專利名稱：離子束療法中格柵掃描器的反饋控制設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種如權(quán)利要求1和4的前序部分所述的離子束療法中格柵掃描器的反饋控制設(shè)備和方法。
這類反饋控制設(shè)備至少包括下列裝置離子束掃描器磁鐵的掃描器磁流供給裝置，該磁鐵能相對于離子束中部水平地和垂直地偏轉(zhuǎn)(deflect)，該供給裝置由掃描器磁鐵的控制和讀出模塊所控制；一個(gè)位置測量用的位置敏感探測器，該探測器用控制和讀出模塊控制；以及一個(gè)順序控制裝置，該裝置控制本發(fā)明設(shè)備的裝置之間的啟動和讀出順序。
這類格柵掃描器從歐洲專利申請EP987256.2中已知，其公開說明書描述了一種具有強(qiáng)度反饋控制的格柵掃描方法。盡管治療束的強(qiáng)度有相當(dāng)大的變化，該治療束由離子構(gòu)成，其強(qiáng)度在最大值和平均值之間有30倍的變化，但這種方法使得說明的輻射計(jì)劃被精確地實(shí)施，以致于整個(gè)輻射產(chǎn)生的劑量分布與計(jì)劃的劑量分布的偏差平均還不到5％。因此強(qiáng)度的反饋控制結(jié)果為，盡管離子束的強(qiáng)度有相當(dāng)大的變化，但可以很精確地保證每束位的束總劑量。
然而，劑量分布的幾何上準(zhǔn)確應(yīng)用要獲得實(shí)施還存在問題，因?yàn)椴粌H治療束的強(qiáng)度而且聚焦治療束的束位在應(yīng)用束的期間有重大的變化。目前對這一問題還沒有完整和有效的解決方案。大量的工作目前正在開展測量位置的變化以及為每一可能的加速器和高能束導(dǎo)向設(shè)定繪出修正表—例如，有255個(gè)能級，每個(gè)能級有7個(gè)聚焦級和15個(gè)強(qiáng)度等級，這些都必須加以考慮，這樣對于每一束位必須測量大約25000種組合，修正表必須為對應(yīng)的治療裝置繪出來。然后這樣的修正表能用于為系統(tǒng)產(chǎn)生控制數(shù)據(jù)；但是，即使這樣的工作帶來有利的結(jié)果也只是假設(shè)束位的差別對于每一束位是可再現(xiàn)的，如果不是這樣的話，那末，一般也是假定成這種情況。
因此，本發(fā)明是基于大量地減少修正工作和極大地增加幾何精度這樣的問題。
這樣的問題通過權(quán)利要求1和4的主題來解決。優(yōu)選實(shí)施例的進(jìn)一步特征在從屬權(quán)利要求中描述，從屬權(quán)利要求從屬于權(quán)利要求1和4。
根據(jù)本發(fā)明離子束療法中格柵掃描器的反饋控制設(shè)備至少包括下列裝置離子束掃描器磁鐵的掃描器磁流供給裝置，該磁鐵能相對于離子束中部水平地和垂直地偏轉(zhuǎn)，該供給裝置由掃描器磁鐵的控制和讀出模塊所控制；一個(gè)位置敏感探測器，位置測量用的該探測器由控制和讀出模塊控制；一個(gè)順序控制裝置，該裝置控制該設(shè)備的裝置之間的啟動和讀出順序，其中，該設(shè)備在順序控制裝置中還有一電路裝置，該電路裝置包括一反饋回路位于掃描器磁鐵用的控制和讀出模塊與位置敏感探測器的控制和讀出模塊之間，并且其中，在電路和順序中，在順序控制裝置中掃描器磁鐵用的控制和讀出模塊與位置敏感探測器的控制和讀出模塊在技術(shù)上這樣設(shè)置，以致于掃描器磁鐵用的控制和讀出模塊串聯(lián)設(shè)置在位置敏感探測器的控制和讀出模塊之后。
除了所用劑量的特性以外，該設(shè)備還提高了患者的診治數(shù)量和由此帶來的該設(shè)備的經(jīng)濟(jì)效益，因?yàn)閹缀尉鹊脑黾訙p少了由于位置測量系統(tǒng)的互鎖造成的輻射中斷的次數(shù)。此外，這種解決方案不僅有利于在任何要求角度的固定束導(dǎo)架中的格柵掃描系統(tǒng)，而且特別適合與可旋轉(zhuǎn)的束導(dǎo)架(一個(gè)龍門架)相結(jié)合的格柵掃描技術(shù)，其中，位置誤差的增加可以預(yù)計(jì)，因?yàn)檫@種龍門架(gantry)系統(tǒng)非常重，因而具有束導(dǎo)架機(jī)械變形的趨勢。
此外，離子鏡片對于位置偏差是很敏感的。磁場的均勻性，特別是在最末的偏轉(zhuǎn)偶極磁鐵中，產(chǎn)生是非常困難的，這樣根據(jù)本發(fā)明的格柵掃描器的反饋控制設(shè)備，總地來說為這種龍門架系統(tǒng)帶來了相當(dāng)多的優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)樵谳椛湮恢玫碾x子治療束能根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的輻射計(jì)劃重新調(diào)整和調(diào)準(zhǔn)。
