DE19907098A1

DE19907098A1 - Ionenstrahl-Abtastsystem und Verfahren zum Betrieb des Systems

Info

Publication number: DE19907098A1
Application number: DE19907098A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Kraft; Ulrich Weber
Original assignee: GSI Gesellschaft fuer Schwerionenforschung mbH
Current assignee: GSI Gesellschaft fuer Schwerionenforschung mbH
Priority date: 1999-02-19
Filing date: 1999-02-19
Publication date: 2000-08-24
Also published as: DE50011638D1; EP1153398B1; JP4880123B2; EP1153398A1; JP2002542457A; AU3280200A; US6891177B1; WO2000049624A1; ATE310310T1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Ionenstrahl-Abtastsystem mit einer Ionenquellenrichtung, einem Ionenbeschleunigungssystem und einer Ionenstrahlführung mit Ionenstrahl-Austrittsfenster für einen konvergierenden zentrierten Ionenstrahl und einem mechanischen Ausrichtsystem für das abzutastende Zielvolumen. Dazu ist das Ionenbeschleunigungssystem auf eine für eine maximale Eindringtiefe notwendige Beschleunigung der Ionen einstellbar. Ferner weist das Abtastsystem ein Energieabsorptionsmittel auf, das in dem Ionenstrahlengang zwischen Zielvolumen und Ionenstrahl-Austrittsfenster quer zum Ionenstrahlzentrum angeordnet ist. Das Energieabsorptionsmittel ist quer zum Ionenstrahlzentrum zur Variation der Ionenstrahlenenergie verschieblich, so daß eine Tiefenmodulation des Ionenstrahls, die mittels Linearmotor und der Querverschiebung des Energieabsorptionsmittels erfolgt, im Zielvolumen mit einer in der Tiefe gestaffelten Abtastung von Volumenelementen des Zielvolumens in schneller Folge durchführbar ist. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Ionenstrahl-Abtasten und ein Verfahren zum Betreiben eines Ionenstrahl-Abtastsystems unter Verwendung eines Gantry-Systems.

Description

Die Erfindung betrifft ein Ionenstrahl-Abtastsystem und ein Verfahren zum Betrieb des Systems gemäß dem Oberbegriff der An sprüche 1 und 20.

Ein derartiges System ist aus der Druckschrift US 5,585,642 be kannt und wird in der Teilchentherapie eingesetzt. Die mit ei nem derartigen System durchführbare Ionenstrahltherapie von Tumorgeweben zeichnet sich vor allem durch eine bessere Dosis verteilung, d. h. eine höhere Tumordosis, und eine Entlastung des gesunden Gewebes gegenüber einer Röntgentherapie aus. Diese Dosisverteilung folgt aus den physikalischen Eigenschaften von Teilchenstrahlen, die ein invertiertes Dosisprofil, d. h. ein Ansteigen der Dosis mit der Eindringtiefe, aufweist. Dadurch kann die Tumordosis über die konventionell mögliche Dosis der üblichen Bestrahlungstherapie gesteigert werden.

Um eine möglichst gute Anpassung des bestrahlten Volumens an das vorgegebene Zielvolumen zu erreichen, werden in der derzei tigen klinischen Praxis Vorrichtungen zur passiven Strahlfor mung eingesetzt, die aber das Problem nicht zufriedenstellend lösen können. Derartige Strahlformungsvorrichtungen arbeiten mit einem divergenten Ionenstrahl, der ein größeres Gebiet als das Zielvolumen, d. h. als das Volumen des Tumors, bestrahlt, aber durch entsprechende Randbegrenzer und durch die Tumorkon tur nachbildende Kompensationsformen aus Kompensationsmateria lien den divergenten Ionenstrahl auf das Tumorvolumen einengen. Derartige Anlagen und Methoden haben den Nachteil, daß eine ho he Ionenstrahlenergie für den divergenten Ionenstrahl erforder lich wird und nicht gezielt einzelne Volumenelemente eines Zielvolumens oder Tumors angesteuert werden können.

