RU2423156C2

RU2423156C2 - Method of breast cancer exposure to hadron beam and related apparatus for implementation thereof

Info

Publication number: RU2423156C2
Application number: RU2009122238/14A
Authority: RU
Inventors: Валерий Денисович Белокрылов (RU); Валерий Денисович Белокрылов; Ирина Анатольевна Гладилина (RU); Ирина Анатольевна Гладилина; Борис Геннадьевич Калиничев (RU); Борис Геннадьевич Калиничев; Александр Дмитриевич Коваленко (RU); Александр Дмитриевич Коваленко; Валерий Александрович Костылёв (RU); Валерий Александрович Костылёв; Галина Дорофеевна Монзуль (RU); Галина Дорофеевна Монзуль; Алексей Норайрович Сисакян (RU); Алексей Норайрович Сисакян; Сергей Иванович Ткачев (RU); Сергей Иванович Ткачев
Priority date: 2009-06-10
Filing date: 2009-06-10
Publication date: 2011-07-10
Also published as: RU2009122238A

Abstract

FIELD: medicine.

SUBSTANCE: invention refers to medical equipment, and is used in hadron radiation therapy of malignant tumours, more specifically in breast cancer treatment by carbon proton and ion beams. The method involves the pre-radiation preparation consisting in fixing a patient, evaluating the topographometric parameters of the malignant tumours, developing a conformal irradiation session with considering the topographometric parameters of the malignant tumours, radiation-critical adjacent tissues and bodies, conducting the conformal irradiation session with regulating a radiation dose received by the malignant tumour, adjusting the acceptable values of irradiation source parametres, a radiation background, temperature values of various places of the irradiation source and magnetooptical chain of beam delivery of the malignant tumour. During the pre-radiation preparation and conformal irradiation session, the patient is fixed in an identical adjusted position, the topographometric parameters of the malignant tumours are evaluated, and a hadron beam is delivered to the malignant tumour in the form of an enable pulse of beam delivery to the breast cancer during a respiratory pause of the patient in the absence of a cardiac beat pulse wave peak with a constant size of a thorax. A therapeutic proton-ionic complex comprises a charged particle generator connected through a multichannel magnetic radiation transporter to a multichannel radiation therapeutic apparatus supplied with radiating heads, a cryogenic station, a gas refrigerator unit, a control and alarm equipment, and also a digital control means subsystem with its driving output connected to an beam delivery enable input of the charged particle generator. The charged particle generator is supplied with accelerating and deflecting magnets, while the multichannel magnetic radiation transporter comprises transporting and deflecting magnets, and the irradiating heads of the beam therapeutic apparatuses have scanning and focusing magnets. All magnetic windings are superconducting and have the cooling channels connected by a gas-vapour mixture of the cooling agent with the cryogenic station, and by a gas cooling agent - with the gas refrigerators. In addition, the complex accommodates physiological feedback means comprising time respiratory evaluators in the form of heat-sensitive sensors reacting to cold air in inhalation and on hot air in exhalation or optical electronic sensors reacting on the thorax size variation in respiration, and cardiac beat pulse wave in real time located on the patient's body.

EFFECT: use of the invention allows more precise irradiation of the breast cancers during respiration not injuring the adjacent healthy tissues and organs.

5 cl, 2 dwg

Description

Изобретение используется в медицинской технике и при выполнении лучевой терапии злокачественных опухолей (ЗО) пучками адронов, конкретно к лечению онкологических заболеваний медицинскими пучками протонов и ионов.The invention is used in medical technology and when performing radiation therapy for malignant tumors (ZO) by hadron beams, specifically to treat cancer with medical beams of protons and ions.

Известны способы и устройства протонной лучевой терапии (например, способ и система применения радиационной терапии - патент США №7295649, А 61N 5/10, приоритет от 13.10.2005, публикация в журнале «Медицинская физика» №3, 4 «Развитие протонной лучевой терапии (ПЛТ) в мире и в России» авторов Г.И.Кленова и B.C.Хорошкова и др.). Однако, несмотря на высокий уровень, достигнутый в результате многолетних работ ученых всего мира, известные способы и устройства ПЛТ не отвечают современным требованиям к лучевой терапии радиорезистентных ЗО и по точности попадания пучка на клиническую мишень (облучаемую ЗО) во время процессов дыхания пациента. Особенно это критично для пациентов с ЗО молочной железы (одна из самых распространенных форм ЗО), когда при дыхании пучок может попасть на близлежащие здоровые ткани и органы.Known methods and devices for proton radiation therapy (for example, the method and system for the use of radiation therapy - US patent No. 7295649, A 61N 5/10, priority from 10/13/2005, publication in the journal "Medical Physics" No. 3, 4 "Development of proton radiation therapy (PLT) in the world and in Russia ”by G.I. Klenov and BCKhoroshkov et al.). However, despite the high level achieved as a result of many years of work by scientists all over the world, the known methods and devices for PMT do not meet modern requirements for radiation therapy of radioresistant AOs and for the accuracy of a beam hit a clinical target (irradiated AO) during the patient's breathing processes. This is especially critical for patients with breast cancer (one of the most common forms of breast cancer), when when breathing, the bundle can get to nearby healthy tissues and organs.

Наиболее близким способом и устройством облучения ЗО, являющимися прототипом, являются способ и устройство, приведенные в описании полезной модели RU №81078 «Система протонно-ионной терапии онкологических заболеваний», A61N 5/10, приоритет от 06.10.2008. Устройство по указанной модели позволяет эффективно проводить лучевую терапию радиорезистентных ЗО, а также имеет резко (на порядок) меньшие резистивные потери энергии в ускоряющих, транспортирующих и отклоняющих магнитах системы. Однако способ и устройство прототипа обладают недостаточной точностью попадания пучка адронов на клиническую мишень, например, ЗО молочной железы в процессе дыхания больной.The closest method and device for the irradiation of AOs, which are the prototype, are the method and device described in the description of utility model RU No. 81078 “System of proton-ion therapy of cancer”, A61N 5/10, priority from 10/06/2008. The device according to this model allows you to effectively conduct radiation therapy of radioresistant AO, and also has sharply (an order of magnitude) lower resistive energy losses in the accelerating, transporting and deflecting magnets of the system. However, the method and device of the prototype have insufficient accuracy of hitting a hadron beam on a clinical target, for example, breast cancer during the patient’s breathing.

Целью настоящего изобретения является увеличение точности попадания пучка адронов на ЗО молочной железы в процессе дыхания больной и уменьшение вероятности повреждения близлежащих здоровых тканей и органов.The aim of the present invention is to increase the accuracy of getting the hadron beam on the breast of the breast during the breathing of the patient and reduce the likelihood of damage to nearby healthy tissues and organs.

