ES2240567T3 - Dispositivo para la adaptacion del tamaño de un punto del rayo de iones en la irradiacion de tumores. - Google Patents
Dispositivo para la adaptacion del tamaño de un punto del rayo de iones en la irradiacion de tumores.Info
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Abstract
Dispositivo para la adaptación de un tamaño de punto de rayo de iones, que presenta las siguientes características: - una instalación de escáner reticular que está constituida por imanes de exploración reticular (20) para la exploración reticular del rayo de iones (19), - imanes cuadrupolares (10), que determinan el tamaño del punto del rayo de iones, que están dispuestos inmediatamente delante de los imanes de exploración reticular (20), - dos aparatos de la red de corriente magnética (18) para el doblete cuadrupolar de los imanes cuadrupolares (10) que determinan el tamaño del punto del rayo de iones, caracterizado porque el dispositivo presenta - un bucle de regulación (21) para el acondicionamiento de valores de corrección de la corriente comparando valores teóricos y valores reales de una dilatación actual del rayo para dos aparatos de la red de corriente magnética (18) del doblete cuadrupolar de los imanes cuadrupolares (10) que determinan el tamaño del rayo de iones para la homogeneización definida y/o para la variación definida del tamaño del punto del rayo de iones, durante la extracción del rayo y/o de un ciclo de medición a otro y/o de una posición del rayo a otra, y - porque el dispositivo presenta un módulo de control y de lectura (SAMD), que controla y lee un retículo más denso de la posición del rayo de iones con un tamaño al mismo tiempo más reducido del punto del rayo de iones en la zona marginal (3) que en la zona del volumen (4) de un tumor.
Description
Dispositivo para la adaptación del tamaño de un
punto del rayo de iones en la irradiación de tumores.
La invención se refiere a un dispositivo para la
adaptación del tamaño de un punto de rayo de iones en la
irradiación de tumores según el preámbulo de la reivindicación
1.
A partir del Artículo de Th. Haberer, W. Becher,
D. Schardt y G. Kraft "Magnetic scanning system for heavy ion
therapy", publicado en Nuclear Instruments and Methods in
Physics Research, A330 (1993), páginas 206-305, se
conoce un dispositivo de acuerdo con el preámbulo de la
reivindicación 1 y un procedimiento de exploración reticular
controlado en la intensidad. Además, se conocen a partir de la
solicitud de patente DE 198 35 209.3 "Vorrichtung und Verfahren
zum Steuern einer Bestrahlungseinrichtung" un dispositivo y un
procedimiento, que se basan en un sistema de control, que posibilita
una exploración segura del volumen de un tumor de un paciente con
la ayuda de un procedimiento de exploración reticular. Sin embargo,
este dispositivo tiene el inconveniente de que el tamaño del punto
de rayo de iones durante y entre los puntos de irradiación no se
puede ajustar sin mucho gasto, de manera que el tamaño del punto de
rayo de iones durante cada sección se mantiene con la misma anchura
a través del volumen del tumor y, por lo tanto, no permite contornos
nítidos especialmente en la zona marginal.
El cometido de un desarrollo de este sistema de
control es conseguir una elevación de la precisión geométrica de la
aplicación de la dosis y un incremento claro de la robustez del
procedimiento frente a las oscilaciones de la posición del rayo,
especialmente también con respecto a la aplicación futura de guías
de rayos giratorias (Gantrys) con técnica de exploración reticular
integrada.
El tamaño de las oscilaciones inevitables de la
posición del chorro en virtud de las condiciones ópticas difíciles
de los iones aumenta con las guías de rayos giratorias (Gantrys).
Incluso si las intensidades del rayo de la terapia oscilan entre el
valor máximo y el valor medio en torno al factor 30, la oscilación
de la posición de rayo de terapia suministrado por el acelerador
debe estar en el intervalo de \pm 2 mm. De esta manera, cometido
de la invención es también
realizar una planificación precisa de la irradiación, para que la distribución de la dosis que resulta a partir de la irradiación general se desvíe por término medio menos que un 5% con respecto a la distribución planificada de la dosis.
realizar una planificación precisa de la irradiación, para que la distribución de la dosis que resulta a partir de la irradiación general se desvíe por término medio menos que un 5% con respecto a la distribución planificada de la dosis.
Este cometido se soluciona con el objeto de la
reivindicación independiente. Las características de los desarrollos
ventajosos de la invención se deducen a partir de las
reivindicaciones dependientes.
Según la invención, el dispositivo para la
adaptación del tamaño de un punto del rayo de iones en la
irradiación de tumores presenta una instalación de exploración
reticular que está constituida por imanes de exploración reticular
del rayo de iones. Además, los imanes cuadrupolares que determinan
el tamaño del punto del rayo de iones están previstos delante del
imán de exploración reticular. El doblete cuadrupolar de los
imanes cuadrupolares que determinan el tamaño del rayo es
alimentado según la invención por dos aparatos de la red de
corriente magnética.
En un dispositivo utilizado hasta ahora, durante
la extracción del rayo de terapia a partir de un acelerador
adecuado como un sincrotrón, se pueden provocar modificaciones de
tiempo de parámetros ópticos de iones en el acelerador o en la guía
siguiente del rayo tanto oscilaciones de la posición del rayo como
también modificaciones temporales de los tamaños del punto del rayo.
Aunque el problema parcial de las oscilaciones de la posición del
rayo ya ha sido entre tanto de una manera extraordinariamente
efectiva, no existe hasta ahora ningún procedimiento para reducir o
dominar las oscilaciones de los tamaños del punto del rayo.
Se conoce a partir del documento EP 1 041 579 un
dispositivo, en el que se puede controlar el punto del rayo de iones
con la ayuda de imanes cuadrupolos. Este documento publica el
preámbulo de la reivindicación 1. A partir del documento EP 1 045
399 se conoce la preparación de valores correctores de la corriente
para aparatos de la red de corriente magnética para la corrección
de las oscilaciones.