在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，一個(gè)多線比例室被用作位置敏感探測器。這樣的探測器具有的優(yōu)點(diǎn)是一方面，束位置的實(shí)際狀態(tài)能依其位置坐標(biāo)精確地確定，另一方面，事實(shí)上位置敏感探測器耦接到反饋控制回路中，輻射位置能與輻射計(jì)劃匹配，相對于輻射的位置，實(shí)際值和要求值之間的準(zhǔn)確一致能被實(shí)現(xiàn)。
為了同時(shí)控制反饋強(qiáng)度，該設(shè)備最好有至少一個(gè)電離室，電離室與一個(gè)控制和讀出模塊配合。最好是，電離室的控制和讀出模塊，在順序控制范圍內(nèi)，從技術(shù)上設(shè)置在電路和順序中，處于位置敏感探測器的控制和讀出模塊之前。這樣有利的結(jié)果在于首先，每束位的輻射劑量用控制強(qiáng)度來監(jiān)控和保持，然后，獨(dú)立地控制強(qiáng)度，離子束的精確定位還可以借助位置敏感探測器來反饋控制。
為了實(shí)現(xiàn)離子束療法中的格柵掃描器的反饋控制方法，格柵掃描器包括下列裝置離子束掃描器磁鐵用的掃描器磁流供給裝置，該磁鐵能相對于離子束中部水平地和垂直地偏轉(zhuǎn)，該供給裝置由掃描器磁鐵的控制和讀出模塊所控制；一個(gè)位置測量用的位置敏感探測器，該探測器由控制和讀出模塊控制；以及一個(gè)順序控制裝置，該裝置控制該設(shè)備的裝置之間的啟動和讀出順序，其中，由下列方法步驟來實(shí)現(xiàn)將寄存在監(jiān)督控制系統(tǒng)的位置測量控制和讀出模塊中并且與束計(jì)劃的要求位置相關(guān)的信息，與來自位置敏感探測器的束位置實(shí)際測得位置進(jìn)行實(shí)時(shí)比較；確定格柵掃描器的掃描器的磁供給裝置所用的修正值；設(shè)定格柵掃描器的水平和垂直磁供給裝置以及束位重新調(diào)準(zhǔn)的修正值。
根據(jù)本發(fā)明，這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于在束使用期間，為了束位實(shí)時(shí)調(diào)準(zhǔn)，采用來自位于患者前面的位置敏感探測器的位置信息，在質(zhì)量保證范圍內(nèi)加速器和/或束導(dǎo)向的大量系統(tǒng)設(shè)定的測量工作以及為患者輻射過程準(zhǔn)備輻射裝置的工作可以大大減少。此外，由于采用了本發(fā)明，因此束位再現(xiàn)能力的要求對于所有高能輻射設(shè)定和劑量應(yīng)用的幾何精度大大降低。
為了束位重新調(diào)準(zhǔn)，將寄存在監(jiān)督控制系統(tǒng)的位置測量控制和讀出模塊中并且與來自束計(jì)劃的要求位置相關(guān)的信息，與來自位置敏感探測器實(shí)際測得位置進(jìn)行實(shí)時(shí)比較，格柵掃描器的磁供給裝置用的修正值得以確定和設(shè)定。這種修正能從位置測量系統(tǒng)的測量循環(huán)(cycle)到測量循環(huán)做成，例如，在150微秒內(nèi)，或者換句話說，從輻射計(jì)劃的一個(gè)束位到下一個(gè)束位。在系統(tǒng)實(shí)時(shí)控制范圍內(nèi)，一系列控制和讀出模塊通過接口方式相互連接。然而，與本發(fā)明相關(guān)的是兩種控制和讀出模塊，這兩種模塊控制和讀出位置測量探測器，并讀出兩種格柵掃描器磁流供給裝置。
對于每一個(gè)測量循環(huán)，位置敏感探測器的控制和讀出模塊中的實(shí)時(shí)軟件計(jì)算出來自探測器原始數(shù)據(jù)的束位實(shí)際值，并將該信息通過數(shù)據(jù)連接方式送到掃描器磁鐵的控制和讀出模塊。對于每一個(gè)反饋控制循環(huán)，掃描器磁鐵的控制和讀出模塊中的實(shí)時(shí)軟件將要求位置和實(shí)際位置加以比較，并計(jì)算出格柵掃描器的水平和垂直磁流供給裝置的磁流修正值，然后設(shè)定修正了的磁流值，這樣將改善掃描器磁鐵的磁場，結(jié)果是束位得到改善。