Поставленная цель достигается предлагаемыми способом и устройством. При этом в заявляемом способе проведения облучения ЗО молочной железы пучком адронов, включающем проведение предлучевой подготовки, заключающейся в фиксации больной, определении топометрических параметров ЗО, разработку процедуры конформного облучения, учитывая топометрические параметры ЗО, близко лежащие ткани и органы, критичные к облучению, проведение сеанса конформного облучения с контролем получаемой ЗО дозы, допустимых значений параметров источника облучения, радиационного фона, температуры различных участков источника облучения и магнитооптических цепей доставки пучка к ЗО, в отличие от аналогов и прототипа во время предлучевой подготовки и при проведении сеанса конформного облучения больную фиксируют в идентичном отюстированном положении, определяют топометрические параметры ЗО и доставляют пучок адронов в виде импульса разрешения подачи пучка на злокачественную опухоль молочной железы в момент паузы между вдохом и выдохом больной при отсутствии пика пульсовой волны сердечных сокращений при неизменных размерах грудной клетки.This goal is achieved by the proposed method and device. Moreover, in the claimed method of irradiating a breast with a hadron beam, including preradiation preparation, which consists in fixing the patient, determining the topometric parameters of the breast, developing a conformal radiation procedure, taking into account the topometric parameters of the breast, closely lying tissues and organs critical for radiation, and conducting a session conformal irradiation with control of the obtained dose of the dose, permissible values of the parameters of the radiation source, background radiation, temperature of various parts of the source of irradiation unlike analogs and prototypes during preradiation preparation and during a conformal irradiation session, the patient is fixed in an identical adjusted position, the topometric parameters of the optic beam are determined, and the hadron beam is delivered in the form of a pulse allowing the beam to be delivered to a malignant breast tumor glands at the time of a pause between the patient’s inhalation and exhalation in the absence of a peak in the pulse wave of heart contractions with constant chest sizes.

Для осуществления предлагаемого способа устройство для проведения облучения злокачественных опухолей (ЗО) молочной железы пучком адронов - медицинский протонно-ионный комплекс - содержит генератор заряженных частиц, соединенный через многоканальное устройство магнитной транспортировки излучения с многоканальным устройством лучевой терапии, снабженным излучающими головками, криогенную станцию для охлаждения парогазовой смесью гелия обмоток магнитов генератора заряженных частиц, аппаратуру контроля и аварийной сигнализации, а также содержит подсистему цифровых средств управления, соединенную по информационным входам и управляющим выходам с соответствующими элементами комплекса, причем генератор заряженных частиц снабжен ускоряющими и отклоняющими магнитами, многоканальное устройство магнитной транспортировки излучения - транспортирующими и отклоняющими магнитами, а излучающие головки устройств лучевой терапии - сканирующими и фокусирующими магнитами, блок холодильных газовых машин для охлаждения газом гелия обмоток магнитов многоканальных устройств транспортировки излучения и лучевой терапии, при этом обмотки всех магнитов выполнены сверхпроводящими и снабжены каналами охлаждения, соединенными по парогазовой смеси агента охлаждения с криогенной станцией, а по газовому агенту охлаждения - с холодильными газовыми машинами, установленными в непосредственной близости у соответствующих магнитов, он также дополнительно содержит средства физиологической обратной связи, включающие средства, определяющие временные параметры дыхания в виде термочувствительных датчиков, реагирующих на холодный воздух при вдохе и на горячий воздух при выдохе или оптоэлектронных датчиков, реагирующих на изменение размеров грудной клетки при дыхании больной, и пульсовой волны СС больной, расположенные на теле больной, информационными выходами соединенные с информационными входами подсистемы цифровых средств управления.To implement the proposed method, a device for irradiating malignant tumors (ZO) of the mammary gland with a hadron beam — a medical proton-ion complex — comprises a charged particle generator connected through a multi-channel device for magnetic radiation transportation with a multi-channel radiation therapy device equipped with radiating heads, a cryogenic station for cooling a gas-vapor mixture of helium windings of magnets of a charged-particle generator, monitoring and alarm equipment, and e contains a subsystem of digital controls connected to the information inputs and control outputs with the corresponding elements of the complex, the charged particle generator is equipped with accelerating and deflecting magnets, a multi-channel device for magnetic radiation transportation with transporting and deflecting magnets, and the radiating heads of the radiation therapy devices with scanning and focusing magnets, a block of gas refrigeration machines for helium gas cooling of the windings of magnets of multi-channel devices radiation sorting and radiation therapy, while the windings of all the magnets are superconducting and equipped with cooling channels connected through a gas-vapor mixture of a cooling agent to a cryogenic station, and through a gas cooling agent to refrigerated gas machines installed in close proximity to the respective magnets, it is also optional contains means of physiological feedback, including means that determine the temporary parameters of respiration in the form of thermosensitive sensors that respond to cold the same air when inhaling and to hot air when exhaling or optoelectronic sensors that respond to changes in the size of the chest during breathing of the patient and the pulse wave of the patient CC, located on the patient’s body, information outputs connected to the information inputs of the digital control subsystem.

Сущность заявляемых изобретений поясняется чертежами, на которых изображено:The essence of the claimed invention is illustrated by drawings, which depict:

на фиг.1 - структурно-функциональная схема устройства для осуществления заявленного способа - медицинского протонно-ионного комплекса;figure 1 - structural-functional diagram of a device for implementing the inventive method is a medical proton-ion complex;

на фиг.2 - временная диаграмма параметров дыхания (а), пульсовой волны СС (б) пациента, тактовых импульсов машинного цикла (в), импульса разрешения подачи пучка адронов на ЗО молочной железы (г).figure 2 is a timing chart of the parameters of respiration (a), the pulse wave of the SS (b) of the patient, the clock pulses of the machine cycle (c), the pulse resolution of the supply of the hadron beam to the breast of the breast (g).

37 - фаза вдоха, когда холодный воздух поступает из окружающей среды пациенту; размеры грудной клетки изменяются от минимального значения до максимального значения.37 - phase of inspiration, when cold air enters the patient from the environment; chest sizes vary from a minimum value to a maximum value.

38 - фаза паузы между вдохом и выходом, когда воздух не поступает из окружающей среды пациенту; размеры грудной клетки остаются неизменными (т.е. максимального значения). Заштрихованная часть - временная область, когда ЗО молочной железы неподвижна.38 - phase of the pause between inspiration and exit, when air does not enter the patient from the environment; chest size remains unchanged (i.e. maximum value). The shaded part is the temporary area when the breast of the breast is motionless.

39 - фаза выдоха, когда горячий воздух поступает от пациента в окружающую среду; размеры грудной клетки изменяются от максимального значения до минимального значения.39 - expiratory phase when hot air enters from the patient into the environment; the size of the chest varies from maximum to minimum.

Медицинский протонно-ионный комплекс содержит генератор 1 заряженных частиц, многоканальное устройство 2 магнитной транспортировки излучения и многоканальное устройство 3 лучевой терапии, снабженное облучаемыми головками 24, криогенную станцию 7 для охлаждения парогазовой смесью гелия обмоток магнитов генератора 1 заряженных частиц, блок 8 холодильных газовых машин 9 для охлаждения газообразным охлажденным гелием обмоток магнитов многоканального устройства 2 транспортировки излучения и многоканального устройства 3 лучевой терапии, аппаратуру 6 контроля и аварийной сигнализации, подсистему цифровых средств управления, средства физиологической обратной связи, включающие средства, определяющие временные параметры дыхания (датчик 26 дыхания) и пульсовой волны СС пациента (датчик 27 пульса) в режиме реального времени. Датчики 26 и 27, расположенные на теле пациента, информационными выходами соединены с информационными входами подсистемы 5 цифровых средств управления, управляющий выход которой подключен к входу разрешения подачи пучка генератора заряженных частиц. В состав устройства 3 входят устройства 25 позиционирования и фиксации.Medical proton-ion complex contains a generator of charged particles 1, a multi-channel device 2 for magnetic radiation transport and a multi-channel device 3 for radiation therapy, equipped with irradiated heads 24, a cryogenic station 7 for cooling a gas-vapor mixture of helium windings of the magnets of the magnets of the generator 1 of charged particles, block 8 of gas refrigeration machines 9 for cooling gaseous cooled helium windings of magnets of a multi-channel radiation transport device 2 and a multi-channel radiation therapy device 3, ap 6 araturu control and alarm subsystem digital control means, physiological feedback means including means defining the timing of respiration (breathing sensor 26) and the pulse wave SS patient (pulse sensor 27) in real time. The sensors 26 and 27, located on the patient’s body, are connected with information outputs to the information inputs of the digital control subsystem 5, the control output of which is connected to the input permitting beam of the charged particle generator. The composition of the device 3 includes a device 25 positioning and fixing.