No obstante, el objetivo de una radiación de un
tumor con iones es generar ocupaciones de las partículas lo más
exactas posible, es decir, que dentro del volumen de tiempo deben
reducirse al mínimo las desviaciones de la distribución de la
dosis planeada, siendo las variaciones de las anchuras del rayo
solamente tolerables en una medida determinada, puesto que de lo
contrario la muestra geométrica de las posiciones del rayo, que ha
sido establecida previamente en el marco de una planificación de la
radiación, solamente puede suministrar resultados de radiación
suficientemente exactos para una zona definida de la anchura del
rayo.
Por lo tanto, según la invención, el dispositivo
presenta un bucle de regulación que acondiciona valores de
corrección de la corriente comparando valores teóricos y valores
reales de una dilatación actual del rayo para dos aparatos de la
red de corriente magnética del doble cuadrupolar dispuesto
inmediatamente delante de los imanes de exploración reticular y una
homogeneización definida y/o una variación definida del tamaño del
punto del rayo, durante la extracción de los rayos y/o de un ciclo
de medición a otro y/o desde una posición del rayo a otra.
La solución según la invención tiene la ventaja
de que se puede mantener una relación conveniente entre la anchura
del perfil del rayo y la distancia de la posición del rayo durante
la irradiación y de esta manera se obtienen distribuciones
homogéneas de la dosis, que cumplen los requerimientos de la
medicina, como se muestran en la figura 2.
Para conseguir una distribución homogénea de los
rayos de este tipo, de una manera preferida el dispositivo presente
un software en tiempo real para el cálculo de los valores reales de
la anchura del rayo de iones a partir de los datos brutos del
detector. Además, el dispositivo presenta un detector sensible al
lugar para la detección de la anchura del rayo de iones y para la
generación de datos brutos del detector de la anchura del rayo de
iones. Una ventaja de esta forma de realización de la invención
consiste en posibilitar la generación de gradientes muy empinados
de la dosis en el borde el volumen a irradiar durante la variación
de la anchura del chorro de iones hacia el borde.
El tamaño del punto del chorro es reducido al
mínimo para una caída empinada del borde hacia el borde, de manera
que es posible escalar la zona de esta caída de la dosis con la
anchura del semivalor del rayo de terapia. Con este dispositivo
para la regulación del tamaño del punto del chorro va unida la
ventaja que se puede reducir al mínimo la duración de la irradiación
para el paciente en la posición inmovilizada del paciente, pudiendo
realizarse un tamaño grande del punto del rayo de iones y
reduciendo solamente hacia el borde -para conseguir una copia más
precisa del borde- el tamaño del punto del rayo de iones y
concentrándose las posiciones del rayo por unidad de superficie,
como se muestra en la figura 3.
La duración de una irradiación y, por lo tanto,
también el rendimiento de una instalación en cuanto al número de
pacientes se reduce a través de la densidad reducida de las
posiciones del rayo en el volumen del tumor, puesto que a medida
que se reduce la densidad de las posiciones del rayo, se reduce
también la duración de la radiación. De esta manera se consigue de
una forma ventajosa una reducción de la duración de la irradiación
a través de la posibilidad del ajuste de los tamaños del punto del
rayo, porque se pueden planear menos posiciones del rayo a una
distancia mayor en el interior del volumen del tumor. No obstante,
por otra parte, para garantizar una calidad suficiente de las
ocupaciones de las partículas sobre la sección transversal del
tumor, se requiere una anchura mínima del punto del rayo a una
distancia dada de la posición del rayo. Ésta se garantiza de nuevo
a través del dispositivo según la invención.
En otra forma de realización preferida del
dispositivo, éste presenta módulos de control y de lectura y
comunicaciones de datos correspondientes, para emitir informaciones
sobre el valor real de anchuras del rayo de iones a un módulo de
memoria, un módulo de control y un módulo de lectura y para
memorizar los datos de medición. Esta forma de realización de la
invención tiene la ventaja de que a través de la colaboración del
módulo de control y del módulo de lectura con los aparatos de la
red de corriente magnética del doblete cuadrupolar de los imanes
cuadrupolos que determinan el tamaño del punto del rayo de iones se
puede garantizar una variación activa del tamaño del punto del rayo
de iones.
En otra forma de realización de la invención, el
módulo de lectura presenta un número de interfaces libres y una
potencia de cálculo, a través de la cual se puede realizar el
seguimiento de la anchura del rayo de iones. De esta manera, se
consigue de una forma ventajosa el requerimiento, comprensible desde
el punto de vista de la técnica de la medicina, de una caída
empinada y precisa del borde con una duración mínima de la
radiación con respecto al tamaño del punto del rayo, lo que no se
puede conseguir en el estado actual de la técnica en virtud del
tamaño rígido del punto del rayo de iones. Con la capacidad de
seguimiento y la capacidad de ajuste del tamaño del punto del rayo
y de la posición del punto de rayo se consigue de una manera
ventajosa una adaptación dinámica durante la irradiación del volumen
de un tumor, con lo que también se proporciona al planificador de la
radiación una elevada flexibilidad en el establecimiento del patrón
de la posición de rayo y se puede incrementar adicionalmente la
calidad de la distribución de la dosis.
En una forma de realización alternativa del
dispositivo, se acondiciona un sistema de control ampliado con un
módulo de control y un módulo de lectura, pudiendo realizar el
módulo de control y el módulo de lectura adicionales de una manera
exclusiva la función de la regulación de la anchura del rayo de
iones. Con esta forma de realización, es posible conseguir el
ajuste rápido en intervalos de tiempo, que son esencialmente más
cortos que los tiempos típicos del ciclo del acelerador.
