IT201700008049A1 - Apparato per la misura di fasci di particelle cariche, in particolare protoni o ioni, emessi da sistemi per radioterapia esterna e corrispondente procedimento di calibrazione - Google Patents

Description

"Apparato per la misura di fasci di particelle cariche, in particolare protoni o ioni, emessi da sistemi per radioterapia esterna e corrispondente procedimento di calibrazione"

TESTO DELLA DESCRIZIONE

Campo tecnico

La presente descrizione si riferisce a un apparato per la misura di fasci di particelle cariche, in particolare protoni o ioni, emessi da sistemi per radioterapia esterna con particelle cariche, comprendente almeno un rivelatore di fascio montato in una struttura di ugello associata a una bocca di uscita di detto fascio di particelle cariche, detto rilevatore di fascio comprendente una o più camere di ionizzazione a facce piane parallele configurate per misurare caratteristiche del fascio, in particolare un numero di particelle che attraversando il rivelatore di fascio e una loro distribuzione.

Sfondo tecnologico

Nel campo della radioterapia esterna con particelle cariche, l’adroterapia, che utilizza protoni e ioni carbonio e altre specie di ioni, è una delle terapie più avanzate, offrendo profondità di penetrazione finita, bassa deposizione di energia all'ingresso e marcato fall-off, o decadimento distale della distribuzione di dose. Tuttavia alcuni dei suoi benefici possono diventare un rischio per il paziente a causa delle incertezze durante la somministrazione del trattamento. E' quindi di fondamentale importanza monitorare durante il trattamento radioterapico e calibrare regolarmente i parametri fisici del fascio di particelle cariche emesso dal sistema di adroterapia.

In particolare il monitoraggio online della posizione e dell’intensità del fascio terapeutico prima che esso raggiunga il paziente è richiesto dai regolamenti in materia.

L’interazione di fasci di protoni e ioni con il tessuto umano (composto principalmente da acqua) permette di convogliare la maggior parte della dose ad una precisa profondità, seguendo l’andamento del cosiddetto picco di Bragg. In questo modo si riesce ad aumentare la precisione sul target, limitando la dose ai tessuti sani. Inoltre, il decadimento distale e laterale di un fascio di protoni o ioni è notevolmente migliore della penombra laterale di un fascio di fotoni, permettendo un rapido decadimento del dosaggio vicino a strutture critiche adiacenti.

Per questo motivo è previsto tipicamente di installare in corrispondenza dell’ugello del fascio che si affaccia verso il paziente nella zona di terapia dei rivelatori di fascio, detti beam monitor, per verificare le specifiche del piano terapeutico mentre viene attuato.

I rivelatori di fascio sono di solito concepiti come camere di ionizzazione, che dunque comprendono almeno una coppia anodo-catodo e un gap d’aria fra il catodo e l’anodo, con basso valore di acqua equivalenza, tipicamente inferiore a 1 mm, e misurano le caratteristiche del fascio misurando la carica depositato a uno strato di anodo in virtù della ionizzazione causata nel gap d’aria dal fascio medesimo.

Segnali di feedback vengono inviati in modo continuo a moduli di controllo del fascio in modo da prevenire un eccesso di dosaggio sul paziente (o un sottodosaggio, correggendo la traiettoria del fascio e la sua intensità, persino arrestando l’emissione del fascio in caso di guasto.

Tali rivelatori devono essere il più trasparenti possibili alla radiazione per non interferire con la terapia, assicurare una buona riproducibilità della misura e permette di verificare la distribuzione spaziale della dose somministrata al paziente con una risoluzione submillimetrica.

Tale risoluzione sub-millimetrica è correntemente ottenibile solo tramite camere a ionizzazione a facce piane e parallele che impiegano due strati di anodo a striscia lungo sia la direzione orizzontale (X) e verticale (Y), che individuano il piano dello strato di anodo e sono perpendicolari fra loro e rispetto alla direzione di propagazione del fascio (Z).

Un rivelatore con camera a ionizzazione con uno strato di anodo a striscia (strip anode) lungo una direzione, ad esempio la direzione orizzontale, misura il numero di particelle di un fascio di particelle che stanno attraversando il rivelatore in un dato istante fornendo una distribuzione lungo tale direzione, dunque non fornisce la forma del fascio nel piano del rivelatore.

Un rivelatore con camera a ionizzazione con uno strato di anodo a pixel (pixel anode) fornisce la forma del fascio, ma la risoluzione è insufficiente a causa del numero limitato di canali.

Dunque, la scelta di usare anodi a striscia compromette la possibilità di misurare la forma del fascio, per la quale sarebbe invece necessario un anodo del tipo a matrice di pixel, che non assicura però la risoluzione necessaria a causa di un numero limitato di canali di misura.

Questo rende necessario eseguire operazioni cosiddette di Quality Assurance, ossia calibrazioni con dispositivi dedicati eseguite off-line, ossia in un momento diverso dall’applicazione della terapia, che valutano la forma del fascio sul piano xy e non solo la sua proiezione sugli assi x e y. Le operazioni di Quality Assurance vengono eseguite quotidianamente nelle cliniche attrezzate per mezzo di diversi dispositivi e strumenti relativi a ciascun parametro da verificare.

Questo non solo aumenta i costi complessivi dell’apparato terapeutico in termini di equipaggiamento necessario, ma rende anche complesso operare la sincronizzazione e il feedback verso i moduli di controllo che controllano i componenti dell’apparato a monte, rallentando in questo modo l’impostazione dell’apparato prima di ogni sessione di terapia.

Scopo e sintesi

Le forme di attuazione qui descritte hanno lo scopo di migliorare gli apparati e i procedimenti secondo la tecnica nota come discussi in precedenza.

Varie forme di attuazione raggiungono tale scopo grazie ad una apparato avente le caratteristiche richiamate nelle rivendicazioni che seguono.