Генератор 1 заряженных частиц, многоканальные устройства 2 и 3 снабжены блоками магнитов со сверхпроводящими обмотками, причем генератор 1 заряженных частиц снабжен ускоряющими и отклоняющими магнитами, многоканальное устройство 2 магнитной транспортировки излучения - транспортирующими и отклоняющими магнитами, а излучающие головки 24 многоканального устройства 3 лучевой терапии - сканирующими и отклоняющими магнитами со сверхпроводящими обмотками. Генератор 1 заряженных частиц соединен через многоканальное устройство 2 магнитной транспортировки излучения с многоканальным устройством 3 лучевой терапии, каждый канал которого снабжен облучаемыми головками 24. Подсистема 5 цифровых средств управления соединена по информационным входам и управляющим выходами с соответствующими элементами комплекса посредством локальной информационной сети 10. Система 4 охлаждения содержит криогенную станцию 7 для охлаждения парогазовой смесью гелия обмоток магнитов генератора 1 заряженных частиц и блок 8 холодильных газовых машин 9 для охлаждения газообразным охлажденным гелием обмоток магнитов многоканального устройства 2 транспортировки излучения и многоканального устройства 3 лучевой терапии. Обмотки всех магнитов выполнены сверхпроводящими и снабжены каналами охлаждения, соединенными по парогазовой смеси агента охлаждения с криогенной станцией 7, а по газовому агенту охлаждения - с холодильными газовыми машинами 9, установленными в непосредственной близости у соответствующих магнитов.The charged particle generator 1, the multi-channel devices 2 and 3 are equipped with magnet blocks with superconducting windings, the charged particle generator 1 is equipped with accelerating and deflecting magnets, the multi-channel device 2 of magnetic radiation transportation with transporting and deflecting magnets, and the radiating heads 24 of the multi-channel radiation therapy device 3 are scanning and deflecting magnets with superconducting windings. The charged particle generator 1 is connected through a multi-channel device 2 for magnetic radiation transportation with a multi-channel device 3 for radiation therapy, each channel of which is equipped with irradiated heads 24. A subsystem 5 of digital controls is connected via information inputs and control outputs to the corresponding elements of the complex via a local information network 10. System 4 cooling contains a cryogenic station 7 for cooling a gas-vapor mixture of helium windings of the magnets of the generator 1 of charged particles and 8 lok gas refrigeration machines 9 for cooling the gaseous helium cooled magnet coils 2 multichannel radiation transporting device 3 and multichannel radiotherapy. The windings of all the magnets are made superconducting and equipped with cooling channels connected via a gas-vapor mixture of a cooling agent to a cryogenic station 7, and through a gas cooling agent to refrigerated gas machines 9 installed in close proximity to the respective magnets.

Криогенная станция 7 выполнена в виде гелиевой установки охлаждения типа КГУ 1600/4.5, снабженной емкостью с жидким гелием, поршневым компрессором типа 1ВУВ-45/150 и/или винтовым компрессором типа «Каскад-80/25, фильтрами осушки гелия, а также соединительными коллекторами прямого и обратного потока гелия. Холодильные газовые машины (криокулеры) 9 выполнены в виде теплообменников газа гелия с охлажденным азотом. Подсистема 5 цифровых средств управления содержит центральное многопроцессорное устройство 11, сервер 12 лечебных данных, сервер 13 файлов пациентов, сервер 46 данных комплекса, соединенные в локальной информационной сети с подсистемой 49 управления облучением и контроля проводимого сеанса, подсистемой 48 обеспечения гарантии качества облучения и безопасности пациента и соединенные с ними локальной информационной сетью 10 не менее четырех автоматизированных рабочих мест (АРМ) 14, оснащенных персональными компьютерами для онкорадиологов, обследующих онкологических больных и разрабатывающих исходные данные для трехмерной (3D) подсистемы планирования лечения, и не менее четырех АРМ 15, оснащенных промышленными компьютерами управления облучением ЗО. При этом промышленные компьютеры непосредственно размещены у соответствующих установок 23 лучевой терапии устройства 3. Сервер 12 лечебных данных содержит носители информации с планами лечения множества пациентов, рубрики Международной классификации болезней Х пересмотра (МКБ-Х), комплексный классификатор данных о больных злокачественными новообразованиями (ЗН) в системе Государственного ракового регистра со всеми кодификаторами (способов облучения, видов лучевой терапии, методов лучевой терапии и др.).The cryogenic station 7 is made in the form of a helium cooling unit of the KGU 1600 / 4.5 type, equipped with a tank with liquid helium, a 1VUV-45/150 piston compressor and / or a Kaskad-80/25 screw compressor, helium dehydration filters, and connecting manifolds forward and reverse helium flow. Refrigerating gas machines (cryocoolers) 9 are made in the form of helium gas heat exchangers with cooled nitrogen. The subsystem 5 of digital controls contains a central multiprocessor device 11, a treatment data server 12, a patient file server 13, a complex data server 46 connected in a local information network to a radiation control and session control subsystem 49, a subsystem 48 to ensure radiation quality and patient safety and connected with them by a local information network 10 at least four workstations (AWS) 14 equipped with personal computers for oncology and radiologists investigating cancer patients and developing the initial data for a three-dimensional (3D) treatment planning subsystem, and at least four AWP 15 equipped with industrial computers for controlling the radiation exposure of the AE. At the same time, industrial computers are directly located at the corresponding units of 23 radiation therapy of device 3. Server 12 of the treatment data contains storage media with treatment plans for many patients, headings of the International Classification of Diseases X revision (ICD-X), a comprehensive classifier of data on patients with malignant neoplasms in the system of the State Cancer Register with all codifiers (methods of irradiation, types of radiation therapy, methods of radiation therapy, etc.).

Сервер 46 данных комплекса содержит носители информации о номинальных и пороговых технических параметрах комплекса и его составных частей, в том числе значений токов, напряжений, радиационного фона, температуры, давления и линейного перемещения конструкционных элементов устройств лучевой терапии, конструкторской документации комплекса и его составных частей эксплуатационной документации, медицинском и управленческом документообороте, электронные подсказки для медицинских физиков, обслуживающего персонала по вопросам, возникающим при эксплуатации.The server 46 of the complex data contains information carriers on the nominal and threshold technical parameters of the complex and its components, including the values of currents, voltages, radiation background, temperature, pressure and linear displacement of structural elements of radiation therapy devices, design documentation of the complex and its operational components documentation, medical and management workflow, electronic tips for medical physicists, staff on issues arising When operation.

Сервер 13 файлов пациентов содержит базы персональных данных пациентов, включенных в регистрационные или контрольные карты больных ЗН, а также базы видеоизображений ЗО множества пациентов (с идентификаторами номера регистрационной карты, сеансов, дат и времени). Кроме того, в сервере файлов пациентов размещены данные о методах и средствах фиксации пациента для лучевой терапии, диапазонах, направлениях и скоростях линейных перемещений и углового сканирования устройств 25 позиционирования и фиксации и излучающей головки 24, оптимальные с точки зрения минимизации облучения здоровых тканей.The server 13 patient files contains a database of personal data of patients included in the registration or control cards of patients with malignant neoplasms, as well as a database of GP images of many patients (with identifiers of the registration card number, sessions, dates and time). In addition, the patient file server contains data on the methods and means of patient fixation for radiation therapy, ranges, directions and speeds of linear movements and angular scanning of positioning and fixing devices 25 and the radiating head 24, which are optimal in terms of minimizing exposure to healthy tissues.