En otra forma de realización preferida de la
invención, el dispositivo presenta un bucle de regulación, que
parte desde una cámara de ionización de hilos múltiples con módulo
de control y módulo de lectura conectados y que conduce a un módulo
de control y módulo de lectura, que acondiciona datos de medición
para la representación gráfica, y que activa dos aparatos de
corriente magnética para el enfoque horizontal y vertical del
doblete cuadrupolar inmediatamente delante del imán de exploración
reticular. De esta manera, se generan de forma ventajosa ajustes de
campo corregidos, que mejorar el estado de enfoque de la
instalación. La regulación puede asegurar de una manera más
ventajosa tanto el mantenimiento de un tamaño constante del punto
del chorro de iones durante el proceso de exploración como también
la variación definida del tamaño del punto del chorro de iones de
acuerdo con el precedente de una planificación de la irradiación. En
este caso, la información disponible a partir de la medición del
lugar del sistema de exploración reticular en el transcurso del
tiempo de la anchura del rayo se combina con la capacidad del
sistema de control, para impulsar aparatos de la red de corriente
magnética de imanes que influyen en el tamaño del punto del rayo de
iones, como por ejemplo imanes cuadrupolares, en una secuencia de
tiempo rápida, con nuevos valores teóricos, de manera que a partir
de la comparación actual del valor teórico y el valor real de la
dilatación actual del chorro se pueden conseguir valores de
corrección de la corriente para ambos aparatos de la red de
corriente magnética de un doblete cuadrupolar inmediatamente
delante del imán de exploración reticular.
Un procedimiento para la adaptación del tamaño de
un punto de rayo de iones en el tratamiento de tumores se
caracteriza por las siguientes etapas del procedimiento:
- -
- adaptación dinámica del tamaño del punto de rayo de iones en tiempo real bajo la
- -
- impulsión del imán cuadrupolar que determina el tamaño del punto del rayo de iones con valores teóricos para diferentes tamaños del punto de rayo de iones dentro de un ciclo de aceleración y/o entre dos ciclos de aceleración y/o entre posiciones adyacentes del rayo por medio de frecuencia regulable,
- -
- obtención de valores de corrección de la corriente bajo la comparación de valores teóricos y valores reales de una dilatación actual del rayo para dos aparatos de la red de corriente magnética del doblete cuadrupolar de los imanes cuadrupolares que determina el tamaño del punto de rayo de iones para la homogeneización definida y/o para la variación definida del tamaño del punto de rayo de iones durante la extracción del rayo y/o de un ciclo de medición a otro y/o de una posición del rayo a otra,
- -
- irradiación de un tejido de tumor con un retículo de la posición del rayo de iones más dentro con un tamaño al mismo tiempo más reducido del punto del rayo de iones en la zona marginal que en la zona del volumen del tumor.
De esta manera, un procedimiento para la
aplicación del dispositivo según la invención mejora el
procedimiento de exploración reticular descrito anteriormente en
varios aspectos. A través de la posibilidad de ajustar el tamaño
del punto del rayo de iones en tiempo real, se puede incrementar la
calidad de las ocupaciones de las partículas generadas por el
escáner reticular, siendo adaptada la anchura actual del rayo de
una manera activa a las especificaciones de la planificación de la
irradiación a través de un procedimiento de regulación. De esta
manera, se puede reducir la densidad geométrica de las posiciones
del chorro frente al modo de irradiación actual, puesto que hasta
ahora debía mantenerse una reserva para compensar las oscilaciones
que se producen siempre de la anchura del rayo. El procedimiento
de regulación según la invención, que reduce al mínimo estas
oscilaciones, abre la posibilidad de planear un número más reducido
de posiciones del rayo, lo que conduce a tiempos de irradiación más
cortos y a un rendimiento más elevado en cuanto al número de
pacientes.
En el dispositivo según la invención, se adapta
la anchura del semivalor del rayo al retículo de la posición del
rayo de iones de tal manera que con un retículo fijo de la posición
del rayo de iones en la zona marginal se ajusta una anchura más
reducida del semivalor del rayo que en la zona del volumen del tumor
con un patrón global de la posición del rayo de iones. De esta
manera, se pueden conseguir de una forma ventajosa delimitaciones
más precisas en la zona marginal entre el tejido del tumor y el
tejido sano, puesto que al mismo tiempo se reduce la anchura del
semivalor del rayo y, por lo tanto, se ajusta más nítida que en la
zona del volumen del tumor. A través de la anchura del semivalor
mayor del rayo en la zona del volumen del tumor con un patrón
global del rayo de iones se puede reducir el número total de las
posiciones del rayo por sección de isoenergía, es decir, por plano
de irradiación y, por lo tanto, se puede reducir el tiempo de
tratamiento del rayo. Por otra parte, se asegura el gradiente de la
dosis muy empinado en el borde tejido del tumor y, por lo tanto, una
delimitación precisa entre el tejido del tumor y el tejido
sano.
Un ejemplo de realización preferido del
procedimiento para la utilización del dispositivo según la invención
prevé que para cada ciclo de medición un software en tiempo real
calcule en un módulo de control y de lectura de una cámara de
ionización de hilos múltiples el valor real de la anchura del chorro
de iones a partir de los datos brutos del detector de la cámara de
ionización de hilos múltiples. En este caso, se lleva a cabo de una
manera preferida un procedimiento, en el que la anchura del
semivalor del rayo varía y se ajusta de un ciclo de medición a
otro, siendo realizado el cálculo de la anchura del semivalor del
rayo a través de la detección de datos brutos del detector de una
cámara de vulcanización de hilos múltiples. Un software en tiempo
real de este tipo tiene tiempo suficiente entre un ciclo de
medición y otro y/o entre posiciones adyacentes del rayo para
calcular de nuevo y de una manera adaptada los datos de ajuste
correspondientes.