Um einzelne Volumenelemente gezielt ansteuern zu können und ei ne Strahlendosis für das Volumenelement optimal anpassen zu können, wurde eine Rasterscanvorrichtung für Ionenstrahlen ent wickelt. Mit dieser Vorrichtung wird das Zielvolumen in Schich ten gleicher Teilchenreichweite zerlegt und ein feiner, inten sitätsgesteuerter Bleistiftstrahl aus Ionen rasterförmig über die einzelnen Schichten geführt. Zusammen mit der aktiven Ener gievariation durch einen Ionenbeschleuniger kann damit ein ex aktes Ausleuchten in drei Dimensionen eines jeden beliebigen Zielvolumens erreicht werden.

Jedoch auch diese intensitätsgesteuerte Rasterscanvorrichtung hat erhebliche Nachteile. Zum einen ist ein aufwendiges Kon trollsystem zur Überwachung der Strahllokalisation im Mikrose kundenbereich erforderlich. Ferner besteht die Gefahr der Zer stückelung von Isoenergieschnitten durch Dichte- Inhomogenitäten. Ferner ist die Einhaltung der vorgegebenen la teralen Strahllage (Strahlschwerpunkt) insbesondere bei der Va riation von Energie und Strahlbreite während einer Behandlung problematisch. Schließlich sind die Randabfälle des Zielvolu mens, die von der Breite des Strahlprofils abhängen, nachteilig für eine präzise Bestrahlung des Zielvolumens.

Diese Probleme führen dazu, daß die Einstellung und Kontrolle der Strahlparameter einer derartigen Vorrichtung ein Vielfaches der eigentlichen Patientenbestrahlung dauert. Darüber hinaus wird die Kombination von Rasterscanvorrichtung für Ionenstrah len mit einem beweglichen drehbaren Ionenstrahlführungssystem der US-5,585,642, einem Gantry-System, wie es in Fachkreisen vorgeschlagen wird, eine erhebliche technische Herausforderung darstellen.

Bei einer Integration des Rasterscans in einem Gantry-System werden die Kontrollen noch langwieriger und noch aufwendiger als bei einer bisher realisierten starren Strahlführung. Außer dem werden Magnete mit großen Aperturen für die Integration der vorgeschlagenen Rasterscanvorrichtung benötigt, um praxisge rechte Größen bei den Bestrahlungsfeldern zu erreichen. Zusam men mit einer schnellen Energievariation schließen die großen Aperturen dieses Lösungsvorschlags und damit die notwendige Ab schirmung der Streufelder die Verwendung von supraleitenden Ma gneten aus. Eine Integration eines Scannersystems führt somit zu großen Aperturen, d. h. zu großen Ablenkungsmagneten und lan gen raum- und kostenaufwendigen Gantry-Systemen. Bei einer An ordnung des Scannersystems hinter dem letzten Ablenkungsmagne ten, also stromabwärts der Ionenstrahlführung und eines Aus trittsfensters des Ionenstrahls aus dem Führungssystem sind zwar kleine Aperturen möglich, d. h. kompakte Magnete, können eingesetzt werden, dafür ergeben sich wegen der erforderlichen Driftlänge oder der lichten Weite für einen Behandlungsraum Gantry-Radien von über 7 m. In beiden Fällen müssen demnach nachteilig Massen von mehr als 100 Tonnen millimetergenau be wegt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile im Stand der Tech nik zu überwinden und insbesondere im Vergleich zu der vorge schlagenen Rasterscanvorrichtung von Ionenstrahlen ein Ionen strahlabtastsystem anzugeben, das die gegenwärtigen Schwierig keiten überwindet.

Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand der Ansprüche 1 und 20 gelöst. Weitere Merkmale bevorzugter Ausführungsformen der Er findung werden in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Zur Lösung der Aufgabe wird ein Ionenstrahl-Abtastsystem mit einer Ionenquelleneinrichtung, einem Ionenbeschleunigungsssy stem und einer Ionenstrahlführung mit Ionenstrahl- Austrittsfenster für einen konvergierenden zentrierten Ionen strahl geschaffen, mit dem ein mechanisches Ausrichtsystem für das abzutastende Zielvolumen verbunden ist. Derartige Ausricht systeme sind aus dem Stand der Technik bekannt und sollen ge währleisten, daß das Zielvolumen aus beliebig bestimmbaren Win keln im Raum bestrahlt werden kann. Deshalb weist üblicherweise ein derartiges Ausrichtssystem einen Patiententrägertisch auf, der mindestens um eine Rotationsachse drehbar und in drei Ver schieberichtungen bewegbar ist, die nach dem Ausrichten während der Bestrahlung üblicherweise (zum Teil) nicht mehr verändert werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Ionenstrahl-Abtastsystem ist das Io nenbeschleunigungssystem auf eine für eine maximale Eindring tiefe notwendige Beschleunigung der Ionen einstellbar, und das Abtastsystem weist ein Energieabsorptionsmittel auf, das in dem Ionenstrahlengang zwischen Zielvolumen und Ionenstrahl- Austrittsfenster quer zum Ionenstrahlzentrum angeordnet ist und quer zum Ionenstrahlzentrum zur Variation der Ionenstrahlener gie verschieblich ist. Dazu wird erfindungsgemäß zur Tiefenmo dulation des Ionenstrahls das Energieabsorbtionsmittel mittels eines Linearmotors quer zum Ionenstrahl verschoben, wobei im Zielvolumen eine in der Tiefe gestaffelten Abtastung von Volu menelementen des Zielvolumens vorteilhaft in schneller Folge durchführbar ist.

Dieses Ionenstrahl-Abtastsystem, das auf einer Tiefenmodulation basiert, bietet eine vorteilhafte Verbesserung gegenüber dem Einbau und der Integration eines Rasterscansystems in ein Gan try-System. Das erfindungsgemäße System ermöglicht gleich gute Dosisverteilung wie das Rasterscanssystem, benötigt aber ein wesentlich weniger aufwendiges Kontrollsystem. Darüber hinaus erlaubt es eine kompakte Bauweise auch in Zusammenwirken mit supraleitenden Magneten, so daß mit diesem System beliebige Feldgrößen realisierbar werden. Schließlich wird mit diesem Sy stem eine größere Schonung des gesunden Gewebes oberhalb eines Tumorgewebes und insbesondere eine verbesserte Hautschonung er reicht. Darüber hinaus ist das erfindungsgemäße Ionenstrahl- Abtastsystem universell sowohl für starre Ionenstrahlführungs systeme als auch für drehbare Ionenstrahlführungssysteme ein setzbar.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Ionenstrahlabtastsy stems weist das Energieabsorptionsmittel quer zum Ionenstrahl zentrum verschiebliche Absorberkeile auf, die mit einem lei stungsstarken Linearmotor angetrieben werden, so daß eine strahlintensitätskontrollierte Tiefenrasterung vollzogen werden kann. Das Absorberkeilsystem moduliert die Eindringtiefe des Strahls durch Abbremsung, d. h., das Bragg-Maximum wird über der Tumortiefe moduliert. Die seitliche Auslenkung kann durch eine Patientenverschiebung in den zwei Richtungen beispielsweise in x- und in y-Richtung einer Ebene ausgeführt werden. Das hat den Vorteil, daß nur ein feiner Bleistiftstrahl von feststehender Energie durch die gesamte Ionenstrahlführung zu steuern ist. Die ortsfeste Lage des Strahls in diesem System kann vorteil haft durch eine mechanisch feststehende Aperturblende garan tiert werden und kann weiterhin durch kleine ortsauflösende Zähler überprüft werden. Die Strahlintensität wird mit einer einfachen Ionisationskammer meßbar, um die Strahlendosis pro Volumenelement aufzusummieren.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Abtastsystem ein elektronisches Steuersystem für den Linearantrieb der Absorber keile und eine Ionisationskammer zum Messen der Teilchenrate des Strahls auf. Die Absorberkeile werden nach Erreichen einer vorbestimmten Teilchenzahl, die von der Ionisationskammer ge messen wird, und die durchaus für den Tiefenschritt verschieden sein kann, um einen Schritt, vorzugsweise von 10 bis 100 µm, weiter zusammengefahren, so daß eine in der Tiefe gestaffelte Abtastung von Volumenelementen des Zielvolumens möglich wird.