Подсистема 5 цифровых средств управления соединена по информационным входам с аппаратурой 6 контроля и аварийной сигнализации, которая содержит пороговые устройства, соединенные с датчиками радиационного фона, датчиками температуры, датчиками линейных и угловых перемещений конструкционных элементов устройств лучевой терапии (на чертежах не показаны). Многоканальное устройство 2 магнитной транспортировки излучения содержит расположенные на одной оси и соосно транспортирующие дипольные и квадрупольные магниты со сверхпроводящими обмотками с последовательным чередованием этих магнитов, а также содержит не менее восьми отклоняющих магнитов со сверхпроводящими обмотками для вывода и транспортировки излучения в излучающие головки 24 устройства 3, оснащенные сканирующими и фокусирующими магнитами со сверхпроводящими обмотками.Subsystem 5 of digital controls is connected via information inputs to control and alarm equipment 6, which contains threshold devices connected to radiation background sensors, temperature sensors, linear and angular displacement sensors of structural elements of radiation therapy devices (not shown in the drawings). The multi-channel device 2 for the magnetic transportation of radiation contains dipole and quadrupole magnets located on the same axis and coaxially transporting superconducting windings with sequential alternation of these magnets, and also contains at least eight deflecting magnets with superconducting windings for outputting and transporting radiation to the emitting heads 24 of device 3, equipped with scanning and focusing magnets with superconducting windings.

Многоканальное устройство 3 лучевой терапии содержит не менее четырех аппаратов 23 лучевой терапии с излучающей головкой 24 на каждый канал, стационарное и/или мобильное устройство 25 позиционирования и фиксации пациента, устройство 16 визуализации ЗО, включающие позиционно-эмиссионный томограф (ПЭТ) 41 и компьютерный томограф (КТ) 42, устройство 50 визуализации пучка заряженных частиц, соединенные по двунаправленной локальной информационной сети 10 с АРМ 15, содержащими промышленные компьютеры управления облучением ЗО. Стационарное устройство 25 позиционирования и фиксации выполнено совмещенным с аппаратом 23 лучевой терапии «гантри» с горизонтальной фиксацией пациента, а мобильное - автономным и с возможностью фиксации пациента в любом удобном для терапии пространственном положении и возможностью перемещения устройства позиционирования и фиксации вместе с пациентом между АРМ 14 онкорадиологов. Магнитооптическая подсистема «гантри» (магнитной транспортировки излучения) и крепящая ее поворотная платформа являются крупногабаритным инженерным сооружением. Мобильное устройство позиционирования и фиксации может быть выполнено в виде кресла, снабженного приводом с тремя степенями свободы и установленного на мобильной платформе с колесами, причем кресло снабжено прижимными и растяжными механическими упорами для жесткой фиксации облучаемой части тела пациента относительно кресла, а привод выполнен с цифровым управлением и с возможностью качания кресла относительно направления пучка протонно-ионного излучения.The multichannel radiation therapy device 3 contains at least four radiation therapy devices 23 with a radiating head 24 for each channel, a stationary and / or mobile patient positioning and fixing device 25, AO visualization device 16, including a position emission tomography (PET) 41 and computer tomography (CT) 42, a device 50 visualization of a beam of charged particles, connected via a bi-directional local information network 10 with AWP 15 containing industrial computers for controlling radiation exposure of the AO. The stationary positioning and fixing device 25 is made combined with the gantry radiation therapy device 23 with horizontal fixation of the patient, and the mobile one is autonomous and can fix the patient in any spatial position convenient for therapy and can move the positioning and fixing device with the patient between the AWP 14 oncoradiologists. The magneto-optical subsystem “gantry” (magnetic radiation transport) and its rotating platform are a large engineering structure. The mobile positioning and fixing device can be made in the form of a chair equipped with a drive with three degrees of freedom and mounted on a mobile platform with wheels, and the chair is equipped with clamping and tensile mechanical stops for rigidly fixing the irradiated part of the patient’s body relative to the chair, and the drive is made with digital control and with the possibility of rocking the chair relative to the direction of the proton-ion beam.

Сверхпроводящие обмотки магнитов выполнены из сверхпроводящего кабеля, содержащего мельхиоровую трубку круглого или прямоугольного сечения для канализации охлаждающего агента: парогазовой смеси для охлаждения обмоток магнитов генератора 1 заряженных частиц или канализации охлажденного газа гелия для охлаждения обмоток магнитов устройств 2 и 3. С внешней стороны трубки и вдоль нее проложены токопроводы преимущественно из золота, серебра или меди. С внешней стороны токопроводов установлено противоизломное покрытие из накрученной на токопроводы нихромовой проволоки, с внешней стороны которой последовательно накручены теплоизоляционная каптоновая лента и изоляционная лента из стекловолокна. Каналы трубок охлаждения сверхпроводящих обмоток магнитов 9 генератора 1 парогазовой смесью гелия соединены с криогенной станцией 7, а каналы трубок охлаждения магнитов устройств 2 и 3 - с соответствующими машинами 9 охлаждения газа гелия, установленными непосредственно у соответствующих магнитов. Средства физиологической обратной связи содержат средства, определяющие временные параметры дыхания (датчик дыхания 26) и пульсовой волны СС пациента (датчик пульса 27). Управляющий выход подсистемы 5 цифровых средств управления подключен к входу разрешения подачи пучка генератора 1 заряженных частиц (в данном случае протонов и ионов углерода ¹²С). Средства физиологической обратной связи, включающие датчик 26 дыхания и датчик 27 пульса, размещаются на теле пациента. Датчик 26 дыхания может быть выполнен термочувствительным (реагирующим на холодный воздух при вдохе и на горячий воздух при выдохе) или оптоэлектронным (реагирующим на изменение размеров грудной клетки при дыхании пациента). В качестве датчика дыхания может быть использован датчик дыхания из комплекта профессионального компьютерного полиграфа «ПИК-01А» или аналогичный. Информационные выходы датчика 26 дыхания подключены к соответствующим информационным входам подсистемы 5 цифровых средств управления. Датчик 27 пульса может быть выполнен на основе оптопары. В зависимости от степени наполнения пальца кровью изменяется интенсивность излучения с инфракрасного светодиода, проходящего через палец, попадающего на фотодиод с другой стороны пальца. В качестве датчика пульса может быть также использован датчик пульса из комплекта специального профессионального аппарата РИКТА-05(5) магнитолазерной терапии или аналогичный.The superconducting windings of the magnets are made of a superconducting cable containing a cupronickel tube of round or rectangular cross section for canalization of a cooling agent: a gas-vapor mixture for cooling the windings of the magnets of the charged particle generator 1 or canalization of cooled helium gas for cooling the windings of the magnets of devices 2 and 3. From the outside of the tube and along conductors laid mainly of gold, silver or copper. On the outer side of the conductors, an anti-fracture coating of nichrome wire wound onto the conductors was installed, on the outside of which heat-insulating Kapton tape and fiberglass insulation tape were successively wound. The channels of the cooling tubes of the superconducting windings of the magnets 9 of the generator 1 with a gas-vapor mixture of helium are connected to the cryogenic station 7, and the channels of the pipes of the cooling of magnets of devices 2 and 3 are connected to the corresponding helium gas cooling machines 9 installed directly at the respective magnets. Physiological feedback means contain means that determine the temporal parameters of respiration (respiration sensor 26) and the patient's CC pulse wave (pulse sensor 27). The control output of the subsystem 5 of digital controls is connected to the input permission of the beam of the generator 1 of charged particles (in this case, protons and carbon ions ¹² C). Physiological feedback means, including a respiratory sensor 26 and a pulse sensor 27, are placed on the patient's body. The respiratory sensor 26 can be made thermosensitive (responding to cold air when inhaling and to hot air when exhaling) or optoelectronic (responding to changes in the size of the chest when the patient breathes). As a respiratory sensor, a respiratory sensor from the set of a professional computer polygraph “PIK-01A” or similar can be used. The information outputs of the respiration sensor 26 are connected to the corresponding information inputs of the digital control subsystem 5. The pulse sensor 27 can be made on the basis of an optocoupler. Depending on the degree of filling the finger with blood, the intensity of the radiation from the infrared LED passing through the finger, incident on the photodiode on the other side of the finger, changes. The pulse sensor from the set of a special professional apparatus RIKTA-05 (5) magnetic laser therapy or similar can also be used as a pulse sensor.