Le rivendicazioni formano una parte integrale degli insegnamenti tecnici qui somministrati in relazione all'invenzione.

In particolare la soluzione qui descritta si riferisce a un apparato per la misura di fasci di particelle cariche, in particolare protoni o ioni, emessi da sistemi per radioterapia esterna con particelle cariche, comprendente almeno un rivelatore di fascio montato in una struttura di ugello associata a una bocca di uscita di detto fascio di particelle cariche, detto rilevatore di fascio comprendente una o più camere di ionizzazione a facce piane parallele configurate per misurare caratteristiche del fascio, in particolare un numero di particelle che attraversando il rivelatore di fascio e una loro distribuzione, in cui detta struttura di ugello comprende una struttura di supporto di detto rivelatore ruotabile intorno a un asse di propagazione del fascio.

In forme varianti, detta struttura di supporto è montata ruotabile su un supporto fisso solidale a una bocca di uscita del fascio di particelle.

In forme varianti, tale apparato comprende attuatori, in particolare un’attuazione a pignone e cremagliera, comandabili da segnali di controllo per ruotare detto rivelatore di un angolo di rotazione desiderato.

In forme varianti, tale struttura di supporto comprende almeno una struttura di telaio regolabile, detto almeno un rivelatore di fascio essendo montato in detta struttura di rivelazione regolabile configurata per regolare la posizione di detto rivelatore di fascio che comprende mezzi per regolare una posizione lungo un asse orizzontale e/o mezzi per regolare una posizione lungo un asse verticale rispettivamente.

In forme varianti,detto almeno un rivelatore di fascio è montato in una struttura di rivelazione regolabile configurata per regolare la posizione di detto rivelatore di fascio che comprende mezzi per ruotare di un angolo di regolazione intorno all’asse di propagazione il rivelatore di fascio rispetto a detta struttura di telaio regolabile.

In forme varianti,detti mezzi per regolare una posizione lungo un asse orizzontale e/o mezzi per regolare una posizione lungo un asse verticale rispettivamente e/o mezzi per ruotare di un angolo di regolazione intorno all’asse di propagazione il rivelatore di fascio rispetto a detta struttura sono attuati tramite attuatori comandabili da segnali di controllo.

In forme varianti, detti attuatori comandabili sono controllati da segnali di controllo inviati da un modulo di controllo disposto remotamente rispetto a detto ugello In forme varianti,detta struttura di supporto comprende una flangia ruotabile e mezzi di fissaggio per bloccare detta almeno una struttura di rivelazione regolabile in una posizione fissa rispetto a detta flangia ruotabile.

In forme varianti, detti mezzi di fissaggio comprendono mezzi di regolazione di un angolo di inclinazione di detta struttura di rivelazione regolabile rispetto a un asse verticale e mezzi di regolazione di un angolo di inclinazione rispetto a un asse orizzontale.

In forme varianti, detta flangia ruotabile è calzata in modo ruotabile su detto supporto fisso solidale a una bocca di uscita del fascio di particelle e che detti mezzi di fissaggio comprendono staffe di fissaggio che si estendono da detta flangia ruotabile in direzione parallela all’asse di propagazione.

In forme varianti, dette staffe di fissaggio comprendono sedi per ricevere protrusioni di detta struttura di telaio regolabile, dette protrusioni essendo regolabili in posizioni diverse in dette sedi per operare la regolazione di un angolo di inclinazione di detta struttura di rivelazione regolabile rispetto a un asse verticale e la regolazione di un angolo di inclinazione rispetto a un asse orizzontale.

In forme varianti, detto rivelatore è del tipo comprendente un anodo segmentato a striscia.

In forme varianti, tale apparato comprende una pluralità di dette strutture di telaio regolabile ciascuna comprendente un rispettivo rivelatore di fascio, montate a pacco lungo l’asse di propagazione in una struttura allineata di rivelatori, dette staffe di fissaggio comprendendo una pluralità di sedi per serrare detti protrusioni delle strutture di telaio regolabile fra rispettive protrusioni con fori passanti i cui assi sono allineati secondo un asse di allineamento parallelo all’asse di propagazione.

La soluzione qui descritta si rivolge anche a un procedimento per la calibrazione di fasci di particelle cariche, in particolare protoni o ioni, emessi da sistemi per radioterapia esterna, impiegante un apparato di misura secondo uno dei precedenti paragrafi.

In forme varianti, tale procedimento prevede di

impiegare almeno un rivelatore di fascio con anodo segmentato a striscia,

operare una pluralità di misure tramite detto attraverso detto apparato a diversi valori dell’angolo di rotazione,

ottenere diversi valori di misura a diversi angoli di rotazione e di combinarli per ottenere una forma del fascio, con una risoluzione che dipende dal numero di misure e dalla distribuzione degli angoli di rotazione θ impostate.

Breve descrizione delle figure

Varie forme di attuazione saranno ora descritte, a puro titolo di esempio, con riferimento alle figure annesse, in cui:

- la figura 1 mostra un sistema per radioterapia esterna comprende l’apparato qui descritto;

- la figura 2 mostra un ugello secondo la soluzione descritta in condizione assemblata;

- la figura 3 mostra tale ugello in vista laterale con sezione parziale lungo un piano verticale;

- la figura 4 mostra tale ugello in vista prospettica sezionata lungo un piano orizzontale e un piano verticale;

- la figura 5 mostra schematicamente un modo di funzionamento dell’ugello qui descritto;

- la figura 6 mostra in vista prospettica una struttura di rivelatori allineati impiegata nell’ugello qui descritto;

- la figura 7 mostra in vista prospettica una struttura di rivelazione regolabile impiegata nell’ugello qui descritto;

- le figure 8A, 8B, 8C mostrano tre viste schematiche illustrative di modo di regolazione dell’allineamento di detta struttura di rivelatori allineati impiegata nell’ugello qui descritto;

- la figura 9 mostra un rivelatore di fascio nell’inserimento in un telaio della struttura di telaio regolabile;

- le figure 10 e 11 mostrano una vista prospettica anteriore e posteriore di un dettaglio della struttura di telaio regolabile;

- la figura 12 mostra una vista prospettica anteriore di un secondo dettaglio della struttura di telaio regolabile;

- la figura 13 mostra una vista prospettica anteriore di un terzo dettaglio della struttura di telaio regolabile;

- la figura 14 e 15 mostrano schematicamente il funzionamento di regolazioni di posizione del rivelatore di fascio all’interno di detta struttura di telaio regolabile.