En otro ejemplo de realización del procedimiento
para la utilización del dispositivo según la invención se compara
un módulo para la memorización, el control y la lectura de los
valores reales del tamaño del punto del rayo de iones con la
información sobre el valor teórico del tamaño del punto del rayo de
iones a partir de un plan de irradiación en tiempo real. Con un
módulo de este tipo no sólo se puede detectar o variar el tamaño
del punto del rayo de iones entre un ciclo de medición y otro y/o
entre una posición del rayo y otra, sino que se puede variar
todavía durante y dentro de una extracción del rayo. A tal fin, se
calcula, en otro ejemplo de realización del procedimiento un valor
de corrección para aparatos de la red magnética del doblete
cuadrupolar de los imanes cuadrupolares que determinan el tamaño
del punto del rayo de iones de una guía de irradiación de alta
energía inmediatamente delante del escáner reticular y se ajusta de
una manera correspondiente.
Si se trabaja en otro ejemplo de realización del
procedimiento para la realización del dispositivo según la
invención de un ciclo de medición a otro, entonces un sistema de
medición del lugar puede llevar a cabo desde una posición del rayo
de iones en el plan de irradiación hasta la siguiente posición del
rayo de iones una corrección y un nuevo ajuste. Este ajuste nuevo
es predeterminado en primer lugar a través de un ajuste de la
frecuencia de un seguimiento del rayo de iones ya en forma de un
parámetro de un software en tiempo real, que calcula y realiza los
valores de corrección para el doblete cuadrupolar. También la
atenuación de la anchura del rayo de iones se puede ajustar de una
manera similar a la frecuencia de la adaptación a través de un
parámetro. Por último, se pueden establecer valores umbrales para
la anchura del rayo de iones con relación a una anchura máxima y
mínima del rayo de iones, con el fin de excluir desde el principio
las adaptaciones erróneas.
Por lo tanto, el dispositivo según la invención y
el procedimiento para su aplicación se refieren a una regulación
posterior de la anchura del rayo en tiempo real. A tal fin, la
información que está disponible a partir de la medición del lugar
del sistema de exploración reticular se combina durante el
desarrollo temporal de la anchura del rayo con la capacidad del
sistema de control para impulsar aparatos de la red de corriente
magnética de imanes que influyen sobre el tamaño del punto del rayo
de iones, como imanes cuadrupolares en secuencia temporal rápida,
con valores teóricos nuevos. De esta manera, se establece un bucle
de regulación, que posibilita conseguir a partir de la comparación
de los valores teóricos y los valores reales de la dilatación actual
del rayo valores de corrección de la corriente para los dos
aparatos de la red de corriente magnética del doblete cuadrupolar
inmediatamente delante de los imanes de exploración reticular y de
esta manera conseguir ajustes de campo corregidos, que mejoran el
estado del enfoque de la instalación de terapia del rayo de iones.
Por lo tanto, la regulación tanto puede proporcionar un tamaño
constante del punto del rayo de iones y puede mantenerse de una
manera más fiable durante el proceso de exploración como también se
pueden realizar variaciones definidas del tamaño del punto del rayo
de iones según las previsiones de una planificación de la
irradiación configurada de una manera esencialmente más
flexible.
La figura 1 muestra un ejemplo para una
distribución no homogénea de la dosis con una anchura demasiado
reducida del semivalor del rayo.
La figura 2 muestra un ejemplo para una
distribución homogénea de la dosis con una anchura suficiente del
semivalor del rayo.
La figura 3 muestra un ejemplo de realización de
una distribución de la posición del rayo, que se posibilita a través
del empleo del dispositivo según la invención.
La figura 4 muestra una forma de realización de
un sistema de irradiación, en el que se puede emplear el dispositivo
según la invención.
La figura 5 muestra un diagrama de flujo de datos
de un ejemplo de realización de la invención.
La figura 1 muestra un ejemplo para una
distribución no homogénea de la dosis con una anchura demasiado
reducida del semivalor del rayo. A tal fin, se forma en la figura 1
un sistema de coordenadas en dirección X, Y y Z, siendo la unidad
para el eje X y el eje Y el milímetro y estando representada la
dosis de los rayos en la dirección del eje Z. La figura 1 ilustra
la repercusión de una anchura del perfil del rayo no conforme con
las previsiones de una planificación del rayo sobre la homogeneidad
de la distribución de la dosis. En los máximos de las dosis de la
irradiación, que se proyectan en dirección Z, se puede reconocer
una falta de homogeneidad no compatible para una irradiación del
tumor.
En principio, la anchura del perfil del rayo con
relación a las distancias de la posición de la irradiación es
demasiado estrecha o a la inversa, las distancias entre la posición
de la irradiación son demasiado grandes para la anchura ajustada
del perfil del rayo. Por lo tanto, de esta manera no se consigue un
objetivo esencial de la aplicación del rayo, a saber, la generación
de una ocupación lo más exacta posible de las partículas, es decir,
que dentro del volumen del objetivo, las desviaciones con respecto
a la distribución planificada de la dosis deben ser mínimas y, por
lo tanto, resulta para la anchura del perfil del rayo ajustada en la
figura 1 una falta de homogeneidad de la irradiación, y no se
pueden mantener las previsiones de la planificación de la
irradiación.
