WO2011026697A2 - Mwpc detector comprising graphene for reducing penumbrae in particle therapy - Google Patents

Mwpc detector comprising graphene for reducing penumbrae in particle therapy Download PDF

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Abstract

The invention relates to a detector for determining a position of charged particles of a particle beam having an outer envelope closing off a gas volume, said beam passing the detector and the gas being ionizable by the particles. The detector comprises: an anode (A) and two cathode planes (SE1, SE2) arranged on different sides of the anode (A), every cathode plane (SE1, SE2) having a plurality of parallel signal paths (Gr, Cu) for detecting gas ions and thus the presence and the position of a particle. The signal paths (Gr, Cu) of the two cathode planes (SE1, SE2) are twisted relative to each other about an angle. The detector finally contains at least one component of graphene.

Description

Beschreibung description
MWPC Detektor mit Graphen zur Reduzierung der Penumbra in der Partikeltherapie MWPC detector with graphene for reducing penumbra in particle therapy
Die Erfindung betrifft einen Detektor zur Bestimmung einer Position von geladenen Partikeln eines den Detektor passierenden Partikelstrahls. Ein derartiger Detektor kann insbesondere im Rahmen der Partikeltherapie Einsatz finden. The invention relates to a detector for determining a position of charged particles of a particle beam passing through the detector. Such a detector can be used in particular in the context of particle therapy.
Die Partikeltherapie ist ein etabliertes Verfahren zur Be¬ handlung von Gewebe, insbesondere von Tumorerkrankungen. Bestrahlungsverfahren, wie sie in der Partikeltherapie einge¬ setzt werden, finden jedoch auch in nicht-therapeutischen Ge- bieten Anwendung. Hierzu gehören beispielsweise Forschungsarbeiten, etwa zur Produktentwicklung, im Rahmen der Partikeltherapie, die an nicht-lebenden Phantomen oder Körpern durchgeführt werden, Bestrahlungen von Materialien, etc. Hierbei werden geladene Partikel wie z.B. Protonen oder Kohlenstoff- oder andere Ionen auf hohe Energien beschleunigt, zu einem Partikelstrahl geformt und über ein Hochenergiestrahltrans- portsystem zu einem oder mehreren Bestrahlungsräumen geführt. Das zu bestrahlende Objekt wird i.d.R. auf einer roboterba¬ sierenden Tischlagerungsplatte zielgenau positionert. Nach dieser Positionierung kann die Bestrahlung mit dem Partikelstrahl erfolgen. Dementsprechend wird in dem Bestrahlungsraum das zu bestrahlende Objekt in einem Zielvolumen mit dem Par¬ tikelstrahl bestrahlt. Geladene Teilchen wie Protonen oder Schwerionen bieten denParticle therapy is an established method for loading ¬ treatment of tissue, in particular tumor diseases. Irradiation methods, as they are ¬ sets in particle therapy find, even in non-therapeutic overall offer application. These include, for example, research work, such as product development, in the context of particle therapy, which are performed on non-living phantoms or bodies, radiation of materials, etc. This charged particles such as protons or carbon or other ions are accelerated to high energies, too formed a particle beam and guided over a high-energy beam transport system to one or more irradiation rooms. The object to be irradiated is usually POSITION YOUR accurately on a roboterba ¬-stabilizing table bearing plate. After this positioning, the irradiation with the particle beam can take place. Accordingly, in the irradiation chamber, the object to be irradiated is irradiated in a target volume with the par ¬ tikelstrahl. Charged particles such as protons or heavy ions provide the
Vorteil, dass ihr Energieverlust am Ende ihrer Reichweite in¬ nerhalb des zu bestrahlenden Objektes stark ansteigt. Aus diesem Grund weist ein Partikelstrahl eine gute Tiefendosis- verteilung auf, die durch die so genannte Bragg-Kurve be- schrieben wird. Die Tiefe des scharfen Bragg-Maximums kann durch die Teilchenenergie genau festgelegt werden. Hierdurch ist es möglich, vor und hinter dem Zielvolumen liegendes Ge- webe zu schonen; in diesem Gebiet wird fast keine Dosis depo¬ niert . Advantage that their energy loss at the end of their range in ¬ within the object to be irradiated increases sharply. For this reason, a particle beam has a good depth dose distribution, which is described by the so-called Bragg curve. The depth of the sharp Bragg maximum can be precisely determined by the particle energy. This makes it possible to lie in front of and behind the target volume. to save weave; in this area almost no dose is depo ¬ ned.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Detektor zur Positionsbestimmung von geladenen Partikeln aufzuzeigen, welcher insbesondere im Rahmen der Partikeltherapie Einsatz fin¬ den kann. The object underlying the invention is to disclose a detector for determining the position of charged particles, which fin can ¬ the particular within the framework of the particle therapy use.
Diese Aufgabe wird durch einen Detektor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiter¬ bildungen sind Gegenstand von Unteransprüchen. This object is achieved by a detector having the features of claim 1. Advantageous embodiments and further ¬ formations are the subject of dependent claims.
Der erfindungsgemäße Detektor zur Bestimmung einer Position von geladenen Partikeln eines den Detektor passierenden Par- tikelstrahls weist eine äußere ein Gasvolumen abschließendeThe detector according to the invention for determining a position of charged particles of a particle beam passing through the detector has an outer gas volume that terminates the gas
Hülle auf. Hierbei ist das Gas derart, dass es von den Parti¬ keln ionisierbar ist. Ferner umfasst der Detektor eine Anode und zwei zu unterschiedlichen Seiten der Anode angeordnete Katodenebenen. Hierbei weist jede Katodenebene eine Mehrzahl von parallelen Signalbahnen zur Detektion von Gasionen und somit des Vorhandenseins und der Position eines Partikels auf. Die Signalbahnen der beiden Katodenebenen sind um einen Winkel gegeneinander verdreht. Schließlich umfasst der Detektor einen oder mehrere Bestandteile aus Graphen. Shell on. Here, the gas is such that it is ionized by the Parti ¬ angles. Furthermore, the detector comprises an anode and two cathode planes arranged on different sides of the anode. In this case, each cathode plane has a plurality of parallel signal paths for the detection of gas ions and thus the presence and the position of a particle. The signal paths of the two Katode levels are rotated by an angle to each other. Finally, the detector comprises one or more components of graphene.
Bei dem Durchgang durch den Detektor ionisieren die Partikel, deren Position es festzustellen gilt, das Gas. Vorzugsweise handelt es sich bei den Partikeln um geladene Teilchen. Aufgrund einer erfolgten Ionisierung fliegen die entstandenen positiven Ionen zu den beiden Katodenebenen. Hier werden sie von Signalbahnen detektiert. Da mehrere Signalbahnen vorhanden sind, ist somit die Bestimmung der Position eines Parti¬ kels möglich. Denn die Ionisierung des Gases erfolgt an der zu bestimmenden Partikelposition, und die hierbei entstehen- den positiven Ionen gelangen zu den nächstliegenden Signalbahnen. Ihr Auftreffort auf den Signalbahnen zeigt damit die Partikelposition an. Jede Katodenebene enthält mehrere Signalbahnen, welche paral¬ lel zueinander verlaufen. Die Signalbahnen der einen Katodenebene sind um einen Winkel, vorzugsweise um 90°, gegen dieje¬ nigen der anderen Katodenebene gedreht. Hierdurch kann die Partikelposition in zwei aufeinander senkrecht stehenden Richtungen angegeben werden. As it passes through the detector, the particles whose position it is to ionize ionize the gas. Preferably, the particles are charged particles. Due to a successful ionization, the resulting positive ions fly to the two cathode planes. Here they are detected by signal paths. Since several signal paths are present, the determination of the position of a Parti ¬ cle is thus possible. Because the ionization of the gas takes place at the particle position to be determined, and the resulting positive ions reach the nearest signal paths. Your impact on the signal paths thus indicates the particle position. Each Katodenebene contains multiple signal paths which run paral ¬ lel to each other. The signal paths of a Katodenebene are rotated through an angle, preferably by 90 °, against Dieje ¬ Nigen the other Katodenebene. As a result, the particle position can be specified in two mutually perpendicular directions.