Mit dieser Ausführungsform ist der Vorteil verbunden, daß große ortsauflösende Detektoren, die das gesamte Strahlungsfeld ab checken, nicht benötigt werden. Das bedeutet eine erhebliche Reduktion des Kontrollsystems und eine Verkleinerung des Ge samtsystems.

Theoretisch kann das Absorberkeilsystem aus einem einzigen Ab sorberkeil bestehen, der quer zum Ionenstrahl schrittweise be wegt wird, und aufgrund seiner zunehmenden Dicke die Eindring tiefe des Ionenstrahls in das Gewebe oder das Zielvolumen ver mindert. Dadurch entsteht eine säulenförmige Abtastung des Zielvolumens. Jedoch hat ein Absorberkeilsystem, das lediglich ein Absorberkeil aufweist, den Nachteil, daß über der Breite des Ionenstrahls die Absorption variiert und damit auch die Eindringtiefe variiert. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist deshalb das Energieabsorptionsmittel minde stens zwei quer zum Ionenstrahlzentrum entgegengesetzt ver schiebliche Absorberkeile auf. Diese beiden Absorberkeile haben den gleichen Absorberkeilwinkel, so daß beim schrittweisen Zu sammenschieben der beiden Absorberkeile der Ionenstrahl immer die gleiche Dicke eines Absorbermaterials durchfahren muß. Je doch bilden sich auch hier minimale Energieunterschiede über dem Querschnitt des Ionenstrahls aus, da der Ionenstrahl selbst konvergiert und somit an den Absorberkeilflächen beim Übergang von einem Absorberkeil zum zweiten Absorberkeil einen unter schiedlichen Querschnitte aufweist und damit über dem Quer schnitt unterschiedlich absorbiert wird.

Um diesen Effekt zu vermindern, weist vorzugsweise das Energie absorptionsmittel zwei quer zum Ionenstrahlzentrum gegeneinan der verschiebliche Absorberkeilpakete auf. Bei derartigen Ab sorberkeilpaketen wird der Spalt zwischen zwei Absorberkeilen auf mehrere Spalte verteilt, bei denen sich die oben angegebe nene nachteilige Wirkung größtenteils bei entsprechender Anord nung der Absorberkeile zueinander aufhebt und die Steigung pro Keil gegenüber einem System mit zwei gegeneinander verschiebli chen Keilen vermindert wird.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Ionenstrahlabtastsystem einen Randbegrenzer mit ver schieblichen Blendenelementen zwischen dem Zielvolumen und dem Energieabsorptionsmittel auf. Eine derartige mechanische Rand begrenzung hat den Vorteil, daß steilere Randabfälle möglich werden, ohne daß ein aufwendiges Kontrollsystem erforderlich wird. Dazu weist vorzugsweise das Abtastsystems irisblendenar tig einzeln verstellbare Randblenden für eine derartige Randbe grenzung des Ionenstrahl in bezug auf das Zielvolumen auf.

Um vorzugsweise das gesamte Zielvolumen zu bestrahlen, weist das Ionenstrahlabtastsystem einen Patiententisch auf, der das Zielvolumen trägt und während eines Bestrahlungsvorganges in einer Ebene quer zum Ionenstrahl in zwei Koordinatenrichtungen verschiebbar ist.

