MX2011009222A - Metodo y aparato para terapia de cancer con particulas cargadas de campos multiples. - Google Patents

Abstract

La invención se refiere generalmente al tratamiento de los cánceres sólidos; más concretamente, la invención se refiere a un método de tratamiento de cáncer de partículas cargadas de campos múltiples y aparatos coordinados con la creación de haz de iones negativos, enfoque de haz de iones, aceleración de partículas cargadas, rotación del paciente y/o respiración de paciente; preferiblemente, la terapia de partículas cargadas se realiza en un paciente en una posición parcialmente inmovilizada y recolocable; el suministro de protones preferentemente se sincroniza a la respiración del paciente mediante el control de la inyección de haz de partículas cargadas, métodos y aparatos de aceleración y/o direccionamiento.

Description

MÉTODO Y APARATO PARA TERAPIA DE CÁNCER CON PARTÍCULAS CARGADAS DE CAMPOS MÚLTIPLES CAMPO DE LA INVENCIÓN Esta invención se refiere generalmente al tratamiento de cánceres sólidos. Más particularmente la invención describe un sistema de terapia de cáncer con partículas cargadas con campos múltiples opcionalmente usada en combinación con métodos de inyección de haz, aceleración, extracción, respiración y/u objetivo y aparato.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Cáncer Un tumor es una masa anormal de tejido. Los tumores pueden ser benignos o malignos. Un tumor benigno que crece localmente, pero no se transmite a otras partes del cuerpo. Tumores benignos causan problemas a causa de su propagación, ya sea tejidos normales comprimidos y visualizados. Tumores benignos son peligrosos en lugares confinados, tal como el cráneo. Un tumor maligno es capaz de invadir otras regiones del cuerpo. Metástasis es la propagación del cáncer al invadir el tejido normal y la difusión a tejidos distantes.

Tratamiento de cáncer Varias formas de terapia de radiación existen para el tratamiento del cáncer, incluyendo: braquiterapia, terapia de rayos X electromagnética tradicional, y terapia con protones. Cada uno se describen con más detalle, infra.

Braquiterapia es terapia de radiación que usa fuentes radioactivas implantadas dentro del cuerpo. En este tratamiento, un oncólogo implanta material radioactivo directamente dentro del tumor o muy cerca de este. Fuentes radioactivas se colocan también dentro de las cavidades del cuerpo, tal como la cerviz uterina.

La segunda forma de tratamiento contra el cáncer tradicional que usa radiación electromagnética incluye el tratamiento con rayos X y rayos gamma. Rayos X es radiación electromagnética, de ionización, de alta energía que se usa en dosis bajas para diagnosticar la enfermedad o en dosis altas para tratar el cáncer. Unos rayos X o rayos Rontgen es una forma de radiación electromagnética con una longitud de onda en el intervalo de 10 a 0.01 nanómetros (nm), correspondientes a las frecuencias en el intervalo de 30 PHz a 30 EHz. Rayos X son más largos que los rayos gamma y más cortos que los rayos ultravioleta. Rayos X se utilizan principalmente para la radiografía de diagnóstico. Rayos X son una forma de radiación por ionización y pueden ser peligrosos. Rayos gamma son también una forma de radiación electromagnética y están en frecuencias producidas por interacciones de partículas sub-atómicas, tal como aniquilación electrón-positrón o decaimiento radioactivo. En el espectro electromagnético, los rayos gamma se caracterizan generalmente como radiación electromagnética que tiene la frecuencia más alta, por tener mayor energía, y tener menor longitud de onda, tal como debajo de 10 picómetros. Rayos gamma consisten en fotones de alta energía con energías por encima de aproximadamente 100 keV. Rayos X se usan comúnmente para tratar tumores cancerosos. Sin embargo, rayos X no son óptimos para el tratamiento de tejidos cancerosos conforme los rayos X depositar su mayor dosis de radiación cerca de la superficie del tejido objetivo y suministro menos exponencialmente de radiación a medida que penetran en el tejido. Esto resulta en grandes cantidades de radiación que se suministran fuera del tumor. Rayos gamma tienen limitaciones similares.

La tercera forma de tratamiento para cáncer utiliza protones. Sistemas de terapia de protones normalmente incluyen: un generador de haz, un acelerador y un sistema de transporte de haz para mover los protones acelerados resultantes a una pluralidad de salas de tratamiento donde los protones son suministrados a un tumor en el cuerpo de paciente.

Terapia de protones trabaja mediante partículas de ionización energética objetiva, tales como protones acelerados con un acelerador de partículas, en un tumor objetivo. Estas partículas dañan el ADN de células, provocando finalmente su muerte. Células cancerosas, debido a su alta tasa de división y su capacidad reducida para reparar el ADN dañado, son particularmente vulnerables al ataque en su ADN.

Debido a su tamaño relativamente enorme, protones se dispersan con menos facilidad que los rayos X o rayos gamma en el tejido y existe dispersión lateral muy pequeña. Por lo tanto, el haz de protones se mantiene enfocado en la forma del tumor sin mucho daño lateral al tejido circundante. Todos los protones de una energía dada tienen un cierto intervalo, que se define por el pico de Bragg, y el suministro de dosis a relación de tejido es máximo en sólo los últimos milímetros del intervalo de partículas. La profundidad de penetración depende de la energía de las partículas, que está directamente relacionada con la velocidad a la que las partículas se aceleran por el acelerador de protones. La velocidad del protón es ajustable para la clasificación del acelerador. Por tanto, es posible enfocar el daño celular debido al haz de protones en lo más profundo en los tejidos donde se encuentra el tumor. Tejidos situados antes del pico de Bragg reciben alguna dosis reducida y tejidos situados después del pico no reciben nada.

Sincrotrón Patentes relacionadas con la invención actual se resumen aquí.

Sistema de terapia de haz de protones F. Colé, et. al. of Loma Linda University Medical Center "Multi-Station Protón Beam Therapy System", Patente de E.U.A. No. 4,870,287 septiembre 26, 1989) describen un sistema de terapia haz de protones para la generación y transporte selectivamente de fuente de protones sencilla y acelerador a una sala de tratamiento selectivote una pluralidad de salas de tratamiento de paciente.

Formación de haz C. Johnstone, "Method and Apparatus for Láser Controlled Protón Beam Radiology", Patente de E.U.A. No. 5,760,395 (2 de junio de 1998) describe un sistema de radiología de haz de protones que tiene un acelerador que produce un haz H" y un láser. El láser y haz H" se combinan para formar un haz neutro. Un módulo de fotodistancia además usa una lámina de desprendimiento, que forma un haz de protones del haz neutro.

T. Ikeguchi, et. al. "Synchrotron Radiation Source With Beam Stabilizers", Patente de E.U.A. No. 5,177,448 (enero 5, 1993) describe una fuente de radiación sincrotrón que tiene, para el propósito de prolongar la vida útil de un haz de partículas cargadas, absorbedores de haz hechos de un material que tiene un rendimiento de fotodesorción bajo que se disponen dentro de una sección de mezclado/cámara de vacío.

Invección K. Hiramoto, et. al. "Accelerator System", Patente de E.U.A. No. 4,870,287 (26 de septiembre, 1989) describe un sistema de acelerador que tiene un electroimán selector para introducir de un haz de ión acelerado por pre-aceleradores ya sea en una unidad de producción de radioisótopos o un sincrotrón.

K. Hiramoto, et. al. "Circular Accelerator, Method of Injection of Charged Particle Thereof, and Apparatus for Injection of Charged Particle Thereof, Patente de E.U.A. No. 5,789,875 (4 de agosto de 1998) y K. Hiramoto, et. al. "Circular Accelerator, Method of Injection of Charged Particle Thereof, and Apparatus for Injection of Charged Particle Thereof, Patente de E.U.A. No. 5,600,213 (4 de febrero 1997) ambos describen un método y aparato para la inyección de un gran número de partículas cargadas en un ducto a vacío donde el haz de inyección tiene una altura y anchura relativa a un centro geométrico de la vía.

Acelerador/sincrotrón H. Tanaka, et. al. "Charged Particle Accelerator", Patente de E.U.A. No. 7,259,529 (21 de agosto, 2007) describe un acelerador de partículas cargadas que tienen un procedimiento de aceleración de dos periodos con un campo magnético fijo aplicado en el primer período y un segundo período de aceleración programado para proporcionar una aceleración de alta energía y compacta de partículas cargadas.

T. Haberer, et. al. "Ion Beam Therapy System and a Method for Operating the System", Patente de E.U.A. No. 6,683,316 (27 de enero, 2004) describe un sistema de terapia de haz de iones y método para el funcionamiento del sistema. El sistema de haz de iones usa un caballete que tiene un sistema de deflexión vertical y un sistema de deflexión horizontal colocado antes del último imán de flexión que resulta en un modo de exploración paralela que resulta de un efecto de enfoque de borde.

V. Kulish, et. al. "Inductional Undulative EH-Accelerator", Patente de E.U.A. No. 6,433,494 (13 de agosto, 2002) describe un acelerador EH ondulativo inductivo para aceleración de haz de partículas cargadas. El dispositivo consiste de un sistema de ondulación electromagnético, cuyo sistema de conducción de electroimanes se hace en la forma de un oscilador de radio-frecuencia (RF) que opera en el intervalo de frecuencia de aproximadamente 100 KHz a 10 GHz.

K. Saito, et. al. "Radio-Frequency Accelerating System and Ring Type Accelerator Provided with the Same", Patente de E.U.A. No. 5,917,293 (29 de junio, 1999) describe un sistema de aceleración de radio-frecuencia que tiene una antena de lazo acoplado a un grupo de núcleo magnético y el medio de ajuste de impedancia conectado a la antena de lazo. Un voltaje relativamente bajo se aplica a los medios de ajuste de impedancia que permite la construcción pequeña de los medios de ajuste.

J. Hirota, et. al. "Ion Beam Accelerating Device Having Separately Excited Magnetic Cores", Patente de E.U.A. No. 5,661 ,336 (26 de agosto, 1997) describe un dispositivo de aceleración de haz de ión que tiene una pluralidad de campo magnético de alta frecuencia que induce unidades y núcleos magnéticos.

J. Hirota, et. al. "Acceleration Device for Charged Particles", Patente de E.U.A. No. 5, 168,241 (1 de diciembre, 1992) describe una cavidad de aceleración que tiene una fuente de energía de alta frecuencia y un conductor en bucle que opera bajo un control que combinan para controlar una constante de acoplamiento y/o desajuste que permite la transmisión de energía más eficientemente a las partículas.

Cámara de vacío T. Kobari, et. al. "Apparatus For Treating the Inner Surface of Vacuum Chamber", Patente de E.U.A. No. 5,820,320 (13 de octubre, 1998) y T. Kobari, et. al. "Process and Apparatus for Treating Inner Surface Treatment of Chamber and Vacuum Chamber", Patente de E.U.A. No. 5,626,682 (6 de mayo, 1997) ambos describen un aparato para el tratamiento de una superficie interna de una cámara de vacío que incluyen medios para suministrar un gas inerte o nitrógeno a una superficie de la cámara de vacío con una broca. Alternativamente, la broca se utiliza para suministrar un alcohol inferior a la cámara de vacío para disolver contaminantes en la superficie de la cámara de vacío.

Forma del imán M. Tadokoro, et. al. "Electromagnetic and Magnetic Field Generating Apparatus", Patente de E.U.A. No. 6,365,894 (2 de abril, 2002) y M. Tadokoro, et. al. "Electromagnetic and Magnetic Field Generating Apparatus", Patente de E.U.A. No. 6,236,043 (22 de mayo, 2001) describen cada una un par de polos magnéticos, una horquilla de retorno y espirales de excitación. El interior de los polos magnéticos cada uno tiene una pluralidad de separadores de aberturas de aire para aumentar la intensidad del campo magnético.

Extracción T. Nakanishi, et. al. "Charged-Particle Beam Accelerator, Particle Beam Radiation Therapy System Using the Charged-Particle Beam Accelerator, and Method of Operating the Particle Beam Radiation Therapy System", Patente de E.U.A. No. 7,122,978 (17 de octubre, 2006) describe un acelerador de haz de partículas cargado que tiene una unidad de RF-KO para aumentar la amplitud de la oscilación betatrón de un haz de partículas cargadas dentro de una región estable de la resonancia y una unidad electromagnética de cuadripolo de extracción para variar una región estable de resonancia. La unidad de RF-KO se opera dentro de un intervalo de frecuencia en el que el haz de circulación no van más allá del límite de la región estable de resonancia y el electroimán cuadripolo de extracción se opera con el tiempo requerido para la extracción de haz.

T. Haberer, et. al. "Method and Device for Controlling a Beam Extraction Ráster Sean Irradiatíon Device for Heavy lons or Protons", Patente de E.U.A. No. 7,091 ,478 (15 de agosto, 2006) describen un método para controlar irradiación de extracción de haz en términos de energía de haz, enfoque de haz e intensidad del haz para cada ciclo del acelerador.

K. Hiramoto, et. al. "Accelerator and Medical System and Operating Method of the Same", Patente de E.U.A. No. 6,472,834 (29 de octubre, 2002) describe un acelerador tipo cíclico que tiene un electroimán de desviación y electroimanes de cuatro polos para hacer circular un haz de partículas cargado, un electroimán de polos múltiples para la generación de un límite de estabilidad de resonancia de la oscilación betatrón, y una fuente de alta frecuencia para aplicar un campo electromagnético de alta frecuencia al haz para mover el haz a la parte exterior del límite de estabilidad. La fuente de alta frecuencia genera una señal de suma de una pluralidad de señales de corriente alterna (AC) de las cuales las frecuencias instantáneas cambian con respecto al tiempo, y de las cuales los valores promedios de las frecuencias instantáneas con respecto al tiempo son diferentes. El sistema aplica la señal de suma vía electrodos al haz.

K. Hiramoto, et. al. "Synchrotron Type Accelerator and Medical Treatment System Employing the Same", Patente de E.U.A. No. 6,087,670 (1 1 de julio, 2000) y K. Hiramoto, et. al. "Synchrotron Type Accelerator and Medical Treatment System Employing the Same", Patente de E.U.A. No. 6,008,499 (28 de diciembre, 1999) describen un acelerador sincrotrón que tiene una unidad de aplicación de alta frecuencia dispuesta en una órbita de circulación para la aplicación de un campo electromagnético de alta frecuencia a un haz de partículas cargadas que circula y para aumentar la amplitud de oscilación betatrón del haz de partículas a un nivel arriba de un límite de estabilidad de resonancia. Adicionalmente, para la eyección del haz, electroimanes de divergencia de cuatros polos se disponen: (1 ) corriente abajo con respecto a un primer deflector, (2) corriente arriba con respecto a un electroimán de desviación, (3) corriente abajo con respecto al electroimán de desviación, y (4 ) y corriente arriba con respecto a un segundo deflector.

K. Hiramoto, et. al. "Circular Accelerator and Method and Apparatus for Extracting Charged-Particle Beam in Circular Accelerator", Patente de E.U.A. No. 5,363,008 (8 de noviembre, 1994) describe un acelerador circular para la extracción de un haz de partículas cargadas que está dispuesto a: (1 ) incrementar el desplazamiento de un haz por el efecto de resonancia de oscilación betatrón, (2) incrementar la amplitud de oscilación betatrón de las partículas, que tienen una oscilación betatrón Inicial dentro de un límite de estabilidad para resonancia, y (3) exceder el límite de estabilidad de resonancia con lo cual extrae las partículas que exceden el límite de estabilidad de la resonancia.

K. Hiramoto, et. al. "Method of Extracting Charged Particles from Accelerator, and Accelerator Capable Carrying Out the Method, by Shifting Partióle Orbit", Patente de E.U.A. 5,285, 166 (8 de febrero, 1994) describen un método de extracción de un haz de partículas cargadas. Una órbita de equilibrio de partículas cargadas sostenida por un Imán de flexión e imanes que tienen componentes multipolares mayores que los componentes séxtuples se desplazan por un elemento constitutivo del acelerador aparte de estos imanes para cambiar el tono de las partículas cargadas.

Transporte/control de exploración K. Matsuda, et. al. "Partióle Beam Irradiation Apparatus, Treatment Planning Unit, and Partióle Beam Irradiation Method", Patente de E.U.A. No. 7,227,161 (5 de junio, 2007); K. Matsuda, et. al. "Particle Beam Irradiation Treatment Planning Unit, and Particle Beam Irradiation Method", Patente de E.U.A. No. 7,122,811 (17 de octubre, 2006); y K. Matsuda, et. al. "Particle Beam Irradiation Apparatus, Treatment Planning Unit, and Particle Beam Irradiation Method" (5 de septiembre, 2006) describen cada uno un aparato de irradiación de has de partículas que tiene un controlador de exploración que detiene la salida de un haz de iones, cambios de posición de irradiación a través del control de electroimanes de exploración, y reinicia el tratamiento basado en la información de planificación de tratamiento.

T. Norimine, et. al. "Particle Therapy System Apparatus", Patente de E.U.A. No. 7,060,997 (13 de Junio, 2006); T. Norimine, et. al. "Particle Therapy System Apparatus", 6,936,832 (30 de agosto, 2005); y T. Norimine, et. al. "Particle Therapy System Apparatus", 6,774,383 (10 de agosto, 2004) cada uno describe un sistema de terapia de partículas que tiene un primer imán de dirección y un segundo imán de dirección dispuestos en una trayectoria de haz de partículas cargadas después de un sincrotrón que se controlan por el primer y segundo monitores de posición de haz.

K. Moriyama, et. al. "Particle Beam Therapy System", Patente de E.U.A. No. 7,012,267 (14 de marzo, 2006) describe una entrada manual a una señal lista que indica preparaciones se completan para transportar del haz de iones a un paciente.

H. Harada, et. al. "Irradiation Apparatus and Irradiation Method", Patente de E.U.A. No. 6,984,835 (10 de enero, 2006) describe un método de irradiación que tiene un gran campo de irradiación capaz de la distribución uniforme de dosis, sin fortalecer el desempeño de un dispositivo de campo de irradiación, usando un controlador de posición que tiene un área de superposición formada de una pluralidad de irradiaciones vía el uso de un colimador multiláminas. El sistema proporciona una distribución de dosis fija y uniforme sobre una superficie completa de un objetivo.

H. Akiyama, et. al. "Charged Particle Beam Irradiation Equipment Having Scanning Electromagnet Power Supplies", patente de E.U.A. No. 6,903,351 (7 de junio, 2005); H. Akiyama, et. al. "Charged Particle Beam Irradiation Equipment Having Scanning Electromagnet Power Supplies", Patente de E.U.A. No. 6,900,436 (31 de mayo, 2005); y H. Akiyama, et. al. "Charged Particle Beam Irradiation Equipment Having Scanning Electromagnet Power Supplies", Patente de E.U.A. No. 6,881 ,970 (19 de abril, 2005) todos describen un suministro de energía para la aplicación de un voltaje a un electroimán de exploración para desviar un haz de partículas cargado y un segundo suministro de energía sin un componente de pulsación para controlar el electroimán de exploración con mayor precisión que permite para irradiación uniforme del objeto de irradiación.

K. Amemiya, et. al. "Accelerator System and Medical Accelerator Facility", Patente de E.U.A. No. 6,800,866 (5 de octubre, 2004) describe un sistema de acelerador que tiene un intervalo de corriente de control de haz de iones amplia capaz de operar con bajo consumo de energía y que tiene un intervalo de retención largo.

A. Dolinskii, et. al. "Gantry with an lon-Optical System", Patente de E.U.A. No. 6,476,403 (5 de noviembre, 2002) describe un caballete para un sistema de óptico de ión que comprende una fuente de iones y tres imanes de de difracción para desviar un haz de iones alrededor de un eje de rotación. Una pluralidad de cuadrípolos también se provee a lo largo de la trayectoria de haz para crear un transporte de haz totalmente acromático y un haz de iones con diferentes emitancias en los planos horizontal y vertical. Además, dos imanes de exploración se proporcionan entre el segundo y tercer imanes de difracción para dirigir el haz.

H. Akiyama, et. al. "Charged Particle Beam Irradiation Apparatus", Patente de E.U.A. No. 6,218,675 (17 de abril, 2001 ) describe un aparato de irradiación de haz de partículas cargadas para la irradiación de un objetivo con un haz de partículas cargadas que incluye una pluralidad de electroimanes de exploración y un electroimán cuadrípolo entre dos de la pluralidad de electroimanes de exploración.

K. Matsuda, et. al. "Charged Particle Beam Irradiation System and Method Thereof, Patente de E.U.A. No. 6,087,672 (11 de Julio, 2000) describe un sistema de irradiación de haz de partículas cargadas que tienen un filtro con borde con elementos de blindaje para proteger a una parte del haz de partículas cargadas en un área que corresponde a una región delgada en el objetivo.

P. Young, et. al. "Ráster Sean Control System for a Charged-Particle Beam", Patente de E.U.A. No. 5,017,789 (21 de mayo, 1991 ) describe un sistema de control de exploración de trama para su uso con un sistema de suministro de haz de partículas cargadas que incluye una boquilla a través de la cual un haz de partículas cargadas pasa. La boquilla incluye un generador de trama programable y ambos electroimanes de exploración de barrido lento y rápido que cooperan para generar un campo magnético de barrido que dirige el haz a lo largo de un patrón de exploración de barrido deseado en un objetivo.

Control de forma de haz M. Yanagisawa, et. al. "Partióle Beam Irradiation System and Method of Adjusting Irradiation Field Forming Apparatus", Patente de E.U.A. No. 7,154,107 (26 de diciembre, 2006) y M. Yanagisawa, et. al. "Particle Beam Irradiation System and Method of Adjusting Irradiation Field Forming Apparatus", Patente de E.U.A. No. 7,049,613 (23 de mayo, 2006) cada uno describe un sistema de terapia de partículas que tiene un compensador de dispersión y una rueda de modulación de intervalo. Movimiento del compensador de dispersión y la rueda de modulación de intervalo ajusta un tamaño del haz de iones y la intensidad de dispersión que resulta en el control de penumbra y una distribución de dosis más uniforme a una parte del cuerpo enferma.

T. Haberer, et. al. "Device and Method for Adapting the Size of an Ion Beam Spot in the Domain of Tumor Irradiation", Patente de E.U.A. No. 6,859,741 (22 de febrero, 2005) describen un método y aparato para adaptar el tamaño de un haz de iones en la irradiación del tumor. Imanes cuadrípolos que determinan el tamaño de la mancha del haz de iones se arreglan directamente en frente de los imanes de exploración de barrido que determinan el tamaño de la mancha del haz de iones. El aparato contiene un circuito de control para la obtención de los valores actuales de corrección para controlar adicionalmente el tamaño de de mancha de has de iones.

K. Matsuda, et. al. "Charged Particle Irradiation Apparatus and an Operating Method Thereof", Patente de E.U.A. No. 5,986,274 (16 de noviembre, 1999) describe un aparato de irradiación de partículas cargadas capaz de reducir una caída de dosis lateral en los límites de un campo de irradiación de un haz de partículas cargadas que usan campos magnéticos de control de electroimanes cuadrípolos y electroimanes de desviación para controlar el centro de haz de partículas cargadas que pasan a través del centro de un dispersor independientemente de la dirección e intensidad de un campo magnético generado por electroimanes de exploración.

K. Hiramoto, et. al. "Charged Particle Beam Apparatus and Method for Operating the Same", Patente de E.U.A. No. 5,969,367 (19 de octubre 19, 1999) describe un aparato de haz de partículas cargadas donde el haz de partículas cargadas se alarga por un dispersor que resulta en una distribución de Gauss, que permite la superposición de dosis de irradiación aplicada a las posiciones de mancha variable.

M. Moyers, et. al. "Charged Partióle Beam Scattering System", Patente de E.U.A. No. 5,440, 133 (8 de agosto, 1995) describe un aparato de tratamiento por radiación para producir un haz de partículas y una lámina de dispersión del diámetro de haz de partículas cargadas.

C. Nunan "Multileaf Collimator for Radiotherapy Machines", Patente de E.U.A. No. 4,868,844 (19 de septiembre, 1989) describe una máquina de terapia de radiación que tiene un colimador multiláminas formado por una pluralidad de barras hojas de metal pesado que se pueden mover para formar un campo de irradiación rectangular.

R. Maughan, et. al. "Variable Radiation Collimator", Patente de E.U.A. No. 4,754, 147 (28 de junio, 1988) describe un colimador de variable para dar forma a una sección transversal de un haz de radiación que se basa en barras, que se colocan alrededor de un eje del haz. Las barras están conformadas por un miembro de formación cortado en una forma de un área de un paciente que es irradiado.

Selección de sala de tratamiento J. Naumann, et. al. "Beam Allocation Apparatus and Beam Allocation Method for Medical Particle Accelerators", Patente de E.U.A. No. 7,351 ,988 (1 de abril, 2008) describe un aparato de distribución del haz para aceleradores médicos de partículas que tienen una unidad de arbitraje, lógica de conmutación, una unidad de monitoreo, y un control de secuencia con sistema de suspensión de difusión de seguridad.

K. Moriyama, et. al. "Partióle Beam Therapy System", Patente de E.U.A. No. 7,319,231 (15 de enero, 2008) describe un sistema de servidor de haz a una pluralidad de salas de tratamiento con las señales de irradiación listas que permiten control por orden de solicitud del haz de tratamiento.

K. Moriyama, et. al. "Partióle Beam Therapy System", Patente de E.U.A. No. 7,262,424 (28 de agosto, 2007) describe un sistema de terapia de haz de partículas que usa la información de las salas de tratamiento para controlar el suministro del haz de iones a uno de una pluralidad de salas de tratamiento.

I. Morgan, et. al. "Múltiple Target, Múltiple Energy Radioisotope Production", Patente de E.U.A. No. 6,444,990 (3 de septiembre, 2002) describe una trayectoria de transporte de haz de partículas que tiene una trayectoria de entrada y múltiples imanes intensificadores, donde giran un imán intensificador dado en los resultados en el haz de partículas que se dirige a una sala correspondiente.

M. Takanaka, et. al. "Beam Supply Device", Patente de E.U.A. No. 5,349,198 (20 de septiembre, 1994) describe un dispositivo de suministro de haz para suministrar un haz de radiación o de partículas a una sala de terapia, donde el sistema incluye un dispositivo de transporte del haz giratorio y una pluralidad de salas de utilización de haz dispuestas alrededor de un eje rotacional del electroimán de desviación giratorio.

Energía/intensidad de haz M. Yanagisawa, et. al. "Charged Partióle Therapy System, Range Modulation Wheel Device, and Method of Installing Range Modulation Wheel Device", Patente de E.U.A. No. 7,355,189 (8 de abril, 2008) y Yanagisawa, et. al. "Charged Partióle Therapy System, Range Modulation Wheel Device, y Method of Installing Range Modulation Wheel Device", Patente de E.U.A. No. 7,053,389 (30 de mayo, 2008) ambos describen un sistema de terapia de partículas que tienen una rueda de modulación amplia. El haz de iones pasa a través de la rueda de modulación de intervalo que resulta en una pluralidad de niveles de energía correspondientes a una pluralidad de grosor estratificado de la rueda de modulación de intervalo.