In dem erfindungsgemäßen Detektor befindet sich zumindest ein Bestandteil aus Graphen; hierbei handelt es sich um ein Mate- rial, welches interessante Eigenschaften aufweist. Insbeson¬ dere haben die Elektronen innerhalb des Graphens eine hohe Geschwindigkeit, so dass die Laufzeit elektrischer Signale klein ist. Verwendet man also Graphen für elektrische Messun¬ gen, so reduziert sich die erforderliche Messzeit. Ferner ist Graphen in Form einer äußerst dünnen Schicht oder Membran gasdicht . In the detector according to the invention is at least one component of graphene; this is a material which has interesting properties. Insbeson ¬ particular, the electrons within the graphene have a high speed so that the duration of electric signals is small. So using graphs for electrical Messun ¬ gen, then the required measurement time is reduced. Furthermore, graphene is gas-tight in the form of an extremely thin layer or membrane.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der zumindest eine Be¬ standteil aus Graphen der Einschränkung der Strahlaufweitung des Partikelstrahls bei der Positionsbestimmung der Partikel dient. Zur Positionsbestimmung müssen einer oder mehrere geeignete Detektoren eingesetzt werden. Jedes Material bewirkt jedoch eine Streuung der Partikel und somit eine Strahlauf¬ weitung. Diese ist unerwünscht, da sich hierdurch eine zuvor definierte Strahlform verändert. Dementsprechend bewirken auch die Detektoren eine Strahlaufweitung . Erstrebenswert ist es daher, die Detektoren so auszubilden, dass eine zuverlässige Detektion mit einer geringen Strahlaufweitung vereinbar ist . It is particularly advantageous if the at least one loading ¬ stand part is from graphs of the limitation of the beam spread of the particle beam in the position determination of the particles. To determine the position, one or more suitable detectors must be used. However, each material causes a scattering of the particles and thus a Strahlauf ¬ expansion. This is undesirable since this changes a previously defined beam shape. Accordingly, the detectors cause a beam expansion. It is desirable, therefore, to design the detectors in such a way that reliable detection is compatible with low beam expansion.
In Weiterbildung der Erfindung ist der zumindest eine Bestandteil aus Graphen Teil der beiden Katodenebenen. Dieses Vorgehen basiert u.a. auf der Eigenschaft der großen Elektro¬ nengeschwindigkeit im Graphen. Vorzugsweise umfasst hierzu jede Katodenebene als Signalbahnen parallele Graphenbahnen und in einem Winkel verdreht hierzu parallele Metallbahnen. Es werden also sowohl von den Graphenbahnen als auch von den Metallbahnen einer jeden Katodenebene die positiv geladenen Ionen des Gases detektiert. Der Winkel zwischen den Bahnen der verschiedenen Materialien beträgt vorzugsweise 90°. Der Einsatz der beiden verschiedenen Bahnen in den Katodenebenen erfolgt z.B., indem die Katodenebenen jeweils eine Folie um- fassen, auf deren einen Seite die Graphenbahnen und auf deren anderen Seite die Metallbahnen angebracht sind. Dies verhin¬ dert ein Sich-Berühren der unterschiedlichen Bahnen. In a further development of the invention, the at least one component of graphene is part of the two cathode levels. This approach is based inter alia on the property of large electric ¬ nengeschwindigkeit in the graph. For this purpose, each cathode plane preferably comprises, as signal paths, parallel graphene tracks and, at an angle, twisted metal tracks parallel thereto. Thus, both the graphene orbits and the metal orbits of each cathode plane become the positively charged ones Ions of the gas detected. The angle between the tracks of the different materials is preferably 90 °. The use of the two different webs in the Katoden levels, for example, by the Katode levels each include a film on one side of the Graphene tracks and on the other side of the metal tracks are attached. This verhin ¬ changed a self-touching the different paths.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Graphenbahnen jeder Katodenebene parallel zu den Metallbahnen der jeweils anderen Katodenebene sind. Dies ermöglicht eine redundante Positions¬ bestimmung, denn durch die Parallelität zwischen den Signalbahnen der beiden Katodenebenen geben die beiden Katodenebenen einander entsprechende Ergebnisse aus. It is particularly advantageous if the graphene paths of each cathode plane are parallel to the metal tracks of the respective other cathode plane. This allows a redundant position ¬ determination, because the parallelism between the signal paths of the two cathode levels give the two Katode levels each other corresponding results.
Einer Ausgestaltung der Erfindung gemäß umfasst der Detektor ferner eine Auswerteeinheit zur Bestimmung der Position von Partikeln aus von einer einzelnen Katodenebene gelieferten Signalen ihrer Signalbahnen. Da zwei Katodenebenen vorhanden sind, kann die Auswerteeinheit also zwei Einzelpositionen bestimmen. Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Auswerteeinheit ausgebildet ist zur Bestimmung und/oder Überprüfung der Position von Partikeln unter Verwendung von einerseits der aus von einer einzelnen Katodenebene gelieferten Signale ih- rer Signalbahnen bestimmten Position, und andererseits der aus von der jeweils anderen Katodenebene gelieferten Signale ihrer Signalbahnen bestimmten Position. Dies entspricht einer redundanten Positionsbestimmung, welche unter Einsatz zweier Einzelpositionen erfolgt. Die Zuverlässigkeit der Messung wird hierdurch erhöht. According to an embodiment of the invention, the detector further comprises an evaluation unit for determining the position of particles from signals of their signal paths supplied by a single cathode plane. Since there are two cathode levels, the evaluation unit can thus determine two individual positions. Furthermore, it is advantageous if the evaluation unit is designed for determining and / or checking the position of particles using, on the one hand, the position determined from signals of its signal paths supplied by a single cathode plane and, on the other hand, the signals supplied from the respective other cathode plane their signal paths certain position. This corresponds to a redundant position determination, which takes place using two individual positions. The reliability of the measurement is thereby increased.
In Ausgestaltung der Erfindung ist die Auswerteeinheit ausge¬ bildet zur Bestimmung der Position von Partikeln durch Bestimmung von Signalzeitunterschieden zwischen Signalen der Graphenbahnen einer Katodenebene und der Metallbahnen der jeweils anderen Katodenebene. Es wird also jeweils eine Gra¬ phenbahn, welche ein Signal geliefert hat, und eine hierzu parallele Metallbahn der anderen Katodenebene, welche eben- falls ein Signal geliefert hat, miteinander verglichen. Da die Elektronengeschwindigkeiten in der Metallbahn und der Graphenbahn sich voneinander unterscheiden, liegt eine unterschiedliche Laufzeit der Signale in den beiden Signalbahnen vor. Der Laufzeitunterschied kann dazu herangezogen werden, Rückschlüsse auf den Ort des Auftreffens der positiven Ionen auf die Signalbahnen und somit über die Position des Parti¬ kels zu ziehen. Somit erlaubt auch die Betrachtung der Sig¬ nalzeitunterschiede eine Positionsbestimmung, wodurch eine weitere Redundanz der Positionsbestimmung gegeben ist. In an embodiment of the invention the evaluation unit is ¬ forms to determine the position of particles by determination of signal time differences between signals of the paths of a graph Katodenebene and the metal tracks of each other Katodenebene. There is thus a respective Gra ¬ phenbahn which provides a signal, and a parallel thereto metal web of the other Katodenebene which likewise if a signal has been supplied, compared with each other. Since the electron velocities in the metal track and the graphene track differ from each other, there is a different transit time of the signals in the two signal paths. The transit time difference can be used to draw conclusions about the location of the impact of the positive ions on the signal paths and thus on the position of the Parti ¬ cle. Thus, the consideration of the Sig ¬ nalzeitunterschiede allows position determination, whereby a further redundancy of the position determination is provided.
Eine Erhöhung der Redundanz der Positionsbestimmung innerhalb eines einzigen Detektors ist deshalb von Vorteil, weil hier¬ durch auf den Einsatz weiterer Detektoren verzichtet werden kann. Hierdurch wird die unerwünschte Strahlaufweitung effektiv begrenzt. An increase in the redundancy of the position determination within a single detector is advantageous because it can be omitted ¬ through the use of other detectors. As a result, the unwanted beam expansion is effectively limited.