Информационные выходы датчика 27 пульса подключены к соответствующим информационным входам подсистемы 5 цифровых средств управления.The information outputs of the pulse sensor 27 are connected to the corresponding information inputs of the subsystem 5 of digital controls.

Генератор 1 заряженных частиц содержит последовательно соединенные сменный источник заряженных частиц типа ЛУ-20, а также кольцевой или линейный ускоритель протонов и ионов, снабженный блоком магнитов со сверхпроводящими обмотками и цифровым управлением, причем блок магнитов включает ускоряющие дипольные 30 и квадрупольные 31 магниты, установленные равномерно на оси ускорителя с последовательным их чередованием, а также включает вводной 32 и выводной 33 отклоняющие магниты. Через вводной магнит 32 ускоритель 29 соединен с выходом источника 28 заряженных частиц, а через выводной магнит 33 - с многоканальным устройством 2 транспортировки адронного (протонно-ионного) излучения. Аппарат 23 лучевой терапии типа «гантри» включает в себя поворотную установку, несущую один канал многоканального устройства 2 транспортировки излучения (начиная от отклоняющего магнита 36 через последовательно чередующиеся транспортирующие квадрупольные 34 и дипольные35 магниты (со сверхпроводящими обмотками) и кончая излучающей головкой 24), обеспечивая вращение пучка протонно-ионного излучения вокруг зафиксированного ложа пациента.The charged particle generator 1 comprises a series-connected interchangeable source of charged particles of the LU-20 type, as well as a ring or linear proton and ion accelerator equipped with a magnet block with superconducting windings and digital control, and the magnet block includes accelerating dipole 30 and quadrupole 31 magnets mounted uniformly on the axis of the accelerator with their sequential alternation, and also includes input 32 and output 33 deflecting magnets. Through the input magnet 32, the accelerator 29 is connected to the output of the charged particle source 28, and through the output magnet 33 to the multi-channel device 2 for transporting hadron (proton-ion) radiation. The gantry-type radiation therapy apparatus 23 includes a rotary unit carrying one channel of a multi-channel radiation transport device 2 (starting from the deflecting magnet 36 through sequentially alternating transporting quadrupole 34 and dipole 35 magnets (with superconducting windings) and ending with the radiating head 24), providing rotation of the proton-ion beam around a fixed patient bed.

Устройство визуализации ЗО содержит позитронно-эмиссионный томограф (ПЭТ) 41 и компьютерный томограф (КТ) 42 с единым форматом представления изображений и возможностью наложения изображений друг на друга. Устройство 50 визуализации пучка адронного излучения выполнено в виде ПЭТ. Подсистема 48 обеспечения гарантии качества облучения и безопасности пациента включает в себя датчики радиационного фона, дозиметрические, мониторные, ионизационные камеры, температурные и т.п., АРМ 45 дозиметриста, АРМ 43 медицинского физика и АРМ 44 пациента.The visualization device ZO contains a positron emission tomograph (PET) 41 and a computer tomograph (CT) 42 with a single image presentation format and the ability to overlay images on top of each other. The hadron radiation beam visualization device 50 is made in the form of PET. Subsystem 48 to ensure radiation quality assurance and patient safety includes background radiation sensors, dosimetric, monitor, ionization chambers, temperature sensors, etc., AWP 45 of a dosimetrist, AWP 43 of a medical physicist, and AWP of 44 patients.

АРМ 43 медицинского физика включает в себя инструменты и протоколы для быстрого и надежного контроля качества работы оборудования и планов облучения. Медицинский физик может отслеживать исправность генератора 1 и его составных частей и проверять обеспечивает ли заданный план облучения точное подведение к ЗО запланированной дозы. Это позволяет обеспечить оптимальное лечение каждой больной на протяжении всего курса адронной терапии.AWP 43 medical physics includes tools and protocols for quick and reliable quality control of equipment and exposure plans. A medical physicist can monitor the health of the generator 1 and its components and check whether the given exposure plan provides an accurate adjustment of the planned dose to the AO. This allows for the optimal treatment of each patient throughout the entire course of hadron therapy.

АРМ 45 дозиметриста обеспечивает функции расчета и оптимизацию дозы облучения и контроль дозы, полученной больной во всех сечениях ЗО и близлежащих структурах в реальном режиме времени.AWP 45 of the dosimetrist provides calculation functions and optimization of the dose of radiation and control of the dose received by the patient in all sections of the AO and nearby structures in real time.

АРМ 14 онкорадиолога обеспечивает легкую навигацию и удобный интуитивно понятный доступ ко всей информации как в режиме предлучевой подготовки, так и во время сеанса облучения. В распоряжении онкорадиолога имеются все данные и инструменты, необходимые для оконтуривания клинической мишени (ЗО) и органов риска и других критических структур, а также визуализации ЗО и просмотра истории предшествующего лечения. АРМ 14 онкорадиолога позволяет обеспечить оптимальную организацию работы онкорадиолога для того, чтобы уделять больше внимания больной. АРМ 14 онкорадиолога входит в состав подсистемы управления облучением и обеспечивает оперативное вмешательство в процесс управления сеансом.The oncology radiologist’s AWP 14 provides easy navigation and convenient intuitive access to all information both in the preradiation mode and during the irradiation session. The oncoradiologist has at his disposal all the data and tools necessary to outline the clinical target (AO) and risk organs and other critical structures, as well as visualize AO and view the history of previous treatment. AWP 14 of the oncoradiologist allows to ensure the optimal organization of the work of the oncoradiologist in order to pay more attention to the patient. AWP 14 of the oncoradiologist is a part of the radiation control subsystem and provides surgical intervention in the session management process.

АРМ 44 пациента позволяет вносить и редактировать идентификационные данные больных, другую персональную информацию из регистрационных и контрольных карт, обеспечивает хранение видеоизображений ЗО каждой больной в привязке к номеру, например, полиса, к датам и времени. АРМ 44 пациента располагается в приемном отделении комплекса. Возможен прием информации об иногородних и иностранных больных с глобальной информационной сети. С использованием специальных паролей исключается несанкционированный доступ к базе данных АРМ пациента.AWP 44 of the patient allows you to enter and edit patient identification data, other personal information from registration and control cards, provides storage of video images of the patient's health in each patient in relation to the number, for example, the policy, to the dates and times. AWP of 44 patients is located in the reception department of the complex. It is possible to receive information about nonresident and foreign patients from the global information network. Using special passwords, unauthorized access to the patient's workstation database is excluded.