在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，束重新調(diào)準(zhǔn)靠采用阻尼來實(shí)現(xiàn)，該阻尼能借助控制磁鐵的控制和讀出模塊中的實(shí)時(shí)軟件設(shè)定。其結(jié)果是，有利地避免了反饋控制振蕩，并且減少了遺留的誤差。
在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，上閾被固定以限定位置修正，這樣，為了安全起見，束位設(shè)定的主要誤差得以避免。如果這樣的上閾值超過了，最好是，借助位置敏感探測器的控制和觸發(fā)器模塊實(shí)時(shí)地將束迅速切斷，結(jié)果是，對于各種加速器和束導(dǎo)架單元觸發(fā)一系列切斷指令。
本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)點(diǎn)、特征和可能的應(yīng)用將結(jié)合典型的實(shí)施例更詳細(xì)地加以描述。


圖1表示本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例格柵掃描器的反饋控制數(shù)據(jù)流方案。
圖2是電路方框圖，表示本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例。
圖3a是接通本發(fā)明的設(shè)備之前一個(gè)格柵掃描器的離子治療束的要求位置/實(shí)際位置的對比圖。
圖3b是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，接通格柵掃描器的從束位到束位的位置反饋控制設(shè)備之后，圖3a的要求位置/實(shí)際位置的對比圖。
圖4a是接通根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備之前，一個(gè)離子治療束的進(jìn)一步要求位置/實(shí)際位置的對比圖。
圖4b是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)進(jìn)一步實(shí)施例，接通從測量循環(huán)到測量循環(huán)的位置反饋控制設(shè)備之后，圖4a的要求位置/實(shí)際位置的對比圖。
圖1表示了本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例格柵掃描器的反饋控制數(shù)據(jù)流方案。數(shù)據(jù)流方案圖最左邊的列表示用于離子束療法的一部分裝置，例如，最好是，探測器(IC1,IC2,MWPC1和MWPC2)，磁供給裝置(MGN)和脈沖控制中心啟動器(PZA)。左邊第二列表示在順序控制裝置(VMEAS)中的數(shù)據(jù)流，順序控制裝置(VMEAS)包括控制和讀出模塊(SAM)，并與探測器、磁供給裝置和脈沖控制中心啟動器配合，控制和讀出模塊(SAMI1和SAMI2)與電離室(IC1和IC2)配合，以測量離子束粒子數(shù)目，在一個(gè)束位的離子束粒子的數(shù)目達(dá)到處理計(jì)劃預(yù)定的數(shù)目之后，利用脈沖控制中心啟動器(PZA)的控制和讀出模塊(SAMP)，使離子束借助脈沖控制中心啟動器(PZA)轉(zhuǎn)換到下一個(gè)離子束位。
對于依照本發(fā)明的離子束療法中的格柵掃描器反饋控制，至少所有裝置中的下列裝置以及控制和讀出模塊是必須的一個(gè)位置測量的位置敏感探測器(MWPC1)，它的探測器用控制和讀出模塊(SAMO1)來控制；掃描器磁流供給裝置(MGN)，利用掃描器磁鐵使離子治療束相對于離子束中部的進(jìn)行水平(X)和垂直(Y)偏轉(zhuǎn)(deflection)，該供給裝置(MGN)由掃描器磁鐵的控制和讀出模塊(SAMS)來控制。一個(gè)順序控制裝置(VMEAS)控制本發(fā)明設(shè)備所必須的裝置之間的啟動和讀出順序。
為了這一目的，圖1的數(shù)據(jù)流方案表示了一種順序控制裝置(VMEAS)中的電路裝置，順序控制裝置(VMEAS)包括一個(gè)反饋回路，該反饋回路位于掃描器的控制和讀出模塊(SAMS)與位置敏感探測器(MWPC1)的控制和讀出模塊(SAMO1)之間。對于反饋控制回路，在順序控制裝置(VMEAS)中，控制磁鐵的控制和讀出模塊(SAMS)以及位置敏感探測器(MWPC1)的控制和讀出模塊(SAMO1)在技術(shù)上是以這樣的順序和電路設(shè)置，以致于掃描器磁鐵的控制和讀出模塊(SAMS)串聯(lián)設(shè)置在位置敏感探測器(MWPC1)的控制和讀出模塊(SAMO1)之后。掃描器磁鐵的控制和讀出模塊(SAMS)以及位置敏感探測器(MWPCI)的控制和讀出模塊(SAMO1)由非?？斓奈⑻幚砥鹘M成，這些微處理器用相應(yīng)的數(shù)字-信號處理器接線(DSP接線)相互連通。掃描器磁鐵的控制和讀出模塊(SAMS)以及位置敏感探測器的控制和讀出模塊(SAMO1)之間的反饋回路，一方面是由數(shù)字-信號處理器接線和一個(gè)順序控制總線(VME-Bus-AS)來形成的。