Descrizione dettagliata

Nella descrizione che segue vengono forniti numerosi dettagli specifici al fine di consentire la massima comprensione delle forme di attuazione esemplificative. Le forme di attuazione possono essere messe in pratica con o senza dettagli specifici, oppure con altri procedimenti, componenti, materiali, etc. In altre circostanze, strutture materiali od operazioni ben noti non sono mostrati o descritti in dettaglio per evitare di mettere in ombra aspetti delle forme di attuazione. Il riferimento nel corso di questa descrizione ad "una forma di attuazione" significa che una particolare peculiarità, struttura o caratteristica descritta in connessione con la forma di attuazione è compresa in almeno una forma di attuazione. Dunque, il ricorrere della frase "in una forma di attuazione" in vari punti nel corso di questa descrizione non è necessariamente riferito alla stessa forma di attuazione. Inoltre, le particolari peculiarità, strutture o caratteristiche possono essere combinate in un qualunque modo conveniente in una o più forme di attuazione.

Le intestazioni ed i riferimenti sono qui forniti solo per convenienza del lettore e non definiscono la portata od il significato delle forme di attuazione.

A questo riguardo, in figura 1 è mostrato un acceleratore 1000 suscettibile di generare un fascio di protoni o ioni 1300 convogliato attraverso un tunnel 1100 e una bocca di uscita 1200, che, attraverso una parete 1250 del locale dove viene applicata la terapia, indirizza il fascio 1300 in direzione di una regione spaziale P, nella figura rappresentata come cilindrica, anche se in generale potrà assumere anche altre forme. Tale regione spaziale P si localizza ad esempio al di sopra di un lettino di terapia 1400 sopra il quale può essere posizionato un paziente da trattare. In corrispondenza della bocca di uscita 1200 è posizionato un ugello di uscita 2000, comprendente una finestra di uscita 2100, da cui fuoriesce il fascio 1300, lungo un asse di propagazione parallelo all’asse Z. In figura 2 l’asse Z è un asse di profondità, mentre sono indicati anche gli altri due assi della terna cartesiana, orizzontale X e verticale Y. Ai fini pratici, l’asse Z, anche se la terna cartesiana è mostrata in posizione discosta in figura 1 per chiarezza di disegno, viene nel seguito considerato coincidente con l’asse di propagazione del fascio, indicato con W in figura 1. La finestra di uscita 2100 giace nel piano XY (o in un piano parallelo a tale piano XY), normale all’asse Z. Tale finestra di uscita 2100 corrisponde alla superficie di uscita un rivelatore 110, che, come verrà meglio descritto nel seguito, nell’esempio fa parte di un gruppo di tre rivelatori 110 montati a pacco lungo l’asse Z in una struttura allineata di rivelatori 200, ed è l’ultimo seguendo il verso di propagazione del fascio 1300. Tuttavia in varie forme di realizzazione si potrà avere anche un solo rivelatore di fascio 110, preferibilmente un rivelatore di fascio a strip.

In figura 1 è anche mostrato un sistema di controllo remoto 2200 dell’ugello 2000, in connessione di scambio di segnale con l’ugello 2000 per inviare ad esempio comandi di controllo C e ricevere dati misurati D, ossia i dati misurati dal o dai rivelatori di fascio 110. Tali comandi di controllo C possono comprendere comandi per attuatori che movimentano parti dell’ugello 2000, come meglio descritto nel seguito. Il sistema di controllo remoto 2200 può essere ad esempio un elaboratore provvisto di schede di interfaccia per scambiare i comandi C e i dati D. Si noti che tale elaboratore può essere il medesimo modulo di controllo che durante la terapia, in base a segnali di feedback, che possono corrispondere ai dati D misurati, che vengono inviati in modo continuo dal o dai rivelatori 110 opera il controllo del fascio in modo da prevenire un eccesso di dosaggio sul paziente, o un sottodosaggio, correggendo la traiettoria del fascio e la sua intensità, persino arrestando l’emissione del fascio in caso di guasto.

In figura 2 è rappresentata una vista prospettica dell’ugello 2000 montato, che comprende una carenatura esterna 250 e dei pannelli rimovibili 260 per permettere l’ispezione dell’ugello 2000. La finestra di uscita 2100 è lasciata libera dalla carenatura esterna 250, in quanto deve permettere il passaggio del fascio 1300.

In figura 3 è rappresentato l’ugello 2000 in sezione parziale, montato sulla parete 1250. La porzione superiore all’asse Z che identifica la direzione del fascio 1300 è mostrata in sezione lungo un piano verticale passante per l’asse principale dell’ugello 200, che sostanzialmente corrisponde all’asse principale, longitudinale, della bocca di uscita 1200 e all’asse di propagazione Z del fascio 1300.

Tale ugello 2000 è mostrato privo della carenatura 250 e presenta delle staffe di supporto 210 per una struttura di rivelatori allineata 200.

In figura 3 sono visibili due staffe di supporto 210, una posta superiormente e l’altra inferiormente, una terza staffa 210 non visibile in figura è posta sul lato della struttura di rivelatori allineata 200.