Все АРМ включены в локальную информационную сеть 10 комплекса с двунаправленным обменом информацией с подсистемой 5 цифровых средств управления.All workstations are included in the local information network 10 of the complex with bi-directional information exchange with subsystem 5 of digital controls.

Медицинский протонно-ионный комплекс работает в двух режимах:Medical proton-ion complex operates in two modes:

а) режим предлучевой подготовки;a) the mode of preradiation preparation;

б) основной терапевтический режим с проведением сеанса облучения.b) the main therapeutic regimen with an irradiation session.

В режиме предлучевой подготовки онкорадиолог с помощью АРМ 14 запрашивает из сервера 13 файлов пациентов через центральное многопроцессорное устройство 11 данные из контрольной карты больных (порядковый номер данной ЗО у данной больной, топографию ЗО по кодификатору №1, морфологический тип ЗО по кодификатору №2, стадию опухолевого процесса по системе TNM, гистологические формы (рак, первичные опухоли, опухоли с метастазами), способ облучения - по кодификатору №8.1, вид лучевой терапии - по кодификатору №8.2, метод лучевой терапии - по кодификатору №8.3).In the preradiation preparation mode, the oncologist and radiologist, using the AWP 14, requests from the server 13 patient files through the central multiprocessor device 11 data from the patient’s control card (serial number of this patient with this patient, topography of the patient with code # 1, morphological type of patient with code # 2, stage tumor process according to the TNM system, histological forms (cancer, primary tumors, tumors with metastases), the method of irradiation - according to code 8.1, the type of radiation therapy - according to code 8.2, the method of radiation therapy - according to code in №8.3).

Далее в режиме предлучевой подготовки больной, оснащенной датчиком 26 дыхания и датчиком 27 пульса, размещают в стационарном устройстве 25 позиционирования и фиксации, которое выполнено совмещенным с аппаратом лучевой терапии 23 типа «гантри», юстируют с помощью лазерных рентгеновских центраторов и заносят в АРМ онкорадиолога 14 и в сервере 13 файлов пациентов трехмерные координаты положения больной, причем в том же положении и с теми же координатами будут проводить сеанс облучения.Then, in the pre-radiation preparation mode, the patient, equipped with a respiratory sensor 26 and a pulse sensor 27, is placed in a stationary positioning and fixing device 25, which is made combined with a gantry type 23 radiation therapy apparatus, adjusted using laser X-ray centralizers and entered into the oncology radiologist’s workstation 14 and in the server 13 patient files three-dimensional coordinates of the patient’s position, and in the same position and with the same coordinates they will conduct an irradiation session.

Подсистема 5 цифровых средств управления, осуществляя план облучения, в момент паузы между вдохом и выдохом больной при отсутствии пика пульсовой волны сердечных сокращений (СС), вырабатывает импульс, по которому информация с многосрезовых ПЭТ 41/КТ 42 (совмещенных по формату изображений) заносится в АРМ 14 онкорадиолога и в сервер 13 файлов пациентов в виде трехмерных топометрических параметров ЗО молочной железы данной больной (поперечные размеры и глубины, например, на 320 срезах). При этом указанные параметры ЗО фиксируются и запоминаются в той же системе координат, что и координаты положения зафиксированной (иммобилизованной) больной. Онкорадиолог с помощью АРМ 14 с учетом расположения и координат ЗО, близлежащих критических к облучению близлежащих структур, определяет параметры дозного поля, время экспозиции для данного сеанса для данной больной, предписанную дозу и составляет исходные данные для трехмерной (3D) подсистемы планирования облучения.The subsystem 5 of digital controls, implementing the irradiation plan, at the time of a pause between the patient's inhalation and exhalation in the absence of a peak pulse wave of heart contractions (SS), generates an impulse by which information from multislice PET 41 / CT 42 (combined in the format of images) is entered into AWP of the 14 oncologist and to the server 13 patient files in the form of three-dimensional topometric parameters of the breast of the given patient’s breast (transverse dimensions and depths, for example, at 320 slices). Moreover, the indicated parameters of the SC are fixed and stored in the same coordinate system as the coordinates of the position of the fixed (immobilized) patient. The oncologist and radiologist, using the AWP 14, taking into account the location and coordinates of the AO nearby the nearby structures critical to radiation, determines the dose field parameters, the exposure time for this session for this patient, the prescribed dose and makes up the initial data for the three-dimensional (3D) irradiation planning subsystem.

Трехмерная (3D) подсистема планирования облучения представляет собой программную среду, аналогичную, например, программной среде «Фокус М» ф.Мицубиси (Япония). С помощью трехмерной (3D) подсистемы планирования облучения подсистема 5 цифровых средств управления получает информацию, задающую параметры облучения в сеансе: направления, поперечные размеры и энергию пучка адронов (различную для различных глубин ЗО), количество направлений пучка, количество сеансов, продолжительность сеансов, уточненную предписанную дозу для каждого сеанса. Выходная информация трехмерной (3D) подсистемы планирования облучения используется для управления процессом облучения в сеансе и по локальной информационной сети 10 заносится в сервер 12 данных лечебных процедур, центральное многопроцессорное устройство 11 и АРМ 44 пациента. Выходная информация трехмерной (3D) подсистемы планирования облучения может потребоваться также для изготовления индивидуальных средств формирования дозного поля (фигурные коллиматоры и болюсы). Для их изготовления может использоваться специальная мастерская, оснащенная станками с числовым программным управлением (ЧПУ), управляемыми кодами с выхода подсистемы планирования облучения.The three-dimensional (3D) irradiation planning subsystem is a software environment similar to, for example, the Focus M software environment of Mitsubishi (Japan). Using a three-dimensional (3D) irradiation planning subsystem, the digital control subsystem 5 obtains information specifying the irradiation parameters in the session: directions, transverse dimensions and hadron beam energy (different for different depths of the GD), number of beam directions, number of sessions, duration of sessions, adjusted prescribed dose for each session. The output of the three-dimensional (3D) irradiation planning subsystem is used to control the irradiation process in the session and is entered into the treatment data server 12, the central multiprocessor device 11, and the patient's workstation 44 via the local information network 10. The output of the three-dimensional (3D) irradiation planning subsystem may also be required for the manufacture of individual means for forming a dose field (shaped collimators and boluses). For their manufacture, a special workshop can be used, equipped with numerically controlled machines (CNC) controlled by codes from the output of the irradiation planning subsystem.

Трехмерная (3D) подсистема планирования облучения может обеспечивать также симуляцию автоматического совмещения выходного пучка излучающей головки 24 с изоцентром ЗО.A three-dimensional (3D) irradiation planning subsystem can also simulate the automatic alignment of the output beam of the radiating head 24 with the isocenter of the AO.