Mit dem erfindungsgemäßen Tiefenmodulationssystem wird das Zielvolumen primär in Säulen um die einzelnen Zielstrahlen zer legt. Längs der Säule wird der Strahlweg in einzelne Positionen oder Pixel aufgeteilt, für die die Strahlbelegung bzw. die Strahlendosis vorberechnet wird. Mit einem mechanischen Ab bremssystem zur Energieabsorption der Ionen, das aus einem Mehrfachkeil mit Linearantrieb besteht, wird das Bragg-Maximum des Strahls intensitätsgesteuert, ohne Unterbrechung von einem Pixel zum nächsten Pixel geführt, wenn die Teilchenbelegung der einzelnen Pixel erreicht ist. Diese Säulenaufteilung entspricht mehr den wirklichen Gegebenheiten einer Tumorbestrahlung, als die Flächenaufteilung der vorgeschlagenen Rasterscanvorrich tung, da Dichteinhomogenitäten stromaufwärts des Zielvolumens in, beispielsweise in der gesunden Gewebestruktur über einem Tumor, zu einer Verschiebung einer Säule in positiver oder ne gativer Richtung führen, aber nicht zu einer Unterbrechung in nerhalb der Säule.

Zur Tumorbehandlung eines Patienten wird bei der erfindungsge mäßen Lösung vorteilhaft die höchste benötigte Energie für das Strahlenführungssystem vom Beschleuniger bis zum Patienten ein gestellt. Diese Energieeinstellung bleibt in vorteilhafter Wei se für die gesamte Behandlung konstant, da die Tiefenvariation, d. h. die Energievariation, nur durch das schnell bewegliche Ab sorberkeilsystem des Energieabsorptionsmittels direkt vor dem Patienten geschieht. Die Länge der einzelnen Bestrahlungssäulen hängt von der Geometrie des Zielvolumens ab. Der Dosisquer schnitt der Säulen ist ein Gauß-Profil. Die Abstände der Säu lenzentren müssen kleiner sein als die halbe Halbwertsbreite der Gauß-Verteilung, um eine kontinuierliche Überlappung zu er zeugen. Um über- und unterbestrahlte Stellen auszuschließen, ist ein relativ breites Strahlprofil im Größenordnungsbereich von 10 mm Durchmesser vorteilhaft. Diese im Vergleich zur vorge schlagenen Rasterscanvorrichtung großen Strahlprofile setzen auch die Bestrahlungsdauer pro Patient bei großen Zielvolumina herab.

Da durch den Randbegrenzer einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung Teile der radialen Dosisverteilung der einzelnen Dosissäulen absorbiert werden können, kann trotz großer Halb wertsbreiten ein steiler Randabfall an kritischen Stellen er reicht werden.

Während das Energieabsorptionsmittel in Form einer Tiefenmodu lationsvorrichtung, bzw. eines Tiefenmodulators, bzw. eines Tiefenscanners aufgrund des Antriebs des Absorberkeilsystems mittels eines luftgelagerten Linearmotors schnell und säulen förmig das Zielvolumen abtasten kann, ist für die seitliche Verschiebung des Zielvolumens in den zwei Richtungen x und y einer Ebene genügend Zeit, so daß ein Patiententisch, der das Zielvolumen trägt und in zwei lateralen Richtungen quer zum Io nenstrahl während eines Bestrahlungsvorgangs verschiebbar ist, genügend Zeit, um nach und nach Säule für Säule abzutasten und nebeneinander zu überlappen.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Patiententisch während der Behandlung nur in einer Koordi natenrichtung verschieblich, während für die andere laterale Richtung entsprechende Ablenkungsmagnete für den Ionenstrahl vorgesehen sind, so daß der Ionenstrahl aus seiner Mittenposi tion am Austrittsfenster quer zur lateralen Richtung des Pati ententisches ablenkbar wird. Dieses System hat den Vorteil, daß es lediglich nur noch in einer Richtung von einer mechanischen und damit langsamen Bewegung abhängt und eine Tiefenmodulation und Seitenmodulation relativ zügig durchgeführt werden kann.