M. Yanagisawa, et. al. "Partióle Beam Irradiation System and Method of Adjusting Irradiation Apparatus", Patente de E.U.A. No. 7,297,967 (20 de noviembre, 2007); M. Yanagisawa, et. al. "Particle Beam Irradiation System and Method of Adjusting Irradiation Apparatus", Patente de E.U.A. No. 7,071 ,479 (4 de julio, 2006); M. Yanagisawa, et. al. "Particle Beam Irradiation System and Method of Adjusting Irradiation Apparatus", Patente de E.U.A. No. 7,026,636 (11 de abril, 2006); y M. Yanagisawa, et. al. "Particle Beam Irradiation System and Method of Adjusting Irradiation Apparatus", Patente de E.U.A. No. 6,777,700 (17 de agosto, 2004) todos describen un dispositivo de dispersión, un dispositivo de ajuste de intervalo, y un dispositivo de difusión máximo. El dispositivo de dispersión y el dispositivo de ajuste de intervalo se combinan juntos y se mueven a lo largo de un eje del haz. El dispositivo de dispersión es independientemente movido a lo largo del eje para ajustar el grado de dispersión del haz de iones. Combinado, el dispositivo incrementa el grado de uniformidad de distribución de dosis de radiación a un tejido enfermo.

A. Sliski, et. al. "Programmable Particle Scatterer for Radiation Therapy Beam Formation", Patente de E.U.A. No. 7,208,748 (24 de abril, 2007) describe una longitud de trayectoria programable de un fluido dispuesto en un haz de partículas para modular el ángulo de dispersión e intervalo de haz en una manera predeterminada. El modulador de dispersión/intervalo de haz de partículas cargadas comprende un reservorio de fluido que tiene paredes opuestas en una trayectoria de haz de partículas y una unidad para ajustar la distancia entre las paredes del reservorio de fluido bajo control de un controlador programable para crear un pico de Bragg de difusión predeterminada. La dispersión del haz y la modulación es continuamente y dinámicamente ajustada durante el tratamiento de un tumor para depositar una dosis en tres volúmenes dimensionales predeterminados objetivos.

M. Tadokoro, et. al. "Particle Therapy System", Patente de E.U.A. No. 7,247,869 (24 de julio, 2007) y Patente de E.U.A. No. 7,154,108 (26 de diciembre, 2006) cada una describe un sistema de terapia con partículas capaz de medir la energía de un haz de partículas cargadas durante la irradiación del tejido canceroso. El sistema incluye un pasaje del haz entre un par de colimadores, un detector de energía, y una unidad de procesamiento de señales.

G. Kraft, et. al. "Ion Beam Scanner System and Operating Method", Patente de E.U.A. No. 6,891 ,177 (10 de mayo, 2005) describe un sistema de exploración de haz de iones que tiene un sistema de alineación mecánica para el volumen objetivo que es explorado que permite para la modulación de profundidad del haz de iones por medio de un motor lineal y el desplazamiento transversal de absorción de energía significa que resulta en exploración escalonada profunda de elementos de volumen de un volumen de objetivo.

G. Hartmann, et. al. "Method for Operating an Ion Beam Therapy System by Monitoring the Distribution of the Radiation Dose", Patente de E.U.A. No. 6,736,831 (18 de mayo, 2004) describe un método para la operación de un sistema de terapia de haz de iones que tienen un explorador de red que irradia y explora un área que rodea un isocentro. La distribución de dosis en profundidad y la distribución de dosis transversal del dispositivo del explorador de red en varias posiciones en la región del isocentro se miden y evalúan.

Y. Jongen "Method for Treating a Target Volume with a Partióle Beam and Device Implementing Same", Patente de E.U.A. No. 6,717,162 (6 de abril, 2004) describe un método para producir un haz de partículas de una mancha estrecha dirigida hacia un volumen objetivo, que se caracteriza en que la velocidad de barrido de mancha y la intensidad del haz de partículas son simultáneamente variadas.

G. Kraft, et. al. "Device for Irradiating a Tumor Tissue", Patente de E.U.A. No. 6,710,362 (23 de marzo, 2004) describe un método y aparato de irradiación de un tejido tumoral, cuando el aparato tiene un dispositivo de frenado de iones activados electromagnéticamente en la trayectoria del haz de protones para adaptación de manera profunda del haz de protones que se ajusta tanto a la dirección de haz de iones y el intervalo de haz de iones.

K. Matsuda, et. al. "Charged Particle Beam Irradiation Apparatus", Patente de E.U.A. No. 6,617,598 (9 de septiembre, 2003) describe un aparato de irradiación de haz de partículas cargadas que aumenta la anchura en una dirección de profundidad de pico de Bragg al pasar el pico de Bragg a través de un dispositivo de alargamiento que contiene tres componentes del haz de iones que tienen diferentes energías producidas de acuerdo con la diferencia entre posiciones pasadas de cada uno de los elementos del filtro.

H. Stelzer, et. al., "lonization Chamber for Ion Beams and Method for Monitoring the Intensity of an Ion Beam", Patente de E.U.A. No. 6,437,513 (20 de agosto, 2002) describe una cámara de ionización de haces de iones y un método para monitorear la intensidad de un haz de terapia de iones. La cámara de ionización incluye un alojamiento de cámara, una ventana de entrada de haz, una ventana de salida de haz y un volumen de cámara llena con gas de conteo.

H. Akiyama, et. al., "Charged-Particle Beam Irradiation Method and System", Patente de E.U.A. No. 6,433,349 (13 de agosto, 2002) y H. Akiyama, et. al., "Charged-Particle Beam Irradiation Method and System", Patente de E.U.A. No. 6,265,837 (24 de julio, 2001 ) ambos describen un sistema de irradiación de haz de partículas cargadas que incluye un cambiador para cambiar energía de partícula y un controlador de intensidad para controlar una intensidad del haz de partículas cargadas.

Y. Pu "Charged Partióle Beam Irradiation Apparatus and Method of Irradiation with Charged Particle Beam", Patente de E.U.A. No. 6,034,377 (7 de marzo, 2000) describe un aparato de irradiación de haz de partículas cargadas que tienen un degradador de energía que comprende: (1 ) un miembro cilindrico que tiene una longitud; y (2) una distribución de grosor de pared en una dirección circunferencial alrededor de un eje de rotación, donde el grosor de la pared determina la degradación de energía del haz de irradiación.

Dosificación K. Matsuda, et. al., "Particle Beam Irradiation System", Patente de E.U.A. No. 7,372,053 (27 de noviembre, 2007) describe un sistema de irradiación de haz de partículas que garantiza una distribución más uniforme de dosis en el objeto de irradiación a través del uso de una señal de paro, que detiene la salida del haz de iones desde el dispositivo de irradiación.

H. Sakamoto, et. al., "Radiation Treatment Plan Making System and Method", Patente de E.U.A. No. 7,054,801 (30 de mayo, 2006) describe un sistema de exposición a la radiación que divide una región de exposición en una pluralidad de regiones de exposición y usa una simulación de radiación para planificar las condiciones de tratamiento de radiación para obtener exposición a la radiación plana a la región deseada.

G. Hartmann, et. al. "Method For Verifying the Calculated Radiation Dose of an Ion Beam Therapy System", Patente de E.U.A. No. 6,799,068 (28 de septiembre, 2004) describe un método para la verificación de la dosis calculada de un sistema de terapia de haz de iones que comprende un fantasma y una discrepancia entre la dosis de radiación calculada y el fantasma.

H. Brand, et. al., "Method for Monitoring the Irradiation Control of an Ion Beam Therapy System", Patente de E.U.A. No. 6,614,038 (2 de septiembre, 2003) describe un método de verificar una unidad de control de irradiación calculada de un sistema de terapia de haz de iones, donde conjuntos de datos de explorador, parámetros de computadora de control, parámetros de sensor de medición, y valores actuales deseados de imanes de explorador se almacenan de forma permanente.

T. Kan, et. al., "Water Phantom Type Dose Distribution Determining Apparatus", Patente de E.U.A. No. 6,207,952 (27 de marzo, 2001 ) describe un aparato de distribución de dosis de tipo fantasma de agua que incluye un tanque de agua cerrado, lleno con agua hasta el tope, que tiene un sensor insertado que se usa para determinar una distribución de dosis actual de radiación antes de la terapia de radiación.

Seguridad K. Moriyama, et. al., "Partióle Beam Therapy System", Patente de E.U.A. No.7, 345, 292 (18 de marzo, 2008) describe un dispositivo de seguridad que confirma que las preparaciones para la generación de un haz de iones de un acelerador se han completado y las preparaciones para el transporte del haz de iones en un sistema de transporte de haz se completa. Una unidad de visualización de estado listo para visualizar la información lista se provee adicionalmente.

C. Cheng, et. al., "Path Planning and Collision Avoidance for Movement of Instruments in a Radiation Therapy Environment", Patente de E.U.A. No. 7,280,633 (9 de octubre, 2007) describe un sistema de colocación del paciente que incluye dispositivos externos de medición que miden la posición y orientación de los objetos, que incluyen componentes del sistema de terapia de radiación. El sistema de colocación también se monitorea para la intrusión en el área activa del sistema de terapia por personal u objetos extraños para mejorar la seguridad operacional del sistema de terapia de radiación.

K. Moriyama, et. al. "Partióle Beam Therapy System", Patente de E.U.A. No. 7,173,264 (6 de febrero, 2007) describe un sistema de terapia de haz de partículas que tiene un grupo de obturadores para prevenir irradiación corriente abajo errónea de una sala de tratamiento no elegida.

E. Badura, et. al. "Method for Checking Beam Generation and Beam Acceleration Means of an Ion Beam Therapy System", Patente de E.U.A.

No. 6,745,072 (1 de junio, 2004) describe un método de verificación de medios de generación de haz y medios de aceleración de haz de un sistema de terapia de haz de iones, donde el tipo de ion, la energía del haz de iones, la intensidad del haz de iones, el bloqueo del acelerador, y los medios para la terminación de extracción se verifican.

E. Badura, et. al., "Method for Checking Beam Steering in an Ion Beam Therapy System", Patente de E.U.A. No. 6,639,234 (28 de octubre, 2003), describe un método para verificar la orientación del haz de un sistema de terapia de haz de iones, donde los medios redundantes se utilizan para: (1 ) terminación de extracción, y (2) la verificación de terminación.

E. Badura, et. al., "Method of Operating an Ion Beam Therapy System with Monitoring of Beam Position", Patente de E.U.A. No. 6,600,164 (29 de julio, 2003) describe un método para la operación de un sistema de terapia de haz de iones que incluye un dispositivo explorador de haz que dirige un haz a un isocentro, donde la región del isocentro se monitorea y se evalúa con la intervención que se lleva a cabo en una desviación de un valor de tolerancia basado en una anchura de valor medio del perfil del haz.

E. Badura, et. al., "Method for Monitoring an Emergency Switch-Off of an lon-Beam Therapy System", Patente de E.U.A. No. 6,597,005 (22 de julio, 2003) describe un método para verificar la suspensión de emergencia de un sistema de terapia de haz de iones.

B. Britton, et. al., "Beamline Control and Security System for a Radiation Treatment Facility", Patente de E.U.A. No. 5,895,926 (20 de abril, 1999) describe un método y aparato para seguridad de línea de haz en instalaciones de tratamiento con haz de radiación. En la detección de un error, los suministros de energía de línea de haz se desactivan.

T. Nakanishi, et. al., "Particle Beam Irradiation Apparatus", Patente de E.U.A. No. 5,818,058 (6 de octubre, 1998) describe un campo de irradiación de haz de partículas que tiene escudos, para proteger la radiación, colocados simétricamente con respecto a un eje de radiación.

B. Britton, et. al., "Beamline Control and Security System for a Radiation Treatment Facility", Patente de E.U.A. No. 5,585,642 (17 de diciembre, 1996) describe un método y aparato para la seguridad de línea de haz en las instalaciones de tratamiento de haz de radiación que compara las señales de configuración de trayectoria de haz correspondientes a una configuración del haz requerida que usa trayectorias de comunicación lógicas redundantes complementarias. En la detección de un error, los suministros de energía de línea de haz se desactivan.

D. Lesyna, et. al., "Method of Treatment Room Selection Verification in a Radiation Beam Therapy System", Patente de E.U.A. No. 5,260,581 (9 de noviembre, 1993) describe un método de verificación de selección de sala de tratamiento en un sistema de terapia de haz de radiación que compara las señales de requisición de sala de tratamiento con una señal de configuración de trayectoria de haz de una subestación que controla la trayectoria del recorrido del haz de un acelerador a una sala de tratamiento.

Calibración V. Bashkirov, et. al., "Nanodosimeter Based on Single Ion Detection", Patente de E.U.A. No. 7,081 ,619 (25 de julio, 2006) y V. Bashkirov, et. al. "Nanodosimeter Based on Single Ion Detection", Patente de E.U.A. No. 6,787,771 (7 de septiembre, 2004) ambas describen un dispositivo nanodosimetro para detectar iones positivos que pasan a través de un orificio de apertura, pasan a través de un volumen de gas sensible, y llegan a un detector. La invención incluye el uso del nanodosimetro para calibrar la exposición a la radiación para dañar a un ácido nucleico dentro de una muestra.

G. Hartmann, et. al., "Method of Checking an Isocentre and a Patient-Positioning Device of an Ion Beam Therapy System", Patente de E.U.A. No. 6,670,618 (30 de diciembre, 2003) describe un método para verificar un isocentro de un haz de iones que usa un dispositivo de exploración de red y fantasma esférico. A partir de un punto central espacial de un umbral predeterminado, el sistema de haz de iones se somete a retención.

M. Wofford, et. al. "System and Method for Automatic Calibration of a Multileaf Collimator", Patente de E.U.A. No. 6,322,249 (27 de noviembre, 2001) describe un sistema y método para la calibración de un dispositivo de terapia de radiación al mover una lámina de un colimador, para determinar si la distancia entre la lámina y una línea iguala aproximadamente una medida predeterminada, y la asociación de la medición predeterminada con un recuento de colimador específico.

D. Legg, et. al., "Normalizing and Calibrating Therapeutic Radiation Delivery Systems", Patente de E.U.A. No. 5,511 ,549 (30 de abril, 1996), describe un método para la normalización y calibración de dosis de un sistema de suministro de terapia de radiación. Las ventajas son particularmente significantes para instalaciones de terapia de protones que contienen una pluralidad de sistemas de suministro. El método permite un tratamiento prescrito para ser administrado con precisión no solamente en la estación asociada con la planificación del tratamiento inicial, pero en cualquier estación de suministro disponible.

Inicio/paro de irradiación K. Hiramoto, et. al., "Charged Particle Beam Apparatus and Method for Operating the Same", Patente de E.U.A. No. 6,316,776 (13 de noviembre, 2001) describe un aparato de haz de partículas cargadas donde un haz de partículas cargadas se coloque, inicie, detenga y reposicione repetitivamente. Partículas residuales se utilizan en el acelerador sin suministrar nuevas partículas si suficiente carga está disponible.

K. Matsuda, et. al. "Method and Apparatus for Controlling Circular Accelerator", Patente de E.U.A. No. 6,462,490 (8 de octubre, 2002) describe un método y aparato de control para un acelerador circular para ajustar el tiempo de partículas cargadas emitidas. El pulso de reloj se suspende después del suminstro de una comente de partículas cargadas y se resume en la base del estado de un objeto a ser irradiado.

Caballete T. Yamashita, et. al. "Rotating Irradiation Apparatus", Patente de E.U.A. No. 7,381 ,979 (3 de enero, 2008) describe un caballete giratorio que tiene un anillo frontal y un anillo trasero, cada anillo que tiene dispositivos de soporte radial, donde los dispositivos de soporte radial tienen guías lineales. El sistema tiene dispositivos de soporte de empuje para limitar el movimiento del cuerpo giratorio en la dirección del eje de rotación del cuerpo giratorio.

T. Yamashita, et. al. "Rotating Gantry of Particle Beam Therapy System" Patente de E.U.A No. 7,372,053 (13 de mayo, 2008) describe un caballete giratorio soportado un sistema de frenos de aire que permite un rápido movimiento, frenado y detención del caballete durante el tratamiento de irradiación.

M. Yanagisawa, et. al. "Medical Charged Particle Irradiation Apparatus", Patente de E.U.A. No. 6,992,312 (31 de enero, 2006); M. Yanagisawa, et. al. "Medical Charged Particle Irradiation Apparatus", Patente de E.U.A. No. 6,979,832 (27 de diciembre, 2005); y M. Yanagisawa, et. al. "Medical Charged Particle Irradiation Apparatus", Patente de E.U.A. No. 6,953,943 (1 1 de octubre, 2005) todos describen un aparato capaz de irradiación desde las direcciones horizontal y ascendente. El caballete se puede girar cerca de un eje de rotación donde el dispositivo que forma el campo de irradiación se arregla excéntricamente, tal que un eje de irradiación pasa a través de una posición diferente que la del eje de rotación.

H. Kaercher, et. al. "Isokinetic Gantry Arrangement for the Isocentric Guidance of a Partióle Beam And a Method for Constructing Same", Patente de E.U.A. No. 6,897,451 (24 de mayo, 2005) describe un arreglo de caballete isoquinético para guía isocéntrica de haz de partículas que se pueden girar alrededor de un eje longitudinal horizontal.

G. Kraft, et. al. "Ion Beam System for Irradiating Tumor Tissues", Patente de E.U.A. No. 6,730,921 (4 de mayo, 2004) describe un sistema de haz de iones para la irradiación de los tejidos tumorales en varios ángulos de irradiación en relación con una camilla del paciente dispuesta horizontalmente, donde la camilla del paciente puede girar alrededor de un eje central y tiene un mecanismo de elevación. El sistema tiene una deflexión de haz de iones central de hasta ± 15 grados con respecto a una dirección horizontal.

M. Pavlovic, et. al. "Gantry System and Method for Operating Same", Patente de E.U.A. No. 6,635,882 (21 de octubre, 2003) describe un sistema de caballete para ajustar y alinear un haz de iones en un objetivo desde un ángulo de tratamiento efectivo determinable libremente. El haz de iones se alinea en un objetivo en ángulos ajustables de 0 a 360 grados alrededor del eje de rotación del caballete y en un ángulo de 45 a 90 grados del eje de rotación del caballete produciendo un cono de irradiación cuando gira una revolución completa cerca del eje de rotación de caballete.

Detector E. Berdermann, et. al. "Detector for Detecting Partióle Beams and Method for the Production Thereof, Patente de E.U.A. No. 7,274,025 (25 de septiembre, 2007) describe un detector y un método de hacer el detector. El detector comprende una placa de diamante semi-conductor cristalino y una capa de metal de aluminio dispuesta sobre un sustrato de placa cerámica.

Paciente movible N. Rigney, et. al. "Patient Alignment System with External Measurement and Object Coordination for Radiation Therapy System", Patente de E.U.A. No. 7,199,382 (3 de abril, 2007) describe un sistema de alineamiento de pacientes para un sistema de terapia de radiación que incluye múltiples dispositivos de medición externos que obtienen mediciones de posición de componentes movibles del sistema de terapia de radiación. El sistema de alineación utiliza las mediciones externas para proporcionar retroalimentación de colocación correctiva para registrar con mayor precisión al paciente a la radiación de haz.

Y. Muramatsu, et. al. "Medical Particle Irradiation Apparatus", Patente de E.U.A. No. 7,030,396 (18 de abril, 2006); Y. Muramatsu, et. al. "Medical Particle Irradiation Apparatus", Patente de E.U.A. No. 6,903,356 (7 de junio, 2005); y Y. Muramatsu, et. al. "Medical Particle Irradiation Apparatus", Patente de E.U.A. No. 6,803,591 (12 de octubre, 2004) todas describen un aparato de irradiación de partículas médico que tiene un caballete giratorio, un marco anular localizado dentro del caballete tal que puede girar en relación con el caballete giratorio, un mecanismo anti-correlación para sostener el marco de giro con el caballete, y un piso con movimiento flexible acoplado con el marco de tal manera que se mueve libremente con un fondo de nivel sustancial, mientras que el caballete gira.

H. Nonaka, et. al. "Rotating Radiation Chamber for Radiation Therapy", Patente de E.U.A. No. 5,993,373 (30 de noviembre, 1999) describe un piso movible horizontal compuesto por una serie de placas múltiples que se conectan de una manera libre y flexible, donde el piso movible se mueve en sincronía con la rotación de una sección de irradiación del haz de radiación.

Respiración K. Matsuda "Radioactive Beam Irradiation Method and Apparatus Taking Movement of the Irradiation Area Into Consideration", Patente de E.U.A. No. 5,538,494 (23 de julio, 1996) describe un método y aparato que permite la irradiación incluso en el caso de una posición de cambio de parte enferma debido a la actividad física, tal como respiración y latido del corazón. En un principio, un cambio de posición de una parte del cuerpo enferma y actividad física del paciente se miden al mismo tiempo y una relación entre estas se define como una función. La terapia de radiación se realiza de acuerdo con la función.

Colocación del paciente Y. Nagamine, et. al. "Patient Positioning Device and Patient Positioning Method", Patente de E.U.A. No. 7,212,609 (1 de mayo, 2007) y Y. Nagamine, et. al. "Patient Positioning Device and Patient Positioning Method", Patente de E.U.A. No. 7,212,608 (1 de mayo, 2007) describe un sistema de colocación del paciente que compara un área de comparación de una imagen de rayos X de referencia y una imagen de rayos X de referencia de una ubicación de paciente actual que usa un patrón de igualación.

D. Miller, et. al. "Modular Patient Support System", Patente de E.U.A. No. 7, 173,265 (6 de febrero, 2007) describe un sistema de tratamiento de radiación que tiene un sistema de soporte al paciente que incluye una unidad de paciente que se expande modulamente y al menos un dispositivo de inmovilización, tal como una base de espuma moldeable.

K. Kato, et. al. "Multi-Leaf Collimator and Medical System Including Accelerator", Patente de E.U.A. No. 6,931 ,100 (16 de agosto, 2005); K. Kato, et. al. "Multi-Leaf Collimator and Medical System Including Accelerator", Patente de E.U.A. No. 6,823,045 (23 de noviembre, 2004); K. Kato, et. al. "Multi-Leaf Collimator and Medical System Including Accelerator", Patente de E.U.A. No. 6,819,743 (16 de noviembre, 2004); y K. Kato, et. al. "Multi-Leaf Collimator and Medical System Including Accelerator", Patente de E.U.A. No. 6,792,078 (14 de septiembre, 2004) todas describen un sistema de placas de lámina utilizada para acortar el tiempo de colocación de un paciente para la terapia de radiación. Motor que impulsa la fuerza se transmite a una pluralidad de placas de lámina al mismo tiempo a través de un piñón. El sistema también utiliza los cilindros de aire superior e inferior y guías superior e inferior a la posición de un paciente.

Control con computadora A. Beloussov et. al. "Configuration Management and etrieval System for Protón Beam Therapy System", Patente de E.U.A. No. 7,368,740 (6 de mayo, 2008); A. Beloussov et. al. "Configuration Management and Retrieval System for Protón Beam Therapy System", Patente de E.U.A. No. 7,084,410 (1 de agosto, 2006); y A. Beloussov et. al. "Configuration Management and Retrieval System for Protón Beam Therapy System", Patente de E.U.A. No. 6,822,244 (23 de noviembre, 2004) todas describen un sistema de has de protones controlado de software de procesador múltiple que tiene parámetros de tratamiento configurables que se modifican fácilmente por un usuario autorizado para preparar el sistema controlado por software para diversos modos de operación para asegurar que los datos y parámetros de configuración son accesibles si las fallas de un solo punto ocurre en la base de datos.

J. Hirota et. al. "Automatically Operated Accelerator Using Obtained Operating Patterns", Patente de E.U.A. No. 5,698,954 (16 de diciembre, 1997) describe un controlador principal para determinar la cantidad de control y el tiempo de control de cada componente de un cuerpo de acelerador con los controles procedentes de un patrón de operación.

Formación de imagen P. Adamee, et. al., "Charged Partióle Beam Apparatus and Method for Operating the Same", Patente de E.U.A. No. 7,274,018 (25 de septiembre, 2007) y P. Adamee, et. al. "Charged Partióle Beam Apparatus and Method for Operating the Same", Patente de E.U.A. No. 7,045,781 (16 de mayo, 2006) describe un aparato de haz de partículas cargadas configurado para obtener imágenes en serie y/o paralelo de un objeto.

K. Hiramoto, et. al. "Ion Beam Therapy System and its Couch Positioning System", Patente de E.U.A. No. 7,193,227 (20 de marzo, 2007) describe un sistema de terapia de haz de iones que tiene un sistema de formación de imágenes de rayos X que se mueve junto con un caballete de rotación.

C. Maurer, et. al. "Apparatus and Method for Registration of Images to Physical Space Using a Weighted Combination of Points and Surfaces", Patente de E.U.A. No. 6,560,354 (6 de mayo, 2003) describe un procedimiento de tomografía computarizada de de rayos X registrada para mediciones físicas tomadas en el cuerpo del paciente, donde diferentes partes del cuerpo se proporcionan diferentes pesos. Los pesos se usan en un procedimiento de registro iterativo para determinar un procedimiento de transformación de cuerpo rígido, donde se utiliza la función de transformación para ayudar a procedimientos quirúrgicos o estereotáctica.

M. Blair, et. al. "Protón Beam Digital Imaging System", Patente de E.U.A. No. 5,825,845 (20 de octubre, 1998) describe un sistema de formación de imagen digital de has de protones que tiene una fuente de rayos X que se puede mover en la línea del haz de tratamiento que puede producir un haz de rayos X a través de una región del cuerpo. Mediante la comparación de las posiciones relativas del centro del haz en la imagen de orientación del paciente y el isocentro en la imagen de prescripción maestra con respecto a monumentos seleccionados, la cantidad y dirección de movimiento del paciente para hacer el mejor centro del haz que corresponden con el isocentro objetivo se determina.

S. Nishihara, et. al. "Therapeutic Apparatus", Patente de E.U.A. No. 5,039,867 (13 de agosto, 1991 ) describe un método y aparato para la colocación de un haz terapéutico en el que se determina una primera distancia en la base de una primera imagen, una segunda distancia se determina sobre la base de una segunda imagen, y el paciente se mueve a una posición de irradiación de haz de terapia en la base de la primera y segunda distancias.

Terapia de protón y neutrón/selección de partículas L. Dahl, et. al. "Apparatus for Generating and Selecting lons used in a Heavy Ion Cáncer Therapy Facility", Patente de E.U.A. No. 6,809,325 (26 de octubre, 2004) describe un aparato para generar, extraer y seleccionar iones utilizados en un instalación de terapia de cáncer con iones pesados que incluyen una fuente de iones de resonancia de ciclotrón para generar iones pesados y ligeros y medios de selección para seleccionar de especies de iones pesados de una corriente debajo de configuración isotópica de cada fuente de iones.

J. Slater, et. al. "System and Method for Múltiple Partióle Therapy", Patente de E.U.A. No. 5,866,912 (2 de febrero, 1999) describe un sistema de terapia de haz de protones, donde los protones pasan a través de una fuente de neutrones de berilio que generan una fuente de protones y neutrones.