La struttura di rivelatori allineata 200 comprende una pluralità di strutture di rivelazione regolabili 190, in particolare tre. Per struttura di rivelazione regolabile 190 si intende una struttura che comprende un telaio, indicato con 180 nel seguito, e un rivelatore 110 la cui posizione è regolabile rispetto al telaio 180 e quindi alla struttura. In figura sono mostrati due rivelatori a strip, 111, che sono disposti più prossimi alla finestra di uscita 2100 e un rivelatore integrale 112.

Le staffe 210 sono fissati a un loro estremo a una faccia anteriore di una flangia rotante 220, in forma di anello. Tale flangia 220 comprende una porzione ad anello esterna 221 dal cui perimetro interno si diparte, nella direzione Z del fascio, una porzione cilindrica 222 cava, in forma sostanzialmente di boccola, le cui basi hanno perimetro pari a tale perimetro interno. Sulla parete interna di tale porzione cilindrica 22 sono disposti dei cuscinetti 310, i cui anelli hanno diametro pari al diametro interno della porzione cilindrica 22, cui sono coassiali.

Tale flangia rotante 220 è montata ruotabile, tramite detti cuscinetti 310, su una flangia fissa 240, solidale con la bocca d’uscita 1200, anch’essa di forma ad anello, con una porzione ad anello esterna 221, il cui diametro esterno è sostanzialmente pari a quella della porzione 241, e dal cui perimetro interno si diparte, nella direzione Z del fascio, una rispettiva porzione cilindrica 222 cava, in forma sostanzialmente di boccola, il cui diametro è leggermente inferiore rispetto a quella della porzione 242, sicché la porzione cilindrica 242 rotante risulta calzata sulla porzione cilindrica 222 fissa, e il movimento relativo è reso possibile dai cuscinetti 310 che operano fra la parete della parete della porzione cilindrica 222 fissa e la parete della porzione cilindrica 242 rotante. La flangia fissa 240 è preferibilmente fissata alla parete 1250. Lungo la superficie interna della porzione cilindrica 222, in prossimità della sua apertura, ossia la base del cilindro, distale rispetto alla porzione ad anello esterno 221, corre una cremagliera ad anello 223 per la movimentazione della flangia rotante 220.

In figura 4 è mostrata una sezione parziale dell’ugello 2000, sezionata lungo un piano orizzontale e un piano verticale. L’ugello 2000 è mostrato privo della struttura allineata di rivelatori 200, dunque si può apprezzare la forma della flangia rotante 220, la cui porzione ad anello esterna 221 è fissata sulla flangia fissa 240. La cremagliera 223 corre lungo l’apertura della porzione cilindrica 22 e sulla cremagliera 223 opera un pignone 224, mostrato sezionato, che attuato da un motore con albero rotante non rappresentato in figura 4.

In figura 4 è possibile anche osservare tutte e tre le staffe 210, che presentano verso l’interno delle protrusioni piane 213, con pareti parallele al piano delle flange 220, 240, che definiscono fra loro delle sedi 215 per alloggiare le strutture di rivelazione regolabili 190. Le protrusioni piane 213 presentano dei fori passanti 214 per cui hanno sostanzialmente l’aspetto di asole.

Dunque, in generale la struttura allineata di rivelatori 200, vincolata alle staffe di fissaggio 210, a loro volta fissate alla flangia rotabile 220, ruota intorno all’asse Z di un angolo di rotazione ugello θ. La rotazione può essere completa, ossia l’angolo di rotazione ugello θ, può arrivare fino a 360 gradi, sotto l’azione dell’accoppiamento pignone 224-cremagliera 223, che fa ruotare sostanzialmente tutto l’ugello 2000 ad eccezione della flangia fissa 220, che è vincolata. In particolare, ruotano intorno all’asse Z i rilevatori di fascio 110. Tale movimento di rotazione dell’ugello 2000 intorno all’asse Z di un angolo di rotazione ugello θ è mostrato in figura 5.

Si noti che il movimento di rotazione dell’ugello 2000 intorno all’asse Z è comandato attraverso segnali di controllo all’attuatore, ossia il motore del pignone 224. Questi possono essere ad esempio i comandi di controllo C dal sistema di controllo remoto 2000, che comprendono ad esempio un comando di attivazione/spegnimento del pignone 224 e/o, a seconda del tipo di interfaccia dell’attuatore, il valore dell’angolo di rotazione ugello θ da attuare.

In definitiva, è prevista una struttura di supporto dei rivelatori di fascio 110, compresi nella struttura allineata di sensori 200, che può in generale comprendere anche una sola struttura di rivelazione regolabile 190 con un solo rivelatore di fascio 110, preferibilmente un rivelatore a strip. La struttura di supporto comprende quindi sostanzialmente le staffe 210, associate a una o più strutture di telaio regolabile 190, o struttura allineata di sensori 200, e la flangia ruotabile 220, ed è montata ruotabile, di un angolo di rotazione ugello θ, su un supporto fisso, la flangia fissa 240, che è solidale alla bocca di uscita 1200 del fascio di particelle 1300. Per solidale si intende che rispetto alla rotazione della flangia ruotabile, la flangia fissa 240 mantiene una posizione fissa rispetto alla bocca di uscita 1200 e al fascio di particelle 1300. Non necessariamente però, la flangia fissa 240 è collegata meccanicamente alla bocca di uscita 1200.

In figura 6 è mostrata la struttura allineata di rivelatori 200 in vista prospettica.

Tale struttura allineata 200 comprende una pluralità di strutture di rivelazione regolabili 190, ciascuna comprendente un rivelatore di fascio 110. In figura 7 è mostrata una singola struttura di rivelazione regolabile 190.

Con riferimento alle figure 6 e 7, ciascuna struttura di rivelazione regolabile 190 presenta un telaio del rivelatore 180 di forma sostanzialmente a C, con due bracci orizzontali 181b e 181c, superiore e inferiore rispettivamente, raccordati tramite un montante verticale 181a. Tale telaio 180 è formato sostanzialmente da due parti, una flangia di fissaggio 160 e una controflangia di fissaggio 170, di forma a C sostanzialmente corrispondente a quella del telaio del rivelatore 180.