Einer anderen Weiterbildung der Erfindung zufolge, welche zusätzlich oder alternativ zum Einsatz von Graphen in den Kato- denebenen verwendet werden kann, bildet der mindestens eine Bestandteil als Graphenfolie zumindest einen Teil der Hülle aus. Die Hülle, welche das Gasvolumen einschließt, ist also entweder ganz oder teilweise aus Graphen. Hierbei macht man sich die Eigenschaft der Gasundurchlässigkeit selbst dünnster Graphenfolien zunutze. According to another development of the invention, which can be used additionally or alternatively to the use of graphene in the cathode levels, the at least one component forms as graphene film at least a part of the casing. The envelope enclosing the gas volume is thus either entirely or partially graphene. In doing so, the property of the gas impermeability of even the thinnest graphene films is exploited.
Vorteilhafterweise ist der Detektor als MWPC-Dekektor ausge¬ bildet. Derartige Detektoren kommen insbesondere in Partikel¬ bestrahlungsanlagen zum Einsatz, weshalb sich der erfindungs- gemäß Detektor besonders für die Verwendung in einer Partikelbestrahlungsanlage eignet. Advantageously, the detector is formed as MWPC-Dekektor ¬ out. Such detectors are used in particular in particle irradiation systems, which is why the detector according to the invention is particularly suitable for use in a particle irradiation facility .
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbei¬ spiels näher erläutert. Dabei zeigen: In the following the invention on the basis of an exemplary embodiment is explained in detail. Showing:
Figur 1: einen ersten schematischen Überblick über den Figure 1: a first schematic overview of the
Aufbau einer Partikeltherapieanlage, Figur 2 : eine schematische Darstellung einer Bestrahlung eines Zielvolumens mittels einer Raster¬ scaneinrichtung, Construction of a particle therapy system, Figure 2 is a schematic illustration of an irradiation of a target volume by means of a raster scanning device ¬,
Figur 3 : einen zweiten schematischen Überblick über den Figure 3: a second schematic overview of the
Aufbau einer Partikeltherapieanlage,  Construction of a particle therapy system,
Figur 4 : den Aufbau eines derzeit verwendeten MWPC-FIG. 4 shows the structure of a currently used MWPC
Detektors , Detector,
Figur 5 : einen ersten neuartigen MWPC-Detektor, FIG. 5: a first novel MWPC detector,
Figur 6: einen zweiten neuartigen MWPC-Detektor. Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung einen Aufbau einer Partikeltherapieanlage. Diese wird zur Bestrahlung eines auf einer Positioniervorrichtung 12 angeordneten Patienten 14 mit einem Strahl 16 aus Partikeln eingesetzt, der im Folgenden als Partikelstrahl 16 bezeichnet ist. Insbesondere kann hier- durch ein tumorerkranktes Gewebe des Patienten 14 mit demFIG. 6 shows a second novel MWPC detector. Figure 1 shows a schematic representation of a structure of a particle therapy system. This is used to irradiate a patient 14 arranged on a positioning device 12 with a jet 16 of particles, which is referred to below as the particle beam 16. In particular, a tumor-affected tissue of the patient 14 can thereby be connected to the patient
Partikelstrahl 16 bestrahlt werden. Es ist ebenfalls möglich, die Partikelbestrahlungsanlage zur Bestrahlung eines nicht¬ lebenden Objektes 18, insbesondere eines Wasserphantoms, ein¬ zusetzen. Die Bestrahlung des Wasserphantoms 18 erfolgt bei- spielsweise zu Zwecken der Überprüfung und Verifizierung von Bestrahlungsparametern vor und/oder nach einer erfolgten Bestrahlung eines Patienten 14. Es kann ferner vorgesehen werden, andere Objekte, insbesondere Versuchsaufbauten wie bei¬ spielsweise Zellkulturen oder Bakterienkulturen zu For- schungszwecken mit dem Partikelstrahl 16 zu bestrahlen. Particle beam 16 are irradiated. It is also possible to enforce the particle irradiation system for irradiating a non ¬ living object 18, in particular a water phantom, a ¬. The irradiation of the water phantom 18 is effected examples play for purposes of checking and verifying irradiation parameters before and / or 14, after completed irradiation of a patient may also be provided, other objects, and in particular experimental set-ups as in ¬ play, cell cultures or bacteria cultures to research schungszwecken with the particle beam 16 to irradiate.
Als Partikel werden geladene Teilchen, wie beispielsweise Protonen, Pionen, Heliumionen, Kohlenstoffionen oder Ionen anderer Elemente eingesetzt. Üblicherweise werden derartige Partikel in einer Partikel- bzw. Ionenquelle 20 erzeugt. An¬ stelle der einen in Figur 1 gezeigten Ionenquelle 20 können auch mehrere Ionenquellen 20 vorhanden sein, so dass eine Be- Strahlung mit verschiedenartigen Partikeln möglich ist, z.B. mit Kohlenstoffionen und Protonen. Particles used are charged particles, such as, for example, protons, pions, helium ions, carbon ions or ions of other elements. Typically, such particles are generated in a particle or ion source 20. Instead of the ion source 20 shown in FIG. 1, a plurality of ion sources 20 may also be present, so that a Radiation with different types of particles is possible, for example with carbon ions and protons.
Der von der Ionenquelle 20 erzeugte Ionenstrahl oder Parti- kelstrahl wird in dem Vorbeschleuniger 22 auf ein erstesThe ion beam or particle beam generated by the ion source 20 is at a first in the pre-accelerator 22
Energieniveau beschleunigt. Der Vorbeschleuniger 22 ist bei¬ spielsweise ein Linearbeschleuniger. Anschließend werden die Partikel in einen weiteren Beschleuniger 26, beispielsweise einen Kreisbeschleuniger, insbesondere ein Synchrotron oder Zyklotron, eingespeist. In dem Beschleuniger 26 wird der Partikelstrahl auf eine zur Bestrahlung benötigte Energie be¬ schleunigt. Nachdem der Partikelstrahl den Beschleuniger 26 verlassen hat, transportiert ein Hochenergiestrahl- Transportsystem 28 den Partikelstrahl in einen oder mehrere Bestrahlungsräumen 30, 30', 30'', wobei dort beispielsweise die Positioniervorrichtung 12 - etwa eine Patientenliege - mit dem Patienten 14 oder das Phantom 18 zur Bestrahlungspla- nungsverifikation angeordnet ist. In dem Bestrahlungsraum 30 oder 30' erfolgt die Bestrahlung des Körpers 14, 18 von einer festen Richtung aus, wobei der Körper 14, 18 raumfest angeordnet ist. Diese Bestrahlungsräu¬ me 30, 30' werden als "fixed beam"-Räume bezeichnet. Im Be¬ handlungsraum 30'' ist eine um eine Achse 32 beweglich ange- ordnete, vorzugsweise drehbar angeordnete Gantry 34 vorgese¬ hen. Mittels der Gantry 34 kann der zu bestrahlende Körper 14, 18 von verschiedenen Richtungen aus bestrahlt werden. Hierbei wird der Partikelstrahl 16 mittels der in der Gantry 34 angeordneten Gantrystrahlführung 36 um den zu bestrahlen- den Körper 14, 18 gedreht. Es sind in Figur 1 stellvertretend für die unterschiedlichen Positionen der Gantrystrahlführung 36 der Gantry 34 eine erste Position 38 und eine zweite Posi¬ tion 38' gezeigt. Selbstverständlich sind auch Zwischenposi¬ tionen für die Gantrystrahlführung 36, die aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht gezeigt sind, auf zumindest einemEnergy level accelerates. The pre-accelerator 22 is at ¬ example, a linear accelerator. Subsequently, the particles are fed into a further accelerator 26, for example a circular accelerator, in particular a synchrotron or cyclotron. In the accelerator 26, the particle beam will be accelerated ¬ to a required for irradiation energy. After the particle beam has exited the accelerator 26, a high-energy beam transport system 28 transports the particle beam into one or more irradiation rooms 30, 30 ', 30'', where, for example, the positioning device 12 - such as a patient bed - with the patient 14 or the phantom for irradiation planning verification is arranged. In the irradiation space 30 or 30 ', the irradiation of the body 14, 18 takes place from a fixed direction, wherein the body 14, 18 is arranged fixed in space. This Bestrahlungsräu ¬ me 30, 30 'are called "fixed beam" -Spaces referred. In Be ¬ action space 30 '' is arranged movably about an axis 32, preferably rotatably mounted gantry 34 vorgese ¬ hen. By means of the gantry 34, the body 14, 18 to be irradiated can be irradiated from different directions. In this case, the particle beam 16 is rotated about the body 14, 18 to be irradiated by means of the gantry beam guide 36 arranged in the gantry 34. They are representative of the different positions of the Gantrystrahlführung 36 of the gantry 34 in Figure 1, a first position 38 and a second posi tion ¬ 38 'is shown. Of course, intermediate ¬ Posi tions for Gantrystrahlführung 36, which are not shown for reasons of clarity, on at least one
Halbkreis oberhalb des zu bestrahlenden Körpers 14, 18 in ei¬ ner gedachten Kugel um den zu bestrahlenden Körper 14, 18 möglich. Somit kann das zu bestrahlende Zielvolumen von meh- reren Richtungen aus senkrecht zur Achse 32 bestrahlt werden. Dies ist aus geometrischen Gründen vorteilhaft. Semicircle above the body to be irradiated 14, 18 in ei ¬ ner imaginary sphere around the body to be irradiated 14, 18 possible. Thus, the target volume to be irradiated can be increased by several Reren directions from perpendicular to the axis 32 are irradiated. This is advantageous for geometric reasons.