Vorzugsweise ist eine Ionisationskammer zur Summation der Io nen, die in einem Volumenelement auftreffen, stromaufwärts vom Energieabsorbtionsmittel und stromabwärts vom Ionenstrahl- Austrittsfenster angeordnet. Mit dieser Anordnung kann die Be strahlungsdosis, die als Summenzahl der Ionen, die in einem Vo lumenelement auftreffen, definiert ist, vorteilhaft bestimmt werden.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Ionenstrahlabtastsystem zusätzlich zu einem in latera ler Richtung verschiebbaren Patiententisch ein Gantry-System auf, das quer zur lateralen Bewegungsrichtung des Patiententi sches um eine Gantryrotationsachse drehbar ist. Durch die lang same Pendelbewegung des Gantry-Systems über das Bestrahlungs feld werden die einzelnen Säulen nebeneinandergesetzt und damit vorteilhaft die zweite Dimension der tumorkonformen Bestrahlung ausgeführt.

Bei dem bevorzugten Ionenstrahl-Abtastsystem mit Gantry-System wird der Ionenstrahl in der Gantryrotationsachse dem Gantry- System zugeführt und mittels Magnetoptiken unter einstellbaren Winkeln von 0 bis 360° in einer Ebene orthogonal zur Gantryro tationsachse auf ein Zielvolumen ausgerichtet. Der Ionenstrahl schneidet dabei die Gantryrotationsachse in einem Isozentrum des Gantry-System. Dabei weist das Gantry-System einen lateral in Richtung der Gantryrotationsachse verschieblichen Zielvolu menträger auf, der stromaufwärts des Isozentrums angeordnet ist. Das Energieabsorptionsmittel ist stromaufwärts in Radial richtung des Gantry-Systems angeordnet. Durch die erfindungsge mäße Tiefenmodulationsvorrichtung wird eine Volumenelementra sterung in Tiefenrichtung erreicht, durch das Gantry-System ei ne Drehwinkel-Volumenelementrasterung in Seitenrichtung und durch den lateral verschieblichen Zielvolumenträger eine Volu menelementrasterung in Längsrichtung definiert, so daß beliebig geformte Zielvolumen durch die Kombination dieser drei Raster mittel volumenelementweise rasterbar sind.

Bei dieser bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es wichtig, daß das Isozentrum der Gantrybewegung stromabwärts von, bzw. hinter dem Bestrahlungsvolumen liegt. Eine leichte Kegel förmigkeit des Bestrahlungsvolumens kann durch eine entspre chende Wichtung der Pixel bei einem dichten Netz der radialen Stützpunkte berücksichtigt werden, ohne daß ein Verlust an Ho mogenität auftritt.

Die Winkeldifferenz der exzentrischen Bestrahlung durch die Gantryrotation hat den entscheidenden Vorteil einer weiteren Absenkung der Dosisbelastung im Eingangskanal und damit einer Absenkung der Dosisbelastung des gesunden Gewebes über dem Tumorgewebe. Da sich das Gantry-System wegen der großen Masse nur kontinuierlich oder in kleinen Schritten bewegen kann, muß die angebotene Teilchenfluenz höher als die pro Säule benötigte Fluenz liegen. Das bedeutet, die Bestrahlung jeder einzelnen Säule vollzieht sich während einer kurzen Winkelbewegung des Gantry-Systems. Die dritte Koordinate der Bestrahlung erfolgt bei dieser bevorzugten Ausführungsform durch eine langsame, schrittweise Verschiebung des liegenden Patienten auf dem Ziel volumenträger durch die Bestrahlungsapparatur in Richtung der Gantryrotationsachse. Dabei werden vorzugsweise Geschwindigkei ten von weniger als 1 cm/s eingehalten und sind ausreichend für tolerable Bestrahlungszeiten von Patienten.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bleibt der Zielvolumenträger während der Behandlung unbewegt und der Ionenstrahl wird durch die Umlenkmagnete während der Bestrahlung in der Gantry-Ebene abgelenkt. Damit wird, statt die Patientenliege zu verschieben, der Ionenstrahl durch Varia tion des Magnetfeldes im letzten Umlenkmagneten in der Gantry abgelenkt. Es ergibt sich damit vorteilhaft folgende Abfolge der notwendigen Bewegung in drei Freiheitsgraden: die Strahla blenkung mit der höchsten Geschwindigkeit geschieht mit dem Energieabsorbtionsmittel, bzw. Tiefenmodulator. Eine mittlere Geschwindigkeit (z. B. alle 1 bis 2 s um 4 mm), wird der Strahl in der Gantry-Ebene durch die Umlenkmagneten zur nächsten Säule geführt. Die langsamste Bewegung ist die Gantryrotation, die nach der Bestrahlung einer Säulenreihe durch die Drehung des Gantry-Systems auf die nächste Säulenreihe geführt wird. Der Vorteil bei diesem Ionenstrahl-Abtastsystem ist es, daß der Pa tient nicht bewegt werden muß und das Gantry-System während der Bestrahlung nicht hin- und herschwingen muß, sondern schritt weise gedreht werden kann.