Problema Existe en la técnica una necesidad de un suministro exacto y preciso de energía de irradiación de un tumor. Más particularmente, existe una necesidad de generar de manera eficiente un haz de iones negativos, el enfoque del haz de iones, convertir el haz de iones en un haz de partículas cargadas, la aceleración del haz de partículas cargadas, inmovilizar y/o reproducir la posición de una persona en relación con un haz de terapia de partículas, y/o el blanco del haz de partículas cargadas a un tumor.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La invención comprende un método y aparato para el tratamiento de canceres sólidos. En una modalidad, la invención describe un método de terapia de cáncer con partículas cargadas de campos múltiples y aparato coordinado con la creación de haz de iones negativos, enfoque de haz de iones, aceleración de partículas cargadas, rotación de paciente y/o respiración del paciente. Preferiblemente, la terapia de partículas cargadas se realiza en un paciente en una posición parcialmente inmovilizada y reposicionable. Suministro de protones es preferentemente programado a la respiración del paciente vía el control de inyección de haz de partículas cargadas, aceleración y/o métodos objetivo y aparato.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Figura 1 ilustra conexiones de componentes de un sistema de terapia de haz de partículas cargadas; Figura 2 ilustra un sistema de terapia de partículas cargadas; Figura 3 ilustra un sistema de generación de haz de iones; Figura 4 ilustra una fuente de haz de iones negativos; Figura 5 ilustra un sistema de enfoque haz de iones; Figuras 6A-6D ilustran electrodos de enfoque cerca de una trayectoria de haz de iones negativos; Figura 7A ilustra un sistema de vacío de trayectoria de haz de iones negativos; Figura 7B ilustra una estructura de soporte, Figura 7C ilustra una lámina; Figura 8 es un diagrama de flujo de control de terapia de haz de partículas; Figura 9 ilustra secciones rectas y de giro de un sincrotrón; Figura 10 ilustra imanes de flexión de un sincrotrón; Figura 1 1 proporciona una vista en perspectiva de un imán de flexión; Figura 12 ilustra una vista en sección transversal de un imán de flexión; Figura 3 muestra una vista en sección transversal de un imán de flexión; Figura 14A ilustra un acelerador de RF y Figura 14B ilustra subsistema de acelerador de RF; Figura 15 ilustra un sistema de control de campo magnético; Figuras 16A-16B ilustran un sistema de colocación del paciente de: figura 16A una vista frontal y figura 16B una vista superior; Figura 17 proporciona de distribuciones de dosis de haz de protones y rayos; Figuras 18A-18E ¡lustran exploración controlada y profundidad de irradiación enfocada; Figuras 19A-19E ilustran irradiación de campos múltiples; Figura 20 muestra el incremento de eficiencia de dosis vía el uso de irradiación de campos múltiples; Figura 21 proporciona dos métodos de implementación de irradiación en campos múltiples; Figura 22 ilustra un sistema de colocación de paciente semi-vertical; Figura 23 proporciona un ejemplo de un sistema de colocación del paciente sentado; Figura 24 ilustra un sistema de colocación del paciente tendido; Figura 25 ilustra un sistema de sujeción de cabeza; Figura 26 ilustra soportes de mano y cabeza.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La invención describe en general el tratamiento de cánceres sólidos.

En una modalidad, un sistema de terapia de cáncer con haz de partículas cargadas se utiliza para tratar un tumor sólido de un paciente.

En otra modalidad, la invención describe un método de terapia de cáncer con partículas cargadas con campos múltiples y aparato.

En aún otra modalidad, un método de colocación del paciente y aparato se utiliza en combinación con un método de terapia de radiación de has de protones o has de partículas cargadas de ejes múltiples que trata cáncer y aparato. El sistema de colocación del paciente se utiliza para trasladar al paciente y/o girar al paciente en una zona donde el haz de protones puede explorar el tumor utilizando un sistema objetivo. El sistema de colocación del paciente es opcional usado junto con sistemas usados para restringir el movimiento del paciente, tal como sistemas de colocación semi- vertical, sentado, o tendido.

En aún otra modalidad todavía, un método de extracción y aceleración de haz de partículas cargadas y aparato se utiliza en combinación con la terapia de radiación de haz de partículas cargadas de tumores cancerosos. Particularmente, imanes de giro de sincrotrón novedosos se utilizan para minimizar el tamaño total del sincrotrón, proveen un haz de protones estrechamente controlados, reducen directamente el tamaño de campos magnéticos requeridos, reducen directamente la energía de operación requerida, y permiten la aceleración continua de protones en un sincrotrón incluso durante un procedimiento de extracción de protones del sincrotrón.

En otra modalidad, un sistema de terapia de cáncer con partículas cargadas se describe que tiene un método de rotación/barrido combinado y aparato, referido como terapia de cáncer con partículas cargadas de campos múltiples. El sistema usa una fuente de protones de orientación fija con respecto a un paciente que gira para producir irradiación de tumor desde varias direcciones. El sistema combina irradiación de tumor a manera de capa desde cualquiera de las direcciones con irradiación de protones de energía controlada para suministrar la energía de haz de protones pico dentro de un volumen del tumor seleccionado o una porción irradiada. Opcionalmente, el volumen de tumor seleccionado para irradiación de un ángulo dado es una porción distal del tumor. En esta manera el ingreso de energía pico Bragg es circunferencialmente difundida cerca del tumor minimizando el daño al tejido sano y la energía de protones pico es eficientemente, exactamente y precisamente suministrada al tumor.

En todavía aún otra modalidad, usando un sistema de terapia de cáncer con partículas cargadas, un método y aparato para suministro eficiente dosis de radiación a un tumor se describe. Radiación es suministrada a través de un punto de entrada en el tumor y la energía de Bragg pico se dirige a un lado distal o lejos del tumor desde el punto de ingreso. Suministro de energía de Bragg pico al lado distal del tumor desde el punto de ingreso se repite desde varias direcciones rotacionales. El procedimiento de irradiación de campos múltiples con niveles de energía dirigidas al otro lado del tumor desde cada dirección de irradiación se proporciona aún y suministro de dosis de radiación de partículas cargadas eficientes al tumor. Preferiblemente, la terapia de partículas cargadas se programa a la respiración del paciente vía el control de métodos de inyección, aceleración, extracción, y/u objetivo de haz de partículas cargadas y aparato.

En aún otra modalidad, un método de colocación, alineamiento y/o control del paciente semi-vertical y aparato se utilizan en combinación con partículas cargadas, o haz de protones, terapia de radiación de tumores cancerosos. Las restricciones de la colocación del paciente se utilizan para sostener al paciente en una posición de tratamiento, incluyendo uno o más de: un soporte de asiento, un respaldo, un soporte de cabeza, un soporte de brazo, un soporte de rodilla y un soporte de pie. Uno o más de las restricciones de colocación son móviles y/o bajo control de computadora para la colocación rápida y/o inmovilización del paciente. El sistema opcional utiliza un haz de rayos X que se encuentra sustancialmente en la misma trayectoria como una trayectoria de haz de protones de un sistema de terapia de cáncer con haz de partículas. La imagen generada se puede utilizar para: alineamiento de cuerpo de giro fino en relación a la trayectoria del haz de protones, para controlar la trayectoria del haz de protones para dirigir exactamente y precisamente al tumor, y/o en verificación y validación del sistema.

En una modalidad adicional, un método de colocación, alineamiento y/o de control del paciente sentado o semi-vertical y aparato se utiliza en combinación con las partículas cargadas de múltiples ejes, o haz de protones, terapia de radiación de tumores cancerosos. Las restricciones de la colocación del paciente se utilizan para sostener al paciente en una posición de tratamiento. Las restricciones de colocación del paciente incluyen uno o más de: un soporte del asiento, un respaldo, un soporte de cabeza, un soporte de brazo, un soporte de rodilla, y un soporte de pie. Una o más de las restricciones de colocación son movibles y/o bajo control de computadora para la colocación y/o inmovilización del paciente.

En otra modalidad, un método de monitoreo de respiración y/o control de respiración del paciente y aparato se utiliza junto con partículas cargadas de ejes múltiples, o haz de protones, terapia de radiación o tumores cancerosos. El sistema de monitoreo de respiración usa sensores térmicos y/o sensores de fuerza para determinar cuando un paciente está en un ciclo de respiración en combinación con control de señal de retroalimentación suministrada al paciente para informar al paciente cuando se requiere el control de respiración. El control de respiración resultante se programa con el suministro de partículas cargadas al tumor para incrementar la exactitud, precisión y/o eficiencia del tratamiento de tumor.

En aún otra modalidad describe generalmente el tratamiento de cánceres sólidos. Más particularmente, un método de colocación, inmovilización, y re-colocación del paciente controlado por computadora y aparato se usa junto con terapia de cáncer con partículas cargadas de campos múltiples en coordinación con patrones de respiración del paciente y además en combinación con el método de inyección, aceleración, extracción y/u objetivo de haz de partículas cargadas y aparato.

En aún otra modalidad, un método de fuente de iones negativos y aparato se utilizan como parte de un sistema de inyección del haz de iones, que se utiliza junto con terapia de radiación de haz e protones o partículas cargadas con ejes múltiples de tumores cancerosos. La fuente de iones negativos de preferencia incluye un puerto de entrada para inyección de gas de hidrógeno en una cámara de plasma de alta temperatura. En un caso, la cámara de plasma incluye un material magnético, que proporciona una barrera de campo magnético entre la cámara de plasma de alta temperatura y una región de plasma de baja temperatura en el lado opuesto de la barrera de campo magnético. Un pulso de extracción se aplica a un electrodo de extracción de iones negativos para sacar el haz de iones negativos en una trayectoria de haz de iones negativos, que procede a través de un primer sistema de vacío parcial, a través de un sistema de enfoque haz de iones, en el acelerador tándem, y en un sincrotrón.

En aún otra modalidad, un método de vacío de fuente de haz de iones negativos y aparato se usa como parte de un sistema de inyección de haz de iones, que se utiliza junto con terapia de radiación de haz de protones o partículas cargadas con ejes múltiples de tumores cancerosos. La fuente de haz de iones negativos contiene una cámara de vacío aislada por una barrera de vacío del tubo de vacío del sincrotrón. El sistema de vacío de fuente de haz de iones negativos preferentemente incluye: una primera bomba molecular de turbo bomba, un volumen de retención grande, y una bomba de operación semi-continua. Sólo por el bombeo de la cámara de vacío de fuente de haz de iones y por solamente la operación semi-continua el vacío de fuente de haz de iones basado en las lecturas del sensor o en aproximadamente el volumen de retención, el tiempo de vida de la bomba de operación semi-continuamente se extiende.

En todavía aún otra modalidad, un método de enfoque de haz de iones y aparato se utiliza como parte de un sistema de inyección de haz de iones, que se utiliza en conjunción con terapias de radiación de haz de protones o partículas cargadas con ejes múltiples de tumores cancerosos. El sistema de enfoque de haz de iones incluye dos o más electrodos donde un electrodo de cada par de electrodos parcialmente obstruye la trayectoria de haz de iones con trayectorias conductoras, tal como una malla conductora. En un par de electrodos dado, las líneas de campo eléctrico, que corren entre la malla conductora del primer electrodo y un segundo electrodo, proporcionarán fuerzas hacia el interior que enfocan el haz de iones negativos. Múltiples de dichos pares de electrodos proporcionan múltiples regiones de enfoque del haz de iones negativos.

La otra modalidad, un método de acelerador tándem y aparato, que son parte de un sistema de inyección de haz de iones, se utiliza junto con la terapia de radiación de partículas cargadas con ejes múltiples de tumores cancerosos. La fuente de haz de iones negativos de preferencia incluye un sistema de vacío de sistema de inyección y un sistema de vacío sincrotrón separado por una lámina, donde iones negativos se convierten a iones positivos. La lámina es de preferencia directa o indirectamente sellada en los bordes del tubo de vacío que se proporcionan para una presión parcial más alta en la cámara de vacío del sistema de inyección y una presión más baja en el sistema de vacío de sincrotrón. Al tener la lámina físicamente que separa la cámara de vacío en dos regiones de presión se permite para algunas y/o bombas más pequeñas para sostener el sistema de presión más baja en el sincrotrón conforme el gas de hidrógeno entra se extrae en un espacio separado contenido y aislado por el sistema de vacío parcial de inyección.

En aún otra modalidad, un método de acelerador de radio-frecuencia (RF) y aparato se utiliza en combinación con terapia de radiación de partículas cargadas de ejes múltiples de tumores cancerosos. Un sintetizador de RF proporciona una señal de RF de bajo voltaje, que se sincroniza con el período de circulación de protones en la trayectoria del haz de protones, a un conjunto de microcircuitos integrados, bucles y espirales donde los espirales rodean circunferencialmente la trayectoria del haz de protones en un sincrotrón. Los componentes integrados combinan para proporcionar un voltaje de aceleración a los protones en la trayectoria del haz de protones en un tamaño comprimido y formato de precio reducido. El sistema de espiral de aceleración/microcircuito amplificador de RF integrado es operable de aproximadamente 1 MHz, para un haz de protones de energía baja, a aproximadamente 15 MHz, para un haz de protones de energía alta.

En aún otra modalidad, una formación de imagen de campos múltiples y un método de terapia de cáncer de partículas cargadas con campos múltiples y aparato se coordina con la respiración del paciente a través del uso de sensores de retroalimentación usados para monitorear y/o controlar la respiración del paciente.

Usados en combinación con cualquier modalidad de la invención, una o más de las características de diseño novedosas de un sistema de terapia de cáncer con haz de partículas cargadas se describen. En particular, una fuente de haz de iones negativos con características novedosas en la fuente de iones negativos, sistema de vacío de fuente de iones, lentes de enfoque de haz de iones, y el acelerador tándem se describen. Adicionalmente, el sincrotrón incluye: imanes de giro e imanes de enfoque borde, que minimizan el tamaño total del sincrotrón, proporcionan un haz de protones estrechamente controlado, reducen directamente el tamaño de los campos magnéticos requeridos, reducen directamente la energía de operación requerida. El sistema de fuente de haz de iones y sincrotrón son preferentemente integrados en la computadora con un sistema de formación de imagen del paciente y una interfase de paciente que incluye sensores de monitoreo de respiración y elementos de colocación del paciente. Además, el sistema está integrado con el método de aceleración y/u objetivo y aparato. Más particularmente, la energía y control de una corriente de partículas cargadas de un sincrotrón se coordina con la colocación del paciente y el tratamiento de tumor. Los elementos de control de sincrotrón permiten un control estrecho del haz de partículas cargadas, que complementa el control estrecho de la colocación del paciente para producir el tratamiento eficiente de un tumor sólido con el daño de tejido reducido al tejido sano circundante. Además, el sistema reduce el tamaño total del sincrotrón, proporciona un haz de protones estrechamente controlado, reduce directamente el tamaño de los campos magnéticos requeridos, reduce directamente la energía de operación requerida, y permite la aceleración continua de protones en un sincrotrón, incluso durante un procedimiento de extracción protones del sincrotrón. Combinados, los sistemas ofrecen para el tratamiento de tumores no invasivos eficiente, exacto, y preciso con el mínimo daño al tejido sano circundante.

En varias modalidades, el sistema de terapia de cáncer de partículas cargadas incorpora cualquiera de: • un sistema de inyección que tiene un miembro magnético central y un campo magnético que separa las regiones de plasma de temperaturas altas y bajas; • un sistema de vacío doble que crea una primera región de presión parcial en un sistema lateral de generación de plasma de una lámina en un acelerador tándem y una segunda región de presión parcial más baja en el lado de sincrotrón de la lámina; • un sistema de enfoque de haz de iones negativos que tiene una malla conductora axialmente que cruza el haz de iones negativos; • un sincrotrón que tiene cuatro secciones rectas y cuatro secciones de giro; « un sincrotrón que no tienen imanes hexapolos; • cuatro imanes de flexión en cada sección de giro del sincrotrón; • un espiral de viento que envuelve múltiples imanes de flexión; • una pluralidad de imanes de flexión que se bisela y las partículas cargadas que enfocan en cada sección de flexión; · microcircuitos de amplificador de RF integrados que proveen corrientes a través de los bucles acerca de las espirales de aceleración; • una plataforma giratoria para girar al sujeto que permite la formación de imagen de campos múltiples y/o terapia de protones de campos múltiples; · un plan de radiación que dispersa la energía de Bragg pico de ingreso 360 grados cerca del tumor; • sistemas de colocación, inmovilización y re-colocación; • sensores respiratorios; • control simultáneo e independiente de: o energía de haz de protones o control de haz de protones de eje x; o control de haz de protones de ejes y; o traslado del paciente; y o rotación del paciente; y • una terapia de partículas cargadas con sincronización del sistema para uno o más de: o traslado del paciente; o rotación del paciente; y o respiración del paciente.

Terapia de protones Debido a su tamaño relativamente enorme, protones dispersados menos fácilmente que los rayos X o rayos gamma en el tejido y existe muy poco dispersión lateral. Por lo tanto, el haz de protones se mantiene enfocado en la forma del tumor sin mucho daño lateral al tejido circundante. Todos los protones de una energía dada tienen un cierto intervalo, definido por el pico de Bragg, y la dosificación suministrada a la relación de tejido es máxima en sólo los últimos milímetros del intervalo de partículas. La profundidad de penetración depende de la energía de las partículas, que está directamente relacionada con la velocidad a la cual las partículas se aceleran por el acelerador de protones. La velocidad del protón es ajustable a la máxima calificación del acelerador. Por tanto, es posible enfocar el daño celular debido al haz de protones en lo más profundo de los tejidos donde el tumor se sitúa. Tejidos situados antes del pico de Bragg reciben alguna dosis reducida y tejidos situados después del pico no reciben nada.

Ciclotrón/sincrotrón Un ciclotrón usa un campo magnético constante y un campo eléctrico aplicado con frecuencia constante. Uno de los dos campos se varía en un sincrociclotrón. Ambos campos se varían en un sincrotrón. Por lo tanto, un sincrotrón es un tipo particular de acelerador de partículas cíclico en el que se utiliza un campo magnético a su vez las partículas que circulan y un campo eléctrico se utiliza para acelerar las partículas. El sincrotrón cuidadosamente sincroniza los campos aplicados con el haz de partículas que viajan.

Al aumentar los campos magnéticos aplicados apropiadamente como la energía de ganancia de partículas, la trayectoria de partículas cargadas se mantiene constante a medida que las partículas cargadas se aceleran, permitiendo que el contenedor de vacío para las partículas sea un toro delgado grande. En realidad, es más fácil usar algunas secciones rectas entre los imanes de flexión y algunas secciones de giro que proporcionan el toro en la forma de un polígono con las esquinas redondeadas. Una trayectoria de radio efectivo grande es por lo tanto construida usando segmentos de tubería rectos y curvos sencillos, a diferencia de la cámara en forma de disco de los dispositivos de tipo ciclotrón. La forma también permite y requiere el uso de imanes múltiples para flexionar el haz de partículas.

La energía máxima que un acelerador cíclico puede impartir es normalmente limitada por la fuerza de los campos magnéticos y el radio mínimo/curvatura máxima de la trayectoria de partícula. En un ciclotrón el radio máximo es bastante limitado ya que las partículas comienzan en el centro y en espiral hacia el exterior, por lo que esta trayectoria completa debe ser cámara evacuada en forma de disco que se auto-soporta. Ya que el radio es limitado, la energía de la máquina llega a ser limitada por la fuerza del campo magnético. En el caso de un electroimán ordinario, la fuerza del campo está limitada por la saturación del núcleo porque cuando todos los dominios magnéticos están alineados el campo no se puede incrementar adicionalmente a cualquier grado práctico. El arreglo del par sencillo de imanes también limita el tamaño económico del dispositivo.

Sincrotrones superan estas limitaciones, utilizando una tubería de haz estrecho rodeada de imanes de enfoque más estrechamente y mucho más pequeños. La capacidad de un sincrotrón para acelerar partículas está limitada por el hecho de que las partículas deben ser cargadas para acelerarse en todos, pero las partículas cargadas bajo aceleración emiten fotones con lo cual pierden energía. La energía del haz limitante se alcanza cuando la pérdida de energía para la aceleración lateral requerida mantiene la trayectoria del haz en un círculo iguala la energía añadida en cada ciclo. Aceleradores más poderosos se construyen mediante el uso de trayectorias de gran radio y mediante el uso de cavidades de microondas más numerosas y más potentes para acelerar el haz de partículas entre las esquinas. Partículas más ligeras, tal como electrones, pierden una fracción más grande de su energía cuando giran. Hablando prácticamente, la energía de aceleradores de electrones/positrones está limitada por su pérdida de radiación, mientras no juegan un papel importante en las dinámicas de los aceleradores de protones o iones. La energía de estos es estrictamente limitada por la fuerza de los imanes y por el costo.

Terapia de haz de partículas cargadas En este documento, un sistema de terapia de haz de partículas cargadas, tal como un haz de protones, haz de iones de hidrógeno, o haz de iones de carbono, se describe. Aquí, el sistema de terapia de haz de partículas cargadas se describe usando un haz de protones. Sin embargo, los aspectos mostrados y descritos en términos de un haz de protones no se pretende que sean limitantes a los de un haz de protones y son ilustrativos de un sistema de haz de partículas cargadas. Cualquier sistema de haz de partículas cargadas es igualmente aplicable a las técnicas descritas aquí.

Refiriéndonos ahora a la figura 1 , un sistema de haz de partículas cargadas 100 se ilustra. El haz de partículas cargadas de preferencia comprende una serie de subsistemas que incluyen cualquiera de: un controlador principal 110, un sistema de inyección 120, un sincrotrón 130 que por lo general incluye: (1 ) un sistema de acelerador 132 y (2) un sistema de extracción 134, una exploración/objetivo/sistema de suministro 140, un módulo de interfase de paciente 150, un sistema de visualización 160, y/o un sistema de formación de imagen 170.

Un método ejemplar de uso del sistema de haz de partículas cargadas 100 se proporciona. El controlador principal 1 10 controla uno o más de los subsistemas para protones de suministro con exactitud y precisión a un tumor de un paciente. Por ejemplo, el controlador principal 110 obtiene una imagen, tal como una porción de un cuerpo y/o de un tumor, desde el sistema de formación de imagen 170. El controlador principal 1 10 también obtiene información de sincronización y/o posición del módulo de interfase del paciente 150. El controlador principal 1 10 opcionalmente controla el sistema de inyección 120 para inyectar un protón en un sincrotrón 130. El sincrotrón usualmente contiene al menos un sistema de acelerador 132 y un sistema de extracción 134. El controlador principal preferiblemente controla el haz de protones en el sistema de acelerador, tal como al controlar la velocidad, trayectoria, y sincronización del haz de protones. El controlador principal entonces controla la extracción de un haz de protones del acelerador a través del sistema de extracción 134. Por ejemplo, el controlador controla la sincronización y/o energía del haz extraído. El controlador 1 10 también preferentemente controla el direccionamiento del haz de protones a través de la exploración/objetivo/sistema de suministro 140 al módulo de interfase del paciente 150. Uno o más componentes del módulo de interfase del paciente 150, tal como la posición de traslación y rotación del paciente, preferentemente se controlan por el controlador principal 1 10. Además, los elementos de visualización del sistema de visualización 160 se controlan preferentemente a través del controlador principal 110. Visualizaciones, tales como pantallas de visualización, se proporcionan usualmente a uno o más operadores y/o a uno o más pacientes. En una modalidad, el controlador principal 110 sincroniza el suministro del haz de protones de todos los sistemas, de tal manera que los protones son suministrados en una manera terapéutica óptima al tumor del paciente.

Aquí, el controlador principal 1 10 se refiere a un sistema único que controla el sistema de haz de partículas cargadas 100, a un controlador único que controla una pluralidad de subsistemas que controla el sistema de haz de partículas cargadas 100, o a una pluralidad de controladores responsables que controlan uno o más sub-sistemas del sistema de haz de partículas cargadas 100.

Haciendo referencia ahora a la figura 2, una modalidad ejemplar ilustrativa de una versión del sistema de haz de partículas cargadas 100 se proporciona. El número, posición y tipo descrito de los componentes es ilustrativo y no limitativo en naturaleza. En la modalidad ilustrada, el sistema de inyección 120 o la fuente de iones o fuente de haz de partículas cargadas genera protones. Los protones se suministran en un tubo de vacío que corre en, a través y fuera del sincrotrón. Los protones generados se suministran a lo largo de una trayectoria inicial 262. Imanes de enfoque 230, tales como imanes cuadrípolos o imanes cuadripolos de inyección, se utilizan para enfocar la trayectoria del haz de protones. Un imán cuadrípolo es un imán de enfoque. Un imán de flexión de inyector 232 dobla el haz de protones hacia el plano del sincrotrón 130. Los protones enfocados que tienen una energía inicial se introducen en un imán inyector de 240, que es preferentemente un imán Lamberson de inyección. Usualmente, la trayectoria del haz inicial 262 es a lo largo de un eje fuera de, como antes, un plano de circulación del sincrotrón 130. El imán de flexión inyector 232 e imán inyector 240 se combinan para mover los protones en el sincrotrón de 130. Principalmente imanes de flexión, imanes dipolares, o imanes de circulación 250 se utilizan para activar los protones a lo largo de una trayectoria de haz de circulación 264. Un imán dipolo es un imán de flexión. Los principales imanes de flexión 250 doblan la trayectoria del haz inicial 262 en una trayectoria de haz de circulación 264. En este ejemplo, los principales imanes de flexión 250 o imanes de circulación están representados como cuatro conjuntos de cuatro imanes para mantener la trayectoria de haz de circulación 264 en una trayectoria del haz de circulación estable. Sin embargo, cualquier número de imanes o conjuntos de imanes se utilizan opcionalmente para mover los protones alrededor de una sola órbita en el procedimiento de circulación. Los protones pasan a través de un acelerador 270. El acelerador acelera los protones en la trayectoria del haz de circulación 264. Conforme los protones se aceleran, los campos aplicados por los imanes se incrementan. En particular, la velocidad de los protones alcanzados por el acelerador 270 están sincronizados con los campos magnéticos de los imanes principales de flexión 250 o imanes de circulación para mantener la circulación estable de los protones alrededor de un punto central o región 280 del sincrotrón. En puntos separados en el tiempo el acelerador 270/combinación de imán de flexión principal 250 se usa para acelerar y/o desacelerar los protones de circulación mientras mantienen los protones en la trayectoria de circulación o de órbita. Un elemento de extracción del sistema de inflector/deflector 290 se utiliza en combinación con un imán de extracción Lamberson 292 para eliminar los protones de su trayectoria de haz circulación 264 dentro del sincrotrón 130. Un ejemplo de un componente deflector es un imán Lamberson. Normalmente, el deflector mueve los protones del plano de circulación a un eje del plano de circulación, tal como encima del plano de circulación. Protones extraídos preferentemente están dirigidos y/o enfocados usando un magneto de flexión de extracción 237 e imanes de enfoque 235, tales como imanes cuadripolos a lo largo de una trayectoria de transporte 268 en la exploración/objetivo/sistema de suministro 140. Dos componentes de un sistema de exploración 140 o sistema objetivo usualmente incluyen un primer control de eje 142, tal como un control vertical, y un segundo control de eje 144, tal como un control horizontal. En una modalidad, el primer control de eje 142 permite por aproximadamente 100 mm de exploración vertical o eje y del haz de protones 268 y el segundo control de eje 144 permite por aproximadamente 700 mm de exploración horizontal o eje x del haz de protones 268. Protones se suministran con control al módulo de interfase de paciente 150 y a un tumor de un paciente. Todos los elementos arriba mencionados son opcionales y pueden ser utilizados en diversas permutaciones y combinaciones. Cada uno de los elementos arriba mencionados se describe adicionalmente, infra.

Sistema de generación de haz de iones Un sistema de generación de haz de iones genera un haz de iones negativos, tal como un anión de hidrógeno o haz de H', de preferencia se enfoca el haz de iones negativos, convierte el haz de iones negativos a un haz de iones positivos, tal como un protón o un haz de H+, y se inyecta el haz de iones positivos 262 en el sincrotrón de 130. Porciones de la trayectoria del haz de iones son preferiblemente bajo vacío parcial. Cada uno de estos sistemas se describe adicionalmente, infra.

Haciendo referencia ahora a la figura 3, un sistema de generación de haz de iones ejemplar 300 se ilustra. Como se ilustra, el sistema de generación de haz de iones 300 tiene cuatro subsecciones principales: una fuente de iones negativos 310, un primer sistema de vacío parcial 330, un sistema de enfoque de haz de iones opcional 350, y un acelerador tándem 390.