Im Bestrahlungsraum 30, 30' tritt der Partikelstrahl aus ei- nem als Strahlauslass 40, 40' bezeichneten Ende eines Vakuum¬ systems der Hochenergiestrahlführung 28 aus und trifft auf das zu bestrahlende Zielvolumen im Körper 14 oder 18. Das Zielvolumen ist hierbei üblicherweise in einem Isozentrum 42, 42' des jeweiligen Bestrahlungsraums 30, 30' angeordnet. In the irradiation space 30, 30 ', the particle beam emerges from an end of a vacuum system of the high-energy beam guide 28 designated as a beam outlet 40, 40' and strikes the target volume to be irradiated in the body 14 or 18. The target volume here is usually in an isocenter 42, 42 'of the respective irradiation room 30, 30' are arranged.
Der anhand der Figur 1 dargestellte Grundaufbau einer Parti¬ keltherapieanlage ist beispielhaft für Partikeltherapieanla¬ gen, kann aber auch hiervon abweichen. Die nachfolgend beschriebenen Ausführungen sind sowohl im Zusammenhang mit der anhand von Figur 1 dargestellten als auch mit anderen Partikeltherapieanlagen anwendbar. The basic structure of a Parti ¬ keltherapieanlage illustrated with reference to Figure 1 is an example of Partikeltherapieanla ¬ gen, but can also vary. The embodiments described below are applicable both in connection with the illustrated with reference to Figure 1 and with other particle therapy systems.
Figur 2 zeigt schematisch eine Bestrahlung eines Zielvolumens 56 mit der Rasterscantechnik. Die Rasterscaneinrichtung weist eine erste Partikelstrahlablenkungseinrichtung 46 und eine zweite Partikelstrahlablenkungseinrichtung 48 auf, welche insbesondere Magneten umfassen können. Die beiden Partikel- strahlablenkeinrichtungen 46, 48 vermögen den Strahl 16 horizontal bzw. vertikal abzulenken. Die Pfeile deuten die Ab- lenkrichtung des Partikelstrahls 16 in x-Richtung (horizontal) und in y-Richtung (vertikal) an. Somit ist die Rasters¬ caneinrichtung in der Lage, eine zweidimensionale Matrix aus Punkten mit den Positionen (x-j,y-j ) zu scannen oder abzufahren. Diese Punkte (x-j,y-j ) werden in Kombination mit der je- weils verwendeten Partikelenergie als Scan Spots, Rasterpunk¬ te oder Abtastpunkte bezeichnet. D.h. ein Abtastpunkt wird bestimmt durch die Ausrichtung des Partikelstrahls 16 in x- Richtung und y-Richtung, sowie durch die Partikelenergie. Für eine Kombination aus x- und y-Werten existieren demnach meh- rere Abtastpunkte, wenn Partikel verschiedener Energien aus¬ gesendet werden. Das zu bestrahlende Zielvolumen 56 in dem zu bestrahlenden Patienten oder Objekt kann man als aus isoenergetischen FIG. 2 schematically shows an irradiation of a target volume 56 with the raster scanning technique. The raster scanning device has a first particle beam deflection device 46 and a second particle beam deflection device 48, which may in particular comprise magnets. The two particle beam deflection devices 46, 48 are able to divert the beam 16 horizontally or vertically. The arrows indicate the deflection direction of the particle beam 16 in the x-direction (horizontal) and in the y-direction (vertical). Thus, the grid ¬ caneinrichtung capable of a two-dimensional matrix of dots with the positions (x j, j y) to scan or to depart. These points (x j, y j) particle energy weils used in combination with the JE as scans spots, scanning punk ¬ te or sample points are designated. That is, a sampling point is determined by the orientation of the particle beam 16 in the x-direction and y-direction, and by the particle energy. For a combination of x and y values thus exist sev- eral sampling points when particles of different energies are sent from ¬. The target volume 56 to be irradiated in the patient or object to be irradiated can be considered as isoenergetic
Scheiben oder Schichten 58a, 58b, 58c, ... 58i zusammenge¬ setzt betrachten. Hierbei sind die Iso-Energieschichten 58a, 58b, 58c, ... 58i jeweils einer bestimmten Position auf der z-Achse zugeordnet. Die Schichten werden als isoenergetisch bezeichnet, da Partikel einer bestimmten Anfangsenergie hauptsächlich mit der Materie der jeweiligen Schicht wechselwirken, d.h. die Energiedosis der Partikel dieser bestimmten Anfangsenergie wirkt sich gemäß dem jeweiligen Bragg-Maximum zum großen Teil nur auf die jeweilige Iso-Energieschicht aus. Slices or layers 58a, 58b, 58c, ... 58i together amount ¬ is considered. In this case, the iso-energy layers 58a, 58b, 58c, ... 58i are each assigned to a specific position on the z-axis. The layers are referred to as isoenergetic, since particles of a certain initial energy mainly interact with the matter of the respective layer, ie the absorbed dose of the particles of this particular initial energy has a large effect only on the respective iso-energy layer according to the respective Bragg maximum.
In dem Beispiel der Figur 2 beginnt die Zählung der Schichten an der der Rasterscaneinrichtung zugewandten Seite mit 58a, während die von der Rasterscaneinrichtung am weitesten entfernte Schicht, die distale Schicht, die Bezeichnung 58i hat, wobei i die Anzahl der Schichten bezeichnet. Zur Einstellung des Partikelstrahls 16 auf eine jeweiligen Schicht 58a, 58b, 58c, ... 58i weist der Partikelstrahl 16 jeweils eine andere Anfangsenergie auf, wobei die Anfangsenergie diejenige der Partikel vor der Wechselwirkung mit dem Objekt 14 oder 18 ist. Hierbei wird der Partikelstrahl 16 mit der niedrigsten Energie in der Scheibe 58a und der Partikelstrahl 16 mit der höchsten Energie in der Scheibe 58i deponiert. In the example of Figure 2, the count of the layers on the raster scanning device side starts at 58a, while the layer furthest away from the raster scan device, the distal layer, has the designation 58i, where i denotes the number of layers. For adjusting the particle beam 16 to a respective layer 58a, 58b, 58c, ... 58i, the particle beam 16 each has a different initial energy, wherein the initial energy is that of the particles prior to interaction with the object 14 or 18. Here, the particle beam 16 with the lowest energy in the disc 58a and the particle beam 16 with the highest energy is deposited in the disc 58i.
