt werden, der eine Wechselstromkomponente und eine Gleichstromkomponente aufweist, und eine Steuereinheit zum Steuern der Amplitu de und Phasenlage der Wechselstromkomponenten und des Vorzeichens und der Größe der Gleichspannungskomponenten.

2. Ionenstrahl-Bestrahlungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselstromkomponenten eine Dreieckwellenform haben.

3. Ionenstrahl-Bestrahlungsgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Gleichstromkomponente der einen Polarität den ansteigenden Abschnitten der Dreieckwellenformen und eine Gleichstromkomponente der entgegengesetzten Polari tät den absteigenden Abschnitten der Dreieckwellenformen überlagert ist.

4. Ionenstrahl-Bestrahlungsgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die den X-Ablenkmagneten und den Y-Ablenkmagneten zugeführten Dreieckwellenformen entgegengesetzt gerich tete Gleichstromkomponenten aufweist.

5. Ionenstrahl-Bestrahlungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Stromversorgungseinrichtung und die zweite Stromversorgungseinrichtung jeweils aufweisen:
eine Spannungsquelle;
mehrere Wechselrichterschaltungen, die parallel an der Spannungsquelle liegen, so daß sie einen Strom aus der Spannungsquelle erhalten und verschiedene Span nungen erzeugen, deren Polarität unter der Steuerung der Steuereinheit umschaltbar ist;
mehrere Koppeltransformatoren, deren Primärwicklun gen die von den jeweiligen Wechselrichterschaltungen erzeugten Spannungen erhalten und deren Sekundärwicklun gen in Reihe geschaltet sind.

6. Ionenstrahl-Bestrahlungsgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Wechselrichterschaltungen jeweils ein erstes Paar Transistoren, die in Reihe zwischen dem positiven und dem negativen Pol der Gleichspannungsquelle liegen, und ein zweites Paar Transistoren, die in Reihe zwischen dem positiven und dem negativen Pol der Gleichspannungs quelle parallel zu dem ersten Paar liegen, aufweisen,
daß das eine Ende der Primärwicklung des jeweiligen Kop peltransformators mit einem Verbindungspunkt zwischen dem ersten Paar Transistoren verbunden ist, daß das andere Ende der Primärwicklung des jeweiligen Koppeltransforma tors mit einem Verbindungspunkt zwischen dem zweiten Paar Transistoren verbunden ist und daß die Basen beider Transistorpaare mit der Steuereinheit verbunden sind.