La figura 2 muestra un ejemplo de una
distribución homogénea de la dosis con una anchura suficiente del
semivalor del rayo. En la figura 2 se representa de nuevo un
sistema de coordenadas X, Y y Z con una división milimétrica en el
eje X y en el eje Y así como un tamaño de la dosis en la dirección
del eje Z. En esta forma de realización, se mantiene una relación
conveniente entre la anchura del perfil del rayo y la distancia de
la posición del rayo durante la irradiación, de manera que se
obtiene una distribución homogénea de la dosis, que cumple los
requerimientos de la medicina y se puede conseguir una caída
relativamente empinada hacia el borde de la irradiación. No
obstante, a tal fin, debe planificarse una distancia de la posición
del rayo esencialmente más reducida y, por lo tanto, deben
planificarse esencialmente más posiciones del rayo en la figura 2
que en la figura 1, de manera que el tiempo de tratamiento en la
figura 2 sería un múltiplo mayor que el tiempo de tratamiento en la
figura 1. Con la ayuda de la presente invención se varía, sin
embargo, la anchura del rayo entre una posición del rayo y otra, de
manera que a medida que se incrementa la distancia de la posición
del rayo, se puede ajustar más amplia la anchura del perfil del
rayo y se reduce la distancia de la posición del rayo hacia el
borde con una reducción simultánea de la anchura del perfil del
rayo.
Por lo tanto, a través del dispositivo según la
invención se pueden conseguir distribuciones de las dosis
esencialmente más homogéneas que se muestran en la figura 2 y al
mismo tiempo se puede reducir el número de las posiciones del rayo
por isosección a través de un tejido de tumor y se puede reducir la
distancia de la posición del rayo hacia el borde del tejido del
tumor y al mismo tiempo se puede reducir la anchura del perfil del
rayo, como se muestra en la figura 3, de manera que se posibilita
una caída más empinada del borde y una delimitación más precisa con
respecto al tejido sano.
La figura 3 muestra la distribución de la
posición del rayo, que se consigue a través del empleo del
dispositivo según la invención. El dispositivo según la invención
permite una adaptación de un tamaño de punto de rayo de iones en la
irradiación del tumor con una instalación de exploración reticular,
que está constituida por imanes de exploración reticular para la
exploración reticular del rayo de iones, con imanes cuadrupolares
que determinan el tamaño del punto del rayo de iones, que están
dispuestos inmediatamente delante del imán de exploración
reticular, con dos aparatos de la red de corriente magnética del
doblete cuadrupolar de los imanes cuadrupolares que determinan el
tamaño del punto del rayo de iones, presentando el dispositivo un
bucle de regulación, que prepara valores de corrección de la
corriente comparando valores teóricos y valores reales de una
dilatación actual de los rayos para dos aparatos de la red de
corriente magnética del doblete cuadrupolar dispuesto inmediatamente
delante del imán de exploración reticular y una homogeneización
definida y/o posibilita una variación definida del tamaño del punto
de rayo de iones, durante la extracción del rayo y/o de un ciclo de
medición a otro y/o de una posición del rayo a otra.
La figura 3 muestra a tal fin un tejido de tumor
rodeado por un tejido sano 2 y un borde 3 delimitado nítidamente,
que representa el tejido límite entre el tejido de tumor 1 y el
tejido sano 2. Con el dispositivo según la invención mencionado
anteriormente se ajuste mayor la anchura del perfil del rayo en el
centro 4 del tejido de tubos que en la zona marginal 9 del tejido de
tumor 1. A tal fin se prevé en la zona del borde 9 un retículo fino
de la posición del rayo, que presenta en esta forma de realización
una densidad de superficie cuatro veces mayor en la zona del borde
9 en comparación con la densidad de la superficie en el centro
4.
En virtud de la regulación de la anchura del rayo
según la invención, que repercute directamente sobre los dobletes
cuadrupolares dispuestos delante de los imanes de exploración
reticular, tanto en dirección horizontal como también en dirección
vertical, es posible, a pesar del retículo grande de la posición
del rayo en el centro 4 del tejido de tumor, realizar una
homogeneización de la distribución de la dosis y al mismo tiempo
conseguir una distribución homogénea de la dosis también en la zona
del borde 9 con una delimitación esencialmente más precisa de la
zona del borde del tejido de tumor 1 frente al tejido sano 2 en
virtud de la adaptación de una posición del rayo a otra del tamaño
del punto del rayo de iones durante la irradiación. Esta adaptación
no sólo se puede realizar de una posición del rayo a otra, sino que
se puede llevar a cabo también de un ciclo de medición a otro y
para la estabilización de la dosis también durante la extracción
del rayo. A tal fin, está previsto un bucle de regulación adicional
entre un módulo de control y de lectura y los aparatos de la red de
corriente magnética para cuadrupolos horizontales y verticales, que
están dispuestos inmediatamente delante del imán de exploración.
De esta manera, para la irradiación de esta
sección de isoenergía en la zona marginal se aplica un punto de rayo
de iones pequeño sobre un retículo estrecho de la posición del rayo
y se aplica en el centro un punto grande del rayo sobre un retículo
grande de la posición del rayo. De esta manera, se puede reducir
claramente de una manera ventajosa el número tal de las posiciones
del rayo por sección transversal de isoenergía y, por lo tanto, la
duración de la irradiación, y se puede seleccionar el gradiente de
la dosis en el borde muy empinado de acuerdo con la previsión de la
planificación de la irradiación.
La figura 4 muestra una forma de realización de
un sistema de irradiación, en el que se puede emplear el dispositivo
según la invención. En este caso, se garantiza el control y
supervisión del sistema de irradiación a través de un sistema
electrónico complejo.
El sistema de control y supervisión se compone de
tres elementos, a saber, un control del ciclo 5, un control del
sistema 6 y una guía del usuario 7. Estos trabajan de una manera
independiente entre sí. Distribuido sobre todos los tres planes
está realizado un sistema de seguridad 8, que garantiza una
desconexión inmediata del rayo en el cado de una interferencia en
el sistema.