Die Bestrahlung mit einem Rasterscan-Verfahren bedient sich folglich eines Partikelstrahls 16, welcher so dimensioniert ist, dass in dem Zielvolumen 56 lediglich an einem kleinen, umschriebenen Bezirk eine Einzeldosis deponiert werden kann. Ein solcher kleiner Bezirk entspricht einem Zielpunkt, wobei die Koordinaten der Zielpunkte für die Bestrahlungsplanung bekannt sind. Dementsprechend kann durch Ansteuern eines be¬ stimmten Abtastpunktes ein bestimmter Zielpunkt bestrahlt werden . The irradiation with a raster scan method thus uses a particle beam 16 which is dimensioned so that a single dose can be deposited in the target volume 56 only in a small, circumscribed area. Such a small district corresponds to a destination point, the coordinates of the destination points for the treatment planning being known. Accordingly, a particular destination can be irradiated by driving a ¬ be voted sampling.
Um das gesamte Zielvolumen 56 zu bestrahlen, werden sukzessive die unterschiedlichen Abtastpunkte angesteuert. Der Parti¬ kelstrahl 16 wird dabei mithilfe der Partikelstrahlablenkein- richtungen 46 und 48 abgelenkt und so über das Zielvolumen gelenkt. Zur Bestrahlung unterschiedlicher Iso- Energieschichten wird die Energie des Partikelstrahls 16 pas¬ send eingestellt. Gezeigt ist in Figur 2 ein Zielvolumen 56, bei dem drei distale Iso-Energieschichten 58±, 58±-i, 58i_2 be¬ reits bestrahlt worden sind, und bei denen aktuell der Parti¬ kelstrahl 16 über die nachfolgenden Iso-Energieschicht 58i_3 scannt . Figur 3 zeigt eine weitere schematische Darstellung einerIn order to irradiate the entire target volume 56, the different sampling points are successively driven. The Parti ¬ kelstrahl 16 is thereby using the Partikelstrahlablenkein- deflected directions 46 and 48 and so steered over the target volume. For irradiation of different iso-energy layers, the energy of the particle beam 16 is adjusted to pas ¬ send. Is shown in Figure 2, a target volume 56 in which three distal iso-energy layers 58 ± 58 ± -i, 58i_2 have been irradiated be ¬ already, and which scans currently the Parti ¬ kelstrahl 16 via the subsequent iso-energy layer 58i_3. FIG. 3 shows a further schematic representation of a
Partikelbestrahlungsanlage, welche sich für die Raster-Scan- Technologie eignet. Es sind zwei Ionenquellen 20, der Vorbe¬ schleuniger 22, der Kreisbeschleuniger 26 und zwei Partikel- strahlablenkungseinrichtungen 44 und 46 zu sehen. Die Ablen- kung der Partikel durch die Partikelstrahlablenkungseinrich- tungen 44 und 46 erfolgt wie in Figur 2 gezeigt in x- und y- Richtung, während z die Richtung entlang des Strahls bezeichnet . Die die Partikel das Gewebe des zu untersuchenden Objektes beschädigen, ist es erforderlich, zu prüfen, ob der Partikelstrahl auf das korrekte Zielvolumen ausgerichtet ist. Wie oben bereits erwähnt, sind zur Ermittlung dieses von der Be¬ strahlung betroffenen Volumens einerseits die Ausrichtung des Strahls und andererseits die Partikelenergie relevant. Dem¬ entsprechend schließen sich an die Partikelstrahlablenkungs- einrichtungen 44 und 46 Detektoren DET zur Bestimmung der Strahlausrichtung und Ionisationskammern zur Bestimmung der Partikelenergie an. Durch die Detektoren DET wird die Positi- on und Form des Partikelstrahls gemessen; hierbei sind die Detektoren DET als MWPC-Detektoren (Multi Wire Proportional Chamber) ausgestaltet. Aus Gründen der Redundanz werden die Detektoren DET zweifach ausgelegt, wie auch in Figur 3 zu sehen . Particle irradiation system suitable for raster scan technology. There are two ion sources 20, the Vorbe ¬ accelerator 22, the circular accelerator 26 and two particle beam deflection means to see 44 and 46th The deflection of the particles by the particle beam deflection devices 44 and 46 takes place in the x and y direction as shown in FIG. 2, while z denotes the direction along the beam. If the particles damage the tissue of the object to be examined, it is necessary to check whether the particle beam is aligned with the correct target volume. As already mentioned above, the alignment of the beam and on the other hand, the particle energy are to determine this volume affected by the radiation-Be ¬ one hand relevant. ¬ the corresponding join the Partikelstrahlablenkungs- devices 44 and 46 detectors DET for determining the beam orientation and ionization chambers to determine the particle energy on. The detectors DET measure the position and shape of the particle beam; In this case, the detectors DET are designed as MWPC detectors (Multi Wire Proportional Chamber). For reasons of redundancy, the detectors DET are designed in duplicate, as can also be seen in FIG.
Figur 4 zeigt den Aufbau derzeit verwendeter MWPC-Detektoren. Es handelt sich hierbei um Detektoren für ionisierende Strah¬ lung oder Partikel, welche auch als Drahtkammern bezeichnet werden. Sie bestehen aus einem rechteckigen Rahmen Ra, der auf beiden Seiten mit einer gasdichten Folie F umschlossen ist. Als Folienmaterial wird hierbei üblicherweise Polyimid eingesetzt, z.B. Kapton®. Figure 4 shows the structure of currently used MWPC detectors. This is to detectors for ionizing Strah ¬ lung or particles which also referred to as wire chambers become. They consist of a rectangular frame Ra, which is enclosed on both sides with a gas-tight film F. Polyimide is usually used here as the film material, eg Kapton®.
Die MWPC-Detektoren werden von Gas (z.B. 80% Ar und 20% C02) mit leichtem Überdruck durchströmt. Die Zusammensetzung und der Druck des Gases sind so bestimmt, dass jedes Partikel ei¬ ne Ionsisation herbeiführt, ohne dass es allerdings zu einer selbständigen Gasentladung kommt. Im Inneren des Rahmens befinden sich drei Ebenen SEI, A und SE2 von Drähten, wobei in jeder Ebene die Drähte parallel zueinander sind. Die mittlere Ebene A ist mit einer Hochspannungsquelle verbunden, z.B. mit einer positiven Spannung von 1600 V, und stellt die Anode dar. Bei den beiden anderen Ebenen SEI und SE2 handelt es sich um die Signalebenen; sie dienen der Gewinnung des Messsignals. Sie sind über elektronische Verstärker mit Masse verbunden, stellen also die Katoden dar. Die Signalebenen SEI und SE2 haben je eine Vielzahl, z.B. 112, paralleler Drähte in kleinem Abstand, z.B. 2mmm, zueinander, wobei die Drähte der Signalebene SEI gegenüber denjenigen der Signalebene SE2 um 90° gedreht sind. The MWPC detectors are traversed by gas (eg 80% Ar and 20% C0 2 ) with slight overpressure. The composition and the pressure of the gas are determined so that each particle causes ei ¬ ne ionization, but without it comes to an independent gas discharge. Inside the frame are three levels SEI, A and SE2 of wires, in each level the wires being parallel to each other. The middle level A is connected to a high voltage source, eg with a positive voltage of 1600 V, and represents the anode. The other two levels SEI and SE2 are the signal levels; they serve to obtain the measurement signal. They are connected via electronic amplifiers to ground, so represent the cathodes. The signal levels SEI and SE2 each have a variety, eg 112, parallel wires at a small distance, eg 2mmm, each other, the wires of the signal level SEI to those of the signal level SE2 rotated by 90 °.