為了控制磁鐵的水平(X)和垂直(Y)偏轉(zhuǎn)，控制和讀出模塊(SAMS)的串聯(lián)下游結(jié)構(gòu)的結(jié)果是一個(gè)實(shí)時(shí)重新調(diào)整回路能有利地形成，以便在線確認(rèn)位置和修正每個(gè)束位。至于1,156個(gè)位置中各個(gè)束位的實(shí)際位置的偏差，如圖3a和圖3b的情況，或者相對于圖4a和圖4b中2,116個(gè)計(jì)劃束位的要求位置來說，各個(gè)束位的實(shí)際位置有偏差，根據(jù)圖1的數(shù)據(jù)流方案，反饋控制回路將進(jìn)行干預(yù)，從束位到束位進(jìn)行實(shí)時(shí)重新調(diào)整，并且修正下一個(gè)束位，如圖3b所示。
在從測量循環(huán)到測量循環(huán)的實(shí)時(shí)重新調(diào)整的情況下，與根據(jù)圖1的數(shù)據(jù)流計(jì)劃相一致的實(shí)時(shí)重新調(diào)整回路，當(dāng)仍然在束位的持續(xù)時(shí)間內(nèi)時(shí)，修正和控制離子束的位置，因?yàn)闇y量循環(huán)持續(xù)時(shí)間比一個(gè)束位持續(xù)時(shí)間要短。結(jié)果是，對于每一個(gè)束位，實(shí)際位置重新調(diào)準(zhǔn)到處理計(jì)劃的要求位置，這樣，圖4b的各個(gè)束位中，2,116個(gè)束位的情況，在預(yù)定限度內(nèi)，實(shí)際值與要求值達(dá)到完全一致。
在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，一個(gè)多線比例室被用作位置敏感探測器(MWPC1)。這樣的多線比例室的優(yōu)點(diǎn)是以毫米精度，解決本實(shí)施例的離子束療法中既有質(zhì)子又有相當(dāng)重的離子的離子束的定位成為可能。
圖1所示的順序控制裝置(VMEAS)中的最上邊的微處理器用作一個(gè)控制和讀出模塊，該模塊是為了在線數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到鄰接系統(tǒng)監(jiān)督控制中的數(shù)據(jù)存儲器(ODS)，如圖1中的右半部所示。在線數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移的控制和讀出模塊(SAMD)以裝置總線的方式連接到在線顯示的數(shù)據(jù)存儲器(ODS)，該總線是位于控制和讀出模塊以及它們對應(yīng)的前端電子部件之間的特定數(shù)據(jù)總線。與圖1的數(shù)據(jù)流方案相一致，在線顯示的數(shù)據(jù)存儲器(ODS)通過連接處理器和數(shù)據(jù)模塊的總線系統(tǒng)(VME)中的系統(tǒng)監(jiān)督控制(SK)和系統(tǒng)監(jiān)督控制計(jì)算機(jī)的總線，在系統(tǒng)監(jiān)督控制中的操作系統(tǒng)(AEX)指導(dǎo)下，將其數(shù)據(jù)一方面?zhèn)魉偷斤@示裝置，另一方面?zhèn)魉偷揭蕴W(wǎng)(Ethemet)。
在圖1所示的實(shí)施例中，離子束療法中的反饋控制系統(tǒng)至少包括一個(gè)電離室(IC1)，該電離室用作測量離子束的強(qiáng)度，并計(jì)算離子束的粒子數(shù)，直到束位的劑量已經(jīng)達(dá)到，以致于一條指令發(fā)送到脈沖控制中心的控制和讀出模塊(SAMP)，該中心以脈沖控制中心啟動器的方式開始轉(zhuǎn)換到下一個(gè)束位，該束位然后通過實(shí)時(shí)重新調(diào)整回路傳遞到格柵掃描器的磁流供給裝置(MGN)。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，控制和讀出模塊(SAMI1)在順序控制(VMEAS)范圍內(nèi)，在技術(shù)上，在電路和順序中，設(shè)置在位置敏感探測器(MWPC1)的控制和讀出模塊(SAMO1)之前。