Come meglio descritto più avanti, tali flangia 160 e controflangia 170 vengono assemblate per racchiudere e supportare il rivelatore di fascio 110 e sue strutture di supporto e orientamento, in particolare una flangia oscillante 130 che ruota in una flangia di scorrimento 150 non visibile nelle figure 6 e 7. Fra i bracci orizzontali 181b, 181c e il montante 181a del telaio del rivelatore 180 è definita una zona aperta di passaggio, in cui passa il fascio 1100 e si pone il rivelatore 110.

Ciascuno dei bracci orizzontali 181b, 181c e il montante verticale 181a presentano esternamente, a metà della loro lunghezza, una protrusione 173, che ha forma di asola a sbalzo, con un foro passante 174 con asse in direzione parallela all’asse Z. La protrusione 173 fa parte più precisamente della contro flangia di fissaggio e come tale è meglio osservabile in figura 13.

Dunque, da quanto fino ad ora descritto, come risulta anche dalla figura 2, la struttura di rivelatori allineata 200 viene allineata ponendo le asole a sbalzo 173 nelle sedi 215 delle staffe 210, allineando i fori passanti 214 e 174 e serrandole le asole 173 alle protrusioni 213 tramite viti in detti fori passanti 214 e 174, non mostrate in figura. Poiché in direzione Z l’ampiezza delle sedi 215 rispetto allo spessore delle asole 173, vi è un gioco che può essere variato serrando l’asola 173 in posizioni diverse rispetto alle sede 215. Ciascun telaio 180 di ciascuna struttura di rivelazione regolabile 190 viene allineato dunque con il serraggio lungo un rispettivo asse di allineamento A passante attraverso tali fori 214, 174, uno per ognuna delle tre staffe 210.

Le asole 173, come detto vengono connesse a mezzo di viti, regolando il serraggio delle quali è possibile regolare il parallelismo dei rivelatori 110 nel piano YZ.

Dunque, in aggiunta al movimento di rotazione dell’ugello 50 intorno all’asse Z, tale ugello 50 dispone di tale regolazione del parallelismo dei telai dei rivelatori 180, che determina l’allineamento nel piano YZ dei rivelatori di fascio 110. Tale regolazione è di tipo preferibilmente manuale, attuata al momento dell’assemblaggio dell’ugello 200, operato agendo sulle viti nei fori 214, 174.

Nelle figure 8A, 8B e 8C, che mostrano una vista laterale, frontale e dall’alto rispettivamente della struttura allineata di rivelatori 200 nelle staffe 210 senza carenatura 250, è visibile come tale tale struttura allineata di rivelatori 200 sia inserita nelle tre staffe di supporto 210, una posta in corrispondenza delle asole 173 dei bracci orizzontali superiori 172b dei telai 180, una posta in corrispondenza delle asole 173 dei bracci orizzontali inferiori 182a dei telai 180 e una posta in corrispondenza delle asole 173 dei montanti 182a dei telai 180.

Le strutture di rivelazione regolabili 190, e quindi i relativi rilevatori di fascio 110, sono sostanzialmente strutture parallelepipede normalmente allineate nel piano YZ lungo un asse parallelo all’asse Y e nel piano XZ lungo un asse parallelo all’asse X. In figura 8A è mostrato come serrando in posizioni diverse le asole 173 nelle sedi 215 delle staffe 210 che operano sui bracci orizzontali superiore e inferiore del telaio 180 è possibile variare un angolo di inclinazione α rispetto all’asse parallelo all’asse Y, regolando la posizione nel piano YZ, mentre in figura 8C è mostrato come serrando in posizioni diverse l’asola 173 nella sede 215 della staffa 210 che opera sul montante verticale del telaio 180e un angolo di inclinazione β rispetto all’asse parallelo all’asse X, regolando la posizione nel piano XZ.

In definitiva le staffe 210 permettono di variare tali angoli di inclinazione α e β per posizionare i rivelatori di fascio 110 paralleli al piano perpendicolare al fascio tramite tre punti di regolazione lungo le tre staffe 210.

L’ugello 2000 qui descritto comprende ulteriori modalità di regolazione della posizione del rivelatore 110 all’interno del telaio di rivelazione 180.

A questo riguardo, in figura 9 è rappresentato il rivelatore di fascio 110, che in generale comprende un’area sensibile 120, di forma sostanzialmente quadrata nell’esempio, di forma e area sostanzialmente corrispondente alla finestra di uscita 2100, contenuta all’interno di un telaio rettangolare 121. L’area sensibile 120 comprende di solito una o più camere di ionizzazione e corrisponde ad esempio a un sensore del tipo a strip o integrale. In figura 9 è anche mostrato l’inserimento del rivelatore di fascio 110 nella flangia oscillante 130. La flangia oscillante 130, con riferimento anche alle figure 10 e 12 in cui è meglio osservabile, ha sostanzialmente forma di disco, con un perimetro 131 con forma di arco di cerchio che sottintende un angolo maggiore di 180 gradi, in particolare in particolare, come mostrato in figura 12, un angolo di circa 270 gradi. Lo sviluppo circonferenziale della flangia 130 è dunque interrotto per un arco che sottende un angolo di circa 90 gradi ed è posto simmetrico rispetto all’asse X orizzontale, in posizione di riposo della flangia 130 e nel quale è definita una sede 132, che si estende all’interno della flangia oscillante 130. Tale sede 132 è di forma rettangolare e comprende due traverse orizzontali parallele, una superiore 132b e uno inferiore 132c che si dipartono dai punti in cui si interrompe il perimetro 132 e sono unite al loro estremo interno alla flangia 130 da un montante verticale 132a. Gli altri estremi delle traverse orizzontali 132b e 132c fuoriescono per un tratto dal perimetro 132. Il perimetro 131 è in forma di anello definito fra un perimetro esterno 131a e un perimetro interno 131b. Gli spigoli formati dal montante verticale 131b con le traverse orizzontali si trovano in corrispondenza di tale perimetro interno 131b. Come si può meglio osservare in figura 10 all’interno del perimetro 131 la flangia 130 è piena, con fori di alleggerimento 133, naturalmente ad eccezione fatta della regione della sede 132 che definisce uno spazio rettangolare vuoto.