Dort, wo der Partikelstrahl durch den Detektor fliegt, wird das Gas ionisiert. Die hierbei entstehenden Ionen und Elekt¬ ronen des Gases werden durch die Hochspannung beschleunigt. Hierdurch wird durch die Elektronen aufgrund der großen Spannung der Anode eine Lawinenreaktion in der Nähe der Drähte der Anode A ausgelöst. Die nächstliegenden Drähte der Signal- ebenen SEI und SE2 nehmen die Ionen aus der Primärionisation und der Lawinenreaktion auf und führen sie den Messverstärkern zu, so dass diese als Messsignal erfassbar sind. Ein im Detektor befindlicher Prozessor liest die Messverstärker im Zeitraster 50 - 250 \is aus. Durch Bestimmen derjenigen Drähte der Signalebenen SEI und SE2, welche die Signale geliefert haben, kann die x- und y-Richtung des jeweiligen Partikels ermittelt werden. Jeder Festkörper im Strahl bewirkt eine Streuung der Partikel und somit eine Aufweitung des Strahls, d.h. zu einer Vergrö¬ ßerung der Penumbra. Diese AufStreuung ist nachteilig, da hierdurch eine Abweichung vom gewünschten Zielvolumen herbei- geführt wird und somit auch gesundes Gewebe bestrahlt wird. Das Verhältnis der Aufstreuung in Festkörper zu Luft beträgt etwa 1000 zu 1, d.h. die Aufstreuung einer 25 μιη dicken Folie entspricht der AufStreuung in 25 mm Luft. Es ist daher erstrebenswert, nach den Partikelstrahlablenkungseinrichtungen 44 und 46 möglichst wenig Material im Partikelstrahl zu ha¬ ben. Um die Festkörperbestandteile zu reduzieren, welchen der Partikelstrahl für eine zuverlässige Bestimmung seiner Lage passieren muss, wird erfindungsgemäß der Einsatz von Graphen vorgeschlagen . Where the particle beam passes through the detector, the gas is ionized. The ions and resulting in this case Elect ¬ Ronen of the gas are accelerated by the high voltage. As a result, an avalanche reaction in the vicinity of the wires of the anode A is triggered by the electrons due to the large voltage of the anode. The nearest wires of the signal levels SEI and SE2 pick up the ions from the primary ionization and the avalanche reaction and supply them to the measuring amplifiers, so that they can be detected as a measurement signal. A processor located in the detector reads the measuring amplifiers in the time frame 50 - 250 \ is off. By determining those wires of the signal planes SEI and SE2 which supplied the signals, the x and y direction of the respective particle can be determined. Each solid state in the jet causes a dispersion of the particles and thus a widening of the beam, that is, a magnification ¬ fication of the penumbra. This scattering is disadvantageous, as this causes a deviation from the desired target volume and thus healthy tissue is also irradiated. The ratio of scattering in solid to air is about 1000 to 1, ie the scattering of a 25 μm thick film corresponds to the scattering in 25 mm air. It is therefore desirable to have as little material as possible in the particle beam after the particle beam deflection devices 44 and 46. In order to reduce the solid constituents which the particle beam must pass for a reliable determination of its position, the use of graphene is proposed according to the invention.
Nur eine Atomschicht dünne Filme aus Graphit werden Graphen genannt. Es handelt sich also sozusagen um ein Kohlenstoff- blatt. Die Kohlenstoffatome sind in der Schicht in einem zweidimensionalen wabenförmigen Gitter angeordnet, es liegt also ein zweidimensionaler hexagonaler Kohlenstoffkristall vor. Man kann Schichten erhalten, welche nur ein Kohlenstoff- atom dick sind, z.B. indem einzelne Atomlagen von einem Graphitblock abgestreift werden; auch dickere Membranen mit mehreren Grapheneinzelschichten sind herstellbar. Die Elektronen können sich im Graphen nur in zwei Dimensionen bewegen. Aus diesem Grund bewegen sie sich in Graphen sehr viel schneller als in anderen Materialien, nämlich mit ca. dem 0.3-fachen der Lichtgeschwindigkeit. In normalen Leitern wie Kupfer oder Gold beträgt die Elektronengeschwindigkeit ca. das 0.1-fache der Lichtgeschwindigkeit, also nur ein Drittel der Elektro¬ nengeschwindigkeit in Graphen. Ferner ist Graphen trotz der Dünne der Schicht für Gase undurchlässig. Only one atomic layer of thin films of graphite are called graphene. It is, so to speak, a carbon sheet. The carbon atoms are arranged in the layer in a two-dimensional honeycomb lattice, so there is a two-dimensional hexagonal carbon crystal before. It is possible to obtain layers which are only one carbon atom thick, for example by stripping individual atom layers of a graphite block; even thicker membranes with several graphene single layers can be produced. The electrons can only move in two dimensions in the graph. For this reason, they move much faster in graphene than in other materials, namely at about 0.3 times the speed of light. In normal conductors such as copper or gold, the electron velocity is about 0.1 times the speed of light, so only one third of electrical ¬ nengeschwindigkeit in graph. Furthermore, despite the thinness of the layer, graphene is impermeable to gases.
Figur 5 zeigt einen MWPC-Detektor, in welchem Graphen einge- setzt ist. Wie der Detektor der Figur 4 weist dieser in der Mitte die Anode A auf, und zu beiden Seiten die Signalebenen SEI und SE2. Auf jeder der Signalebenen SEI und SE2 sind parallele mit Gold beschichtete Kupferdrähte Cu und senkrecht hierzu Graphenbahnen bzw. -drähte Gr angeordnet. Diese Sig¬ naldrähte sind hierbei jeweils auf einer Folie aufgebracht, z.B. auf einer beschichteten Polyimidfolie . Die Signalebene SEI weist auf der einen Seite der Folie die vergoldeten Kup- ferdrähte Cu in vertikaler Richtung auf, und auf der anderen Seite der Folie die Graphenbahnen Gr in horizontaler Richtung. Umgekehrt weist die Signalebene SE2 auf der einen Seite der Folie die vergoldeten Kupferdrähte Cu in horizontaler Richtung auf, und auf der anderen Seite der Folie die Gra- phenbahnen Gr in vertikaler Richtung. Die Kupferdrähte Cu der beiden Signalebenen SEI und SE2 sind also um 90° gegeneinander verdreht, ebenso die Graphenbahnen Gr. Dementsprechend stehen sich im Detektor - jeweils durch die Anode A getrennt - die horizontalen Graphenbahnen Gr und die horizontalen Kup- ferbahnen Cu, sowie die vertikalen Graphenbahnen Gr und die vertikalen Kupferbahnen Cu gegenüber. FIG. 5 shows an MWPC detector in which graphs are used. Like the detector of FIG. 4, it has the anode A in the middle, and the signal levels SEI and SE2 on both sides. On each of the signal planes SEI and SE2, parallel gold-coated copper wires are Cu and perpendicular arranged graphene webs or wires Gr. This Sig ¬ naldrähte here are respectively applied to a film, for example on a coated polyimide film. The signal plane SEI has the gold-plated copper wires Cu in the vertical direction on one side of the film, and the graphene webs Gr in the horizontal direction on the other side of the film. Conversely, the signal plane SE2 has on one side of the film the gold-plated copper wires Cu in the horizontal direction, and on the other side of the film the grain paths Gr in the vertical direction. The copper wires Cu of the two signal levels SEI and SE2 are therefore rotated by 90 ° to each other, as well as the graphene tracks Gr. Accordingly, the horizontal graphene tracks Gr and the horizontal copper tracks Cu, as well as the vertical graphene tracks Gr and the vertical copper tracks Cu, face each other in the detector, separated by the anode A in each case.
Die Graphenbahnen Gr kann man unter Zuhilfenahme von Licht, z.B. mit einem Kamerablitz, herstellen. Dieses vermag Pulver aus Graphit-Oxid in leitendes Graphen umzuwandeln. Ein Licht¬ puls kann genügend Wärme zur Verfügung stellen, um das Oxidpulver chemisch zu reduzieren und so zu verbinden, dass Graphen entsteht. Mischt man das Graphit-Oxid mit Kunststoffpul- ver, entstehen flexible leitfähige Schichten. Verwendet man eine abschirmende Muster-Maske, so lassen sich gezielt Bahnen und sogar Schaltkreise erzeugen. The graphene sheets Gr can be produced with the aid of light, for example with a camera flash. This is capable of converting powder from graphite oxide into conductive graphene. A light pulse ¬ can provide enough heat available to reduce the oxide powder chemically and connect so that graphene is formed. Mixing the graphite oxide with plastic powder results in flexible conductive layers. If you use a shielding pattern mask, you can create targeted paths and even circuits.