圖2以電路方框圖的形式表示了一個(gè)在離子束治療裝置用的監(jiān)督控制系統(tǒng)內(nèi)的本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例。離子束治療裝置用的監(jiān)督控制系統(tǒng)基本上由一個(gè)技術(shù)監(jiān)督控制室(TKR)組成，在該控制室中，以太網(wǎng)上的所有加速器數(shù)據(jù)都到達(dá)加速器操作控制臺，一個(gè)以太網(wǎng)路由器傳送數(shù)據(jù)到離子束治療裝置用的監(jiān)督控制系統(tǒng)的下一個(gè)更大裝置——治療中的技術(shù)操作控制臺本身。技術(shù)操作控制臺的中心裝置是治療操作計(jì)算機(jī)(TORT)，它有一個(gè)條碼閱讀器(BCL)并且通過治療以太網(wǎng)與終端的操作單元通訊。治療區(qū)域內(nèi)的技術(shù)操作控制臺提供了一個(gè)醫(yī)療操作控制臺(MBDK)，它與治療區(qū)域(室M)連通并且提供了一個(gè)直接連接，以便觸發(fā)加速器的束終止，其中，為了束的終止，一個(gè)共振四極(SO2KQ1E)設(shè)定在零位，通過供給裝置，并借助治療監(jiān)督控制系統(tǒng)的總線系統(tǒng)中的互鎖裝置使束緩慢引出(extraction)，一個(gè)對治療測量定位的束導(dǎo)向的偏轉(zhuǎn)偶極磁鐵TH3MU1，在故障情況下，為了束的終止或者引出，借助治療監(jiān)督控制系統(tǒng)的總線系統(tǒng)(VME)中的互鎖裝置(ILE)，以同樣的方式設(shè)定為零位。
為了系統(tǒng)監(jiān)督控制(VMESK)本身，若干個(gè)微處理器配合在總線系統(tǒng)連接框(VME-CRATE)上，除了圖1所示的上述在線顯示的數(shù)據(jù)存儲器(ODS)以外，一個(gè)強(qiáng)度監(jiān)控器(IMON)屬于該連接框，并與其中的電離室和讀出電子部件配合，以監(jiān)控總的粒子數(shù)。此外，一個(gè)死人電路裝置(dead man’s circuit unit)(TME)安置在系統(tǒng)監(jiān)督控制中，以監(jiān)控處理器的功能。除了上述互鎖裝置(ILE)和一個(gè)監(jiān)督控制總線適配器(KBA)之外，系統(tǒng)監(jiān)督控制還提供了在系統(tǒng)監(jiān)督控制的總線系統(tǒng)(VME)中的一個(gè)模擬-數(shù)字模塊(ADIO)和一個(gè)系統(tǒng)監(jiān)督控制計(jì)算機(jī)(SKR)。
順序控制(VMEAS)的部件與圖1所示的數(shù)據(jù)流方案的部件是一樣的，此外，圖2所示的在監(jiān)督控制系統(tǒng)中的順序控制包括一個(gè)數(shù)字輸入/輸出模塊(DIO)和一個(gè)順序控制計(jì)算機(jī)(ASR)。
在治療區(qū)域(室M)中，安置了一個(gè)位置發(fā)射極層面X照相(PET)，以確定借助正電子發(fā)射輻射的粒子空間范圍，這樣，就可以探測對病床上的患者的輻照作用。
離子束進(jìn)入治療區(qū)域(室M)的指南以圖形的形式表示在圖2的下面部分，局部掃描的束由X和Y方向掃描器磁鐵導(dǎo)向，該磁鐵依靠格柵掃描器的磁流供給裝置(MGN)使束水平(X)和垂直(Y)偏轉(zhuǎn)。
在束離開最后的偏轉(zhuǎn)磁鐵(未示出)之后，該束在來到病床之前通過多個(gè)探測器導(dǎo)向，其中，一個(gè)反饋控制回路，以第一位置敏感探測器(MWPC1)的方式，作用在格柵掃描器的掃描器磁鐵的磁流供給裝置(MGN)上，這樣，束位借助從束位到束位的重新調(diào)準(zhǔn)能被修正，或者，仍然在單個(gè)束位內(nèi)利用從測量循環(huán)到測量循環(huán)也能被修正。
為了這一目的，圖3a表示在接通本發(fā)明的設(shè)備之前格柵掃描器的離子治療束的要求/實(shí)際位置的對比圖，圖中縱坐標(biāo)Y的位置以毫米表示，橫坐標(biāo)X的位置同樣以毫米表示。位置數(shù)據(jù)的參考點(diǎn)就是坐標(biāo)原點(diǎn)的中心點(diǎn)(isocentre)，在這種情況下，中心點(diǎn)位于所示的49個(gè)束位之外，一個(gè)附加的位置解決探測器(MWPC2)監(jiān)控中心點(diǎn)的要求值和實(shí)際值之間的一致性。