Aún haciendo referencia a la figura 3, la fuente de iones negativos 310 incluye preferiblemente un puerto de entrada de 312 para la inyección de gas de hidrógeno en una cámara de plasma de alta temperatura 314. En una modalidad, la cámara de plasma incluye un material magnético 316, que proporciona un campo magnético 317 entre la cámara de plasma de alta temperatura 314 y una región de plasma de baja temperatura en el lado opuesto de la barrera de campo magnético. Un pulso de extracción se aplica a un electrodo de extracción de iones negativos 318 para sacar el haz de iones negativos en una trayectoria de haz de iones negativos 319, que procede a través del primer sistema de vacío parcial 330, a través del sistema de enfoque de haz de iones 350, y en el acelerador tándem 390.

Aún haciendo referencia a la figura 3, el primer sistema de vacío parcial 330 es un sistema cerrado que corre desde el puerto de entrada de gas hidrógeno 312 a una lámina 395 en el acelerador tándem 390. La lámina 395 es preferentemente sellada, directa o indirectamente a los bordes del tubo de vacío 320 que previene para una presión más alta, tal como aproximadamente 10"5 torr, se mantiene en el primer sistema de vacío parcial 330 lateral de la lámina 395 y una presión más baja, tal como aproximadamente 10"7 torr, se mantiene en el lado de sincrotrón de la lámina 390. Al bombear solamente el primer sistema de vacío parcial 330 o al operar de manera semi-continua solamente el vacío de fuente de haz de iones basado en las lecturas del sensor, el tiempo de vida de la bomba de operación semi-continuamente se extiende. Las lecturas del sensor se describen adicionalmente, infra.

Aún haciendo referencia a la figura 3, el primer sistema de vacío parcial 330 incluye preferiblemente: una primera bomba 332, tal como una bomba de operación continua y/o una bomba turbo molecular, un volumen de retención grande 334, y una bomba de operación semi-continuamente 336. Preferiblemente, un controlador de bomba 340 recibe una señal de un sensor de presión 342 que monitorea la presión en el volumen de retención grande 334. En una señal representativa de una presión suficiente en el volumen de retención grande 334, el controlador de bomba 340 instruye a un accionador 345 para abrir una válvula 346 entre el volumen de retención grande y la bomba de operación semi-continuamente 336 e instruye a la bomba de operación semi-continuamente a encender y bombear a la atmósfera gases residuales de la línea de vacío 320 sobre la corriente de partículas cargadas. De esta manera el tiempo de vida de la bomba de operación semi-continuamente se extiende sólo por operación semi-continua y según sea necesario. En un ejemplo, la bomba de operación semi-continuamente 336 opera durante unos minutos cada pocas horas, tal como 5 minutos cada 4 horas, extendiendo una bomba con un tiempo de vida de aproximadamente 2,000 horas a aproximadamente 96,000 horas.

Además, mediante el aislamiento del gas de entrada del sistema de vacío de sincrotrón, las bombas de vacío de sincrotrón, tal como bombas turbo moleculares pueden operar durante un tiempo de vida largo conforme las bombas de vacío sincrotrón tienen menos moléculas de gas a tratar. Por ejemplo, el gas de entrada es principalmente gas de hidrógeno pero puede contener impurezas, tales como el nitrógeno y dióxido de carbono. Mediante el aislamiento de los gases de entrada en el sistema de fuente de iones negativos 310, el primer sistema de vacío parcial 330, sistema de enfoque de haz de iones 350, y el lado de haz de iones negativos del acelerador tándem 390, las bombas de vacío sincrotrón pueden operar a bajas presiones con tiempos de vida más largo, que incrementa la eficiencia de operación del sincrotrón 130.

Aún haciendo referencia a la figura 3, el sistema de enfoque de haz de iones óptimo 350 incluye preferiblemente dos o más electrodos donde un electrodo de cada par de electrodos parcialmente obstruye la trayectoria del haz de iones con trayectorias conductora 372, tal como una malla conductora. En el ejemplo ilustrado, tres sistemas de enfoque de haz de iones se ilustran, una sección de enfoque de haz de iones de dos electrodos 360, una primera sección de enfoque de haz de iones de tres electrodos 370, y una segunda sección de enfoque de haz de iones de tres electrodos 380. Para un par de electrodos dados, las líneas de campo eléctrico, que corren entre la malla conductora de un primer electrodo y un segundo electrodo, proporcionan fuerzas internas de enfoque de haz de iones negativos. Varios pares de electrodos proporcionan múltiples regiones de enfoque de haz de iones negativos. Preferiblemente, la sección de enfoque de iones de dos electrodos 360, primera sección de enfoque de iones de tres electrodos 370, y la segunda sección de enfoque de iones de tres electrodos 380 se colocan después de la fuente de iones negativos y antes del acelerador tándem y/o cubren un espacio de aproximadamente 0.5, 1 , o 2 metros a lo largo de la trayectoria del haz de iones. Sistemas de enfoque de haz de iones se describen adicionalmente, infra.

Aún haciendo referencia a la figura 3, el acelerador tándem 390 incluye preferiblemente una lámina 395, tal como una lámina de carbono. Los iones negativos en la trayectoria de haz de iones negativos 319 se convierten en iones positivos, tal como protones, y la trayectoria de haz de iones inicial 262 resulta. La lámina 395 es preferentemente sellada, directa o indirectamente a los bordes del tubo de vacío 320 que previene una presión más alta, tal como aproximadamente 10"5 torr, se mantiene en el lado de la lámina 395 que tiene la trayectoria de haz iones negativos 319 y una presión más baja, tal como aproximadamente 10"7 torr, se mantiene en el lado de la lámina 390 que tiene la trayectoria de haz de iones protones. Al tener la lámina 395 que separa físicamente la cámara de vacío 320 en dos regiones de presión permite un sistema que tiene menos bombas y/o más pequeñas para mantener el sistema de presión más baja en el sincrotrón 130 como el hidrógeno de entrada y sus residuos se extraen en un espacio contenido y aislado separado por el primer sistema de vacío parcial 330.

Fuente de iones negativos Un ejemplo de la fuente de iones negativos 310 se describe adicionalmente aquí. Haciendo referencia ahora a la figura 4, una sección transversal de un sistema de fuente de iones negativos ejemplares 400 se provee. El haz de iones negativos 319 se crea en etapas múltiples. Durante una primera etapa, el gas de hidrógeno se inyecta en una cámara. Durante una segunda etapa, un ión negativo se crea mediante la aplicación de un primer pulso de alto voltaje, que crea un plasma cerca del gas de hidrógeno para crear iones negativos. Durante una tercera etapa, un filtro de campo magnético se aplica a los componentes del plasma. Durante una cuarta etapa, los iones negativos se extraen de una región de plasma de baja temperatura, en el lado opuesto de la barrera de campo magnético, mediante la aplicación de un segundo pulso de alto voltaje. Cada una de las cuatro etapas se describe adicionalmente, infra. Mientras la cámara se ilustra como una sección transversal de un cilindro, el cilindro es ejemplar solamente y cualquier geometría se aplica a las paredes de contención de bucle magnético, descrito infra.

En la primera etapa, el gas de hidrógeno 440 se inyecta a través del puerto de entrada 312 a una región de plasma de alta temperatura 490. El puerto de inyección 312 se abre por un período corto de tiempo, tal como menos de aproximadamente 1 , 5, o 10 microsegundos para minimizar los requerimientos de la bomba de vacío para mantener los requerimientos de la cámara de vacío 320. La región de plasma de alta temperatura se mantiene a presión reducida por el sistema de vacío parcial 330. La inyección del gas de hidrógeno es opcionalmente controlada por el controlador principal 1 10, que es sensible a la información del sistema de formación de imagen 170 y el módulo de interfase del paciente 150, tal como la colocación del paciente y el período en un ciclo de respiración.

En la segunda etapa, una región de plasma de alta temperatura se crea mediante la aplicación de un primer pulso de alto voltaje a través de un primer electrodo 422 y un segundo electrodo 424. Por ejemplo, un pulso de 5 kV se aplica durante aproximadamente 20 microsegundos con 5 kV en el segundo electrodo 424 y aproximadamente 0 kV aplicados en el primer electrodo 422. Hidrógeno en la cámara se rompe, en la región de plasma de alta temperatura 490, en partes componentes, tales como cualquiera de: hidrógeno atómico, H°, un protón, H+, un electrón, e", y un anión de hidrógeno, H". Un ejemplo de un pulso de alto voltaje es un pulso de al menos 4 kilovoltios por un período de al menos 15 microsegundos.

En la tercera etapa, la región de plasma de alta temperatura 490 es al menos parcialmente separada de una región de plasma de baja temperatura 492 por el campo magnético 317 o en este ejemplo específico de una barrera de campo magnético 430. Electrones de alta energía se restringen a pasar a través de la barrera de campo magnético 430. De esta manera, la barrera de campo magnético 430 actúa como un filtro entre, la zona A y zona B, en la fuente de iones negativos. Preferiblemente, un material magnético central 410, que es un ejemplo del material magnético 316, se coloca dentro de la región de plasma de alta temperatura 490, como a lo largo de un eje central de la región de plasma de alta temperatura 490. Preferentemente, el primer electrodo 422 y segundo electrodo 424 se componen de materiales magnéticos tal como hierro. Preferentemente, las paredes exteriores 450 de la región de plasma de alta temperatura, tal como las paredes del cilindro, se componen de un material magnético, tal como un imán permanente, material a base de hierro o férrico, o un imán de anillo dieléctrico de ferrita. De esta manera un bucle de campo magnético se crea por: el material magnético central 410, primer electrodo 422, las paredes exteriores 450, el segundo electrodo 424, y la barrera del campo magnético 430. Nuevamente, la barrera de campo magnético 430 restringe electrones de alta energía de pasar a través de la barrera de campo magnético 430. Electrones de baja energía interactúan con hidrógeno atómico, H°, para crear un anión de hidrógeno, H", en la región de plasma de baja temperatura 492.

En la cuarta etapa, un segundo pulso de alto voltaje o pulso de extracción se aplica en un tercer electrodo 426. El segundo pulso de alto voltaje se aplica preferentemente durante el último período de aplicación del primer pulso de alto voltaje. Por ejemplo, un pulso de extracción de aproximadamente 25 kV se aplica por aproximadamente los últimos 5 microsegundos del primer pulso de creación de aproximadamente 20 microsegundos. En un segundo ejemplo, la sincronización del pulso de extracción superpone un período del primer pulso de alto voltaje, tal como por aproximadamente 1 , 3, 5 o 10 microsegundos. La diferencia de potencial, de aproximadamente 20 kV, entre el tercer electrodo 426 y el segundo electrodo 424 extrae los iones negativos, H", de la región de plasma de baja temperatura 492 e inicia el haz e iones negativos 319, de la zona B a la zona C.

La barrera de campo magnético 430 es opcionalmente creado en un número de maneras. Un ejemplo de creación de la barrera de campo magnético 430 que usa serpentines se proporciona. En este ejemplo, los elementos descritos, supra, en relación a la figura 4 se mantienen con varias diferencias. Primero, el campo magnético se crea usando bobinas. Un material aislante se proporciona preferiblemente entre el primer electrodo 422 y las paredes del cilindro 450, así como entre el segundo electrodo 424 y las paredes del cilindro 450. El material central 410 y/o paredes de cilindro 450 son opcionalmente metálicos. De esta manera, las bobinas crean un bucle de campo magnético a través del primer electrodo 422, material aislante, paredes exteriores 450, segundo electrodo 424, barrera de campo magnético 430, y el material central 410. Esencialmente, las bobinas generan un campo magnético en lugar de producción del campo magnético por el material magnético 410. La barrera de campo magnético 430 opera como se describe, supra. Por lo general, cualquier manera que crea la barrera de campo magnético 430 entre la región de plasma de alta temperatura 490 y la región de plasma de baja temperatura 492 es funcionalmente aplicable al sistema de extracción de haz de iones 400, que se describe aquí.

Sistema de enfoque de haz iónico En cuanto a la figura 5, el sistema de enfoque de haz de iones 350 se describe además. En este ejemplo, se utilizan tres electrodos. En este ejemplo, un primer electrodo 510 y tercer electrodo 530 son ambos cargados negativamente y cada uno es un electrodo de anillo que encierra circunferencialmente o al menos parcialmente encierra la trayectoria de haz de ion negativo 319. Un segundo electrodo 520 se carga positivamente y también es un electrodo de anillo al menos parcialmente y preferiblemente sustancialmente circunferencialmente encierra la trayectoria de haz de ion negativo. Además, el segundo electrodo incluye una o más trayectorias conductoras 372 que corren la trayectoria de haz de iones negativos 319. Por ejemplo, las trayectorias de conducción son una malla de alambre, una cuadrícula de conducción o una serie de líneas conductoras prácticamente paralelas corriendo a través del segundo electrodo. En uso, líneas de campo eléctrico corren de las trayectorias de conducción del electrodo cargado positivamente a los electrodos cargados negativamente. Por ejemplo, utilizando las líneas de campo eléctrico 540 corren desde las trayectorias de conducción 372 en la trayectoria de haz de iones negativos 319 a los electrodos cargados negativamente 510, 530. Dos líneas de traza de rayos 550, 560 de la trayectoria de haz de iones negativos se usan para ilustrar las fuerzas de enfoque. En la primera línea de traza de rayos 550, el haz de iones negativos encuentran una primera línea de campo eléctrico en el punto M. Iones cargados negativamente en el haz de iones negativos 550 encuentran fuerzas que corren hasta la línea de campo eléctrico 572, ilustrados con un vector de componente de eje x 571. Los vectores de fuerza componente de eje x 571 altera la trayectoria de la primera línea de traza de rayos a un vector enfocado hacia adentro 552, que encuentra una segunda línea de campo eléctrico en el punto N. Una vez más, el haz de iones negativos 552 encuentra fuerzas que corren hasta la línea de campo eléctrico 574, ilustrada como un vector de fuerza hacia adentro con un componente de eje x 573, que altera el vector enfocado hacia adentro 552 a un vector enfocado hacia adentro 554. Asimismo, en la segunda línea de traza de rayos 560, el haz de iones negativos encuentra una primera línea de campo eléctrico en el punto O. Iones cargados negativamente en el haz de iones negativos encuentran fuerzas que corren hasta la línea de campo eléctrico 576, ilustrada como un vector de fuerza con una fuerza de eje x 575. El vector de fuerza interna 575 altera la trayectoria de la segunda línea de traza de rayos 560 a un vector enfocado hacia adentro 562, que encuentra una segunda línea de campo eléctrico en el punto P. Una vez más, el haz de iones negativos encuentra fuerzas que corren hasta la línea de campo eléctrico 578, ilustrada con un vector de fuerza con un componente de eje x 577, que altera el vector enfocado hacia adentro 562 a un vector enfocado más hacia adentro 564. El resultado neto es un efecto de enfoque sobre el haz de iones negativos. Cada uno de los vectores de fuerza 572, 574, 576, 578 opcionalmente tiene x y/o y los componentes del vector de fuerza resulta en un enfoque tridimensional de la trayectoria de haz de iones negativos. Naturalmente, los vectores de fuerza son ilustrativos en la naturaleza, se encuentran muchas líneas de campo eléctrico y se observa el efecto de enfoque en cada encuentro, resultando en un enfoque integral. El ejemplo se utiliza para ilustrar el efecto de enfoque.

Con referencia todavía a la figura 5, cualquier número de electrodos se utiliza de forma opcional, como 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 o 9 electrodos, para enfocar la trayectoria del haz de iones negativos donde cada electrodo en una sección de enfoque determinado, está ya sea positiva o negativamente cargado. Por ejemplo, opcionalmente se utilizan tres secciones de enfoque. En la primera sección de enfoque de ion 360, se utiliza un par de electrodos donde el electrodo primero encontrado a lo largo de la trayectoria de haz de iones negativos se carga negativamente y el segundo electrodo se carga positivamente, dando como resultado el enfoque de la trayectoria de haz de iones negativos. En la segunda sección de enfoque de ion 370, se utilizan dos pares de electrodos, donde un electrodo común cargado positivamente con una malla conductora recorre la trayectoria de haz de iones negativamente 319. Así, en la segunda sección de enfoque de iones 370, el primer electrodo encontrado a lo largo de la trayectoria de haz de iones negativos se carga negativamente y el segundo electrodo se carga positivamente, dando como resultado la trayectoria de haz de iones negativos. Además, en la segunda sección de enfoque de iones, moviéndose a lo largo de la trayectoria de haz de iones negativos, se observa un segundo efecto de enfoque entre el segundo electrodo cargado positivamente y un tercer electrodo negativamente cargado. En este ejemplo, una tercera sección de enfoque de iones 380 se utiliza y nuevamente tiene tres electrodos, que actúan en forma de la segunda sección de enfoque de iones, descritos supra.

En cuanto a las figuras 6A-6D, se describe además la región central de los electrodos en el sistema de enfoque del haz de iones 350. En cuanto a la figura 6A, la región central del electrodo de anillo cargado negativamente 510 es preferentemente desprovista de material conductor.

Refiriéndose ahora a las figuras 6B-6D, la región central del anillo de electrodo cargado positivamente 520 preferentemente contiene trayectorias conductivas 372. Preferentemente, la trayectoria conductora 372 o material conductores dentro del anillo de electrodo cargado positivamente 520 bloquea aproximadamente 1 , 2, 5 o 10 por ciento del área y más preferentemente bloquea alrededor del 5 por ciento del área de sección transversal de la trayectoria de haz de iones negativos 319. En cuanto a la figura 6B, una opción es una malla conductora 610. En cuanto a la figura 6C, una segunda opción es una serie de líneas conductoras 620 sustancialmente corriendo en paralelo a través del anillo de electrodo cargado positivamente 520 que rodea una parte de la trayectoria de haz de iones negativos 319. Refiriéndose ahora a la figura 6D, una tercera opción es tener una lámina 630 o capa metálica que cubre la totalidad del área de sección transversal de la trayectoria de haz de iones negativos con agujeros perforados a través del material, donde los agujeros ocupan alrededor del 90-99 por ciento y más preferentemente aproximadamente 95 por ciento del área de la lámina. Más generalmente, el par de electrodos 510, 520 está configurado para proporcionar líneas de campo eléctrico que proporcionan enfoque de los vectores de fuerza al haz de iones negativos 319 cuando los iones en el haz de iones negativos 319 traducen a través de las líneas de campo eléctrico, como se describe supra.

En un ejemplo de un sistema de enfoque de iones de haz negativo de dos electrodos que tiene un primer diámetro transversal, d-i , los iones negativos se enfocan a un segundo diámetro transversal, d2, donde di >d2. Del mismo modo, en un ejemplo de un sistema de enfoque de iones de haz negativo de tres electrodos con un primer diámetro transversal de haz de iones, d-i , los iones negativos se enfocan utilizando el sistema de tres electrodos a un tercer diámetro transversal de haz de iones negativos, d3, donde di>c_3. Para potenciales similares sobre los electrodos, el sistema de tres electrodos proporciona un enfoque más estrecho o más fuerte en comparación con el sistema de dos electrodos, Ó3<d?.

En los ejemplos proporcionados, supra, de un sistema de enfoque de haz e iones de multi-electrodos, los electrodos son anillos. Más en general, los electrodos son de cualquier geometría suficiente para proporcionar líneas de campo eléctrico que proporcionan enfoque de vectores de fuerza al haz de iones negativos cuando los iones en el haz de iones negativos 319 se traducen a través de las líneas de campo eléctrico, como se describe supra. Por ejemplo, un electrodo negativo de anillo opcionalmente se sustituye por una serie de electrodos cargados negativamente, como aproximadamente 2, 3, 4, 6, 8, 10 o más electrodos colocados alrededor de la región externa de un área de sección transversal de la sonda de haz de iones negativos. Por lo general, más electrodos son necesarios para converger o divergir de un haz de energía más rápido o más alto.

En otra modalidad, al invertir la polaridad de los electrodos en el ejemplo anterior, el haz de iones negativos se hace para divergir. Por lo tanto, la trayectoria de haz de iones negativos 319 opcionalmente se enfoca y/o expande mediante combinaciones de pares de electrodos. Por ejemplo, si el electrodo con la malla a través de la trayectoria de haz de iones negativos se hace negativo, entonces la trayectoria de haz de iones negativos se hace para desenfocar. Por lo tanto, se utilizan combinaciones de pares de electrodos para enfocar y desenfocar una trayectoria de haz de iones negativos, como cuando un primer par incluye una malla cargada positivamente para enfocar y donde un segundo par incluye una malla cargada negativamente para desenfocar.

Acelerador Tándem En cuanto a figura 7A, el acelerador de tándem 390 se describe además. El acelerador tándem acelera iones mediante una serie de electrodos 710, 71 1 , 712, 713, 714, 715. Por ejemplo, iones negativos, tales como H-, en la trayectoria de haz de iones negativos se aceleran mediante una serie de electrodos que tienen voltajes mayores progresivamente respecto a voltajes del electrodo de extracción 426, o tercer electrodo 426, de la fuente de haz de iones negativos 310. Por ejemplo, el acelerador tándem 390 opcionalmente tiene electrodos que van desde los 25 kV del electrodo extracción 426 a aproximadamente 525 kV cerca de la lámina 395 en el acelerador tándem 390. Al pasar a través de la lámina 395, los iones negativos, H-, pierde dos electrones a dar un protón, H+, de acuerdo con la ecuación .

H'?H+ + 2e (Ec. 1 ) El protón se acelera más en el acelerador tándem con voltajes adecuados en una multitud de electrodos adicionales 713, 714, 715. Los protones luego se inyectan en el sincrotrón 130 como se describe, supra.

Con referencia todavía a la figura 7A, la lámina 395 en el acelerador tándem 390 se describe además. La lámina 395 preferentemente es una película muy fina de carbono de aproximadamente 30 a 200 angstroms de grosor. El grosor de la lámina está diseñado para ambos: (1) no bloquear el haz de iones y (2) permitir la transferencia de electrones que producen protones para formar la trayectoria de haz de protones 262. La lámina 395 preferentemente está sustancialmente en contacto con una capa de soporte 720, tales como una rejilla de soporte. La capa de soporte 720 proporciona resistencia mecánica a la lámina 395 para combinarse para formar un elemento vacío de bloqueo. La lámina 395 bloquea el paso de nitrógeno, dióxido de carbono, hidrógeno y otros gases y así actuar como una barrera al vacío. En una modalidad, la lámina 395 preferentemente se sella directa o indirectamente a los bordes de los tubos de vacío 320 proporcionando una mayor presión, como aproximadamente 10"5 torr, para mantenerse en el lado de la lámina 395 que tiene la trayectoria de haz de iones negativos 319 y una menor presión, tales como aproximadamente 10"7 torr, para mantenerse del lado de la lámina 395 que tiene la trayectoria de haz de iones protones 262. Teniendo la lámina 395 separando físicamente la cámara de vacío 320 en dos regiones de presión permite un sistema de vacío con menos bombas y/o bombas más pequeñas para mantener el sistema de presión baja en el sincrotrón 130 como el hidrógeno de entrada y sus residuos se extraen en un espacio contenido y aislado separado por el primer sistema de vacío parcial 330. La lámina 395 y capa de soporte 720 preferentemente están conectados a la estructura 750 del acelerador tándem 390 o tubo de vacío 320 para formar una barrera de presión utilizando cualquier medio mecánico, como un anillo metálico, de plástico o de cerámica 730 comprimido a las paredes con un tornillo de fijación 740. Cualquier medio mecánico para separar y sellar los dos lados de la cámara de vacío con la lámina 395 es igualmente aplicable a este sistema. Refiriéndose ahora a las figuras 7B y 7C, la estructura de soporte 720 y lámina 395 individualmente se ven en el plano x-, y-.

En cuanto a la figura 8, se proporciona otro método ejemplar de utilización del sistema de haz de partículas cargadas 100. El controlador principal 110 o uno o más sub-controladores, controla uno o más de los subsistemas para suministrar con exactitud y precisión protones a un tumor de un paciente. Por ejemplo, el controlador principal envía un mensaje al paciente que indica cuándo o cómo respirar. El controlador principal 1 10 obtiene una lectura del sensor desde el módulo de interfaz del paciente, como un sensor de temperatura de respiración o una lectura de fuerza indicativa de donde está un sujeto en un ciclo de respiración. Coordinado en un punto específico y reproducible en el ciclo de respiración, el controlador principal recoge una imagen, tal como una porción de un cuerpo y/o de un tumor, del sistema de imágenes 170. El controlador principal 1 10 también obtiene información de posición y/o temporización desde el módulo de interfaz del paciente 150. A continuación, el controlador principal 1 10 opcionalmente controla el sistema de inyección 120 para inyectar gas hidrógeno en una fuente de haz de iones negativos 310 y controla el tiempo de extracción de los iones negativos de la fuente de haz de iones negativos 310. Opcionalmente, el controlador principal controla el enfoque de has de iones utilizando el sistema de lentes de enfoque de haz de iones 350; aceleración del haz de protones con el acelerador tándem 390; y/o inyección de protones en el sincrotrón 130. El sincrotrón normalmente contiene al menos un sistema acelerador 132 y un sistema de extracción 134. El sincrotrón preferentemente contiene uno o más de: imanes de giro e imanes de enfoque de borde, que están opcionalmente bajo control por el controlador principal 110. El controlador principal preferentemente controla el haz de protones dentro del sistema de acelerador, tales como al controlar la velocidad, trayectoria y/o temporización del haz de protones. El controlador principal entonces controla la extracción de un haz de protones del acelerador a través del sistema de extracción 134. Por ejemplo, el controlador controla el tiempo, energía y/o intensidad del haz extraído. El controlador principal 1 10 también preferentemente controla el direccionamiento del haz de protones a través del sistema de direccionamiento/suministro 140 al módulo de interfaz del paciente 150. Uno o más de los componentes del módulo de interfaz del paciente 150 preferentemente se controlan por el controlador principal 1 0, tales como la posición vertical del paciente, posición de rotación del paciente y colocación de la silla del paciente/estabilización/inmovilización/elementos de control. Por otra parte, elementos de visualización del sistema de visualización 160 preferentemente están controlados mediante el controlador principal 1 10.

Visualizaciones, tales como pantallas, normalmente se proveen a uno o más operadores y/o a uno o más pacientes. En una modalidad, el controlador principal 1 10 controla el suministro del haz de protones de todos los sistemas, de tal modo que se suministran protones de una mejor manera terapéutica al tumor del paciente.

Sincrotrón En este documento, el término sincrotrón se utiliza para referirse a un sistema que mantiene el haz de partículas cargadas en una trayectoria de circulación; sin embargo, se utilizan alternativamente ciclotrones, aunque con sus limitaciones inherentes de control de energía, intensidad y extracción. Además, el haz de partículas cargadas se conoce aquí como que circulan a lo largo de una trayectoria que circula sobre un punto central del sincrotrón. La trayectoria de circulación también se conoce alternativamente como una trayectoria de órbita; sin embargo, la trayectoria de órbita no hace referencia a un perfecto círculo o elipse, más bien se refiere al ciclado de los protones alrededor de un punto o región central 280.

Sistema de circulación En cuanto a la figura 9, el sincrotrón 130 preferentemente comprende una combinación de secciones rectas 910 y secciones de giro de haz de iones 920. Por lo tanto, la trayectoria de circulación de protones no es circular en un sincrotrón, pero es más bien un polígono con esquinas redondeadas.