Löst nun ein geladenes Partikel ION eine Lawine an der Anode A aus, so werden die hieraus resultierenden Ionen sowohl zur rechten als auch zu linken Signalebenen SEI und SE2 beschleunigt und lösen auf beiden Seiten Signale an den Signaldrähten Cu, Gr aus. Über Messverstärker werden diese einem Prozessor zugeführt und ausgewertet. Auf der ersten Signalebene SEI wird eine horizontale Graphenbahn Gr - in dem Beispiel der Figur 5 die erste Graphenbahn Gr von unten - und eine vertikale Kupferbahn Cu - in dem Beispiel der Figur 5 die zweite Kupferbahn Cu von links -angesprochen; daraus lässt sich der Ort, also x- und y-Koordinate des geladenen Partikels bestim- men. Auf der zweiten Signalebene SE2 wird eine vertikale Gra¬ phenbahn Gr - in dem Beispiel der Figur 5 die zweite Graphenbahn Gr von links -und eine horizontale Kupferbahn Cu - in dem Beispiel der Figur 5 die erste Kupferbahn Cu von unten - angesprochen; auch daraus lässt sich der Ort, also x- und y- Koordinate des geladenen Partikels bestimmen. Diese beiden Koordinatenpaare müssen bei korrekter Messung übereinstimmen. Hierdurch ist eine Redundanz der Ortsbestimmung gewährleistet. Somit ist die Verwendung eines zweiten Detektors nicht nötig. If a charged particle ION causes an avalanche at the anode A, the ions resulting therefrom are accelerated to both the right and to the left signal levels SEI and SE2 and trigger signals on the signal wires Cu, Gr on both sides. About measuring amplifier these are fed to a processor and evaluated. On the first signal level SEI, a horizontal graphene track Gr - in the example of FIG. 5, the first graphene track Gr from below - and a vertical copper track Cu - in the example of FIG. 5 the second copper track Cu is addressed from the left; from this, the location, ie the x and y coordinates of the charged particle can be determined. men. On the second signal plane SE2 is a vertical Gra ¬ phenbahn Gr - the second graph train Gr from left -and a horizontal copper trace Cu in the example of figure 5 - in the example of Figure 5, the first copper track Cu Angle - addressed; from this, too, the location, ie the x and y coordinates of the charged particle can be determined. These two pairs of coordinates must match when measured correctly. This ensures a redundancy of the location. Thus, the use of a second detector is not necessary.
Eine zweite Redundanz erreicht man, wenn man die Laufzeitunterschiede der sich gegenüberliegenden Graphenbahnen Gr und Kupferbahn Cu betrachtet. In Figur 5 sind unten die von den Messverstärkern ausgegebenen Signale SIG1 bis SIG4 angedeutet, wobei der Verlauf der Zeit t nach links dargestellt ist. Es ist zu erkennen, dass die Signale SIG1 und SIG4 der Gra¬ phenbahnen Gr früher eintreffen als die Signale SIG2 und SIG3 der Kupferbahnen Cu . Dies basiert auf der oben erläuterten höheren Elektronengeschwindigkeit im Graphen gegenüber norma¬ len Leitern. A second redundancy is achieved by considering the transit time differences of the opposite graphene tracks Gr and copper track Cu. The signals SIG1 to SIG4 output by the measuring amplifiers are indicated below in FIG. 5, the curve of the time t being shown to the left. It can be seen that the signals arriving SIG1 and SIG4 the Gra ¬ phenbahnen Gr earlier than the signals SIG2 and SIG3 the copper traces Cu. This is based on the above-explained higher electron velocity in the graph compared to normal conductors.
Es wird nun der Laufzeitunterschied in den sich gegenüberlie¬ genden horizontalen Leitern und in den sich gegenüberliegen- den vertikalen Leitern bestimmt. Dies bedeutet, dass derThe skew is now in itself gegenüberlie ¬ constricting horizontal conductors and in itself determined gegenüberliegen- the vertical ladders. This means that the
Zeitunterschied zwischen dem Signal SIG4 der vertikalen Graphenbahn Gr der zweiten Signalebene SE2 und dem Signal SIG3 des vertikalen Kupferleiters Cu der ersten Signalebene SEI bestimmt wird. Aus der Differenz lässt sich bestimmen, an welcher vertikalen Position die Ionen die Signalebenen SEI und SE2 erreicht haben; dies entspricht der Ermittlung des jeweiligen horizontalen Drahtes. Weiterhin wird der Zeitunterschied zwischen dem Signal SIG2 des horizontalen Kupferleiters Cu der zweiten Signalebene SE2 und dem Signal SIG1 des vertikalen Graphenbahn Gr der ersten Signalebene SEI bestimmt. Aus der Differenz lässt sich bestimmen, an welcher horizontalen Position die Ionen die Signalebenen SEI und SE2 erreicht haben; dies entspricht der Ermittlung des jeweiligen vertikalen Drahtes. Time difference between the signal SIG4 of the vertical graphene track Gr of the second signal level SE2 and the signal SIG3 of the vertical copper conductor Cu of the first signal level SEI is determined. From the difference it can be determined at which vertical position the ions have reached the signal levels SEI and SE2; this corresponds to the determination of the respective horizontal wire. Furthermore, the time difference between the signal SIG2 of the horizontal copper conductor Cu of the second signal level SE2 and the signal SIG1 of the vertical graphene track Gr of the first signal level SEI is determined. From the difference, it can be determined at which horizontal position the ions the signal levels SEI and SE2 achieved; this corresponds to the determination of the respective vertical wire.
Da die Signalgeschwindigkeit in Graphen 0,3 der Lichtge- schwindigkeit beträgt, sollte die Abtastung im Gigahertz Be¬ reich erfolgen. Since the signal speed is speed in graph 0.3 of the speed of light, scanning in the gigahertz should be Be ¬ rich.
Somit können auch anhand der Laufzeitunterschiede die x- und y-Koordinaten des Partikels bestimmt werden. Es ist unter Verwendung des Detektors der Figur 5 also eine dreifache Po¬ sitionsbestimmung möglich. Aufgrund dieser hohen Zuverlässigkeit kann auf den Einsatz weiterer Detektoren verzichtet werden. Dies hat den Vorteil, dass die äußeren Folien F der Figur 4 nur einmal von dem Partikelstrahl durchquert werden müssen, während bei Verwendung mehrerer nacheinander geschalteter Detektoren mehrmals diese Materialschichten durchdrungen werden müssten. Somit trägt der Detektor gemäß Figur 5 zur Reduzierung der Penumbra bei. Figur 6 zeigt einen weiteren MWPC-Detektor, in welchem Graphen eingesetzt ist. Gezeigt sind der Rahmen Ra, die beiden Signalebenen SEI und SE2, sowie die zwischen ihnen angeordnete Anode A. Die beiden Signalebenen SEI und SE2 sind vorzugsweise gemäß Figur 5 ausgestaltet; sie können jedoch auch her- kömmlicher Art sein. Die den Detektor auf beiden Seiten abschließenden Folien FGr bestehen aus Graphen. Dies basiert darauf, dass sich extrem dünne gasdichte Folien aus Graphen herstellen lassen. Die Graphenfolien FGr sind hierbei möglichst nur eine Atomlage dick; zur Erhöhung der mechanischen Stabilität können jedoch auch aus mehreren Graphenschichten bestehende Folien Einsatz finden. Thus, the x and y coordinates of the particle can also be determined on the basis of the transit time differences. It is using the detector of Figure 5 thus a triple Po ¬ sitionsbestimmung possible. Due to this high reliability can be dispensed with the use of additional detectors. This has the advantage that the outer foils F of FIG. 4 only have to be traversed by the particle beam once, whereas when several detectors connected in series are used, these layers of material would have to be penetrated several times. Thus, the detector according to FIG. 5 contributes to the reduction of the penumbra. FIG. 6 shows a further MWPC detector in which graphs are used. Shown are the frame Ra, the two signal levels SEI and SE2, and arranged between them anode A. The two signal levels SEI and SE2 are preferably designed according to Figure 5; however, they can also be conventional. The films FGr terminating the detector on both sides consist of graphene. This is based on the fact that extremely thin gas-tight films can be produced from graphene. The graphene foils FGr are in this case only one atomic layer thick if possible; however, to increase the mechanical stability, it is also possible to use films consisting of several graphene layers.