據(jù)此，可以假定直到預(yù)定的限度值，中心點(diǎn)的要求值/實(shí)際值都是一致的。但如果遠(yuǎn)離中心點(diǎn)，如圖所示，那么，在計(jì)劃輻照的周邊區(qū)域，實(shí)際值與要求值明顯地不同。在現(xiàn)有技術(shù)中，為了克服這些差異，直到目前，借助測量和調(diào)整，龐大的、寬范圍的修正表已經(jīng)繪出來，并存儲起來，在輻照時(shí)，單獨(dú)地檢索。255個(gè)不同能級，每個(gè)能級包括7個(gè)聚焦級和15個(gè)強(qiáng)度等級，在這種醫(yī)療輻射要求的情況下，僅僅這樣每一束位就有25,000種組合。圖3的例子中分布了1,156束位，這樣就有多于25,000,000個(gè)的數(shù)據(jù)組。假如束位作得更密，例如圖4a所示超過2,116個(gè)束位，這個(gè)數(shù)字又翻了一倍，多于50,000,000。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，為了測量所有可以想到的情況的位置差異，并繪出修正表，修正表能用來產(chǎn)生系統(tǒng)的控制數(shù)據(jù)，這些不得不增加的大量工作，由于采用根據(jù)本發(fā)明的離子束療法中格柵掃描器反饋控制設(shè)備和方法而避免了上述大量工作。這真是特別好，因?yàn)樵趧倓偺岬胶土炕默F(xiàn)有技術(shù)的工作中，控制依靠修正表來實(shí)現(xiàn)，只有差異是可再現(xiàn)的，才能達(dá)到目的。然而，一般來說，這不能假定成這種情況，特別是柵掃描技術(shù)與旋轉(zhuǎn)束導(dǎo)架，例如一個(gè)龍門架，一起使用的情況。
圖3b表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，接通從束位到束位的位置反饋控制設(shè)備之后，圖3a的要求值/實(shí)際值的對比圖。對比圖3a和圖3b獲得的結(jié)果表明在實(shí)際位置相對于要求位置的差異在離中心點(diǎn)最遠(yuǎn)的左上角的束位中已經(jīng)探測到之后，實(shí)際位置和要求位置之間的一致對于下5個(gè)束位達(dá)到了良好。只有頂行的第6個(gè)束位的實(shí)際位置與要求位置還有明顯差別；然后，特別是第三行表明盡管相對于圖3a來說實(shí)際位置與要求位置的對比有所改善，但與計(jì)劃的要求位置仍然有明顯的偏差。第四行中，從束位到束位的反饋控制結(jié)果是實(shí)際和要求位置之間很有利的一致，在其它三行中也表明，只是相對于圖3a來說有明顯的改善，但是，實(shí)際位置與要求位置完全一致的只有很少。總的來說，從計(jì)劃的要求位置到計(jì)劃的要求位置離子治療束位置的重新調(diào)整或者重新調(diào)準(zhǔn)，其結(jié)果是圖3b與匹配只在中心點(diǎn)的圖3a的控制相比，取得了明顯的改善。
圖4a表示在接通本發(fā)明的格柵掃描器的反饋控制設(shè)備之前，進(jìn)一步的要求值/實(shí)際值的對比圖。垂直Y方向的縱坐標(biāo)和水平X方向的橫坐標(biāo)再次以毫米從中心點(diǎn)測量。其中能清楚地看到90×90mm的大部分面積被掃描，而圖3a，只有75×75mm，此外，束位密度與圖2相比明顯地增加，這樣，總的有2,116個(gè)束位，束位幾乎多了一倍。本圖還假定成這種情況沒有根據(jù)本發(fā)明的反饋控制，束位在實(shí)際位置的預(yù)定和允許范圍內(nèi)匹配于中心點(diǎn)。還能清楚地看到當(dāng)不用根據(jù)本發(fā)明的位置反饋控制時(shí)，實(shí)際位置和要求位置之間的明顯差異發(fā)生在相對于中心點(diǎn)左頂部區(qū)域的束位。正如前面已經(jīng)提到的，由于束位的加倍，包括測量和繪制修正表的工作量，假如采用傳統(tǒng)技術(shù)，與圖3a相比，也將成倍地增加。作為根據(jù)本發(fā)明的格柵掃描器反饋控制的結(jié)果，工作量能明顯地減少。