En una modalidad ilustrativa, el sincrotrón 130, que como también es conocido como sistema de acelerador, tiene cuatro elementos rectos y cuatro secciones de giro. Ejemplos de secciones rectas 910 incluyen el: deflector 240, acelerador 270, sistema de extracción 290 y deflector 292. Junto con las cuatro secciones rectas son cuatro secciones de giro de haz de iones 920, que también se conocen como secciones de imán o secciones de giro. Secciones de giro más se describen, infra.

Refiriéndose todavía a la figura 9, se ilustra un sincrotrón ejemplar. En este ejemplo, protones suministrados a lo largo de la trayectoria de haz de protones inicial 262 se flexionan en la trayectoria de haz de circulación con el deflector 240 y después de aceleración se extraen a través de un deflector 292 a la trayectoria de transporte de haz 268. En este ejemplo, el sincrotrón 130 comprende cuatro secciones rectas 910 y cuatro secciones de flexión o giro 920 donde cada una de las cuatro secciones de giro utiliza uno o varios imanes para girar el haz de protones alrededor de noventa grados. Como se describe además, infra, la capacidad de separar estrechamente las secciones de giro y eficientemente giran el haz de protones resulta en secciones rectas más cortas. Secciones rectas más cortas permiten un diseño de sincrotrón sin el uso de enfocar cuadrípolo en la trayectoria de haz de circulación del sincrotrón. La eliminación de los cuadrípolos de enfoque de la trayectoria de haz de protones de circulación en un diseño más compacto. En este ejemplo, el sincrotrón ilustrado tiene aproximadamente cinco metros de diámetro frente a diámetros transversales de ocho metros y más grandes para sistemas que utilizan un imán de enfoque cuadrípolo en la trayectoria de haz de protones de circulación.

Ahora en referencia a la figura 10, se proporciona una descripción adicional de la primera sección flexionada o de giro 920. Cada una de las secciones de giro preferentemente comprende varios imanes, como aproximadamente 2, 4, 6, 8, 10 o 12 imanes. En este ejemplo, cuatro imanes de giro 1010, 1020, 1030, 1040 de la primera sección de giro 920 se utilizan para ilustrar los principios claves, que son los mismos, independientemente del número de imanes en una sección de giro 920. Los imanes de giro 1010, 1020, 1030, 1040 son tipos particulares de imanes de flexión o circulación principales 250.

En física, la fuerza de Lorentz es la fuerza en un cargo de punto debido a los campos electromagnéticos. La fuerza de Lorentz se da por la ecuación 2 en términos de campos magnéticos con los términos del campo de elección no incluidos.

F = q(v X B) (Ec. 2) En la ecuación 2, F es la fuerza en newtons; q es la carga eléctrica en coulombs; B es el campo magnético en Teslas; y v es la velocidad instantánea de las partículas en metros por segundo.

En cuanto a la figura 1 1 , un ejemplo de una sección de flexión o giro de imán sencillo 1010 se expande. La sección de giro incluye una abertura 1 1 10 a través de la cual los protones circulan. La abertura 1 1 10 preferentemente es una brecha plana, lo que permite un campo magnético a través de la abertura 1 1 10 que es más uniforme, plana e intensa. Un campo magnético entra en la abertura 1 1 10 a través de una superficie incidente de campo magnético y sale de la abertura 11 0 a través de una superficie que sale del campo magnético. La abertura 1 1 10 corre en un tubo de vacío entre dos mitades de imán. La abertura 1 1 10 se controla por al menos dos parámetros: (1 ) la abertura 1 1 10 se mantiene tan grande como sea posible para minimizar la pérdida de protones y (2) la abertura 1 1 10 se mantiene tan pequeña como sea posible para minimizar los tamaños de imán y el tamaño asociado y requerimientos de energía de los suministros de energía del imán. La naturaleza plana de la abertura 1 110 permite un campo magnético comprimido y más uniforme en toda la abertura 11 10. Un ejemplo de una dimensión de abertura es acomodar un tamaño de haz de protones vertical de aproximadamente 2 cm con un tamaño de haz horizontal de 5 a 6 cm.

Como se ha descrito, supra, un tamaño de abertura más grande requiere un suministro mayor de energía. Por ejemplo, si el tamaño de la abertura 11 10 se duplica en tamaño vertical, entonces los requisitos de suministro de energía aumentan por aproximadamente un factor de 4. La igualdad de superficie de la abertura 1 1 10 también es importante. Por ejemplo, la naturaleza plana de la abertura 1 1 10 permite un incremento en la energía de los protones extraídos de aproximadamente 250 a aproximadamente 330 MeV. Más concretamente, si la abertura 11 10 tiene una superficie muy plana, entonces los límites de un campo magnético de un imán de hierro son alcanzables. Una precisión de ejemplar de la superficie plana de la abertura 1 1 10 es un pulimento de menos de aproximadamente 5 mieras y preferentemente con un pulimiento de aproximadamente 1 a 3 mieras. Desigualdad en la superficie resulta en imperfecciones en el campo magnético aplicado. La superficie plana pulida propaga desigualdad del campo magnético aplicado.

Con referencia a la figura 11 , el haz de partículas cargadas se mueve a través de la abertura 1 110 con una velocidad instantánea v. Una primera bobina magnética 1 120 y una segunda bobina magnética 1 130 corre por encima y por debajo de la abertura 1 110, respectivamente. La corriente corre a través de las bobinas 1120, 1 130 resulta en un campo magnético, B, que corre a través de la sección de giro de imán sencillo 1010. En este ejemplo, el campo magnético, B, corre hacia arriba, lo que resulta en una fuerza F, empujando el haz de partículas cargadas hacia adentro, hacia un punto central del sincrotrón, que gira el haz de partículas cargadas en un arco.

Con referencia a la figura 1 1 , se ilustra una porción de un segundo imán opcional que flexiona o gira la sección 1020. Las bobinas 1 120, 1 130 suelen tener elementos de retorno 1140, 1 150 o giran al final de un imán, tal como al final de la primera sección de giro de imán 1010. Los giros 1 140, 1 150 ocupan espacio. El espacio reduce el porcentaje de la trayectoria sobre una órbita del sincrotrón que está cubierto por los imanes de giro. Esto conduce a partes de la trayectoria circulante donde los protones no giran y/o enfocan y permite porciones de la trayectoria circulante donde la trayectoria de protones se desenfoca. Así, el espacio resulta en un sincrotrón más grande. Por lo tanto, el espacio entre las secciones de giro de imán 1 160 preferentemente se minimiza. El segundo imán de gira se usa para ilustrar las bobinas 1 120, 1 130 opcionalmente corre a lo largo de una pluralidad de imanes, como 2, 3, 4, 5, 6 o más imanes. Bobinas 1120, 1 130 corren a través de varios múltiples imanes de sección de giro permite que dos imanes de sección de giro se coloquen espacialmente más cerca entre sí debido a la eliminación de la restricción estérica de los giros, que reduce y/o minimiza el espacio 1 160 entre dos imanes de sección de giro.

Refiriéndose ahora a las figuras 12 y 13, dos secciones transversales giradas 90 grados ilustrativas de secciones de flexión o giro sencillas 1010 se presentan. El montaje de imán tiene un primer imán 1210 y un segundo imán 1220. Un campo magnético inducido por las bobinas, descrito infra, corre entre el primer imán 1210 al segundo imán 1220 a través de la abertura 1 1 10. Campos magnéticos de retorno corren a través de una primera horquilla 1212 y una segunda horquilla 1222. El área transversal combinada de las horquillas de retorno se aproxima al área transversal del primer imán 1210 o segundo imán 1220. Las partículas cargadas corren a través del tubo de vacío en la abertura 1 1 10. Como se ilustra, los protones corren en la figura 12 la abertura 11 10 y el campo magnético, ilustrado como el vector B, aplica una fuerza F a los protones empujando los protones hacia el centro del sincrotrón, que está fuera de la página a la derecha en la figura 12. El campo magnético es creado usando bobinas. Una primera bobina que compone una primera bobinado 1250, ilustrada como un área rellena en la figura 12 a secciones transversales representativamente presentes del alambre para el bobinado individual e ilustrada como bobinados en la figura 13. La segunda bobina de alambre compuesto por un segundo bobinado 1260 se representa similarmente de manera ilustrativa. Aberturas aislantes o de concentración 1230, 1240, tales como las aberturas de aire, aislan las horquillas basadas en hierro de la abertura 1 1 10. La abertura 1 1 10 es aproximadamente plana para producir un campo magnético uniforme a través de la abertura 1 1 10, como se describe supra.

Con referencia a la figura 13, los extremos de un imán sencillo de flexión o giro preferentemente son biselados. Bordes casi perpendiculares o en ángulo recto de un imán de giro 1010 se representan por líneas discontinuas 1374, 1384. Las líneas discontinuas 1374, 1384 se cruzan en un punto 1390 más allá del centro del sincrotrón 280. Preferentemente, el borde del imán de giro es biselado en ángulos alfa, a y beta, ß, que son ángulos formados por una primera línea 1372, 1382 que van desde un borde del imán de giro 1010 y el centro 280 y una segunda línea 1374, 1384 que va desde el mismo borde del imán de giro y el punto de intersección 1390. El ángulo alfa se utiliza para describir el efecto y la descripción de ángulo alfa aplica un ángulo beta, pero ángulo alfa es opcionalmente diferente del ángulo beta. El ángulo alfa proporciona un efecto de enfoque de borde. El biselado del borde del imán de giro 1010 en un ángulo alfa enfoca el haz de protones.

Varios imanes de giro proporcionan varios bordes de imán que tienen efectos de enfoque de borde en el sincrotrón 130. Si sólo se utiliza un imán de giro, luego el haz sólo se enfoca una vez para el ángulo alfa o el doble del ángulo alfa y el ángulo beta. Sin embargo, mediante el uso de pequeños imanes de giro, más imanes de giro encajan en las secciones de giro 920 del sincrotrón 130. Por ejemplo, si se utilizan cuatro imanes en una sección de giro 920 del sincrotrón, luego para una sección de giro sencilla hay ocho posibles superficies de efecto de enfoque de borde, dos bordes por imán.

Las ocho superficies de enfoque producen un tamaño de haz transversal más pequeño, que permite el uso de una abertura más pequeña.

El uso de múltiples efectos de enfoque de borde en los imanes de giro resulta no sólo en una pequeña abertura 1 1 10, sino también el uso de pequeños imanes y fuentes de alimentación más pequeñas. Para un sincrotrón 130 que tiene cuatro secciones de giro 920 donde cada sección de giro tiene cuatro imanes de giro y cada imán de giro tiene dos bordes de enfoque, un total de treinta y dos bordes de enfoque existen para cada órbita de los protones en la trayectoria de circulación del sincrotrón 130. Del mismo modo, si 2, 6 u 8 imanes se utilizan en una sección determinada de giro, o si se utilizan 2, 3, 5 o 6 secciones de giro, entonces el número de superficies de enfoque de borde se expande o contrae de acuerdo con la ecuación 3.

M FE TFE = NTS * * (Ec 3) NTS M K 1 donde TFE es el número de bordes totales de enfoque, NTS es el número de secciones de giro, M es el número de imanes y FE es el número de bordes de enfoque. Naturalmente, no todos los imanes están necesariamente biselados y algunos imanes son biselados opcionalmente sólo en un borde.

Los inventores han determinado que varios imanes más pequeños tienen ventajas sobre menos imanes más grandes. Por ejemplo, el uso de 16 pequeños imanes produce 32 bordes de enfoque mientras que el uso de 4 imanes más grandes produce sólo 8 bordes de enfoque. El uso de un sincrotrón que tiene más bordes de enfoque resulta en una trayectoria de circulación del sincrotrón construido sin el uso de imanes cuadrípolo de enfoque. Todos los sincrotrones de la técnica anterior utilizan cuadrípolos en la trayectoria de circulación del sincrotrón. Además, el uso de cuadrípolos en la trayectoria de circulación necesita secciones rectas adicionales en la trayectoria de circulación del sincrotrón. Por lo tanto, el uso de cuadrípolos en la trayectoria de circulación de un sincrotrón resulta en sincrotrones que tienen mayores diámetros, mayores longitudes de trayectoria de haz de circulación más grande, y/o circunferencias mayores.

En diversas modalidades del sistema descrito en este documento, el sincrotrón tiene cualquier combinación de: ·· al menos 4 y preferiblemente 6, 8, 10 o más bordes de enfoque de bordes por 90 grados de giro del haz de partículas cargadas en un sincrotrón que tiene cuatro secciones de giro; ·· al menos aproximadamente 16 y preferentemente aproximadamente 24, 32, o más bordes de enfoque de borde por órbita del haz de partículas cargadas en el sincrotrón; ·· sólo 4 secciones de giro donde cada una de las secciones de giro incluye por lo menos 4 y preferiblemente 8 bordes de enfoque de borde; ·· un igual número de secciones rectas y secciones de giro; ¦· exactamente 4 secciones de giro; ·· al menos 4 bordes de enfoque por sección de giro; ·· no hay cuadrípolos en la trayectoria de circulación del sincrotrón; ·· una configuración del polígono rectangular de esquina redondeada; ¦· una circunferencia de menos de 60 metros; ¦· una circunferencia de menos de 60 metros y 32 superficies de enfoque de borde; y/o ·· cualquiera de aproximadamente 8, 16, 24 o 32 imanes no cuadrípolo por trayectoria de circulación del sincrotrón, donde los imanes no cuadrípolo incluyen bordes de enfoque de borde.

Superficie de abertura plana Aunque la superficie de la abertura se describe en términos del primer imán de giro 1010, la discusión aplica a cada uno de los imanes de giro en el sincrotrón. Del mismo modo, aunque la superficie de abertura 1 1 10 se describe en términos de la superficie incidente de de campo magnético 670, la discusión aplica además opcionalmente a la superficie de salida del campo magnético 680.

Refiriéndose nuevamente a la figura 12, la superficie de campo magnético incidente 1270 del primer imán 1210 se describe además. Figura 12 no está a escala y es ilustrativa en la naturaleza. Imperfecciones locales o desigualdad en la calidad de los acabados de la superficie incidente 1270 resulta en heterogeneidades o imperfecciones en el campo magnético aplicado a la abertura 1 1 10. La superficie incidente del campo magnético 1270 y/o superficie de salida 1280 del primer imán 1210 preferentemente es aproximadamente plana, tal como un pulimiento de acabado de aproximadamente cero a tres mieras o preferentemente menos de aproximadamente diez mieras. Al ser muy plana, la superficie pulida propaga el desnivel del campo magnético aplicado a través de la abertura 1 1 10. La superficie muy plana, tal como un acabado de aproximadamente 0, 1 , 2, 4, 6, 8, 10, 15 o 20 mieras, permite un menor tamaño de abertura, un pequeño campo magnético aplicado, suministros de energía más pequeños y un control más estricto del área de sección transversal del haz de protones.

Refiriéndose ahora a la figura 14A y figura 14B, se describe además el sistema acelerador 270, como un sistema acelerador de radiofrecuencia (RF). El acelerador incluye una serie de bobinas 1410-1419, tal como bobinas de hierro o bobinas de ferrita, cada uno circunferencialmente encerrando el sistema de vacío 320 a través del cual pasa el haz de protones 264 en el sincrotrón 130. En relación ahora a la figura 14B, la primera bobina 1410 se describe además. Un bucle de alambre estándar 1430 completa al menos un giro alrededor de la primera bobina 1410. El bucle se une a un microcircuito 1420. Refiriéndose nuevamente a la figura 14A, un sintetizador de RF 1440, que preferentemente se conecta al controlador principal 1 10, proporciona una señal RF de bajo voltaje que se sincroniza con el período de circulación de protones en la trayectoria de haz de protones 264. El sintetizador de RF 1440, microcircuito 1420, bucle 1430 y bobina 1410 se combinan para proporcionar un voltaje de aceleración a los protones en la trayectoria de haz de protones 264. Por ejemplo, el sintetizador RF 1440 envía una señal al microcircuito 1420, que amplifica la señal RF de bajo voltaje y produce un voltaje de aceleración, tal como aproximadamente 10 volts. El voltaje de aceleración real para una combinación de microcircuito sencillo/bucle/bobina es aproximadamente 5, 10, 15 o 20 volts, pero preferiblemente es aproximadamente de 10 volts. Preferiblemente, el microcircuito de amplificador de RF y bobina de aceleración están integrados.

Refiriéndose a la figura 14A, el microcircuito amplificador-RF integrado y bobina de aceleración presentada en la figura 14B se repite, como se muestra como el conjunto de bobinas 141 1-1419 que rodean el tubo de vacío 320. Por ejemplo, el sintetizador-RF 1440, bajo la dirección del controlador principal 130, envía una señal-RF a los microcircuitos 1420-1429 conectados a bobinas 1410-1419, respectivamente. Cada una de las combinaciones de microcircuito/bucle/bobina genera un voltaje de aceleración de protones, tal como aproximadamente 10 volts. Por lo tanto, un conjunto de cinco combinaciones de bobina genera aproximadamente 50 volts para la aceleración de protones. Preferiblemente alrededor de 5 a 20 combinaciones de microcircuito/bobinas se usan y más preferentemente aproximadamente 9 o 10 combinaciones de microcircuito/bucle/bobina se utilizan en el sistema de acelerador 270.

Como un ejemplo de clarificación adicional, el sintetizador RF 1440 envía una señal de RF, con un período igual a un período de circulación de un protón alrededor del sincrotrón 130, a un conjunto de diez combinaciones de microcircuito/bucle/bobina, lo que resulta en aproximadamente 100 volts para la aceleración de los protones en la trayectoria de haz de protones 264. 100 Volts se generan en un intervalo de frecuencias, como a alrededor de 1 MHz para un haz de protones de baja energía a alrededor de 15 MHz para un haz de protones de alta energía. La señal RF opcionalmente se establece en un entero múltiplo de un período de circulación del protón sobre la trayectoria de circulación del sincrotrón. Cada una de las combinaciones de microcircuito/bucle/bobina opcionalmente independientemente se controla en términos de frecuencia y voltaje de aceleración.

Integración del microcircuito de amplificador RF y bobina de aceleración, en cada combinación de microcircuito/bucle/bobina, resulta en tres ventajas considerables. En primer lugar, para sincrotrón, la técnica previa no utiliza microcircuitos integrados con las bobinas aceleradas sino más bien utiliza un conjunto de cables largos para suministrar energía a un conjunto correspondiente de bobinas. Los cables largos tienen una impedancia/resistencia, lo que resulta problemático para el control de alta frecuencia RF. Como resultado, el sistema de la técnica anterior no es operable a altas frecuencias, como anteriormente se menciona aproximadamente 10 MHz. El microcircuito amplificador-RF integrado/sistema de bobina de aceleración es operable por encima de cerca de 10 MHz e incluso 15 MHz donde la impedancia y/o resistencia de los cables largos en los sistemas de la técnica previa resulta en un control deficiente o falla en aceleración de protones. En segundo lugar, el sistema de cable largo, opera a frecuencias bajas, costos de alrededor de $50,000 y costos del sistema de microcircuito integrado de aproximadamente $1000, que es 50 veces más barato. En tercer lugar, las combinaciones microcircuito/bucle/bobina junto con el sistema de amplificador-RF resultan en un diseño compacto de bajo consumo de potencia permitiendo la producción y el uso de un sistema de terapia de cáncer de protones en un espacio pequeño, como se descrito supra y de una manera rentable.

Ahora en cuanto a la figura 15, un ejemplo sirve para aclarar el control del campo magnético mediante un bucle de retroalimentación 1500 para cambiar los tiempos de entrega y/o períodos de entrega de pulso de protones. En un caso, un sensor respiratorio 1510 detecta el ciclo de respiración del sujeto. El sensor respiratorio envía la información a un algoritmo en un controlador de campo magnético 1520, normalmente a través del módulo de interfaz del paciente 150 y/o mediante el controlador principal 1 10 o un subcomponente del mismo. El algoritmo predice y/o mide cuando el sujeto está en un punto determinado en el ciclo de la respiración, tal como en la parte inferior de una respiración. Sensores de campo magnético 1530 se utilizan como entrada al controlador de campo magnético, que controla una fuente de energía de imán 1540 para un determinado campo magnético 1550, como dentro de un primer imán de giro 1010 de un sincrotrón 30. El bucle de retroalimentación de control por lo tanto se utiliza para marcar el sincrotrón a un nivel de energía seleccionado y entregar protones con la energía deseada en un punto seleccionado en el tiempo, tal como en la parte inferior de la respiración. Más concretamente, el controlador principal inyecta protones en el sincrotrón y acelera los protones en forma que se combina con la extracción suministra los protones al tumor en un punto seleccionado en el ciclo de respiración. Intensidad del haz de protones también es seleccionare y controlable por el controlador principal en esta etapa. El control de retroalimentación a las bobinas de corrección permite la selección rápida de los niveles de energía del sincrotrón que están ligadas al ciclo de respiración del paciente. Este sistema está en contraste severo con un sistema donde se estabiliza la corriente y los pulsos de suministro de sincrotrón con un período, como 10 o 20 ciclos por segundo con un plazo fijo. Opcionalmente, la retroalimentación o el diseño de campo magnético permite que el ciclo de extracción coincida con la frecuencia respiratoria del paciente.

Sistemas de extracción tradicional no permiten este control como los imanes tienen memorias en términos de la magnitud y amplitud de una onda sinusoidal. Por lo tanto, en un sistema tradicional, a fin de cambiar la frecuencia, cambios lentos en la corriente deben utilizarse. Sin embargo, con el uso del bucle de retroalimentación con los sensores de campo magnético, la frecuencia y el nivel de energía del sincrotrón son rápidamente ajustables. Una ayuda adicional a este procedimiento es el uso de un sistema de extracción novedoso que permite la aceleración de los protones durante el procedimiento de extracción Colocación del paciente En relación ahora a las figuras 16A-16B, el paciente se sitúa preferentemente sobre o dentro de un sistema de colocación de traslación y rotación del paciente 1610 del módulo interfaz del paciente 150. El sistema de colocación de traslación y rotación sistema del paciente 1610 se utiliza para trasladar al paciente y/o girar al paciente en una zona donde el haz de protones puede analizar el tumor mediante un sistema de exploración 140 o sistema de direccionamiento de protones, descrito infra. Esencialmente, el sistema de colocación del paciente 1610 realiza grandes movimientos del paciente para colocar el tumor cerca del centro de una trayectoria de haz de protones 268 y sistema de exploración o direccionamiento de protones 140 realiza movimientos finos de la posición de haz momentánea 269 en direccionamiento del tumor 1620. Para ilustrar, la figura 16A muestra la posición de haz de protones momentánea 269 y un intervalo de posiciones explorables 1640 utilizando el sistema de exploración o direccionamiento de protones 140, donde las posiciones explorables 1640 son alrededor del tumor 1620 del paciente 1630. En este ejemplo, las posiciones explorables se exploran a lo largo de los ejes x e; sin embargo, la exploración opcionalmente simultáneamente se realiza a lo largo del eje z como se describe a continuación. Este muestra ilustrativamente que el movimiento del eje y del paciente se produce en una escala del cuerpo, tal como el ajuste de aproximadamente 1 , 2, 3 o 4 pies, mientras que la región explorable del haz de protones 268 cubre una parte del cuerpo, tales como una región de aproximadamente 2.54, 5.08, 10.16, 15.24, 20.32, 25.4 ó 30.48 cm. El sistema de colocación del paciente y su rotación y/o traslación del paciente se combina con el sistema de direccionamiento de protones para producir un suministro preciso y/o exacto de los protones al tumor.

Refiriéndose todavía a las figuras 16A-16B, el sistema de colocación del paciente 1610 incluye opcionalmente una unidad inferior 1612 y una unidad superior 1614, tales como discos o una plataforma. En relación ahora a la figura 16A, la unidad de colocación del paciente 1610 es preferentemente el eje y ajustable 1616 para permitir el desplazamiento vertical del paciente respecto al haz de terapia de protones 268. Preferentemente, el movimiento vertical de la unidad de colocación del paciente 1610 es de aproximadamente 10, 20, 30 o 50 centímetros por minuto. Refiriéndose ahora a figura 16B, la unidad de colocación del paciente 1610 también se puede girar preferiblemente 1617 alrededor de un eje de rotación, tal como aproximadamente el eje y que corre a través del centro de la unidad inferior 1612 o alrededor de un eje y que corre a través del tumor 1620, para permitir el control de rotación y colocación del paciente respecto a la trayectoria de haz de protones 268. Preferentemente, el movimiento de rotación de la unidad de colocación del paciente 1610 es de cerca de 360 grados por minuto. Opcionalmente, la unidad de colocación del paciente gira aproximadamente 45, 90 o 180 grados. Opcionalmente, la unidad de colocación del paciente 1610 gira a una velocidad de alrededor de 45, 90, 180, 360, 720 o 1080 grados por minuto. La rotación de la unidad de colocación 1617 se ilustra alrededor del eje de rotación en dos momentos distintos, ti y t2. Protones opcionalmente se suministran al tumor 1620 en n veces donde cada uno de las n veces representan una dirección relativa diferente del haz de protones incidentes 269 desplazando al paciente 1630 debido a la rotación del paciente 1617 alrededor del eje de rotación.

Cualquiera de las modalidades de colocación del paciente semi-vertical, sentado o tendido descritas, infra, son opcionalmente verticalmente trasladables a lo largo del eje y o giratorio sobre la rotación o eje y.

Preferiblemente, las unidades inferiores y superiores 1612, 1614 se mueven juntas, de tal manera que giran a las mismas velocidades y trasladan en posición en las mismas velocidades. Opcionalmente, las unidades superior e inferior 1612, 1614 son ajustables independientemente a lo largo del eje y para permitir una diferencia en la distancia entre las unidades superior e inferior 1612, 1614. Motores, fuentes de energía y montajes mecánicos para mover las unidades superior e inferior 1612, 1614 preferiblemente se encuentran fuera de la trayectoria de haz de protones 269, tal como por debajo de la unidad inferior 1612 y/o por encima de la unidad superior 1614. Esto es preferible ya que la unidad de colocación del paciente 1610 es preferentemente giratoria alrededor de 360 grados y los motores, fuentes de energía, y montajes mecánicos interfieren con los protones si se colocan en la trayectoria de haz de protones 269.

Eficiencia en el suministro de protones En cuanto a la figura 17, se presenta una distribución común de dosis relativas de rayos X y la irradiación de protones. Como se muestra, rayos X depositan su dosis máxima cerca de la superficie del tejido objetivo y luego dosis depositadas disminuyen exponencialmente en función de la trayectoria de tejido. La deposición de energía de rayos X cerca de la superficie no es ideal para tumores situados profundamente dentro del cuerpo, que es normalmente el caso, ya que el daño excesivo se realiza a las capas de tejido blando que rodea el tumor 1620. La ventaja de protones es que depositan la mayor parte de su energía cerca del final de la trayectoria de vuelo como la pérdida de energía por trayectoria unitaria del absorbedor transversal por un protón aumenta con la disminución de la velocidad de la partícula, dando lugar a un máximo agudo de ionización cerca del final del intervalo, referido aquí como el pico de Bragg. Además, puesto que la trayectoria de vuelo de los protones es variable, aumentando o disminuyendo la energía cinética inicial o la velocidad inicial del protón, entonces el pico correspondiente a la máxima energía es movible en el tejido. Así se permite el control del eje z de la profundidad de protones de penetración por el procedimiento de aceleración. Como resultado de las características de distribución de dosis de protones, un oncólogo de radiación puede optimizar la dosis al tumor 1620 minimizando la dosis a los tejidos normales circundantes.