El control del ciclo 5 permite un acceso desde la
guía del usuario 7 solamente durante la inicialización al comienzo y
en el caso de parada de emergencia. Durante la irradiación, el
control del ciclo 5 actúa de forma automática. Cumple además de las
tareas de control, también funciones de seguridad, comparando los
datos medidos con las previsiones del plan de irradiación y
conduciendo a la desconexión del rayo en caso de desviación fuera
de los límites establecidos.
El control del sistema 6 permite el ajuste de los
parámetros de funcionamiento, por ejemplo de la tensión del
detector. Por otra parte, el control del sistema 6 supervisa
procesos que se desarrollan "lentos" a través de la lectura de
una pluralidad de estados del sistema y, dado el caso, desconecta
el rayo.
La guía del usuario 7 posibilita al usuario la
interacción con el sistema de control y supervisión. Desde aquí se
cargan planes de irradiación en el control del ciclo 5 se inician,
de detienen o se interrumpen irradiaciones, se establecen en
protocolos acciones del usuario y parámetros del sistema, se
visualiza el proceso de irradiación y el estado del sistema con la
ayuda de los datos de medición y se archivan los datos medidos en
escenas de documentación.
El sistema de control y supervisión está
realizado como entorno VME y presenta instalaciones de mando como
aparatos de entrada/salida (terminales) así como una instalación de
cálculo que está constituida por varios ordenadores individuales
con los aparatos periféricos habituales. Las instalaciones para la
supervisión del rayo con respecto al lugar, la anchura y la
intensidad así como la instalación para la solicitud y desviación
del rayo están acopladas a través de líneas de bus al entorno
VME.
El sistema de seguridad que trabaja de una manera
independiente del control del ciclo 5 supervisa el proceso de
irradiación cuantitativa durante todo el tiempo de la irradiación.
Interrumpe el proceso de irradiación de una manera automática
cuando, debido a una función errónea, la desviación del rayo es
errónea o se excede el número de partículas para una punto para una
capa o se excede el número total de partículas aplicadas. En este
caso, la causa de una función errónea puede estar ya en la
generación del rayo o puede estar justificada en el control del
ciclo 5, presentando, sin embargo, el control del ciclo medios de
auto-control para la interrupción del proceso de
irradiación.
El control del ciclo 5 presenta módulos de
conmutación (módulos de control y de lectura 11-17),
que están conectados a través de un bus del sistema común con las
instalaciones de mando. El bus del sistema está configurado como
VME-Bus.
Cada uno de los módulos de control 11 a 17 está
conectado, en cada caso, a través de un bus de aparatos separado con
una instalación de medición (como cámara de ionización, cámara de
hilos múltiples, etc., o bien con un dispositivo de memoria externa
27. Los buses del aparato son independientes del bus del sistema.
El diagrama de bloques mostrado con la figura 4 pertenece, por lo
tanto, a un sistema de control para una instalación de terapia de
rayo de iones.
El sistema de control para una instalación de
terapia de rayo de iones está constituido, por lo tanto,
esencialmente por un espacio de control técnico (TKR), en el que
sobre una consola de operación de acelerador son ejecutados todos
los datos del acelerador y los datos del rúter de Ethernet son
transmitidos a la siguiente unidad mayor de la consola de operación
técnica en la terapia propiamente dicha. El aparato central de
esta consola de operación técnica es el ordenador de operación de
la terapia (TORT), que presenta un lector de código de barras (BCL)
y que está en conexión a través de Ethernet de la terapia con el
elemento de mando del terminal. La consola de operación técnica en
la zona de la terapia dispone de una consola de mando de medicina
(MBDK), que está en comunicación con una zona de la terapia (Cave M)
y que dispone de una conexión directa para la activación de una
interrupción del rayo del acelerador. Para la interrupción del rayo
se coloca a cero un cuadrupolo de resonancia (S02IQ1E) para la
extracción lenta del rayo a través de su aparato de la red sobre
una unidad de interbloqueo en el sistema de bus del sistema de
control de la terapia. Un imán dipolar de desviación (TH3MU1) de la
guía del rayo hacia el puesto de medición de la terapia se coloca de
la misma manera a cero para la interrupción del rayo o de la
extracción en un caso de error a través de la unidad de
interbloqueo (ILE) en el sistema de bus (VME) del sistema de control
de la
terapia.
terapia.
Para el control del sistema (VMESK) en su
colaboran varios microprocesadores sobre un chasis de conexión del
sistema de bus (Chasis VME). Al mismo pertenece, además de la
memoria de datos (ODS) mencionada anteriormente y representada en
la figura 4, para una representación en línea, un monitor de
intensidad (IMON), que colabora entre otras cosas con una cámara de
ionización y con la electrónica de lectura para la supervisión del
número total de las partículas. Además, en el control del sistema
se encuentra una unidad de conmutación Trottman (TME) para la
supervisión de la capacidad funcional de los procesadores. Además de
la unidad de interbloqueo (ILE) ya mencionada y de un adaptador del
bus de control (KBA), el control del sistema dispone de un módulo
analógico/digital (ADIO) y de un ordenador de control del sistema
(SKR) en el sistema de bus (VME) del control del sistema.
Los componentes del control del ciclo (VMEAS) son
idénticos a los componentes del diagrama de flujo de datos mostrado
en la figura 5, presentando el control del ciclo en el sistema de
control mostrado en la figura 4 adicionalmente un módulo de
entrada/salida digital (DIO) y un ordenador de control del ciclo
(ASR). En la zona de terapia (Cave M) se encuentra un tomógrafo
emisor de positrones (PET) para la determinación espacial del
alcance de las partículas a través de la radiación emisora de
positrones, con la que se puede verificar la actuación de la
irradiación sobre un paciente sobre la cama de reposo del
paciente.