圖4b，從另一方面，表示接通根據(jù)本發(fā)明進(jìn)一步的實(shí)施例從測量循環(huán)到測量循環(huán)的離子治療束的位置反饋控制設(shè)備之后，圖4a的要求值/實(shí)際值的對比圖。因?yàn)闇y量循環(huán)持續(xù)時(shí)間與離子束保持在一個(gè)束位的持續(xù)時(shí)間相比明顯地縮短，離子束保持在一個(gè)束位上持續(xù)一段時(shí)間是為了使預(yù)先計(jì)算的劑量作用在這一位置，即病態(tài)的腫瘤組織上，因此，若干個(gè)反饋控制循環(huán)可以使離子束重新調(diào)準(zhǔn)在一個(gè)束位上，這樣，實(shí)際位置在一個(gè)束位輻照持續(xù)時(shí)間內(nèi)與要求的位置非常精確地一致。這一點(diǎn)在圖4b所示的結(jié)果中看得很清楚。
對于Y方向的垂直偏轉(zhuǎn)和X方向的水平偏轉(zhuǎn)，在坐標(biāo)上的毫米級刻度與圖4a中的情況是一樣的，這些就是束位的所示要求位置的數(shù)目和位置。束的實(shí)際位置在從測量循環(huán)到測量循環(huán)重新調(diào)準(zhǔn)之后，完全位于計(jì)劃的要求位置之內(nèi)。為了這一目的，位置敏感探測器的控制和讀出模塊(SAMO1)中的實(shí)時(shí)軟件從每一個(gè)測量循環(huán)的探測器原始數(shù)據(jù)計(jì)算出束位的實(shí)際值，并通過兩個(gè)控制和讀出模塊的數(shù)據(jù)連接，將這些信息送到束磁鐵和磁流供給裝置(MGN)的控制和讀出模塊(SAMS)。對于每一個(gè)反饋控制循環(huán)，既可以是位置測量的一個(gè)測量循環(huán)，也可以是從束位到束位的一個(gè)循環(huán)，然后，掃描器磁鐵的控制和讀出模塊(SAMS)中的實(shí)時(shí)軟件比較要求位置和實(shí)際位置，并計(jì)算出格柵掃描器的水平和垂直磁能供給裝置(MGN)的磁流修正值，隨后設(shè)定修正了的磁流值，它將改善掃描器磁鐵中產(chǎn)生的磁場，從而，改善了束位。
為了避免反饋控制振蕩，束位的重新調(diào)準(zhǔn)能在阻尼方式下進(jìn)行；更進(jìn)一步，上閾能被固定，以限制修正--這在其安全與離子束療法中一樣重要的應(yīng)用場合，是非常希望的。為了得到與圖3b所示結(jié)果相比改善了的圖4a中的結(jié)果，一個(gè)測量循環(huán)的持續(xù)時(shí)間可以比一個(gè)束位輻照的持續(xù)時(shí)間短，直到兩個(gè)數(shù)量級，這樣的結(jié)果是反饋控制的精度能增加，因?yàn)檫€可以對高頻束位差異進(jìn)行補(bǔ)償。
權(quán)利要求
1．一種離子束療法中的格柵掃描器反饋控制設(shè)備，該設(shè)備至少包括下列裝置離子束掃描器磁鐵用的掃描器磁流供給裝置(MGN)，該磁鐵相對于離子束的中部水平(X)和垂直(Y)偏轉(zhuǎn)，該供給裝置(MGN)由掃描器磁鐵的控制和讀出模塊(SAMS)控制；一個(gè)位置測量用的位置敏感探測器(MWPC1)，該探測器由一個(gè)控制和讀出模塊(SAMO1)來控制；一個(gè)順序控制裝置(VMEAS)，該裝置控制該設(shè)備的裝置之間的啟動和讀出順序；其特征在于該設(shè)備在順序控制裝置(VMEAS)中包括一個(gè)電路裝置，該電路裝置包括一個(gè)在掃描器磁鐵的控制和讀出模塊(SAMS)與位置敏感探測器(MWPC1)的控制和讀出模塊(SAMO1)之間的反饋回路，以及在電流圖和順序中，在順序控制裝置(VMEAS)中，掃描器磁鐵的控制和讀出模塊(SAMS)以及位置敏感探測器(MWPC1)的控制和讀出模塊(SAMO1)從技術(shù)上這樣設(shè)置掃描器磁鐵的控制和讀出模塊(SAMS)串聯(lián)設(shè)置在位置探測器(MWPC1)的控制和讀出模塊(SAMO1)之后。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于一個(gè)多線比例室用作位置敏感探測器(MWPC1)。
3．根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的設(shè)備，其特征在于該設(shè)備至少包括一個(gè)測量離子束強(qiáng)度的電離室(IC1)，電離室的控制和讀出模塊(SAMI1)，在順序控制(VMEAS)范圍內(nèi)，在電路和順序中，從技術(shù)上設(shè)置在位置敏感探測器(MWPC1)的控制和讀出模塊(SAMO1)之前。