El perfil de energía pico de Bragg muestra que protones entregan su energía a través de toda la longitud del cuerpo penetrado por los protones hasta una profundidad de penetración máxima. Como resultado, la energía que se suministra, en la porción distal del perfil de energía pico de Bragg, al tejido sano, hueso y otros componentes del cuerpo antes de que el haz de protones golpee el tumor. Se deduce que cuanto menor sea la longitud de la trayectoria en el cuerpo antes del tumor, cuanto mayor sea la eficiencia de la eficiencia de suministro de protones, donde la eficacia de suministro de protones es una medida de que tanta energía se suministra al tumor relativo a las partes sanas del paciente. Ejemplos de eficiencia de la suministro de protones: (1) una relación de la energía de protones entregada al tumor sobre energía de protón suministrada al tejido no tumoral; (2) la longitud de trayectoria suministrada al tumor versus la longitud de trayectoria en el tejido no tumoral; y/o (3) daño a un tumor en comparación al daño a las partes del cuerpo sanas. Cualquiera de estas medidas se pesa opcionalmente por daños a los tejidos sensibles, tales como un elemento del sistema nervioso, la columna vertebral, cerebro, ojos, corazón u otro órgano. Para ¡lustrar, para un paciente en una posición tendida donde el paciente se gira alrededor del eje y durante el tratamiento, un tumor cerca del corazón a veces se trata con protones que corren a través de la trayectoria cabeza al corazón, trayectoria de pierna a corazón o cadera a corazón, que son todos ineficientes en comparación a un paciente en una posición sentada o semi-vertical donde los protones son todos entregados a través de una trayectoria pecho al corazón más corta; costado del cuerpo al corazón, o espalda al corazón. Particularmente, en comparación con una posición tendida, utilizando una posición sentada o semi-vertical del paciente, una longitud de trayectoria más corta a través del cuerpo a un tumor se proporciona a un tumor localizado en el torso o cabeza, lo que resulta en una eficiencia de suministro de protones superior o mejor.

En el presente documento la eficiencia de suministro de protones se describe por separado de eficiencia de tiempo o eficiencia del uso de sincrotrón, que es una fracción del tiempo que el aparato de haz de partículas cargadas en un modo de operación de tratamiento de tumor.

Direccionamiento de profundidad Refiriéndose ahora a las figuras 18A-18E, exploración del eje x del haz de protones se ilustra mientras que la energía del eje z del haz de protones experimenta una variación controlada 1800 para permitir la irradiación de rebanada del tumor 1620. Para claridad de presentación, la exploración del eje y simultáneo que se lleva a cabo no se ilustra. En la figura 18A, irradiación comienza con la posición de haz de protones momentáneos 269 en el inicio de una primera rebanada. En cuanto a la figura 18B, la posición de haz de protones momentánea está al final de la primera rebanada. De manera importante, durante una determinada rebanada de irradiación, la energía del haz de protones es preferentemente continuamente controlada y cambiada según a la masa de tejido y densidad en frente del tumor 1620. La variación de la energía del haz de protones para tener en cuenta la densidad del tejido permite de esta manera el punto de interrupción de haz, o pico de Bragg, para permanecer dentro de la rebanada de tejido. La variación de la energía del haz de protones durante la exploración o durante la exploración de eje x, y es posible. Las figuras 18C, 18D y 18E muestran la posición de haz de protones momentánea en la mitad de la segunda rebanada, dos tercios del camino a través de una tercera rebanada y tras finalizar la irradiación de una dirección dada, respectivamente. Con este enfoque, el suministro controlado, exacto y preciso de energía de irradiación de protones al tumor 1620, a una sub-sección de tumor designado, o a una capa de tumor se logra. Eficiencia de deposición de energía de protón al tumor, tal como se define como la relación d la energía de irradiación de protones suministrada al tumor relativo a la energía de irradiación de protones suministrada al tejido sano se describe además infra.

Irradiación de múltiples campos Es deseable maximizar la eficiencia de deposición de protones al tumor 1620, como se define mediante la maximización de la relación de la energía de irradiación de protones suministrada al tumor 1620 relativo a la energía de irradiación de protones suministrada a los tejidos sanos. Irradiación de uno, dos o tres direcciones en el cuerpo, tales como rotando el cuerpo alrededor de 90 grados entre las sub-sesiones de irradiación resulta en irradiación de protones de la parte distal del pico Bragg concentrándose en uno, dos o tres volúmenes de tejido sano, respectivamente. Es conveniente distribuir más la porción distal de la energía pico Bragg uniformemente a través del tejido sano voluminoso que rodea el tumor 1620.

Irradiación de campos múltiples es irradiación de haz de protones de una pluralidad de puntos de entrada en el cuerpo. Por ejemplo, el paciente 1630 se gira y el punto de origen de radiación se mantiene constante. Por ejemplo, el paciente 1630 se gira a través de 360 grados y terapia de protones se aplica desde una multitud de ángulos resultantes en la radiación distal circunferencialmente se extiende alrededor del tumor produciendo eficacia de irradiación de protones incrementada. En un caso, el cuerpo se gira en más de 3, 5, 10, 15, 20, 25, 30 o 35 posiciones y la irradiación de protones ocurren con cada posición de rotación. Rotación del paciente se realiza preferentemente utilizando el sistema de colocación del paciente 1610 y/o la unidad inferior 1612 o disco, descrito supra. Rotación del paciente 1630 mientras mantiene el haz de protones suministrado 268 en una orientación relativamente fija permite irradiación del tumor 1620 desde múltiples direcciones sin el uso de un colimador nuevo para cada dirección. Además, como no se requiere un nuevo arreglo para cada posición de rotación del paciente 1630, el sistema permite al tumor 1620 a tratarse desde múltiples direcciones sin volverse a sentar o colocar el paciente, con lo que se minimiza el tiempo de regeneración del tumor 1620, aumentando la eficiencia de sincrotrón e incrementando el rendimiento del paciente.

El paciente opcionalmente se centra en la unidad inferior 1612 o el tumor 1620 opcionalmente se centra en la unidad inferior 1612. Si el paciente está centrado en la unidad inferior 1612, entonces el primer elemento de control de eje 142 y segundo elemento de control de eje 144 se programan para compensar el eje central fuera de la variación de posición de rotación del tumor 1620.

Refiriéndose ahora a las figuras 19A-19E, se presenta un ejemplo de irradiación de varios campos 1900. En este ejemplo, se muestran cinco posiciones de rotación del paciente; Sin embargo, las cinco posiciones de rotación son posiciones de rotación discretas de aproximadamente treinta y seis posiciones de rotación, donde el cuerpo se gira aproximadamente diez grados con cada posición. En relación ahora a la figura 19A, un intervalo de posiciones de haz de irradiación 269 se ilustra desde una primera posición de rotación del cuerpo, ilustrada como el paciente 1630 encarando el haz de irradiación de protones cuando un primer volumen saludable 191 1 es irradiado por la porción de ingreso o distal del perfil de irradiación de energía pico Bragg.

Refiriéndose ahora a la figura 19B, el paciente 1630 se gira alrededor de cuarenta grados y se repite la irradiación. En la segunda posición, el tumor 1620 nuevamente recibe el volumen de la energía de irradiación y un segundo volumen de tejido sano 1912 recibe el menor ingreso o porción distal de la energía pico Bragg. Refiriéndose ahora a las figuras 19C-19E, el paciente 1630 se gira un total de aproximadamente 90, 130 y 180 grados, respectivamente. Para cada una de las tercera, cuarta y quinta posiciones de rotación, el tumor 1620 recibe el volumen de la energía de irradiación y el tercero, cuarto, y quinto volúmenes de tejido sano 1913, 1914, 1915 reciben el menor ingreso o porción distal de la energía pico Bragg, respectivamente. Así, la rotación del paciente durante la terapia con protones resulta en la distribución de energía distal de la energía suministrada de protones a distribuirse alrededor del tumor 1620, tales como las regiones de uno a cinco 191 1-1915, mientras que a lo largo de un eje determinado, por lo menos aproximadamente 75, 80, 85, 90 o 95 por ciento de la energía se suministra al tumor 1620.

Para una posición de rotación dada, es irradiado todo o parte del tumor. Por ejemplo, en una modalidad sólo una sección distal o rebanada distal del tumor 1620 es irradiada con cada posición de rotación, donde la sección distal es una sección más lejos desde el punto de entrada del haz de protones en el paciente 1630. Por ejemplo, la sección distal es el lado dorsal del tumor cuando el paciente 1630 enfrenta el haz de protones y la sección distal es el lado ventral del tumor cuando se enfrenta la paciente 1630 lejos del haz de protones.

Ahora en cuanto a la figura 20, un segundo ejemplo de irradiación de múltiples campos 2000 se presenta donde la fuente de protones es estacionaria y se gira el paciente 1630. Para facilitar la presentación, la trayectoria de haz de protones estacionario pero de exploración 269 se ilustra entrando al paciente 1630 desde distintos lados en tiempos ti, t2, t3,..., t„, t„+i como se gira el paciente. En un primer momento, ti, el extremo distal del perfil de pico Bragg golpea una primera área de tejido sano 2010. El paciente se gira y la trayectoria de haz de protones se ilustra en un segundo momento, t.2, donde el extremo distal del pico Bragg golpea una segunda área de tejido sano 2020. En un tercer momento, el extremo distal del perfil pico Bragg golpea una tercera área de tejido sano 2030. Este procedimiento de rotación e irradiación es n veces repetida, donde n es un número positivo superior al cuatro y preferiblemente mayor de 10, 20, 30, 100 o 300. Como se ilustra en una enésima vez cuando una enésima área de tejido sano 2040 se irradia, si el paciente 1630 se gira aún más, el haz de protones de exploración 269 golpea un constituyente de cuerpo sensible 1650, tal como la médula espinal o los ojos. Irradiación preferiblemente se suspende hasta que el constituyente de cuerpo sensible se gira fuera de la trayectoria 269 del haz de protones de exploración. Irradiación se reanuda en un tiempo, tn+i , después que el constituyente de cuerpo sensible 1650 se gira nuestra trayectoria de haz de protones y una enésima +1 del área de tejido sano 2050 se irradia. De esta manera, la energía pico Bragg siempre se encuentra dentro del tumor, la región distal del perfil pico Bragg se distribuye en tejido sano alrededor del tumor 1620 y constituyentes del cuerpo sensible 1650 reciben mínima o ninguna irradiación de haz de protones.

En un ejemplo de irradiación de múltiples campos, el sistema de tratamiento de partículas con un diámetro de anillo de sincrotrón de menos de seis metros incluye la capacidad de: ¦· girar al paciente a través de aproximadamente 360 grados; ·· extraer radiación en aproximadamente 0.1 a 10 segundos; ·· explorar vertical aproximadamente 100 milímetros; ·· explorar horizontalmente aproximadamente 700 milímetros; ·· variar la energía del haz de aproximadamente 30 a 330 MeV/segundo durante la irradiación; ·· variar la intensidad del haz de protones independientemente de la variación de la energía del haz de protones; ·· enfocar el haz de protones de aproximadamente 2 a 20 milímetros en el tumor; y/o ¦· completar irradiación de campos múltiples de un tumor en menos de aproximadamente 1 , 2, 4 o 6 minutos, medido desde el momento de iniciar el suministro de protones al paciente 1630.

En cuanto a la figura 21 , se describen dos métodos de irradiación de campos múltiples 2100. En el primer método, el controlador principal 110 posiciona de manera rotacional 21 10 el paciente 1630 y posteriormente irradia 2120 el tumor 1620. El procedimiento se repite hasta que se complete un plan de irradiación de campos múltiples. En el segundo método, el controlador principal 1 10 simultáneamente gira e irradia 2130 el tumor 1620 dentro del paciente 1630 hasta que se complete el plan de irradiación de campos múltiples. Más concretamente, la irradiación de haz de protones se produce mientras se gira el paciente 1630.

El sistema de exploración tridimensional del punto focal de mancha de protones, descrito aquí, preferiblemente se combina con un método de rotación/barrido. El método incluye irradiación de tumor en forma de capa de muchas direcciones. Durante un segmento determinado de irradiación, la energía del haz de protones se cambia continuamente de acuerdo a la densidad del tejido enfrente del tumor para resultar en el punto de interrupción del haz, definido por el pico Bragg, siempre está dentro del tumor y dentro de la rebanada irradiada. El método novedoso permite la irradiación en muchas direcciones, referida en el presente documento como irradiación de campos múltiples, para lograr la máxima dosis efectiva en el nivel de tumor mientras reduce simultáneamente de manera significativa efectos secundarios posibles sobre los tejidos sanos circundantes en comparación con los métodos existentes. Esencialmente, el sistema de irradiación de múltiples campos distribuye dosis a profundidades de tejido aún no alcanzando el tumor Control de posición del haz de protones Actualmente, la comunidad de radioterapia en todo el mundo utiliza un método de formación de campo de dosis utilizando un sistema de exploración de haz de lápiz. En contraste, se utiliza un sistema de exploración de mancha opcional o sistema de exploración de volumen de tejido. En el sistema de exploración de volumen de tejido, se controla el haz de protones, en términos de transporte y distribución, usando un sistema de exploración económico y preciso. El sistema de exploración es un sistema activo, donde el haz se enfoca en un punto focal de mancha de aproximadamente la mitad, uno, dos o tres milímetros de diámetro. El punto focal se traslada a lo largo de dos ejes mientras simultáneamente altera la energía aplicada del haz de protones, que cambia de forma eficaz la tercera dimensión del punto focal. El sistema es aplicable en combinación con la rotación descrita arriba del cuerpo, que preferentemente se produce entre momentos individuales o ciclos de suministro de protones al tumor. Opcionalmente, la rotación del cuerpo por el sistema descrito anteriormente ocurre continuamente y simultáneamente con el suministro de protones al tumor.

Por ejemplo, la mancha se traslada horizontalmente, se mueve hacia abajo de un eje vertical y, a continuación, vuelve a lo largo del eje horizontal. En este ejemplo, la corriente se utiliza para controlar un sistema de exploración vertical que tiene al menos un imán. La corriente aplicada altera el campo magnético del sistema de exploración vertical para controlar la deflexión vertical del haz de protones. Asimismo, un sistema de imán de exploración horizontal controla la deflexión horizontal del haz de protones. El grado de transporte a lo largo de cada eje se controla para conformar la sección transversal de tumor en la profundidad determinada. La profundidad se controla al cambiar la energía del haz de protones. Por ejemplo, la energía del haz de protones se reduce, a fin de definir una nueva profundidad de penetración, y el procedimiento de exploración se repite a lo largo de los ejes horizontales y verticales que cubren una nueva área transversal del tumor. Combinados, los tres ejes de control permiten explorar o tener movimiento del punto focal de haz de protones sobre todo el volumen del tumor canceroso. El tiempo en cada mancha y la dirección en el cuerpo para cada mancha se controlan para producir la radiación deseada en cada sub-volumen del volumen canceroso mientras se distribuye energía que golpea fuera del tumor.

La dimensión de volumen de mancha de haz enfocado preferentemente se controla estrechamente a un diámetro de aproximadamente 0.5, 1 o 2 milímetros, pero es alternativamente varios centímetros de diámetro. Controles de diseño preferidos permiten la exploración en dos direcciones con: (1 ) una amplitud vertical de aproximadamente 100 mm de amplitud y frecuencia de hasta aproximadamente 200 Hz; y (2) una amplitud horizontal de aproximadamente 700 mm de amplitud y frecuencia hasta aproximadamente 1 Hz.

La distancia de que los protones se mueven a lo largo del eje z en el tejido, en este ejemplo, se controla por la energía cinética del protón. Este sistema coordinado es arbitrario y ejemplar. El control real del haz de protones se controla en el espacio tridimensional usando dos sistemas de imán de exploración y al controlar la energía cinética del haz de protones. En particular, el sistema permite el ajuste simultáneo de los ejes x, y y z en la irradiación del tumor sólido. Una vez más establecido, en lugar de exploración a lo largo de un plano x, y a continuación, ajuste de energía de los protones, tal como con una rueda de modulación de intervalo, el sistema permite moverse a lo largo de los ejes z mientras simultáneamente se ajustan los ejes x- y/o y. Por lo tanto, en lugar de irradiar las rebanadas del tumor, el tumor se irradia opcionalmente en tres dimensiones simultáneas. Por ejemplo, el tumor se irradia alrededor de un borde exterior del tumor en tres dimensiones. A continuación, el tumor se irradia alrededor de un borde exterior de una sección interna del tumor. Este procedimiento se repite hasta que el tumor entero se irradia. La irradiación del borde exterior es preferentemente acoplada con rotación simultánea del sujeto, tal como aproximadamente un eje vertical y. Este sistema permite la máxima eficiencia de deposición de protones al tumor, tal como se define como la relación de la energía de irradiación de protones suministrada al tumor relativo a la energía de irradiación de protones entregada a los tejidos sanos.

Combinados, el sistema permite un control multi-ejes del sistema de haz de partículas cargadas en un pequeño espacio con suministro de baja energía. Por ejemplo, el sistema utiliza varios imanes donde cada imán tiene al menos un efecto de enfoque de borde en cada sección de giro del sincrotrón. Los efectos de enfoque de borde múltiple en la trayectoria de haz de circulación del sincrotrón producen un sincrotrón que tiene: ¦· un sistema de circunferencia pequeña, tal como menos de aproximadamente 50 metros; ·· una abertura de tamaño de haz de protones vertical de 2 cm; ·· requisitos de suministro de energía reducida correspondientes asociados con el tamaño de abertura reducida; y ·· control de la energía del eje z.

El resultado es un sistema de exploración tridimensional, control de ejes x, y y z, donde el control del eje z reside en el sincrotrón y donde la energía del eje z se controla variablemente durante el procedimiento de extracción dentro del sincrotrón.

Se proporciona un ejemplo de un sistema de exploración o direccionamiento de protones 140 usado para dirigir los protones en el tumor con control de exploración tridimensional, donde el control de exploración tridimensional está a lo largo de los ejes x, y y z, como se describe supra. Un cuarto eje controlable es el tiempo. Un quinto eje controlable es rotación del paciente. Combinado con la rotación del sujeto alrededor de un eje vertical, se utiliza un procedimiento de varios campos de iluminación donde una porción aún no irradiada del tumor se irradia preferentemente a la mayor distancia del tumor desde el punto de entrada de protones en el cuerpo. Esto genera el mayor porcentaje del suministro de protones, como se define en el pico Bragg, en el tumor y minimiza el daño al tejido sano periférico.

Sistema de imagen/ravos-X Aquí, un sistema de rayos X se usa para ilustrar un sistema de imagen.

Sincronización Preferiblemente se recoge un rayo X (1 ) justo antes o (2) concurrentemente con el tratamiento de un sujeto con terapia de protones para un par de razones. En primer lugar, el movimiento del cuerpo, descrito supra, cambia la posición local del tumor del cuerpo respecto a otros componentes del cuerpo. Si el paciente o sujeto 1630 tiene un rayo x tomado y entonces se mueve corporalmente a una sala de tratamiento de protones, alineación exacta del haz de protones al tumor es problemática. Alineación del haz de protones al tumor 1620 utilizando uno o varios rayos X se realiza mejor en el momento del suministro de protones o en los segundos o minutos inmediatamente antes del suministro de protones y después de que el paciente se coloca en una posición del cuerpo terapéutico, que normalmente es una posición fija o parcialmente inmovilizada. En segundo lugar, los rayos X tomados después de la colocación del paciente se utilizan para la verificación de la alineación de haz de protones a una posición específica, como un tumor y/o posición de órgano interno.

Inmovilización del paciente El suministro exacto y preciso de un haz de protones a un tumor de un paciente requiere: (1 ) control de colocación del haz de protones y (2) control de colocación del paciente. Como se describe supra, el haz de protones se controla mediante algoritmos y campos magnéticos a aproximadamente 0.5, 1 o 2 milímetros de diámetro. Esta sección trata la inmovilización parcial, limitación y/o alineación del paciente para asegurar que el haz de protones estrechamente controlado golpee un tumor objetivo y no alrededor de tejido sano como resultado del movimiento del paciente.

En este documento, un sistema de coordinado de ejes x, y y z y eje de rotación se utiliza para describir la orientación del paciente respecto al haz de protones. El eje z representa el viaje del haz de protones, tal como la profundidad del haz de protones en el paciente. Al mirar el paciente abajo del eje z del viaje del haz de protones, el eje x se refiere al movimiento a la izquierda o derecha a través del paciente y el eje y se refiere al movimiento hacia arriba o hacia abajo del paciente. Un primer eje de rotación es la rotación del paciente alrededor del eje y y se refiere aquí como un eje de rotación, eje de rotación 1612 de unidad inferior, o eje y de rotación 1617. Además, inclinación es la rotación alrededor del eje x, desviación es la rotación alrededor del eje y, y enrollar es la rotación sobre el eje z. En este sistema de coordinado, la trayectoria de haz de protones 269 opcionalmente corre en cualquier dirección. Como un asunto ilustrativo, la trayectoria de haz de protones que corre a través de una sala de tratamiento se describe como corriendo horizontalmente a través de la sala de tratamiento.

En esta sección, se proporcionan tres ejemplos de sistemas de colocación: (1) un sistema de inmovilización parcial semi-vertical 2200; (2) un sistema de inmovilización parcial sentado 2300; y (3) una posición tendida 2400. Elementos descritos para un sistema de inmovilización aplican a otros sistemas de inmovilización con pequeños cambios. Por ejemplo, un reposacabezas, un soporte de cabeza o limitación de cabeza se ajustará a lo largo de un eje para una posición reclinada, en un segundo eje para una posición sentada y a lo largo de un tercer eje para una posición tendida. Sin embargo, el reposacabezas es similar para cada posición de inmovilización.

Colocación/inmovilización vertical del paciente En relación ahora a la figura 22, el sistema de colocación del paciente semi-vertical 2200 se utiliza preferentemente en conjunto con la terapia con protones de tumores en el torso. El sistema de colocación y/o inmovilización del paciente controla y/o restringe el movimiento del paciente durante la terapia de haz de protones. En una primera modalidad de inmovilización parcial, el paciente se coloca en una posición semi-vertical en un sistema de terapia de haz de protones. Como se muestra, el paciente se reclina en un ángulo alfa, a, aproximadamente 45 grados fuera del eje y como se define por un eje que corre desde la cabeza hasta los pies del paciente. Más generalmente, el paciente opcionalmente está completamente de pie en una posición vertical de cero grados del eje y o en un posición semi-vertical alfa que está reclinada aproximadamente 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60 o 65 grados fuera del eje y hacia el eje z.

Limitaciones de colocación de pacientes 2215 que se utilizan para mantener al paciente en una posición de tratamiento, incluyen uno o más de: un soporte de asiento 2220, un respaldo 2230, un soporte de cabeza 2240, un soporte de brazo 2250, un soporte de rodilla 2260 y un soporte de pie 2270. Las restricciones son opcionalmente e independientemente rígidas o semirrígidas. Ejemplos de un material semirrígido incluyen una espuma de alta o baja densidad o una espuma visco-elástico. Por ejemplo el soporte de pie es preferentemente rígido y respaldo es preferentemente semirrígido, tal como un material de espuma de alta densidad. Una o más de las limitaciones de colocación 2215 son movibles y/o bajo el control de computadora para la colocación rápida y/o inmovilización del paciente. Por ejemplo, el soporte de asiento 2220 es ajustable a lo largo de un eje de ajuste de asiento 2222, que preferentemente es el eje y; el respaldo 2230 es ajustable a lo largo de un eje de respaldo 2232, preferiblemente dominado por el movimiento del eje z con un elemento del eje y; el soporte de cabeza 2240 es ajustable a lo largo de un eje de soporte de cabeza 2242, que preferiblemente se dominado por el movimiento del eje z con un elemento del eje y; el soporte del brazo 2250 es ajustable a lo largo de un eje de soporte de brazo 2252, que es preferiblemente dominado por el movimiento del eje z con un elemento del eje y; el soporte de rodilla 2260 es ajustable a lo largo de un eje de soporte de rodilla 2262, que preferiblemente se domina por el movimiento del eje z con un elemento del eje y; y el soporte de pie 2270 es ajustable a lo largo de un eje de soporte de pie 2272, que preferiblemente se domina por el movimiento del eje y con un elemento del eje z.

Si el paciente no enfrenta el haz de protones entrantes y, a continuación, la descripción de los movimientos de los elementos de soporte a lo largo del cambio del eje, pero los elementos de inmovilización son los mismos.

Una cámara opcional 2280 se utiliza con el sistema de inmovilización de paciente. La cámara observa el paciente/sujeto 1630 creando una imagen de video. La imagen se provee a uno o más operadores del sistema de haz de partículas cargadas y permite a los operadores un mecanismo de seguridad para determinar si el objeto se ha movido o desea terminar el procedimiento de tratamiento de terapia de protones. Basado en la imagen de video, los operadores pueden suspender o cancelar el procedimiento de la terapia de protones. Por ejemplo, si el operador observa a través de la imagen de video que el sujeto está en movimiento, el operador tiene la opción de terminar o suspender el procedimiento de la terapia de protones.

Una pantalla de video opcional o monitor de pantalla 2290 se proporciona al paciente. La visualización de video, opcionalmente, presenta al paciente cualquiera de: instrucciones de operador, instrucciones de sistema, estado de tratamiento o entretenimiento.

Motores para colocación del paciente las limitaciones de la colocación 2215, la cámara 2280 y/o video 2290 preferentemente se montado encima o debajo de la trayectoria de transporte de protones 268 o trayectoria de exploración de protones momentánea 269.

El control de la respiración opcionalmente se realiza mediante la visualización en video. Cuando el paciente respira, estructuras internas y externas del cuerpo se mueven en términos absolutos y en términos relativos. Por ejemplo, la parte exterior de la cavidad pectoral y órganos internos tienen movimientos absolutos con una respiración. Además, la posición relativa de un órgano interno relativo a otro componente de cuerpo, tal como una región externa del cuerpo, un hueso, una estructura de soporte, u otro órgano, se mueve con cada respiración. Por lo tanto, para un direccionamiento de tumor más exacto y preciso, el haz de protones preferentemente se suministra en un punto en el tiempo donde la posición de la estructura interna o tumor se definen bien, como en la parte inferior o superior de cada respiración. La pantalla de video se utiliza para ayudar a coordinar el suministro de haz de protones con el ciclo de respiración del paciente. Por ejemplo, la pantalla de video muestra opcionalmente al paciente un comando, como una declaración de respiración sostenida, una declaración de respiración, una cuenta regresiva que indica cuando una respiración tendrá que mantenerse, o puede reanudar una cuenta regresiva hasta la respiración.

Colocación/inmovilización del paciente sentado En una segunda modalidad de inmovilización parcial, el paciente se restringe parcialmente en una posición sentada 2300. El sistema de restricción de posición sentada utiliza estructuras de soporte similares a las estructuras de soporte en el sistema de colocación semi-vertical, descrita supra, con una excepción de que el soporte para sentarse se reemplaza por una silla y no se requiere el soporte para la rodilla. El sistema de restricción de posición sentada generalmente conserva el soporte ajustable, rotación sobre el eje y, cámara, video y parámetros de control de anchura descritos en la encarnación semi-vertical, descrita supra.

En cuanto a la figura 23, se proporciona un ejemplo particular de un sistema de semi-inmovilización del paciente sentado 2300. El sistema sentado se utiliza preferentemente para el tratamiento de tumores de cabeza y/o cuello. Tal como se ilustra, el paciente se coloca en una posición sentada en una silla 2310 para terapia de partículas. El paciente se inmoviliza además utilizando cualquiera de los siguientes: el soporte de cabeza 2240, le respaldo 2230, el soporte de mano 2250, el soporte de rodilla 2260 y el soporte de pie 2270. Los soportes 2220, 2230, 2240, 2250, 2260, 2270 preferentemente tienen respectivos ejes de ajuste 2222, 2232, 2242, 2252, 2262, 2272 tal como se ilustran. La silla 2310 se elimina fácilmente para permitir el uso de un sistema de restricción de pacientes diferentes o se adapta bajo control de computadora a una nueva posición del paciente, tales como el sistema semi-vertical.