La guía del rayo de iones en el interior de la
zona de la terapia (Cave M) se representa en principio en la zona
inferior de la figura 4, siendo guiado el rayo para la exploración
local a través de imanes de exploración para X e Y, que desvían el
rayo horizontal (X) y verticalmente (Y) con la ayuda de aparatos de
la red de corriente magnética (MGM) del escáner reticular.
Después de abandonar el rayo después del último
imán de desviación no mostrado, se guía el rayo todavía delante de
la capa de reposo del paciente a través de una pluralidad de
detectores, actuando un bucle de regulación a través de un primer
detector sensible al lugar (MWPC1) sobre los aparatos de la red de
corriente magnética (MGM) del escáner reticular para sus imanes de
exploración, de manera que la posición del rayo se puede corregir a
través del seguimiento de una posición del rayo a otra o se puede
corregir a través del seguimiento de un ciclo de medición a otro o
dentro de una posición individual del rayo durante la extracción
del rayo.
Con el dispositivo según la invención se emplea
ahora adicionalmente un bucle de regulación para el doblete
cuadrupolar inmediatamente delante de los imanes de exploración
reticular para la dirección horizontal (X) y la dirección vertical
(Y), siendo activados de una manera correspondiente los aparatos de
la red de corriente magnética 18 del doblete cuadrupolar para la
dirección horizontal y la dirección vertical, donde un bucle de
regulación acondiciona valores de corrección de la corriente
comparando valores teóricos y valores reales de una dilatación
actual del rayo para dos aparatos de la red de corriente magnética
18 del doblete cuadrupolar que está dispuesto inmediatamente delante
del escáner reticular. De esta manera, esta visión de conjunto del
hardware representa otro desarrollo adicional ventajoso del sistema,
en el que la novedad esencial en el sistema de irradiación según la
invención consiste en la adición de este bucle de regulación a
partir de la cámara de ionización de hilos múltiples (MWPC1) con el
módulo de control y de lectura (SAM01) conectado hasta el módulo de
control y de lectura (SAMD), que acondiciona los datos de medición
para la representación gráfica y activa los aparatos de la red de
corriente magnética 18 del doblete cuadrupolar inmediatamente
delante de los imanes de exploración reticular, con lo que se
posibilita la regulación posterior en tiempo real de la anchura del
rayo.
La figura 5 muestra un diagrama de flujo de datos
de un ejemplo de realización de la invención. En este caso, el
microprocesador más alto en el sistema de control del ciclo (VMEAS)
sirve como módulo de control y de lectura (SAMD) para la
transmisión en-línea en la memoria de datos (ODS) en
el control del sistema que se conecta a continuación y que está
reproducido en el lado derecho de la mitad de la imagen de la
figura 5. Este módulo de control y de lectura (SAMD) para la
transmisión de datos en-línea está conectado con la
memoria de datos (ODS) para una representación
en-línea a través del bus de aparatos, que es un
bus de datos diferencial entre los módulos de control y de lectura y
su electrónica frontal-extrema respectiva.
La memoria de datos (ODS) para una representación
en-línea proporciona sus datos de acuerdo con el
diagrama de flujo de datos según la figura 5 a través del bus del
control del sistema (SK) y a través del ordenador de control del
sistema en el sistema de bus (VME) para la conexión de procesadores
y de módulos de datos, por una parte, en la pantalla y, por otra
parte, en Ethernet bajo la guía del sistema operativo (AEX) en el
control del sistema.
En la forma de realización según la figura 5, el
sistema de regulación en la terapia del rayo de iones presenta al
menos una cámara de ionización (IC1), que sirve para la medición de
la intensidad del rayo de iones y que suma el número de partículas
de rayo de iones, hasta que se ha alcanzado la dosis para una
posición del rayo, de manera que entonces se puede dar una
instrucción al módulo de control y de lectura (SAMP) para la
central de impulsos, que provoca a través de la activación de la
central de impulsos (PZA) la conmutación a la siguiente posición
del rayo, que se transmite entonces a través del bucle de regulación
posterior en tiempo real a los aparatos de la red de corriente
magnética (MGN) del escáner reticular. El módulo de control y de
lectura (SAMI1) está dispuesto, desde el punto de vista de la
técnica de circuitos y de la técnica de ejecución, dentro del
control del ciclo (VMEAS) delante del módulo de control y de
lectura (SAMO1) del detector sensible al lugar (MWPC1). Este
diagrama de flujo de datos de la figura 5 muestra de esta manera un
ejemplo de realización de la invención.
En este caso, dentro del control en tiempo real
(Chasis VME) del sistema, una serie de módulos de control y de
lectura (SAM) están conectados entre sí a través de interfaces.
Para el ejemplo de realización según la invención de una
disposición de regulación, son relevantes los dos SMAs que controlan
y leen el detector de medición del lugar 1 (SAMO1) y el módulo para
la memorización de los datos de medición (SAMD). El bucle de
regulación parte desde la cámara de ionización de hilos múltiples
(MWPC1) con módulo de control y de lectura (SAMO1) conectado hasta
el módulo de control y de lectura (SAMD), los módulos SAM
intermedios solamente sirven para la transferencia de datos desde el
SAMO1 hasta el SAMD. Éste último dispone tanto de un número
suficiente de interfaces libres como también de una potencia de
cálculo suficiente, para realizar el seguimiento de la anchura del
rayo de iones.
En general, en este sistema de control
constituido de forma modular existe también la posibilidad de
integrar un módulo de control y de lectura adicional no mostrado en
la disposición de control, que cumple exclusivamente la función de
la regulación de la anchura. No obstante, la capacidad de la
disposición representada es totalmente suficiente para asumir la
tarea adicional de una regulación de la anchura del rayo de iones
en colaboración con los aparatos de la red de corriente magnética
18 y con un bucle de regulación entre el SAMD, el SAMO1 y los
aparatos de la red de corriente magnética 18 de los imanes
cuadropolares 10 horizontales y verticales.