4．離子束療法中的格柵掃描器的反饋控制方法，其中，格柵掃描器至少包括下列裝置離子束掃描器磁鐵的掃描器磁流供給裝置(MGN)，該磁鐵相對于離子束的中部水平(X)和垂直(Y)偏轉(zhuǎn)，供給裝置(X,Y)由掃描器磁鐵的控制和讀出模塊(SAMS)控制；一個(gè)位置測量用的位置敏感探測器(MWPC1)，該探測器由一個(gè)控制和讀出模塊(SAMO1)來控制；一個(gè)順序控制裝置(VMEAS)，該裝置控制該設(shè)備的裝置之間的啟動和讀出順序，并且，其中，本方法的特征在于，下列步驟將寄存在監(jiān)督控制系統(tǒng)的位置控制和讀出模塊(SAMO1)中并且與束計(jì)劃的要求位置相關(guān)的信息，與來自一個(gè)位置敏感探測器的實(shí)際測得位置進(jìn)行實(shí)時(shí)比較；為格柵掃描器的掃描器磁鐵供給裝置(MGN)確定一個(gè)修正值；以及為格柵掃描器的水平和垂直磁鐵供給裝置(X,Y)以及束位的重新調(diào)準(zhǔn)設(shè)定修正值。
5．根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于重新調(diào)準(zhǔn)是從束位到束位進(jìn)行的。
6．根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于重新調(diào)準(zhǔn)是從測量循環(huán)到測量循環(huán)進(jìn)行的，測量循環(huán)的持續(xù)時(shí)間比束位的持續(xù)時(shí)間短。
7．根據(jù)權(quán)利要求4至6中的任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于對于每一個(gè)測量循環(huán)，位置敏感探測器(MWPC1)的控制和讀出模塊(SAMO1)中的實(shí)時(shí)軟件根據(jù)探測器的數(shù)據(jù)計(jì)算出束位的實(shí)際值，并通過位置探測器(MWPCE)的控制和讀出模塊(SAMO1)與掃描器磁鐵的控制和讀出模塊(SAMS)之間的數(shù)據(jù)連接，傳送該信息。
8．根據(jù)權(quán)利要求4至7中的任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于對于一個(gè)反饋控制循環(huán)，實(shí)時(shí)軟件比較束位的要求位置和實(shí)際位置，并計(jì)算出格柵掃描器的水平和垂直磁流供給裝置(GMN)的修正值以及設(shè)定修正過的磁流值。
9．根據(jù)權(quán)利要求4至8中的任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于束重新調(diào)準(zhǔn)是采用阻尼進(jìn)行的，該阻尼是通過控制磁鐵(SAMS)的控制和讀出模塊中的實(shí)時(shí)軟件而設(shè)置的。
10．根據(jù)權(quán)利要求4至9中的任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于假如束位的測得值和要求值之間的差異超過了一個(gè)閾，則位置探測器的控制和觸發(fā)器模塊(SAMO1)就實(shí)時(shí)觸發(fā)，快速切斷所述的束，該閾被設(shè)置在位置敏感探測器(MWPC1)的控制和讀出模塊(SAMO1)的實(shí)時(shí)軟件中。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種離子療法中的格柵掃描器反饋控制設(shè)備和方法。這種格柵掃描器的反饋控制的設(shè)備具有離子束掃描器磁鐵的掃描器磁流供給裝置,該磁鐵相對于離子束的中部水平地和垂直地偏轉(zhuǎn),該供給裝置由掃描器磁鐵的控制和讀出模塊來控制。此外,該設(shè)備具有一個(gè)位置測量用的位置敏感探測器,該探測器由一個(gè)控制和讀出模塊控制。一個(gè)順序裝置控制該設(shè)備的裝置之間的啟動和讀出順序,該設(shè)備在順序控制裝置中,還具有一個(gè)電路裝置,該電路裝置包括一個(gè)在掃描器磁鐵的控制和讀出模塊與位置敏感探測器的控制和讀出模塊之間的反饋回路。為此,在順序控制裝置中,掃描器磁鐵的控制和讀出模塊以及位置探測器的控制和讀出模塊從技術(shù)上這樣設(shè)置:在電路和順序中,掃描器磁鐵的控制和讀出模塊位于位置探測器的控制和讀出模塊之后。
文檔編號G01T1/29GK1302440SQ00800706
公開日2001年7月4日 申請日期2000年3月27日 優(yōu)先權(quán)日1999年4月12日
發(fā)明者托馬斯·哈貝雷, 沃爾夫?qū)W特 申請人:Gsi重離子研究有限公司