Le traverse orizzontali 132b e 132c presentano sul lato che guarda verso la sede 132 delle rispettive guide di scorrimento 133b e 133c.

Il rivelato di fascio 110, come detto, ha un telaio 121 di forma rettangolare complementare a quella della sede 132 e presenta, montati sul proprio lato orizzontale superiore e lato orizzontale inferiore delle slitte di scorrimento 123b e 123c di forma compatibile con le guide di scorrimento 133b e 133c in modo da poter scorrere al loro interno.

Ciascuna guida di scorrimento 133b e 133c presenta al fondo, in prossimità del montante verticale 132a, un dente di arresto 135, ossia un risalto che si estende verticalmente verso l’interno della sede 132.

Con riferimento alla figura 7 precedente, dove era rappresentato il rivelatore di fascio 110 inserito nella flangia oscillante 130, tale rivelatore di fascio 110 scorre fino al fondo le guide di scorrimento 133b ed è arrestato dai denti di arresto 135, che impediscono che venga a contatto con il montante verticale 132a della sede 132. La funzione dei denti di arresto 135 è di fornire un arresto di riferimento, in modo da fissare in una posizione determinata all’interno della flangia oscillante 130 il rivelatore di fascio 110.

In figura 10 è mostrata una vista posteriore della flangia oscillante 130, ossia dal lato d’ingresso del fascio 130, senza il rivelatore 110, a sua volta inserita in una flangia di scorrimento 150, che è alloggiata nella flangia di fissaggio 160. In figura 10 è mostrata una faccia anteriore di tale flangia di scorrimento 150, tale faccia anteriore essendo la faccia da cui esce il fascio 1300. In figura 11 è mostrata una vista anteriore di tale assieme di flangia di fissaggio 160, flangia di scorrimento 150 e flangia oscillante 130.

In figura 12 è mostrata invece, la sola flangia di scorrimento 150 associata alla flangia oscillante 130.

Con riferimento a tali figure, la flangia di scorrimento 150 ha una forma a C aperta dal lato in cui si ubica l’apertura della sede 132 ed ha dimensioni tali da contenere la flangia oscillante 130 al suo interno. La flangia di scorrimento 150 comprende due bracci orizzontali, uno superiore 151b e uno inferiore 151c, spaziati sostanzialmente di una distanza pari al diametro della flangia oscillante 130. Tali bracci 151b, 151c sono di forma sostanzialmente piatta nel piano XY, ma comprendono dei risalti 153 che dal bordo superiore o inferiore dei bracci 151b o rispettivamente 151c si estendono a 90 gradi in direzione Z per una lunghezza maggiore dello spessore della flangia oscillante 130. Un elemento di raccordo 151, sostanzialmente un montante verticale, della flangia 150 è invece piano. Come mostrato nello schema di figura 14, la flangia oscillante 130 è libera di ruotare all’interno della flangia 150 entro un angolo di regolazione R intorno all’asse Z. In particolare, la flangia oscillante 130 è supportata nella sua rotazione da tre rulli 140 fissati ai bracci 151b, 151c e al montante 151a. Tale angolo di regolazione R è delimitato dalle porzioni che fuoriescono dal perimetro 131 quando vanno in battuta sui bracci orizzontali 151b, 151c.

La flangia di scorrimento 150 comprende inoltre, montate sui risalti 153, che fanno loro da supporto, lungo la parte superiore o rispettivamente inferiore dei bracci orizzontali 151b, 151c delle rispettive slitte di scorrimento 152b, 152c che, come mostrato in figura 10, scorrono all’interno di guide 162b, 162c della flangia di fissaggio 160, anch’essa di una corrispondente forma a C, disposta affacciata alla faccia posteriore della flangia di scorrimento 150.

Il movimento della flangia oscillante 130 intorno all’asse Z dell’angolo di regolazione R è attuato attraverso un attuatore 134, un attuatore lineare, ad esempio del tipo elettromagnetico a solenoide o a motore elettrico in continua, fissato sulla flangia di fissaggio 160, il cui albero si muove verticalmente ed è collegato a un perno 136 sul montante della flangia oscillante 130, sostanzialmente a metà del perimetro interno 131.

Un ulteriore attuatore 144, sempre di tipo lineare, fissato alla flangia 160 movimenta un perno 144a fissato al braccio inferiore 151c della flangia di scorrimento 150, permettendo uno scostamento orizzontale DX della flangia 150 rispetto alla flangia 160. Come mostrato in figura 15, in questo modo il rivelatore 110 può essere spostato dello scostamento orizzontale DX lungo l’asse orizzontale X per permettere una regolazione della posizione orizzontale lungo tale asse orizzontale, spostando la flangia di scorrimento 150 tramite le slitte di scorrimento 152b, 152c nella flangia di fissaggio 160.

In definitiva, nelle figure 14 e 15 è mostrato come il rivelatore 110 possa essere inclinato di un angolo di regolazione R intorno all’asse Z e spostato lungo l’asse orizzontale X, di uno scostamento orizzontale DX.