Durch die durch den Einsatz von Graphen erzielte Reduzierung der Membrandicke gegenüber herkömmlichen MWPC-Detektoren wird der Partikelstrahl deutlich weniger aufgeweitet. Auch dies bewirkt eine Reduzierung der Penumbra. Die Erfindung wurde voranstehend an einem Ausführungsbeispiel beschrieben. Es versteht sich, dass zahlreiche Änderungen und Modifikationen möglich sind, ohne dass der Rahmen der Erfindung verlassen wird. Due to the use of graphene achieved reduction of the membrane thickness compared to conventional MWPC detectors, the particle beam is much less dilated. This also reduces penumbra. The invention has been described above by means of an embodiment. It is understood that numerous changes and modifications are possible without departing from the scope of the invention.

Claims

Patentansprüche claims
1. Detektor (DET) zur Bestimmung einer Position von geladenen Partikeln (ION) eines den Detektor (DET) passierenden Partikelstrahls (16), mit First detector (DET) for determining a position of charged particles (ION) of the detector (DET) passing particle beam (16), with
einer äußeren ein Gasvolumen abschließenden Hülle (F, FGr) , wobei das Gas von den Partikeln (ION) ionisierbar ist,  an outer envelope closing gas volume (F, FGr), the gas being ionizable by the particles (ION),
einer Anode (A) und zwei zu unterschiedlichen Seiten der Anode (A) angeordneten Katodenebenen (SEI, SE2),  an anode (A) and two cathode layers (SEI, SE2) arranged on different sides of the anode (A),
wobei jede Katodenebene (SEI, SE2) eine Mehrzahl von pa¬ rallelen Signalbahnen (Gr, Cu) zur Detektion von Gasionen und somit des Vorhandenseins und der Position eines Par¬ tikels (ION) aufweist, each Katodenebene (SEI, SE2) having a plurality of pa ¬ rallelen signal traces (Gr, Cu) for the detection of gas ions and thus of the presence and position of a Par ¬ tikels (ION)
wobei die Signalbahnen (Gr, Cu) der beiden Katodenebenen where the signal paths (Gr, Cu) of the two Katoden levels
(SEI, SE2) um einen Winkel gegeneinander verdreht sind, und (SEI, SE2) are twisted at an angle to each other, and
zumindest einem Bestandteil aus Graphen.  at least one component of graphene.
2. Detektor (DET) nach Anspruch 1, wobei 2. Detector (DET) according to claim 1, wherein
der zumindest eine Bestandteil aus Graphen der Einschrän¬ kung der Strahlaufweitung des Partikelstrahls (16) bei der Positionsbestimmung der Partikel (ION) dient. the at least one constituent from the graph of limita ¬ effect of the beam spread of the particle beam (16) is used (ION) when determining the position of the particles.
3. Detektor (DET) nach Anspruch 1 oder 2, wobei 3. Detector (DET) according to claim 1 or 2, wherein
der zumindest eine Bestandteil aus Graphen Teil der bei¬ den Katodenebenen (SEI, SE2) ist. is at least a part of graphene part of the Katodenebenen at ¬ (SEI, SE2).
4. Detektor (DET) nach Anspruch 3, wobei 4. Detector (DET) according to claim 3, wherein
jede Katodenebene (SEI, SE2) als Signalbahnen (Gr, Cu) parallele Graphenbahnen (Gr) und in einem Winkel verdreht hierzu parallele Metallbahnen (Cu) umfasst.  each Katoden plane (SEI, SE2) as signal paths (Gr, Cu) parallel graphene tracks (Gr) and twisted at an angle to parallel metal tracks (Cu) comprises.
5. Detektor (DET) nach Anspruch 4, wobei 5. Detector (DET) according to claim 4, wherein
die Katodenebenen (SEI, SE2) jeweils eine Folie umfassen, auf deren einen Seite die Graphenbahnen (Gr) und auf deren anderen Seite die Metallbahnen (Cu) angebracht sind.  the Katoden levels (SEI, SE2) each comprise a film, on one side of the graphene sheets (Gr) and on the other side of the metal tracks (Cu) are mounted.
Detektor (DET) nach einem der Ansprüche 4 bis 5, wobei die Graphenbahnen (Gr) jeder Katodenebene (SEI, SE2) parallel zu den Metallbahnen (Cu) der jeweils anderen Kato denebene (SEI, SE2) sind. Detector (DET) according to one of claims 4 to 5, wherein the graphene sheets (Gr) of each Katode plane (SEI, SE2) are parallel to the metal tracks (Cu) of the other Kato denebene (SEI, SE2).
Detektor (DET) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, mit einer Auswerteeinheit zur Bestimmung der Position von Partikeln (ION) aus von einer einzelnen Katodenebene (SEI, SE2) gelieferten Signalen (SIG1, SIG2, SIG3, SIG4) ihrer Signalbahnen (Gr, Cu) . Detector (DET) according to one of Claims 3 to 6, having an evaluation unit for determining the position of particles (ION) from signals (SIG1, SIG2, SIG3, SIG4) supplied by a single cathode plane (SEI, SE2) of their signal paths (Gr, Cu).
Detektor (DET) nach Anspruch 7, wobei A detector (DET) according to claim 7, wherein
die Auswerteeinheit ausgebildet ist zur Bestimmung und/oder Überprüfung der Position von Partikeln (ION) un ter Verwendung von  the evaluation unit is designed to determine and / or check the position of particles (ION) using
- einerseits der aus von einer einzelnen Katodenebene (SEI, SE2) gelieferten Signale (SIG1, SIG2, SIG3, SIG4) ihrer Signalbahnen (Gr, Cu) bestimmten Position,  on the one hand, the signals (SIG1, SIG2, SIG3, SIG4) of their signal paths (Gr, Cu) determined from a single cathode plane (SEI, SE2),
- andererseits der aus von der jeweils anderen Katodenebene (SEI, SE2) gelieferten Signale (SIG1, SIG2, SIG3, SIG4) ihrer Signalbahnen (Gr, Cu) bestimmten Position.  on the other hand, the signals (SIG1, SIG2, SIG3, SIG4) of their respective signal paths (Gr, Cu) from the respective other cathode plane (SEI, SE2).
Detektor (DET) nach Anspruch 7 oder 8, wobei Detector (DET) according to claim 7 or 8, wherein
die Auswerteeinheit ausgebildet ist zur Bestimmung der Position von Partikeln (ION) durch Bestimmung von Signal Zeitunterschieden zwischen Signalen (SIG1, SIG4) der Gra phenbahnen (Gr) einer Katodenebene (SEI, SE2) und Signalen (SIG2, SIG3) der Metallbahnen (Cu) der jeweils anderen Katodenebene (SEI, SE2) .  the evaluation unit is designed to determine the position of particles (ION) by determining signal time differences between signals (SIG1, SIG4) of the graphene tracks (Gr) of a cathode plane (SEI, SE2) and signals (SIG2, SIG3) of the metal tracks (Cu) each other Katode level (SEI, SE2).
Detektor (DET) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der zumindest eine Bestandteil als Graphenfolie (FGr) zu mindest einen Teil der Hülle (F, FGr) ausbildet. Detector (DET) according to one of claims 1 to 9, wherein the at least one component forms a graphene sheet (FGr) to at least a part of the shell (F, FGr).
11. Detektor (DET) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei es sich um einen MWPC-Dekektor handelt. The detector (DET) of any one of claims 1 to 10, which is a MWPC decker.
12. Partikelbestrahlungsanlage mit einem Detektor (DET) nach einem der Ansprüche 1 bis 11. 12. Particle irradiation system with a detector (DET) according to one of claims 1 to 11.
13. Verwendung eines Detektors (DET) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 zur Bestimmung der Position von Partikeln (ION) eines den Detektor (DET) passierenden Partikelstrahls (16) in einer Partikelbestrahlungsanlage. 13. Use of a detector (DET) according to one of claims 1 to 11 for determining the position of particles (ION) of a detector (DET) passing particle beam (16) in a particle irradiation system.
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