Colocación/inmovilización de paciente en posición tendida En una tercera modalidad de inmovilización parcial, el paciente está parcialmente restringido en una posición tendida. El sistema de retención en posición tendida 2400 tiene estructuras de soporte que son similares a las estructuras de soporte usadas en el sistema de colocación sentada 2300 y sistema de colocación semi-vertical 2200, descrito supra. En la posición tendida, elementos de inmovilización parcial, soporte o restricción opcional incluyen uno o más de: el soporte de cabeza 2240 y el soporte de respaldo, cadera y hombro 2230. Los soportes tienen preferentemente respectivos ejes de ajuste que se giran según corresponda a una posición tendida del paciente. El sistema de restricción de posición tendida generalmente retiene los soportes ajustables, rotación sobre el eje y, cámara, video y parámetros de control de anchura descritos en la modalidad semi-vertical, descrita supra.

Refiriéndose ahora a la figura 24, si el paciente está muy enfermo, cuando el paciente tiene problemas para estar de pie por un período de alrededor de uno a tres minutos necesarios para tratamiento, entonces estando en un sistema parcialmente soportado puede resultar en algún movimiento del paciente debido a la tensión muscular. En esta y similares situaciones, el tratamiento de un paciente en una posición tendida sobre una mesa de soporte 2420 se utiliza preferentemente. La mesa de soporte tiene una plataforma horizontal para apoyar la mayor parte del peso del paciente. Preferiblemente, la plataforma horizontal es desmontable desde una plataforma de tratamiento. En un sistema de colocación en la posición tenida 2400, el paciente se coloca sobre una plataforma 24 0, que tiene una porción sustancialmente horizontal para soportar el peso del cuerpo en posición horizontal. Se utilizan apretones de mano opcionales, descritos infra. En una modalidad, la plataforma 2410 se fija en relación a la mesa 2420 mediante un retén mecánico o elemento de bloqueo 2430 y elemento coincidente clave 2435 y/o el paciente 1630 se alinea o sitúa en relación con un elemento de colocación 2460.

Además, elementos de soporte de pierna superior 2444, soporte de pierna inferior 2440, y/o soporte de brazo 2450 opcionalmente se agregan para elevar, respectivamente, un brazo o una pierna fuera de la trayectoria del haz de protones 269 para el tratamiento de un tumor en el torso o para mover un brazo o una pierna en la trayectoria del haz de protones 269 para el tratamiento de un tumor en el brazo o pierna. Esto aumenta la eficiencia de suministro de protones, como se describe supra. Los soportes de pierna 2440, 2444 y soporte de brazo 2450 cada uno es opcionalmente ajustable a lo largo de los ejes o arcos de soporte 2442, 2446, 2452. Uno o más elementos de soporte de pierna son opcionalmente ajustables a lo largo de un arco para colocar la pierna en la trayectoria del haz de protones 269 o para quitar la pierna de la trayectoria del haz de protones 269, tal como se describe infra. Un elemento de soporte del brazo preferentemente es ajustable a lo largo de un eje de ajuste del brazo o a lo largo de un arco para colocar el brazo en la trayectoria del haz de protones 269 o para quitar el brazo de la trayectoria del haz de protones 269, tal como se describe infra.

Preferentemente, el paciente se coloca en la plataforma 2410 en un área o cuarto fuera de la trayectoria del haz de protones 268 y se rueda o desliza en el cuarto de tratamiento o área de trayectoria de haz de protones. Por ejemplo, el paciente se rueda a la sala de tratamiento en una camilla donde la parte superior de la camilla, que es la plataforma, se separa y se coloca sobre una mesa. La plataforma preferiblemente se desliza sobre la mesa para que la camilla o cama no necesite levantarse en la mesa.

El sistema de colocación del paciente semi-vertical 2200 y el sistema de colocación del paciente sentado 2300 preferentemente se utilizan para el tratamiento de tumores en la cabeza o el torso debido a la eficiencia. El paciente de colocación de paciente semi-vertical 2200, el sistema de colocación del paciente sentado 2300 y el sistema de colocación del paciente tendido 2400 son todos utilizables para el tratamiento de tumores en las extremidades del paciente.

Elementos del sistema de soporte Restricciones de colocación 2215 incluyen todos los elementos utilizados para colocar al paciente, tales como los descritos en el sistema de colocación semi-vertical 2200, sistema de colocación en posición sentada 2300 y sistema de colocación tendida 2400. Preferiblemente, restricciones de colocación o elementos del sistema de soporte se alinean en posiciones que no impiden o superponen la trayectoria del haz de protones 269. Sin embargo, en algunos casos las restricciones de colocación están en la trayectoria de haz de protones 269 durante al menos una parte del tiempo de tratamiento del paciente. Por ejemplo, un elemento de restricción de colocación puede residir en la trayectoria de acceso del haz de protones 269 durante parte de un período de tiempo donde el paciente se gira alrededor del eje y durante el tratamiento. En casos o períodos de tiempo que las restricciones de colocación o elementos del sistema de soporte se encuentran en la trayectoria de haz de protones y, a continuación, un ajuste ascendente de la energía de haz de protones se aplica preferentemente que aumenta la energía del haz de protones para compensar la impedancia del elemento de restricción de colocación del haz de protones. En un caso, la energía del haz de protones se incrementa por una medida separada de la impedancia de elemento de restricción de colocación determinada durante una exploración de referencia del elemento de restricción de colocación o conjunto de exploraciones de referencia del elemento de restricción de colocación en función de la rotación alrededor del eje y.

Para mayor claridad, restricciones de colocación 2215 o elementos del sistema de soporte se describen relativos al sistema de colocación semi-vertícal 2200; sin embargo, los elementos de colocación y ejes descriptivos x, y y z son ajustables para adaptarse a cualquier sistema coordinado, al sistema de colocación 2300 o el sistema de colocación en posición tendida 2400.

Se describe un ejemplo de un sistema de soporte de cabeza para apoyar, alinear y/o restringir el movimiento de una cabeza humana. El sistema de soporte de cabeza preferiblemente tiene varios elementos de soporte de cabeza incluyendo cualquiera de: un respaldo del soporte de la cabeza, una parte derecha del elemento de alineación de la cabeza y una parte izquierda del elemento de alineación de la cabeza. El respaldo del elemento de soporte de la cabeza preferentemente es curvo para adaptarse a la cabeza y es ajustable opcionalmente a lo largo de un eje de soporte de la cabeza, como a lo largo del eje z. Además, el soporte de cabeza, como las otras restricciones de colocación del paciente, preferentemente está hecho de un material semirrígido, tal como una espuma de alta o baja densidad y tiene una cobertura opcional, como un plástico o cuero. La parte derecha del elemento de alineación de la cabeza y la parte izquierda de los elementos de alineación de la cabeza o elementos de alineación de la cabeza, se utilizan principalmente al movimiento sem i-restrictivo de la cabeza o para inmovilizar totalmente la cabeza. Los elementos de alineación de cabeza preferentemente son acolchonados y planos, pero opcionalmente tienen un radio de curvatura para ajusfar el lado de la cabeza. Los elementos de alineación de cabeza derecho e izquierdo preferiblemente son movibles respectivamente a lo largo de los ejes de traslación para hacer contacto con las partes de la cabeza. Movimiento restringido de la cabeza durante la terapia con protones es importante cuando el direccionamiento y tratamiento de tumores en la cabeza o cuello. Los elementos de alineación de cabeza y la espalda del elemento de soporte de la cabeza se combinan para restringir la inclinación, rotación o desviación, rodamiento y/o posición de la cabeza en el sistema de coordenadas de los ejes x-, y-, y z-.

Refiriéndose ahora a la figura 25 se describe otro ejemplo de un sistema de soporte de cabeza 2500 para colocación y/o restricción del movimiento de una cabeza humana 1602 durante la terapia con protones de un tumor sólido en la cabeza o cuello. En este sistema, la cabeza está restringida usando 1 , 2, 3, 4 o más correas o cinturones, que preferentemente están conectados o conectados de manera reemplazable a una parte posterior del elemento de soporte de cabeza 2510. En el ejemplo ilustrado, una primera correa 2520 jala o posiciona la frente al elemento de soporte de la cabeza 2510, tal como al correr predominantemente a lo largo del eje z. Preferiblemente una segunda correa 2530 trabaja conjuntamente con la primera correa 2520 para evitar que la cabeza se incline, desvíe, ruede o mueve en términos de movimiento de traslación en el sistema coordinado de ejes x-, y- y z-. La segunda correa 2530 preferiblemente se adjunta o sustituye unida a la primera correa 2520 en o alrededor de: (1 ) la frente 2532; (2) en uno o ambos lados de la cabeza 2534; y/o (3) en o alrededor del elemento de soporte 2510. Una tercera correa 2540 orienta preferentemente la barbilla del sujeto relativo a los elementos de soporte 2510 al correr dominantemente a lo largo del eje z. Una cuarta correa 2550 preferentemente corre a lo largo de predominantemente un eje y- y z- para mantener la barbilla respecto al elemento de soporte de cabeza 2510 y/o trayectoria de haz de protones. La tercera correa 2540 preferentemente se une o se une de manera reemplazable a la cuarta correa 2550 durante su uso en o alrededor de la barbilla del paciente 2542. La segunda correa 2530 opcionalmente se conecta 2536 a la cuarta correa 2550 en o alrededor del elemento de soporte 2510. Las cuatro correas 2520, 2530, 2540, 2550 son ilustrativas en la trayectoria e interconexión. Cualquiera de las correas opcionalmente mantiene la cabeza por diferentes trayectorias alrededor de la cabeza y conectan entre sí de manera independiente. Naturalmente, una correa dada preferentemente corre alrededor del cabeza y no sólo en un lado de la cabeza. Cualquiera de las correas 2520, 2530, 2540 y 2550 opcionalmente se utilizan independientemente o en combinaciones y permutaciones con las otras correas. Las correas opcionalmente se conectan indirectamente entre sí por un elemento de soporte, tales como el elemento de soporte de cabeza 2510. Opcionalmente se unen las correas al elemento de soporte de cabeza 2510 usando tecnología de gancho y bucle, una hebilla o sujetador. Generalmente, las correas se combinan para controlar la posición, movimiento de adelante hacia atrás de la cabeza, movimiento de lado a lado de la cabeza, inclinación, desviación, rodamiento y/o traslación de la posición de la cabeza.

Las correas son preferentemente de impedancia conocida para transmisión de protones lo que permite un cálculo de liberación de energía pico a lo largo del eje z- para calcular. Por ejemplo, el ajuste a la energía pico Bragg se realiza basado sobre la tendencia de desaceleración de las correas para transporte de protones.

En cuanto a la figura 26, se describe aún otro ejemplo de un sistema de soporte de cabeza 2240. El soporte de cabeza 2240 preferentemente es curvo para ajustar una cabeza de tamaño estándar o de niño. El soporte de cabeza 2240 es opcionalmente ajustable a lo largo de un eje de soporte de cabeza 2242. Además, el soporte de cabeza, como la otra restricción de colocación del paciente, preferentemente está hecho de un material semirrígido, tal como una espuma de alta o baja densidad y tiene una cobertura opcional, como un plástico o cuero.

Elementos del soporte de cabeza descrito arriba, colocación de la cabeza y sistemas de inmovilización de cabeza opcionalmente se utilizan por separado o en combinación.

Aún con referencia a la figura 26, un ejemplo del soporte de brazo 2250 se describe adicionalmente. El soporte del brazo preferentemente tiene un agarre de mano izquierda 2610 y un agarre de mano derecha 2620 utilizados para alinear la parte superior del cuerpo del paciente 1630 a través de la acción del paciente 1630 sujetando los agarres de mano izquierda y derecha 2610, 2620 con las manos del paciente 1634. Los agarres de mano izquierda y derecha 2610, 2620 preferentemente están conectados al soporte de brazo 2250 que soporta la masa de los brazos del paciente. Los agarres de mano izquierda y derecha 2610, 2620 preferiblemente se construyen utilizando un material semirrígido. Los agarres de mano izquierda y derecha 2610, 2620 opcionalmente se moldean a las manos del paciente para ayudar en la alineación. Los agarres de mano izquierda y derecha opcionalmente tienen electrodos, como se describe supra.

Un ejemplo del respaldo se describe adicionalmente. El respaldo preferentemente es curvo para apoyar la espalda del paciente y para envolverse sobre los lados del torso del paciente. El respaldo tiene preferiblemente dos porciones semirrígidas, un lado izquierdo y derecho. Además, el respaldo tiene un extremo superior y un extremo inferior. Una primera distancia entre los extremos superiores del lado izquierdo y derecho preferentemente es ajustable para adaptar la parte superior de la espalda del paciente. Una segunda distancia entre los extremos de la parte inferior del lado izquierdo y derecho es preferentemente independientemente ajustable para adaptar la parte inferior de la espalda del paciente.

Un ejemplo del soporte de rodilla se describe adícionalmente. El soporte de rodilla preferentemente tiene un soporte de rodilla izquierda y un soporte de rodilla derecha que opcionalmente se conectan o individualmente son movibles. Tanto los soportes de la rodilla izquierda como de la derecha son preferentemente curvos para ajustar las rodillas de tamaños estándar. El soporte de la rodilla izquierda es opcionalmente ajustable a lo largo de un eje de soporte de la rodilla izquierda y el soporte de la rodilla derecha es opcionalmente ajustable a lo largo de un eje de soporte de la rodilla derecha. Por otra parte, los soportes de la rodilla izquierda y derecha están conectados y son movibles a lo largo del eje de soporte de la rodilla. Tanto los soportes de rodilla izquierda y derecha, como las otras restricciones de colocación del paciente, preferiblemente están hechos de un material semirrígido, tal como una espuma de alta o baja densidad, que tienen una cobertura opcional, como un plástico o cuero.

Monitoreo de respiración de paciente Preferiblemente, se supervisa el patrón de respiración del paciente. Cuando un sujeto o paciente 1630 está respirando muchas porciones del cuerpo se mueven con cada respiración. Por ejemplo, cuando un sujeto respira se mueven los pulmones como lo hacen las posiciones relativas de los órganos dentro del cuerpo, tales como el estómago, ríñones, hígado, músculos del pecho, piel, corazón y pulmones. En general, la mayoría o todas las partes del torso se mueven con cada respiración. De hecho, los inventores han reconocido que además del movimiento del torso con cada respiración, movimientos diversos también existen en la cabeza y las extremidades con cada respiración. El movimiento se debe considerar en el suministro de una dosis de protones en el cuerpo conforme los protones se entregan preferentemente al tumor y no al tejido circundante. Movimiento asi resulta en una ambigüedad en donde reside el tumor relativo a la trayectoria del haz. Para superar parcialmente esta preocupación, protones preferentemente se suministran en el mismo punto en cada uno de una serie de ciclos de respiración.

Inicialmente se determina un patrón rítmico de la respiración de un sujeto. El ciclo es observado o medido. Por ejemplo, un operador de haz de rayos x o el operador de haz de protones puede observar cuando un sujeto está respirando o está entre respiraciones y puede distribuir el suministro de los protones en un período determinado de cada respiración. Por otra parte, al sujeto se le pide inhalar, exhalar y/o mantener la respiración y los protones se suministran durante el período de tiempo comandado.

Preferiblemente, uno o varios sensores se utilizan para determinar el ciclo de respiración de la persona. Se presentan dos ejemplos de un sistema de control de la respiración: (1 ) un sistema de vigilancia térmica y (2) un sistema de supervisión de fuerza.

Refiriéndose nuevamente a la figura 25, se proporciona un primer ejemplo del sistema de vigilancia térmica de respiración. En el sistema de vigilancia térmica de respiración, se coloca un sensor por la nariz y/o la boca del paciente. Ya que la mandíbula del paciente opcionalmente está restringida, como se describe supra, el sistema de vigilancia térmica de respiración se coloca preferentemente por la trayectoria de exhalación de la nariz del paciente. Para evitar interferencia estérica de los componentes del sistema del sensor térmico con terapia con protones, el sistema de vigilancia térmica de respiración se utiliza preferentemente al tratar un tumor no situado en la cabeza o el cuello, como cuando se trata un tumor en el torso o extremidades. En el sistema de vigilancia térmica, un primer resistor térmico 2570 se utiliza para supervisar el ciclo de respiración del paciente y/o ubicación en el ciclo de respiración del paciente. Preferiblemente, se coloca el primer resistor térmico 2570 por la nariz del paciente, tal que el paciente que exhala a través de su nariz en el primer resistor térmico 2570 calienta el primer resistor térmico 2570 indicando una exhalación. Preferentemente, un segundo resistor térmico 2560 funciona como un sensor de temperatura ambiental. El segundo resistor térmico 2560 preferiblemente se coloca fuera de la trayectoria de exhalación del paciente, pero en el mismo entorno de la sala local como el primer resistor térmico 2570. Señal generada, tal como la corriente de los resistores térmicos 2570, 2560, preferiblemente se convierte al voltaje y comunicarse con el controlador principal 1 10 o un sub-controlador del controlador principal. Preferentemente, el segundo resistor térmico 2560 se utiliza para ajustar las fluctuaciones de la temperatura ambiental que es parte de una señal del primer resistor térmico 2570, tales como calculando una diferencia entre los valores de los resistores térmicos 2570, 2560 para obtener una lectura más precisa del ciclo de respiración del paciente Refiriéndose nuevamente a la figura 23, se proporciona un segundo ejemplo de un sistema de vigilancia. En un ejemplo de un sistema de vigilancia de la fuerza de respiración, se coloca un sensor por el torso. Por ejemplo, el medidor de fuerza se adjunta de manera reemplazable al pecho del paciente. Para evitar la interferencia esférica de los componentes del sistema de sensor de la fuerza con la terapia con protones, el sistema de vigilancia de fuerza del aliento se utiliza preferentemente al tratar un tumor localizado en la cabeza, cuello y extremidades. En el sistema de vigilancia de la fuerza, un cinturón o correa 2350 se coloca alrededor de un área del torso del paciente que se expande y contrae con cada ciclo de respiración del paciente. El cinturón 2350 es preferentemente apretado sobre el pecho del paciente y es flexible. Un medidor de fuerza 2352 se conecta al cinturón y detecta el patrón de respiración del paciente. Las fuerzas aplicadas al medidor de fuerza 2352 se correlacionan con períodos del ciclo de respiración. Las señales del medidor fuerza 2352 preferiblemente se comunican con el controlador principal 110 o un sub-controlador del controlador principal Control de respiración En una modalidad, se coloca un paciente y una vez determinado el patrón rítmico del ciclo de respiración o aliento del sujeto, una señal opcionalmente se suministra al paciente, tal como a través de la pantalla del monitor 2290, para controlar con precisión la frecuencia respiratoria. Por ejemplo, la pantalla 2290 se coloca delante del paciente y un mensaje o señal se transmite a la pantalla 2290 dirigiendo al sujeto para mantener su respiración y cuando respira. Normalmente, un módulo de control de respiración utiliza la entrada de uno o más de los sensores de respiración. Por ejemplo, la entrada se utiliza para determinar cuándo la próxima exhalación del aliento se completa. En la parte inferior de la respiración, el módulo de control muestra una señal de respiración mantenida al sujeto, tal como en un monitor, a través de una señal oral, digitalizada y comando de voz generado automáticamente, o a través de una señal de control visual. Preferiblemente, un monitor 2290 se coloca delante del sujeto y el monitor muestra los comandos de respiración al sujeto. Normalmente, el sujeto se dirige a contener su respiración durante un corto período de tiempo, como aproximadamente ½, 1 , 2, 3, 5 ó 10 segundos. El período de tiempo que se mantiene la respiración preferiblemente se sincroniza con el tiempo de suministro del haz de protones en el tumor, que es aproximadamente ½, 1 , 2 ó 3 segundos. Mientras que el suministro de los protones en la parte inferior de la respiración es preferido, protones opcionalmente se suministran en cualquier punto en el ciclo de respiración, tal como durante la completa inhalación. El suministro en la parte superior de la respiración o cuando el paciente es dirigido a inhalar profundamente y contener la respiración por el módulo de control de la respiración se realiza opcionalmente como en la parte superior de la respiración es más grande la cavidad pectoral y para algunos tumores se maximiza la distancia entre el tumor y el tejido circundante o el tejido circundante es enrarecido como un resultado del aumento del volumen. Por lo tanto, se minimizan los protones que golpean el tejido circundante. Opcionalmente, la pantalla indica al sujeto cuando se les pide mantener su respiración, tal como con una cuenta regresiva de 3, 2, 1 , segundos para que el sujeto esté consciente de la tarea que se les pedirá realizar.

Sincronización de terapia de haz de protones con respiración En una modalidad, la terapia de partículas cargadas y preferiblemente la terapia de protones de campos múltiples se coordina y sincroniza con la respiración del paciente a través del uso de los sensores de retroalimentación de respiración, descrita supra, utilizada para vigilar y/o controlar la respiración del paciente. Preferiblemente, la terapia de partículas cargadas se realiza en un paciente en una posición parcialmente inmovilizada y re-colocable y el suministro de protones en el tumor 1620 se programa a la respiración del paciente mediante el control de la inyección de haz de partículas cargadas, aceleración, extracción y/o métodos de direccionamiento y aparatos. La sincronización aumenta la precisión de suministro de protones eliminando la ambigüedad de posición debida al movimiento relativo de los componentes del cuerpo durante un ciclo de respiración del paciente.

En una segunda modalidad, un sistema de rayos x se utiliza para proporcionar imágenes de rayos x de un paciente en la misma orientación, como se observa por un haz de terapia de protones y el sistema de rayos x y el haz de terapia de protones se sincronizan con la respiración del paciente. Preferentemente, el sistema sincronizado se utiliza en conjunción con la fuente de haz de iones negativos, sincrotrón, y/o método de direccionamiento y aparato para proporcionar una radiografía regulada con la respiración del paciente donde se recoge la radiografía inmediatamente antes y/o simultáneamente con irradiación de terapia del haz de partículas para garantizar un suministro dirigido y controlado de energía respecto a una posición del paciente resultando en tratamiento eficiente, preciso y/o exacto de un tumor canceroso sólido con minimización de daños a alrededor de tejido sano en un paciente con el sistema de verificación de posición del haz de protones.

Un algoritmo de control de suministro de protones se utiliza para sincronizar el suministro de los protones al tumor dentro de un período determinado de cada respiración, tal como en la parte superior de un respiración, en la parte inferior de una respiración, y/o cuando el sujeto mantiene su respiración. El algoritmo de control de suministro de protones preferentemente está integrado con el módulo de control de respiración. Así, el algoritmo de control de suministro de protones sabe cuando el sujeto está respirando, cuando el sujeto está en el ciclo de respiración, y/o cuando el sujeto mantiene la respiración. El algoritmo de control de suministro de protones controla cuando los protones se inyectan y/o flexionan en el sincrotrón, cuando se aplica una señal RF para inducir una oscilación, como se describe supra, y cuando se aplica un voltaje DC para extraer los protones del sincrotrón, como se describe supra. Normalmente, el algoritmo de control de suministro de protones inicia la inflexión de los protones y la posterior oscilación inducido por RF antes de que el sujeto se dirija a contener la respiración o antes del período identificado del ciclo de respiración seleccionado para un tiempo de entrega de protones. De esta manera, el algoritmo de control de suministro de protones ofrece protones en un período seleccionado del ciclo de respiración. El algoritmo de control de suministro de protones opcionalmente se ajusta a una señal de AC RF que coincide con el ciclo de respiración o ciclo de respiración dirigido del sujeto.

Los elementos de terapia de partícula cargada descrita antes se combinan en combinaciones y/o permutaciones en el desarrollo e implementación de un plan de tratamiento de tumor, descrito infra.

Re-colocación del paciente controlado por computadora Uno o más de los componentes de unidad de colocación del paciente y/o una o más de las restricciones de colocación del paciente están preferentemente bajo control de la computadora. Por ejemplo, los registros informáticos o controles de la posición de los elementos de colocación del paciente 2215, tal como a través del registro de una serie de posiciones motoras conectadas a impulsos que mueven los elementos de colocación del paciente 2215. Por ejemplo, el paciente inicialmente se coloca y restringe por las restricciones de colocación del paciente 2215. La posición de cada una de las restricciones de colocación del paciente se graba y guarda por el controlador principal 110, por un sub-controlador del controlador principal 1 10, o por un controlador de computadora separado. A continuación, se utilizan los sistemas de imágenes para localizar el tumor 1620 en el paciente 1630 mientras el paciente está en la posición controlada de tratamiento final. Preferiblemente, cuando el paciente se encuentra en la posición controlada, imágenes de múltiples campos se realizan, como se describe en este documento. El sistema de imágenes 170 incluye uno o más de: MRI, rayos X, CT, tomografía de haz de protones y similares. Opcionalmente pasa el tiempo en este momento mientras se analizan las imágenes desde el sistema de imágenes 170 y se traza un plan de tratamiento de terapia de protones. El paciente sale opcionalmente del sistema de restricción durante este período de tiempo, que puede ser minutos, horas o días. Durante, y preferiblemente después, de regreso del paciente y colocación inicial del paciente en la unidad de colocación del paciente, la computadora vuelve a las restricciones de colocación del paciente a las posiciones registradas. Este sistema permite la rápida re-colocación del paciente a la posición que se utiliza durante la creación de imágenes y desarrollo del plan de tratamiento de irradiación de partículas cargadas de campos múltiples, que minimiza el tiempo de instalación de colocación del paciente y maximiza el tiempo que el sistema de haz de partícula cargada 100 se utiliza para el tratamiento de cáncer.

Reproducción de la colocación e inmovilización del paciente En una modalidad, mediante un sistema de colocación e inmovilización del paciente una región del paciente 1630 alrededor del tumor 1620 se coloca e inmoviliza de manera reproducible, tal como con el sistema de traslación y colocación con rotación del paciente motorizado 1610 y/o con las restricciones de colocación del paciente 2215. Por ejemplo, uno de los sistemas de colocación antes descritos, tales como (1 ) el sistema de inmovilización parcial semi-vertical 2200; (2) el sistema de inmovilización parcial en la posición sentado 2300; o (3) el sistema de posición tendida 2400 se utiliza en combinación con el sistema de traslación y rotación del paciente 1610 para colocar el tumor 1620 del paciente 1630 relativo a la trayectoria del haz de protones 268. Preferiblemente, la posición y el sistema de inmovilización controla la posición del tumor 1620 relativo a la trayectoria de haz de protones 268, inmoviliza la posición del tumor 1620 y facilita la re-colocación del tumor 1620 relativo a la trayectoria del haz de protones 268 después que el paciente 1630 se ha movido fuera de la trayectoria de haz de protones 268, tal como durante el desarrollo de un plan de tratamiento de irradiación.

Preferentemente, el tumor 1620 del paciente 1630 se coloca en términos de ubicación 3D y en términos de actitud de orientación. En este documento, la ubicación 3D se define en términos de los ejes x-, y- y z- y actitud de orientación es el estado del paso, desviación y rodamiento. Rodamiento es la rotación de un plano sobre el eje z, paso es la rotación de un plano sobre el eje x y desviación es la rotación de un plano alrededor del eje y. Inclinación se utiliza para describir el rodamiento y paso. Preferentemente, el sistema de colocación e inmovilización controla la ubicación del tumor 1620 relativo a la trayectoria del haz de protones 268 en términos de al menos tres y preferiblemente en términos de cuatro, cinco o seis de: paso, desviación, rodamiento, ubicación del eje x, ubicación de eje y, y ubicación z.