In figura 13 è mostrata in vista prospettica la controflangia di fissaggio 170, dal lato affacciato alla flangia di fissaggio 160, ossia il lato da cui esce il fascio 1300. Come detto, la controflangia di fissaggio 170, di forma sostanzialmente corrispondente alla staffa di fissaggio 160 viene fissata a detto staffa di fissaggio 160, racchiudendo al suo interno la flangia di scorrimento 150, la flangia oscillante 130 e il rivelatore 110. In particolare, la flangia di fissaggio 160 presenta vicino al lato verticale opposto al lato aperto due segmenti di una guida verticale 161, visibili in figura 10, uno in corrispondenza del braccio inferiore e l’altro del braccio superiore della flangia di fissaggio 160 nella quale si impegna una rotaia verticale 171, visibile in figura 13, in posizione corrispondente sulla faccia interna della controflangia di fissaggio 170. In questo modo la controflangia 170 può scorrere relativamente alla flangia 160 in senso verticale, di uno scostamento verticale DY, permettendo una regolazione della posizione del rivelatore 110 nell’assieme 130-160 in senso verticale. A questo provvede un attuatore lineare 176, visibile nella figura 13, il cui albero si impegna in un corrispondente perno sulla flangia 160 non mostrato nelle figure.

Nel complesso la flangia di fissaggio 160 e la controflangia di fissaggio 170, una volta assemblate in modo da comprendere al loro interno il rivelatore 110 nella struttura definita dalla flangia oscillante 130 e dalla flangia di scorrimento 150, definiscono una struttura di rivelazione regolabile 190, che comprende un rivelatore di fascio 110 in una posizione regolata in termini di angolo di regolazione R, di posizione lungo l’asse X e l’asse Y.

Dunque, le flange 130, 150, 160, 170 identificano una struttura di regolazione della posizione del rivelatore 110, in termini di angolo di regolazione R dei rilevatori 110 intorno all’asse Z, di posizione lungo l’asse X, tramite lo scostamento orizzontale DX, e lungo l’asse Y, tramite lo scostamento verticale DY, che permette di evitare di operare una regolazione manuale, smontando e rimontando il rivelatore 110. In questo caso invece non è necessario smontare il rivelatore 110, ma si può compensare eventuali disallineamenti da remoto, come spiegato nel seguito, operando sull’angolo di regolazione R e/o lo scostamento orizzontale DX e/o lo scostamento verticale Y portando il fascio strettamente al centro del rivelatore, in particolare inviando comandi di controllo C dal sistema di controllo remoto 2000, che comprendono comandi di attivazione/spegnimento degli attuatori, in particolare gli attuatori 134, 144, 176, e/o, a seconda del tipo di interfaccia dell’attuatore, il valore dell’angolo di rotazione R o scostamenti DX, DY da attuare.

Con il rivelatore o ugello descritto, che è di tipo ruotabile intorno all’asse di propagazione Z è possibile innanzitutto inserire un rivelatore di fascio a striscia da usare sia durante la terapia per la valutazione della posizione e intensità del fascio alla risoluzione desiderata e durante procedure di quality assurance per verificare off-line le caratteristiche del fascio a differenti angoli e direzioni.

Pertanto ad esempio un procedimento di misura comprendere di impiegare almeno un rivelatore di fascio 110 con anodo a striscia nell’apparato descritto,

operare una pluralità di misure attraverso detto apparato a diversi valori dell’angolo di rotazione θ, ottenendo diversi valori di misura, in particolare diverse distribuzioni di numero di particelle lungo diversi assi il cui orientamento dipende dal valore dell’angolo di rotazione θ, a diversi angoli che permettono di ottenere la forma del fascio 1300, con una risoluzione che dipende dal numero di misure e dalla distribuzione degli angoli di rotazione θ impostate.

In forme varianti possono essere impiegati rivelatori di fascio 110 con due strati di anodo a striscia lungo sia la direzione orizzontale e verticale, per avere la stessa risoluzione con meno misure.

In forme varianti l’insieme di rivelatori può comprendere anche un rivelatore con anodo a matrice di pixel, per avere una misura di riferimento e ridondata, seppur con minore risoluzione

Dunque,da quanto descritto risulta chiara la soluzione descritta e i relativi vantaggi.

L’apparato secondo l’invenzione vantaggiosamente permette di ruotare il rivelatore con anodo a striscia di un angolo controllato o desiderato. Questo permette di operare più misure ad angoli di rotazione diverse e misurare la forma del fascio con tale rivelatore, invece di impiegare un anodo del tipo a matrice di pixel, che non assicura la risoluzione necessaria a causa di un numero limitato di canali di misura.

Inoltre, ciò vantaggiosamente viene ottenuto mantenendo l’allineamento rispetto al fascio.

L’apparato è sostanzialmente un monitor installato all’uscita del fascio per fare misure di Quality Assurance, che viene fatto ruotare attorno all’asse Z (asse di propagazione del fascio) con un sistema che garantisce il mantenimento dell’allineamento.

Dunque vantaggiosamente l’apparato descritto permette sia di eseguire le operazioni di Quality Assurance, ossia calibrazioni con dispositivi dedicati ma on-line e già allineati, sia di valutare la forma del fascio durante l’applicazione della terapia, , con risparmio di costi complessivi dell’apparato terapeutico in termini di equipaggiamento necessario e semplificazione delle operazioni di sincronizzazione e feedback verso i moduli di controllo che controllano i componenti dell’apparato a monte, con conseguente velocizzazione dell’impostazione dell’apparato prima di ogni sessione di terapia.

Naturalmente, fermo restando il principio dell'invenzione, i dettagli e le forme di attuazione possono variare, anche in modo rilevante, rispetto a quanto qui descritto a puro titolo di esempio, senza discostarsi dall'ambito di protezione. Tale ambito di protezione è definito dalle rivendicazioni annesse.

Gli attuatori sono comandabili tramite un modulo di controllo remoto, nell’esempio un elaboratore, tuttavia, i segnali di comando possono provenire anche da schede a processore associate all’ugello, in particolare previste di di periferiche di ingresso per permettere a un operatore di regolare la rotazione dell’ugello e la posizione del rivelatore o rivelatori all’interno di tale ugello operando localmente.