- 1
- Tejido de tumor
- 2
- Tejido sano
- 3
- Borde del tejido de tumor
- 4
- Centro del tejido de tumor
- 5
- Sistema de control del ciclo
- 6
- Control del sistema
- 7
- Guía del usuario
- 8
- Sistema de seguridad
- 9
- Zona marginal
- 10
- Imanes cuadrupolares para en enfoque horizontal y vertical
- 11
- Módulo de control y de lectura SAMI1
- 12
- Módulo de control y de lectura SAMI2
- 13
- Módulo de control y de lectura SAMP
- 14
- Módulo de control y de lectura SAMO1
- 15
- Módulo de control y de lectura SAMS
- 16
- Módulo de control y de lectura SAMO2
- 17
- Módulo de control y de lectura SAMD
- 18
- Aparatos de la red de corriente magnética para cuadrupolos horizontales y verticales
- 19
- Rayo de iones
- 20
- Imanes de exploración reticular
- 27
- ODS (memoria de datos)
- 28
- SKR (ordenador de control del sistema)
- 29
- Consola de operación del acelerador en el TKR
- 30
- Ethernet del acelerador
- 31
- Espacio de control técnico para la terapia, TKR
- 32
- Rúter de Ethernet
- 33
- Lector de códigos de barras, BCL
- 34
- Ordenador de operación de la terapia, TORT
- 35
- Terminales de los elementos de mando
- 36
- Consola de operación técnica para la terapia
- 37
- Consola de mando de la medicina, MBDK
- 38
- Ordenador de operación de la terapia, TORM
- 39
- Puente de Ethernet
- 40
- Ethernet de la terapia
- 41
- Módulo de E/S analógico/digital
- 42
- Adaptador del bus de control, KBA
- 43
- Unidad de interbloqueo, ILE
- 44
- Unidad de hombre muerto, TME
- 45
- Monitor de intensidad, IMON
- 46
- Ordenador de control del ciclo, ASR
- 47
- Módulo digital de E/S, DIO
- 48
- Terapia Cave M
- 49
- Activación separada de los aparatos de la red de corriente magnética para la interrupción del rayo del acelerador (S02KQ1E y TH3MU1)
- 50
- hacia la central de impulsos del acelerador, PZA
- 51
- Cámara PET
- 52
- Guía del rayo del acelerador en la Cave M
- 53
- Cama de reposo del paciente
- 54
- Filtro Mini-Ridge
- 55
- Cámara de ionización para el monitor de intensidad
- 56
- Cámara de hilos múltiples (cámara proporcional de hilos múltiples, MWPC)
- 57
- Cámara de ionización para la medición de la intensidad (IC).
Claims (6)
1. Dispositivo para la adaptación de un tamaño
de punto de rayo de iones, que presenta las siguientes
características:
- -
- una instalación de escáner reticular que está constituida por imanes de exploración reticular (20) para la exploración reticular del rayo de iones (19),
- -
- imanes cuadrupolares (10), que determinan el tamaño del punto del rayo de iones, que están dispuestos inmediatamente delante de los imanes de exploración reticular (20),
- -
- dos aparatos de la red de corriente magnética (18) para el doblete cuadrupolar de los imanes cuadrupolares (10) que determinan el tamaño del punto del rayo de iones, caracterizado porque el dispositivo presenta
- -
- un bucle de regulación (21) para el acondicionamiento de valores de corrección de la corriente comparando valores teóricos y valores reales de una dilatación actual del rayo para dos aparatos de la red de corriente magnética (18) del doblete cuadrupolar de los imanes cuadrupolares (10) que determinan el tamaño del rayo de iones para la homogeneización definida y/o para la variación definida del tamaño del punto del rayo de iones, durante la extracción del rayo y/o de un ciclo de medición a otro y/o de una posición del rayo a otra, y
- -
- porque el dispositivo presenta un módulo de control y de lectura (SAMD), que controla y lee un retículo más denso de la posición del rayo de iones con un tamaño al mismo tiempo más reducido del punto del rayo de iones en la zona marginal (3) que en la zona del volumen (4) de un tumor.
2. Dispositivo según la reivindicación 1,
caracterizado porque el dispositivo presenta un detector
(MEPC1) sensible al lugar para la detección de la anchura del rayo
de iones y para la generación de datos brutos del detector.
3. Dispositivo según una de las reivindicaciones
1 a 2, caracterizado porque el dispositivo presenta varios
módulos de control y de lectura (SAM01 y SAMD) y comunicaciones de
datos correspondientes, para enviar informaciones sobre el valor
real de las anchuras del rayo de iones a un módulo de memoria, de
control y de lectura (SAMD) para la memorización de los datos de
medición.
4. Dispositivo según una de las reivindicaciones
1 a 3, caracterizado porque un módulo de lectura (SAMD)
presenta un número de interfaces libres y una potencia de cálculo,
a través de los cuales se puede realizar el seguimiento de la
anchura del rayo de iones.
5. Dispositivo según una de las reivindicaciones
1 a 4, caracterizado porque el dispositivo presenta un
sistema de control ampliado con un módulo de control y de lectura,
en el que a través del módulo de control y de lectura adicional se
puede realizar exclusivamente la función de la regulación de la
anchura del rayo de iones.
6. Dispositivo según una de las reivindicaciones
1 a 5, caracterizado porque el dispositivo presenta un bucle
de regulación, que parte desde una cámara de ionización de hilos
múltiples (MWPC1) con módulo de control y de lectura (SAM01)
conectado y conduce hacia un módulo de control y de lectura (SAMD),
que acondiciona datos de medición para la representación gráfica y
activa dos aparatos de la red de corriente magnética (18) para el
enfoque horizontal y vertical del doblete cuadrupolar
inmediatamente delante de los imanes de exploración reticular
(20).
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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