Silla El sistema de colocación e inmovilización del paciente se describe usando una silla de colocación ejemplar. Para mayor claridad, se describe un caso de colocación e inmovilización de un tumor en un hombro mediante la colocación de la silla. Mediante el sistema de inmovilización semi-vertical 2200, el paciente generalmente se coloca utilizando el soporte de asiento 2220, soporte de rodilla 2260 y/o soporte de pie 2270. Para posicionar además el hombro, un motor de respaldo 2230 empuja contra el torso del paciente. Motores de soporte del brazo adicionales 2250 alinean el brazo, tal como al presionar con una primera fuerza en una dirección contra el codo del paciente y la muñeca del paciente se coloca mediante una segunda fuerza en una contra-dirección. Esto restringe el movimiento del brazo, que ayuda a posicionar el hombro. Opcionalmente, el soporte de la cabeza está colocado para restringir aún más el movimiento del hombro aplicando tensión en el cuello. Combinadas, las restricciones de colocación del paciente 2215 controlan la posición del tumor 1620 del paciente 1630 en al menos tres dimensiones y preferiblemente controlan la posición del tumor 1620 en términos de todas los movimiento de desviación, rodamiento y de paso, así como en términos de la posición de eje x-, y- y z-. Por ejemplo, las restricciones de colocación del paciente coloca el tumor 1620 y restringe el movimiento del tumor, tal como al impedir que el paciente caiga. Opcionalmente, los sensores en una o más restricciones de colocación del paciente 2215 graban una fuerza aplicada. En un caso, el soporte de asiento detecta el peso y aplica una fuerza para soportar una fracción del peso del paciente, tal como aproximadamente 50, 60, 70 o 80 por ciento del peso del paciente. En un segundo caso, se registra una fuerza aplicada al cuello, brazo y/o pierna.

Generalmente, el sistema de colocación e inmovilización del paciente quita grados de libertad de movimiento del paciente 1630 para colocar con exactitud y precisión y controlar la posición del tumor 1620 relativo a la trayectoria del haz de rayos X, trayectoria de haz de protones 268 y/o una trayectoria de haz de imagen. Además, una vez que se eliminan los grados de libertad, las posiciones de motor para cada una de las restricciones de colocación del paciente se registran y comunican digitalmente al controlador principal 1 10. Una vez que el paciente se mueve desde el sistema de inmovilización, como cuando se genera el plan de tratamiento de radiación, el paciente 1630 debe ser re-colocado con precisión antes que el plan de irradiación se implemente. Para lograr esto, el paciente 1630 se sienta generalmente en el dispositivo de colocación, tal como la silla y el controlador principal envía las señales de posición de motor y opcionalmente las fuerzas aplicadas de vuelta a los motores controlando cada una de las restricciones de colocación del paciente 2215 y cada una de las restricciones de colocación del paciente 2215 se mueven automáticamente de regreso a sus respectivas posiciones registradas. Por lo tanto, la re-colocación y re-inmovilización del paciente 1630 se lleva a cabo desde un tiempo de sentarse a una posición totalmente controlada en menos de aproximadamente 10, 30, 60 o 120 segundos.

Usando el sistema de colocación de paciente controlada y automatizada por computadora, el paciente se re-coloca en el sistema de colocación e inmovilización usando las posiciones de motor de restricción de colocación del paciente recordada 2215; el paciente 1630 se traslada y gira usando la traslación del paciente y el sistema de rotación 1620 relativo al haz de protones 268; y el haz de protones 268 se explora a su posición de haz momentánea 269 por el controlador principal 110, que sigue el plan de tratamiento de irradiación generado.

Aunque la invención ha sido descrita en el presente documento en relación con determinadas modalidades preferidas, un experto en la técnica comprenderá fácilmente que otras aplicaciones se pueden sustituir por aquellas establecidas aquí sin apartarse del espíritu y el alcance de la invención presente.

Claims (56)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN REIVINDICACIONES

1.- Un aparato de irradiación de haz de partículas para terapia de cáncer con partículas cargadas de un tumor de un paciente, que comprende: un sincrotrón que acelera un haz de partículas cargadas; un sensor de respiración que genera una señal de respiración, dicha señal de respiración que monitorea un ciclo de respiración del paciente; una plataforma giratoria que sostiene al paciente, en donde dicha plataforma giratoria gira a través de de aproximadamente trescientos sesenta grados durante un período de irradiación del paciente, en donde dicho sincrotrón usa dicha señal de respiración para suministrar dicho haz de partículas cargadas en el tumor en un punto de ajuste en dicho ciclo de la respiración, en donde dicho suministro de dicho haz de partículas cargadas en dicho punto de ajuste de dicho ciclo de la respiración ocurre en más de cinco posiciones de rotación de dicha plataforma giratoria.

2. - El aparato de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque dicho sensor de respiración comprende un medidor de fuerza unido de manera reemplazable al pecho del paciente.

3. - El aparato de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque dicho sensor de respiración comprende: un primer resistor térmico colocado próximo a la nariz del paciente; un segundo resistor térmico colocado fuera de una trayectoria de exhalación del paciente y en el mismo ambiente de sala local que dicha plataforma giratoria, en donde dicha señal de respiración se genera usando diferencias entre las lecturas de dicho primer resistor térmico y dicho segundo resistor térmico.

4.- El aparato de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque comprende adicionalmente: una pantalla de visualización conectada a una porción superior de dicha plataforma giratoria, dicha pantalla de visualización visualiza los comandos de control de respiración al paciente.

5.- El aparato de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado además porque dicha señal de respiración se utiliza en la generación de dichos comandos de control de respiración y en donde dichos comandos de control de respiración comprenden una cuenta regresiva visual en dicha pantalla de visualización para cuando la respiración del paciente se mantiene.

6. - El aparato de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque dicho suministro de dicho haz de partículas cargadas en dicho punto de ajuste de dicho ciclo de respiración ocurre en más de veinte posiciones de rotación de dicha plataforma giratoria, en donde la energía ingresada de dicho haz de partículas cargadas se distribuye circunferencialmente sobre el tumor.

7. - El aparato de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado además porque dicho suministro de dicho haz de partículas cargadas no suministra nada de dicha energía ingresada a la medula espinal u ojos del paciente.

8. - El aparato de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque comprende adicionalmente un sistema de inyección que inyecta protones en dicho sincrotrón, en donde dicho sistema de inyección comprende cualquiera de: una fuente de iones negativos que generando iones negativos; un sistema de enfoque de haz de iones que enfoca dichos iones negativos a lo largo de una trayectoria de haz de iones negativos dentro de un tubo de vacío; un acelerador tándem, y un sistema de vacío parcial.

9. - El aparato de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado además porque dicha fuente de iones negativos comprende: una cámara de de plasma de alta temperatura; un material magnético dentro de dicha cámara de plasma de alta temperatura, en donde dicho material magnético proporciona una barrera de campo magnético entre dicha cámara de plasma de alta temperatura y una región de plasma de baja temperatura.

10. - El aparato de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado además porque dicho sistema de enfoque de haz de iones comprende: un primer electrodo que rodea circunferencialmente a dicha trayectoria de haz de iones negativos, y un segundo electrodo que obstruye parcialmente dicha trayectoria de haz de iones negativos con una malla conductora, en donde líneas de campo eléctrico corren entre dicha malla conductora y dicho primer electrodo, en donde dichas líneas de campo eléctrico enfocan dichos iones negativos a lo largo de dicha trayectoria de haz de iones negativos.

1 1 . - El aparato de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado además porque dicho acelerador tándem comprende una lámina de carbono en dicha trayectoria de haz de iones negativos, en donde dichos iones negativos que transmiten a través de dicha lámina de carbono convertir a protones a lo largo de una trayectoria de haz de protones, en donde dicha lámina de carbono se acopla mecánicamente a paredes que rodean circunferencialmente dicho haz de iones negativos para producir una barrera de vacío entre un lado de haz de iones negativos de dicha lámina de carbono y un lado de haz de protones de dicha lámina de carbono.

12. - El aparato de conformidad con la reivindicación 11 , caracterizado además porque dicho sistema de vacío parcial comprende: una bomba turbo molecular que bombea aire fuera de dicho tubo de vacío en un volumen de retención; un sensor de presión que sensibiliza una presión en dicho volumen retención; un controlador que recibe dicha presión de dicho sensor de presión, en donde dicho controlador instruye a un accionador a abrir una válvula cuando dicha presión cruza un umbral, y una bomba de operación semi-continuamente que remueve la presión de dicho volumen de retención, en donde dicha bomba de operación semi-continuamente opera en coordinación con dicho accionador que abre y bloquea dicha válvula.

13. - El aparato de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque dicho sincrotrón comprende cuatro secciones de giro, en donde cada una de dichas secciones de giro gira dicho haz de partículas cargadas cerca de noventa grados.

14. - El aparato de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado además porque dichas cuatro secciones de giro comprenden cuatro imanes de flexión principales.

15. - El aparato de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado además porque cada uno de dichos imanes de flexión principales comprenden dos bordes biselados, donde cada uno de dichos dos bordes biselados enfocan dicho haz de partículas cargadas.

16.- El aparato de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque dicho sincrotrón no comprende imanes cuadrípolos cerca de una trayectoria de circulación de dicho haz de partículas cargadas en dicho sincrotrón.

17. - El aparato de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque dicho sincrotrón comprende una circunferencia de menos de sesenta metros y por lo menos treinta superficies de enfoque de borde, en donde una superficie de enfoque de borde comprende un borde biselado de un imán de flexión principal.

18. - El aparato de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque dicho sincrotrón sólo comprende cuatro secciones de giro, en donde cada sección de giro comprende al menos cuatro imanes de flexión, y en donde cada imán de flexión comprende al menos un borde de enfoque.

19.- El aparato de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque dicho sincrotrón comprende: exactamente cuatro secciones de giro, y no cuadrípolos cerca de una trayectoria de circulación de dicho haz de partículas cargadas en dicho sincrotrón.

20.- Un aparato para generar un haz de iones negativos para su uso con terapia de radiación de partículas cargadas, que comprende: una fuente de iones negativos que comprende: un material magnético, y una cámara de plasma de alta temperatura que abarca sustancialmente dicho material magnético; en donde dicha cámara de plasma de alta temperatura comprende: un primer electrodo de generación de iones en un primer extremo de dicha cámara de plasma de alta temperatura, un segundo electrodo de generación de iones en un segundo extremo de dicha cámara de plasma de alta temperatura, y un campo magnético que lleva la pared exterior; en donde la aplicación de un primer pulso de alto voltaje a través de dicho primer electrodo de generación de iones y dicho segundo electrodo de generación de iones se rompe en hidrógeno en dicha cámara de plasma de alta temperatura en partes de componente; en donde dicho material magnético produce un bucle de campo magnético que corre a través de dicho primer electrodo de generación de iones, a través de dicho campo magnético que lleva la pared exterior, a través de dicho segundo electrodo de generación de iones, a través de una abertura, y a través de dicho material magnético; en donde dicho bucle de campo magnético produce una barrera magnética a través de dicha abertura entre dicha cámara de plasma de alta temperatura y una región de plasma de baja temperatura, dicha barrera magnética que pasa un subconjunto de dichas partes de componente; en donde electrones de baja energía interactúan con hidrógeno atómico para crear aniones de hidrógeno en dicha región de plasma de baja temperatura; en donde la aplicación de un segundo pulso de alto voltaje a través de dicho segundo electrodo de generación de iones y un tercer electrodo de generación de iones extrae los iones negativos de dicha fuente de iones negativos en el haz de iones negativos.

21. - El aparato de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado además porque dicho primer pulso de alto voltaje comprende un pulso de al menos cuatro kilovoltios por un período de al menos quince microsegundos.

22. - El aparato de conformidad con la reivindicación 21 , caracterizado además porque dicho segundo pulso de alto voltaje comprende un pulso de al menos veinte kilovoltios durante un período de superposición de los últimos cinco microsegundos de dicho primer pulso de alto voltaje.

23. - El aparato de conformidad con la reivindicación 21 , caracterizado además porque dicho segundo pulso de alto voltaje comprende un pulso de al menos veinte kilovoltios durante un período de superposición de los últimos tres microsegundos de dicho primer pulso de alto voltaje.

24. - El aparato de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado además porque comprende adicionalmente un sistema de enfoque de haz de iones negativos, que comprende: un primer electrodo de enfoque que rodea circunferencialmente el haz de iones negativos; un segundo electrodo de enfoque que comprende trayectorias conductoras que bloquean al menos parcialmente el haz de iones negativos; en donde líneas de campo eléctrico corren entre dicho primer electrodo de enfoque y dicho segundo electrodo de enfoque, en donde los iones negativos en los vectores de fuerza de encuentro de haz de iones negativos que corre arriba de las primeras líneas de campo eléctrico que enfoca el haz de iones negativos.

25. - El aparato de conformidad con la reivindicación 24, caracterizado además porque dicho primer electrodo de enfoque comprende una carga negativa, en donde dicho segundo electrodo de enfoque comprende una carga positiva.

26. - El aparato de conformidad con la reivindicación 25, caracterizado además porque dichas trayectorias conductoras comprenden cualquiera de: una serie de líneas conductoras que corren sustancialmente en paralelo a través del haz de iones negativos; una rejilla conductora que atraviesa el haz de iones negativos; y una lámina a través del haz de iones negativos, dicha lámina que tiene orificios con áreas combinadas de al menos noventa por ciento del área de sección transversal del haz de iones negativos.

27. - El aparato de conformidad con la reivindicación 26, caracterizado además porque dichas trayectorias conductoras bloquean menos del diez por ciento del área de sección transversal del haz de iones negativos.

28. - El aparato de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado además porque comprende adicionalmente: un sincrotrón, que comprende: cuatro secciones de giro, en donde cada una de dichas secciones de giro giran dicho haz de partículas cargadas alrededor de noventa grados; en donde el haz de iones negativos se convierte en un haz de protones; en donde el haz de protones se inyecta en dicho sincrotrón; en donde dicho sincrotrón no comprende imán cuadrípolo cerca de una trayectoria de circulación de dicho haz de partículas cargadas en dicho sincrotrón.

29. - Un aparato para enfocar iones negativos en un haz de iones negativos que tienen un área de sección transversal como parte de un dispositivo de irradiación de partículas cargadas, que comprende: un primer electrodo de enfoque que rodea circunferencialmente el haz de iones negativos; un segundo electrodo de enfoque que comprende trayectorias conductoras que bloquean al menos parcialmente el haz de iones negativos; en donde primeras líneas de campo eléctrico corren entre dicho primer electrodo de enfoque y dicho segundo electrodo de enfoque, en donde los iones negativos encuentran vectores de fuerza que corren arriba de dichas primeras líneas de campo eléctrico que enfocan el haz de iones negativos.

30. - El aparato de conformidad con la reivindicación 29, caracterizado además porque dicho primer electrodo de enfoque comprende una carga negativa, en donde dicho segundo electrodo de enfoque comprende una carga positiva.

31 . - El aparato de conformidad con la reivindicación 30, caracterizado además porque dicha trayectorias conductoras comprenden cualquiera de: una serie de líneas conductoras que corren sustancialmente en paralelo a través del haz de iones negativos; una rejilla conductora que atraviesa el haz de iones negativos; y una lámina a través del haz de iones negativos, dicha lámina que tiene orificios con áreas combinadas de al menos noventa por ciento del área de sección transversal del haz de iones negativos.

32.- El aparato de conformidad con la reivindicación 31 , caracterizado además porque dichas trayectorias conductoras bloquean menos del diez por ciento del área de sección transversal del haz de iones negativos.

33.- El aparato de conformidad con la reivindicación 32, caracterizado además porque comprende adicionalmente: un tercer electrodo de enfoque que rodea circunferencialmente el haz de iones negativos, en donde dicho segundo electrodo de enfoque comprende una posición entre dicho primer electrodo de enfoque y dicho tercer electrodo de enfoque, en donde dicho tercer electrodo de enfoque comprende una carga negativa, en donde segundas líneas del campo eléctrico corren entre dicho tercer electrodo de enfoque y dicho segundo electrodo de enfoque, en donde los iones negativos encuentran vectores de fuerza que corren arriba de dichas segundas líneas de campo eléctrico que enfocan el haz de iones negativos.

34.- El aparato de conformidad con la reivindicación 29, caracterizado además porque comprende adicionalmente: una fuente de iones negativos que comprende: un material magnético, y una cámara de plasma de alta temperatura que abarca sustancialmente dicho material magnético; en donde dicha cámara de plasma de alta temperatura comprende: un primer electrodo de generación de iones en un primer extremo de dicha cámara de plasma de alta temperatura, un segundo electrodo de generación de iones en un segundo extremo de dicha cámara de plasma de alta temperatura, y un campo magnético que lleva la pared exterior; en donde la aplicación de un primer pulso de alto voltaje a través de dicho primer electrodo de generación de iones y dicho segundo electrodo de generación de iones se rompe en hidrógeno en dicha cámara de plasma de alta temperatura en partes de componente; en donde dicho material magnético produce un bucle de campo magnético que corre a través de dicho primer electrodo de generación de iones, a través de dicho campo magnético que lleva la pared exterior, a través de dicho segundo electrodo de generación de iones, a través de una abertura, y a través de dicho material magnético; en donde dicho bucle de campo magnético produce una barrera magnética a través de dicha abertura entre dicha cámara de plasma de alta temperatura y una región de plasma de baja temperatura, dicha barrera magnética que pasa un subconjunto de dichas partes de componente; en donde electrones de baja energía interactúan con hidrógeno atómico para crear aniones de hidrógeno en dicha región de plasma de baja temperatura; en donde la aplicación de un segundo pulso de alto voltaje a través de dicho segundo electrodo de generación de iones y un tercer electrodo de generación de iones extrae los iones negativos de dicha fuente de iones negativos en el haz de iones negativos.

35. - El aparato de conformidad con la reivindicación 34, caracterizado además porque comprende adicionalmente: un sincrotrón, en donde el haz de iones negativos se convierte en un haz de protones que usa una película de carbono berilio, en donde dicha película de carbono comprende de un grosor de aproximadamente 30 a 200 mieras de grosor; en donde el haz de protones se inyecta en dicho sincrotrón; en donde dicho sincrotrón comprende: cuatro secciones de giro, en donde cada una de dichas secciones de giro gira el haz de protones alrededor de noventa grados; ningún imán cuadrípolo cerca de una trayectoria de circulación del haz de protones en dicho sincrotrón.

36. - Un aparato para acelerar partículas cargadas, que comprende: un sincrotrón, que comprende: exactamente cuatro secciones de giro, en donde cada una de dichas secciones de giro gira el haz de partículas cargadas alrededor de noventa grados; en donde dicho sincrotrón no comprende imán cuadrípolo cerca de una trayectoria de circulación del haz de partículas cargadas en dicho sincrotrón.

37. - El aparato de conformidad con la reivindicación 36, caracterizado además porque cada una de dichas cuatro secciones de giro comprende cuatro ¡manes de flexión principales.

38.- El aparato de conformidad con la reivindicación 37, caracterizado además porque cada uno de dichos imanes de flexión principales comprende dos bordes biselados, donde cada uno de dichos dos bordes biselados enfocan el haz de partículas cargadas.

39. - El aparato de conformidad con la reivindicación 36, caracterizado además porque dicho sincrotrón comprende: una circunferencia de menos de sesenta metros, y al menos treinta superficies de enfoque de borde, en donde una superficie de enfoque de borde comprende un borde biselado de un imán de flexión principal.

40. - El aparato de conformidad con la reivindicación 36, caracterizado además porque dicho sincrotrón comprende exactamente cuatro secciones de giro, en donde cada sección de giro comprende al menos cuatro imanes de flexión, y en donde cada imán de flexión comprende al menos un borde de enfoque.

41 . - El aparato de conformidad con la reivindicación 36, caracterizado además porque comprende adicionalmente: una fuente de iones negativos que comprende: un material magnético, y una cámara de plasma de alta temperatura que abarca sustancialmente dicho material magnético; en donde dicha cámara de plasma de alta temperatura comprende: un primer electrodo de generación de iones en un primer extremo de dicha cámara de plasma de alta temperatura, un segundo electrodo de generación de iones en un segundo extremo de dicha cámara de plasma de alta temperatura, y un campo magnético que lleva la pared exterior; en donde la aplicación de un primer pulso de alto voltaje a través de dicho primer electrodo de generación de iones y dicho segundo electrodo de generación de iones se rompe en hidrógeno en dicha cámara de plasma de alta temperatura en partes de componente; en donde dicho material magnético produce un bucle de campo magnético que corre a través de dicho primer electrodo de generación de iones, a través de dicho campo magnético que lleva la pared exterior, a través de dicho segundo electrodo de generación de iones, a través de una abertura, y a través de dicho material magnético; en donde dicho bucle de campo magnético produce una barrera magnética a través de dicha abertura entre dicha cámara de plasma de alta temperatura y una región de plasma de baja temperatura, dicha barrera magnética que pasa un subconjunto de dichas partes de componente; en donde electrones de baja energía interactúan con hidrógeno atómico para crear aniones de hidrógeno en dicha región de plasma de baja temperatura; en donde la aplicación de un segundo pulso de alto voltaje a través de dicho segundo electrodo de generación de iones y un tercer electrodo de generación de iones extrae los iones negativos de dicha fuente de iones negativos en el haz de iones negativos; en donde el haz de iones negativos se convierte al haz de partículas cargadas y se inyecta en dicho sincrotrón.

42.- El aparato de conformidad con la reivindicación 41 , caracterizado además porque comprende adicionalmente un sistema de enfoque para el haz de iones negativos, que comprende: un primer electrodo de enfoque que rodea circunferencialmente el haz de iones negativos; un segundo electrodo de enfoque que comprende trayectorias conductoras que bloquean al menos parcialmente el haz de iones negativos; en donde líneas de campo eléctrico corren entre dicho primer electrodo de enfoque y dicho segundo electrodo de enfoque; en donde los iones negativos encuentran vectores de fuerza que corren arriba de dichas líneas de campo eléctrico que enfocan el haz de iones negativos.

43. - El aparato de conformidad con la reivindicación 36, caracterizado además porque comprende adicionalmente un sistema de enfoque de haz de iones negativos, que comprende: un primer electrodo de enfoque que rodea circunferencialmente el haz de iones negativos; un segundo electrodo de enfoque que comprende trayectorias conductoras que bloquean al menos parcialmente el haz de iones negativos; en donde primeras líneas de campo eléctrico corren entre dicho primer electrodo de enfoque y dicho segundo electrodo de enfoque, en donde los iones negativos encuentran vectores de fuerza que corren arriba de las líneas de campo eléctrico que enfocan el haz de iones negativos; en donde el haz de iones negativos se convierte en un haz de protones que usa una película de carbono berilio, en donde dicha película de carbono comprende un grosor de aproximadamente 30 a 200 mieras de grosor; en donde dicho haz de partículas cargadas comprende el haz de protones, en donde el haz de protones se inyecta en dicho sincrotrón.

44. - El aparato de conformidad con la reivindicación 43, caracterizado además porque dicho primer electrodo de enfoque comprende una carga negativa, en donde dicho segundo electrodo de enfoque comprende una carga positiva.

45. - El aparato de conformidad con la reivindicación 44, caracterizado además porque dichas trayectorias conductoras comprenden cualquiera de: una serie de líneas conductoras que corren sustancialmente en paralelo a través del haz de iones negativos; una rejilla conductora que atraviesa el haz de iones negativos; y una lámina a través del haz de iones negativos, dicha lámina que tiene orificios con áreas combinadas de al menos noventa por ciento del área de sección transversal del haz de iones negativos.

46.- El aparato de conformidad con la reivindicación 45, caracterizado además porque dichas trayectorias conductoras bloquean menos del diez por ciento del área de sección transversal del haz de iones negativos.

47.- Un aparato para terapia de cáncer de un tumor de un paciente con un haz de partículas cargadas, que comprende: un sincrotrón; una primera plataforma giratoria que gira durante un período de irradiación; un sistema de inmovilización montado en dicha primera plataforma giratoria, en donde dicho sistema de inmovilización restringe el movimiento del tumor durante el suministro del haz de partículas cargadas, en donde dicha primera plataforma giratoria gira a por lo menos diez posiciones de irradiación durante el suministro del haz de partículas cargadas al tumor por dicho sincrotrón.

48.- El aparato de conformidad con la reivindicación 47, caracterizado además porque comprende adicionalmente un sistema de colocación de eje vertical, en donde dicho sistema de colocación eje vertical mecánicamente ajusta dicha primera plataforma giratoria a lo largo de un eje alineado con gravedad.

49. - El aparato de conformidad con la reivindicación 48, caracterizado además porque dicho sistema de inmovilización comprende: un sistema de inmovilización del paciente semi-vertical manteniendo un torso del paciente en un ángulo de aproximadamente treinta a sesenta grados en vertical, en donde dicho sistema de inmovilización de pacientes semi-vertical comprende además: un soporte de asiento ajustable con motor; un respaldo ajustable con motor; un soporte para cabeza ajustable con motor; y un soporte de brazo ajustable con motor.

50. - El aparato de conformidad con la reivindicación 49, caracterizado además porque comprende adicionalmente un sistema de colocación con motor que registra las posiciones de cada uno de dicho soporte de asiento, dicho respaldo, dicho soporte de cabeza y dicho soporte de brazo.

51 . - El aparato de conformidad con la reivindicación 48, caracterizado además porque comprende adicionalmente un sensor de respiración, en donde dicho sensor de respiración comprende: un primer resistor térmico colocado cerca de la nariz del paciente; un segundo resistor térmico situado fuera de una trayectoria de exhalación del paciente y en el mismo entorno de sala local como dicha primera plataforma giratoria, en donde dicha señal de respiración se genera usando diferencias entre lecturas de dicho primer resistor térmico y dicho segundo resistor térmico, en donde dicho sincrotrón suministra el haz de partículas cargadas durante un intervalo de tiempo establecido de dicha señal de respiración en cada una de dichas al menos diez posiciones de irradiación.

52. - El aparato de conformidad con la reivindicación 47, caracterizado además porque comprende adicionalmente un sistema de inmovilización de paciente sentado, dicho sistema de inmovilización de posición de paciente sentado que comprende: un respaldo ajustable con motor; un soporte para cabeza ajustable con motor; y un soporte de brazo ajustable con motor.

53. - El aparato de conformidad con la reivindicación 52, caracterizado además porque comprende adicionalmente un sistema de colocación con motor que registra las posiciones de cada uno de dicho respaldo, dicho soporte de cabeza y dicho soporte de brazo.

54. - El aparato de conformidad con la reivindicación 52, caracterizado además porque comprende adicionalmente un sensor de respiración, en donde dicho sensor de respiración comprende un medidor de fuerza unido de manera reemplazable al pecho del paciente.

55. - El aparato de conformidad con la reivindicación 47, caracterizado además porque dicho sistema de inmovilización comprende: un sistema de inmovilización de paciente tendido, en donde dicho sistema de inmovilización de paciente tendido comprende: una mesa montada en dicha primera plataforma que se puede girar, y una plataforma tendida, en donde dicha plataforma tendida retiene el paciente deslizado sobre dicha mesa.

56. - El aparato de conformidad con la reivindicación 55, caracterizado además porque comprende adicionalmente: una segunda plataforma que se puede girar localizada arriba de dicha primera plataforma que se puede girar, en donde dicha segunda plataforma que se puede girar gira con dicha primera plataforma que se puede girar; y una pantalla montada a dicha segunda plataforma que se puede girar, en donde dicha pantalla despliega los comandos de control de respiración.