В режиме проведения сеанса облучения больная размещается лежа в стационарном устройстве 25 позиционирования и фиксации, которое выполнено совмещенным с аппаратом 23 лучевой терапии типа «гантри», в идентичном положении, юстируемом до тех же трехмерных координат положения больной и ЗО, что и в режиме предлучевой подготовки. В АРМ 14 онкорадиолога и в сервер 13 файлов пациентов подсистемы 5 цифровых средств управления заносятся трехмерные координаты положения больной и трехмерные координаты ЗО в той же системе координат. Подсистема 5 цифровых средств управления, получив трехмерные параметры пучка и трехмерные параметры ЗО, совмещает их в единой системе координат, так чтобы во время облучения ЗО направление пучка было совмещено с изоцентром ЗО. Далее соединяется подсистемой 5 цифровых средств управления цифровой вход привода устройства 25 позиционирования и фиксации с АРМ 14 онкорадиолога. Затем к АРМ 14 онкорадиолога подключаются устройства 41, 42 визуализации ЗО. Полученное на мониторе изображение ЗО и место ее расположения изучается, проверяется имитация облучения ЗО без включения излучающей головки 24 на полную мощность с последовательным указанием на мониторе точек ЗО и направлений ее облучения. При этом автоматически по командам АРМ 14 вращается аппарат 23 «гантри». С монитора АРМ 14 наблюдается правильность отработки аппаратом 23 заданных целеуказаний. Аналогичным образом без включения излучающей головки 24 на полную мощность для каждой точки ЗО имитируют программу фокусирования пучка, изменения углового направления и скорости сканирования пучка. Убедившись в правильности отработки тестов, дают команду начала сеанса терапевтического облучения. Сеанс проводится под управлением подсистемы 5 цифровых средств управления по программе, разработанной подсистемой планирования облучения. Во время сеанса с датчика 26 дыхания и с датчика 27 пульсовой волны СС больной на подсистему 5 цифровых средств управления поступают сигналы, определяющие временные параметры дыхания и пульса больной. В идентичный момент паузы между вдохом и выдохом больной при отсутствии пика пульсовой волны СС (что и в режиме предлучевой подготовки) по управляющему сигналу от подсистемы 5 цифровых средств управления пучок адронов доставляется на ЗО больной с излучающей головки 24. В предлучевой подготовке трехмерные 3D параметры ЗО молочной железы больной, находящейся в стационарном идентично отюстированном положении, определяются в идентичный момент времени). В этот пренебрежимо малый (по сравнению с периодом дыхания (единицы секунд) и пульсовой волны СС пациента (около секунды) момент времени (доли микросекунды) можно считать, что клиническая мишень (ЗО молочной железы) неподвижна. Каждые последующие по плану облучения подачи пучка адронов на ЗО молочной железы проводятся аналогично.In the regime of conducting an irradiation session, the patient is placed lying in a stationary device 25 for positioning and fixing, which is performed combined with the apparatus of radiation therapy 23 of the “gantry” type, in an identical position, adjusted to the same three-dimensional coordinates of the position of the patient and AO as in the preradiation preparation mode . In the automated workplace of the 14 oncoradiologist and in the server 13 of the patient files of the subsystem 5 of digital controls, the three-dimensional coordinates of the patient’s position and the three-dimensional coordinates of the SC in the same coordinate system are entered. The subsystem 5 of digital controls, having received three-dimensional parameters of the beam and three-dimensional parameters of the SC, combines them in a single coordinate system, so that during the irradiation of the SC the beam direction is aligned with the isocenter of the SC. Next, the digital input of the drive of the device 25 for positioning and fixing with the workstation 14 of the oncologist and radiologist is connected by the subsystem 5 of digital controls. Then, devices 41, 42 of visualization of the AO are connected to the workstation 14 of the oncoradiologist. The image of the AO obtained on the monitor and its location is studied, the simulation of the irradiation of the AO without turning on the emitting head 24 at full power is checked, with the sequential indication on the monitor of the AO points and the directions of its exposure. In this case, automatically according to the commands of the AWP 14, the gantry apparatus 23 rotates. From the monitor AWP 14, the apparatus correctly monitors the 23 specified target designations. Similarly, without turning on the radiating head 24 at full power, for each point of the SC, the beam focusing program, changes in the angular direction and beam scanning speed are imitated. Having convinced of the correctness of testing, give the command to start a session of therapeutic exposure. The session is conducted under the control of the subsystem 5 of digital controls according to the program developed by the irradiation planning subsystem. During the session, signals from the patient’s breathing sensor 26 and the patient’s pulse wave sensor 27 of the patient’s SS are sent to the digital control subsystem 5, which determines the temporal parameters of the patient’s breathing and pulse. At the identical moment of a pause between the patient’s inhalation and exhalation in the absence of a peak of the SS pulse wave (as in the preradiation preparation mode), the hadron beam is delivered to the patient's AO from the radiating head 24 by a control signal from subsystem 5 of digital control devices. the mammary gland of a patient in an identically aligned stationary position is determined at an identical point in time). At this negligibly small (compared to the period of respiration (units of seconds) and pulse wave of the patient’s SS (about a second) time point (fractions of a microsecond), it can be assumed that the clinical target (breast of the breast) is immobile. on breast AO are carried out similarly.

Подсистема 5 цифровых средств управления через центральное многопроцессорное устройство 11 совместно с АРМ 15 и АРМ 45 дозиметриста контролирует процесс облучения путем сравнения текущих параметров пучка облучения с фактическим распределением полученной ЗО дозы и с допустимыми значениями. В случае рассогласования направление и параметры пучка корректируются. Одновременно центральное многопроцессорное устройство 11 через аппаратуру 6 контроля и аварийной сигнализации, а также АРМ 45 дозиметриста подсистемы обеспечения гарантии качества облучения и безопасности больной опрашивает датчики, определяющие количество, плотность и скорость расхода двухфазного криоагента, давление жидкого гелия (в нескольких сотнях точек), датчики технических параметров генератора 1 заряженных частиц, устройств 2 транспортировки излучения и устройств 23 лучевой терапии (датчики положения и интенсивности пучка, датчики токов в магнитах, датчики температуры), датчики измерения линейных перемещений конструкционных элементов устройств 23 лучевой терапии и устройств 25 позиционирования и фиксации, датчики радиационного фона, показания мониторных ионизационных камер. При этом полученные данные сравниваются с предельно допустимыми значениями параметров и в случае выхода за пределы, опасные для здоровья пациента и персонала, а также в случае предаварийной ситуации на оборудовании комплекса устройством 11 выдается команда на автоматическое безаварийное отключение комплекса. На основе информации, полученной с мониторных ионизационных камер, АРМ 45 дозиметриста однозначно определяет дозу облучения в изоцентре ЗО при неизменных параметрах пучка и формирует команду на отключение пучка при достижении равенства полученной дозы и запланированной на сеанс. Процесс проведения сеанса облучения постоянно контролируется через АРМ 15, АРМ 43 медицинского физика, АРМ 45 дозиметриста, АРМ 14 онкорадиолога соответствующими специалистами. С вынесенных мониторов АРМ 15 процесс проведения сеанса облучения постоянно контролируется техническим обслуживающим персоналом (инженерами по ускорительной технике, криогенике, электрике, механике, по информационным технологиям и ВТ). После выполнения плана облучения и завершения сеанса облучения автоматически составляется протокол с параметрами проведенного сеанса и видеоизображением ЗО больной по состоянию на дату и время окончания сеанса.The subsystem 5 of digital controls through the central multiprocessor device 11 together with the AWP 15 and AWP 45 of the dosimetrist monitors the irradiation process by comparing the current parameters of the irradiation beam with the actual distribution of the obtained dose of dose and with acceptable values. In case of a mismatch, the direction and parameters of the beam are adjusted. At the same time, the central multiprocessor device 11 through the monitoring and alarm equipment 6, as well as the AWP 45 of the dosimetrist of the subsystem for ensuring the quality of radiation and safety, the patient interrogates sensors that determine the quantity, density and flow rate of a two-phase cryoagent, pressure of liquid helium (at several hundred points), sensors technical parameters of the generator 1 of charged particles, devices 2 for transporting radiation and devices 23 for radiation therapy (position and beam intensity sensors, sensors currents in magnets, temperature sensors), sensors for measuring linear displacements of structural elements of radiation therapy devices 23 and positioning and fixing devices 25, background radiation sensors, readings from monitor ionization chambers. In this case, the data obtained are compared with the maximum permissible values of the parameters and in the case of going beyond the limits that are hazardous to the health of the patient and staff, as well as in the event of a pre-emergency situation on the equipment of the complex with device 11, a command is issued to automatically shut down the complex automatically. Based on the information obtained from the monitor ionization chambers, the dosimetric AWP 45 unambiguously determines the radiation dose in the IS center at constant beam parameters and generates a command to turn off the beam when the received dose is equal and planned for the session. The process of conducting an irradiation session is constantly monitored through AWP 15, AWP 43 of a medical physicist, AWP 45 of a dosimetrist, AWP 14 of an oncoradiologist by relevant specialists. From remote monitors AWP 15, the process of conducting an irradiation session is constantly monitored by technical maintenance personnel (engineers in accelerator technology, cryogenics, electricians, mechanics, information technology and VT). After the implementation of the irradiation plan and the completion of the irradiation session, a protocol is automatically drawn up with the parameters of the session and the video image of the patient's OS as of the date and time of the end of the session.