Claims (15)

1. RIVENDICAZIONI 1. Apparato per la misura di fasci di particelle cariche, in particolare protoni o ioni, emessi da sistemi (1000) per radioterapia esterna con particelle cariche, comprendente almeno un rivelatore di fascio (110) montato in una struttura di ugello (200) associata a una bocca di uscita (1200) di detto fascio di particelle cariche (1300), detto rilevatore di fascio (110) comprendente una o più camere di ionizzazione a facce piane parallele configurate per misurare caratteristiche del fascio (1300), in particolare un numero di particelle che attraversando il rivelatore di fascio (110) e una loro distribuzione, caratterizzato dal fatto che detta struttura di ugello (200) comprende una struttura di supporto (210, 220, 190) di detto rivelatore (110) ruotabile intorno a un asse di propagazione del fascio (1300).
2. 2. Apparato secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta struttura di supporto (210, 220, 190) è montata ruotabile su un supporto fisso (220) solidale alla bocca di uscita (1200) del fascio di particelle (1300).
3. 3. Apparato secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che comprende attuatori (223, 224), in particolare un’attuazione a pignone (224) e cremagliera (223), comandabili da segnali di controllo per ruotare detto rivelatore (110) di un angolo di rotazione desiderato.
4. 4. Apparato secondo la rivendicazione 1 o 2 o 3, caratterizzato dal fatto che detta struttura di supporto (210, 220, 190) comprende almeno una struttura di rivelazione regolabile (190), detto almeno un rivelatore di fascio (110) essendo montato in detta struttura di rivelazione regolabile (190) configurata per regolare la posizione di detto rivelatore di fascio (110) che comprende mezzi (134, 136) per regolare una posizione (DX) lungo un asse orizzontale e/o mezzi (176) per regolare una posizione (DY) lungo un asse verticale rispettivamente.
5. 5. Apparato secondo una delle rivendicazioni da 1 a 4, caratterizzato dal fatto che detto almeno un rivelatore di fascio (110) è montato in una struttura di rivelazione regolabile (190) configurata per regolare la posizione di detto rivelatore di fascio (110) che comprende mezzi (134, 136) per ruotare di un angolo di regolazione intorno all’asse di propagazione il rivelatore di fascio (110) rispetto a detta struttura di rivelazione regolabile (190).
6. 6. Apparato secondo la rivendicazione 4 o 5, caratterizzato dal fatto che detti mezzi (144, 144a) per regolare una posizione (DX) lungo un asse orizzontale e/o mezzi (176) per regolare una posizione (DY) lungo un asse verticale rispettivamente e/o mezzi (134, 136) per ruotare di un angolo di regolazione intorno all’asse di propagazione il rivelatore di fascio (110) rispetto a detta struttura (190) sono attuati tramite attuatori (134, 144, 176) comandabili da segnali di controllo.
7. 7. Apparato secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti attuatori (134, 144, 176) comandabili sono controllati da segnali di controllo inviati da un modulo di controllo (2200) disposto remotamente rispetto a detto ugello (2000).
8. 8. Apparato secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta struttura di supporto (210, 220) comprende una flangia ruotabile (220) e mezzi di fissaggio (210) per bloccare detta almeno una struttura di rivelazione regolabile (190) in una posizione fissa (190) rispetto a detta flangia ruotabile (220).
9. 9. Apparato secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di fissaggio (210) comprendono mezzi (173, 210) di regolazione di un angolo di inclinazione di detta struttura di rivelazione regolabile (190) rispetto a un asse verticale e mezzi (173, 210) di regolazione di un angolo di inclinazione rispetto a un asse orizzontale.
10. 10. Apparato secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta flangia ruotabile (220) è calzata in modo ruotabile su detto supporto fisso (240) solidale a una bocca di uscita (1200) del fascio di particelle (1300) e che detti mezzi di fissaggio (210) comprendono staffe di fissaggio (210) che si estendono da detta flangia ruotabile (220) in direzione parallela all’asse di propagazione (220).
11. 11. Apparato secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che dette staffe di fissaggio (220) comprendono sedi (215) per ricevere protrusioni (173) di detta struttura di rivelazione regolabile (190), dette protrusioni essendo regolabili in posizioni diverse in dette sedi (173) per operare la regolazione di un angolo di inclinazione di detta struttura di rivelazione regolabile (190) rispetto a un asse verticale e la regolazione di un angolo di inclinazione rispetto a un asse orizzontale.
12. 12. Apparato secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto rivelatore (110) e del tipo comprendente un anodo segmentato a striscia.
13. 13. Apparato secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che comprende una pluralità di dette strutture di telaio regolabile (190) ciascuna comprendente un rispettivo rivelatore di fascio (110), montate a pacco lungo l’asse di propagazione in una struttura allineata di rivelatori (200), dette staffe di fissaggio (210) comprendendo una pluralità di sedi (215) per serrare dette protrusioni (170) delle strutture di rivelazione regolabile (190) fra rispettive protrusioni (213) con fori passanti (214) i cui assi sono allineati secondo un asse di allineamento parallelo all’asse di propagazione.
14. 14. Procedimento per la calibrazione di fasci di particelle cariche (1300), in particolare protoni o ioni, emessi da sistemi per radioterapia esterna, impiegante un apparato di misura secondo una delle rivendicazioni da 1 a 13.
15. 15. Procedimento per la calibrazione di fasci di particelle cariche secondo la rivendicazione 14, caratterizzato dal fatto di impiegare almeno un rivelatore di fascio (110) con anodo segmentato a striscia, operare una pluralità di misure tramite detto apparato a diversi valori dell’angolo di rotazione, ottenere diversi valori di misura a diversi angoli di rotazione e di combinarli per ottenere una forma del fascio (1300), con una risoluzione che dipende dal numero di misure e dalla distribuzione degli angoli di rotazione impostati.