Использование современных технологий сверхпроводимости и криогеники позволяет уменьшить энергопотребление комплекса. Кроме этого, это позволит резко снизить затраты на дорогостоящие сталь и медь. В долговременном плане (на 20 лет службы комплекса до модернизации) технико-экономический эффект от снижения этих затрат будет возрастать.The use of modern technologies of superconductivity and cryogenics can reduce the energy consumption of the complex. In addition, this will dramatically reduce the cost of expensive steel and copper. In the long term (for 20 years of service of the complex before modernization), the technical and economic effect of reducing these costs will increase.

Введение средств физиологической обратной связи и подача пучка по предлагаемому способу позволяет направлять пучок адронов на ЗО молочной железы в момент, когда ЗО находится в неподвижном детерминированном состоянии. В результате увеличивается точность попадания пучка адронов на ЗО и не происходит травматизации близлежащих здоровых тканей и органов. При этом надо учесть, что значения энергии частиц в медицинском пучке достигают для протонов - 250 МэВ, для ионов углерода - 450 МэВ/нуклон. Уменьшается время реабилитации больных и объемы используемых медикаментозных средств.The introduction of physiological feedback and the supply of the beam according to the proposed method allows you to send the hadron beam to the breast of the breast at the time when the brain is in a stationary deterministic state. As a result, the accuracy of getting a hadron beam at the AO increases and trauma to nearby healthy tissues and organs does not occur. It should be borne in mind that the particle energy values in the medical beam reach 250 MeV for protons and 450 MeV / nucleon for carbon ions. Reduces the time of rehabilitation of patients and the amount of medication used.

Персональные и промышленные компьютеры не удовлетворяют требованиям международного стандарта безопасности (в частности, по электробезопасности) для изделий медицинских электрических (МЭК 601-1 часть1). Поэтому в предлагаемом комплексе указанные компьютеры гальванически развязаны от электросети через трансформатор на напряжение 220 В с коэффициентом трансформации 1:1.Personal and industrial computers do not meet the requirements of the international safety standard (in particular, for electrical safety) for medical electrical products (IEC 601-1 part1). Therefore, in the proposed complex, these computers are galvanically isolated from the mains through a transformer for a voltage of 220 V with a transformation ratio of 1: 1.

Таким образом, основной технический результат от использования предлагаемых способа и устройства для его осуществления заключается в повышении точности попадания пучка адронов на ЗО молочной железы и уменьшении вероятности облучения близлежащих здоровых тканей и органов.Thus, the main technical result from the use of the proposed method and device for its implementation is to increase the accuracy of getting the hadron beam on the breast of the breast and reduce the likelihood of irradiation of nearby healthy tissues and organs.

Полученный мультипликативный эффект от предложенных способа проведения облучения ЗО молочной железы пучком адронов и устройства для его осуществления не является простой суммой эффектов, а является результатом их совместной работы по единой методике.The resulting multiplicative effect of the proposed method for irradiating breast cancer with a hadron beam and a device for its implementation is not a simple sum of effects, but is the result of their joint work according to a single technique.

Claims

1. The method of irradiation of malignant breast tumors with a hadron beam, including conducting preradiation preparation, which consists in fixing the patient, determining the topometric parameters of malignant tumors, developing a conformal irradiation procedure, taking into account the topometric parameters of malignant tumors, closely lying tissues and organs critical for radiation, conducting conformal irradiation session with control of the dose received by the malignant tumor, permissible values of the radiation source parameters radiation, background, temperature of different parts of the radiation source and magneto-optical chains of delivery of the beam to the malignant tumor, characterized in that during the preradiation preparation and during the conformal irradiation session, the patient is fixed in the identical adjusted position, the topometric parameters of the malignant tumors are determined and the hadron beam is delivered to a patient’s malignant tumor in the form of an impulse to permit the supply of a beam to a malignant breast tumor at an identical pause ezhdu inhalation and exhalation, the patient in the absence of the pulse wave peak heart rate at constant dimensions of the chest.

2. Medical proton-ion complex containing a charged particle generator, connected through a multi-channel device for magnetic radiation transport with a multi-channel radiation therapy device equipped with radiating heads, a cryogenic station for cooling helium-gas mixtures of charged particle generator magnets with a gas-gas mixture, a block of gas refrigeration machines for gas cooling helium windings of magnets of multi-channel radiation transport and radiation therapy devices, monitoring equipment and alarm tion, as well as containing a subsystem of digital controls connected to the information inputs and control outputs with the corresponding elements of the complex, with the charged particle generator equipped with accelerating and deflecting magnets, a multi-channel device for magnetic radiation transportation with transporting and deflecting magnets, and the radiating heads of radiation therapy devices - scanning and focusing magnets, while the windings of all magnets are made superconducting and equipped with cooling channels, with unified by the gas-vapor mixture of the cooling agent with the cryogenic station, and by the gas cooling agent - with refrigeration gas machines installed in close proximity to the respective magnets, characterized in that it also additionally contains physiological feedback means, including means that determine the temporal parameters of respiration in in the form of thermosensitive sensors that respond to cold air when inhaling and to hot air when exhaling or optoelectronic sensors that respond to changes in size ers of the chest during breathing of the patient, and the pulse wave of the patient’s heartbeats in real time, located on the patient’s body, with information outputs connected to the information inputs of the digital control subsystem.

3. The complex according to claim 2, characterized in that it contains a subsystem for preradiation preparation, including computer and positron emission tomography, equipped with laser and X-ray centralizers, a 3D planning subsystem for obtaining a reproducible and adequate malignant tumor of the patient's radiation plan, a control subsystem irradiation and control of the session, a subsystem to ensure the quality of radiation and patient safety.

4. The complex according to claim 2, characterized in that the subsystem of digital controls contains a central multiprocessor device, a treatment data server, a patient file server, a complex data server connected in a local information network to the irradiation control and session control subsystem, and the guarantee support subsystem radiation quality and safety of patients and workstations equipped with personal computers that meet the general safety requirements of the international IEC standard for medical devices FIR electric.

5. The complex according to claim 4, characterized in that the treatment data server contains information carriers with treatment plans for many patients, with headings of the International Classification of Diseases X revision, with a comprehensive classifier of data on patients with malignant neoplasms in the State Cancer Register system with codifiers of irradiation methods, types of radiation therapy; the data server of the complex contains information carriers about the nominal and threshold technical parameters of the complex and its components, design documentation of the complex and its components, operational documentation, medical and management workflow; the patient file server contains databases of personal data of patients included in the registration or control cards of cancer patients, as well as databases of video images of malignant tumors of many patients.