Gegenüber herkömmlichen Systemen erfordert die variable Ablen kung des Strahls in der Gantry-Ebene nur einen relativ geringen Zusatzaufwand, da die Umlenkmagnete sowieso notwendig sind. Die Veränderung der Ablenkung des Strahls erfolgt langsam (im Se kundentakt) und somit werden auch keine hohen Anforderungen an die Magnetnetzteile und das Kontrollsystem gestellt. Als Kon trollvorrichtung für die Ablenkungsvariation des Strahls genügt eine einfache Drahtkammer, die mit einer relativ geringen Wie derholungsrate ausgelesen werden muß. Die Kontrollelektronik für diese langsame Abtasttechnik der vorliegenden Erfindung ist bei weitem nicht so aufwendig, wie die vorgeschlagene, konkur rierende, schnelle Rasterscantechnik, bei der die Strahlposi tionen alle 100 µs zu messen sind, um den Strahl verfolgen und kontrollieren zu können.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Ionenstrahl- Abtastsystems mit Gantry-System weist das Energieabsorptions mittel tangential zum Drehkreis des Gantry-Systems verschiebli che Absorberteile auf. Diese Ausführungsform wird dadurch er reicht, daß das Energieabsorptionsmittel unmittelbar an dem Gantry-System fixiert wird, nämlich stromabwärts von dem Aus trittsfenster des Ionenstrahls. Auch in dieser Ausführungsform des Ionenstrahl-Absorptionssystems mit Gantry-System können statt einem Absorberkeil mindestens zwei tangential zum Dreh kreis des Gantry-Systems entgegengesetzt verschiebliche Absor berkeile vorgesehen werden oder radial gestaffelte tangential zum Drehkreis des Gantry-Systems verschiebliche Absorberkeil pakete angeordnet werden.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Ionenstrahl- Abtastsystems mit Gantry-System ist ein zentraler Bereich des Zielvolumens um mindestens 1/5 des Gantrysystemradius stromauf wärts des Isozentrums angeordnet, so daß das Zielvolumen selbst nicht im Isozentrum liegt. Die Vorteile dieser Ausführungsform wurden bereits oben im Detail geschildert. Dabei ist hervorzu heben, daß ein optimaler Abstand zwischen Zielvolumen und Iso zentrum einstellbar ist, um die Belastung des gesunden Gewebes im Eingangskanal der Bestrahlung gering zu halten.

Bei dem bevorzugten Verfahren zum Ionenstrahlabtasten mittels einer Ionenquelleneinrichtung, einem Ionenbeschleunigungssystem und einer Ionenstrahlführung mit Ionenstrahl-Austrittsfenster für einen konvergierenden, zentrierten Ionenstrahl und einem mechanischen Ausrichtsystem für das abzutastende Zielvolumen werden folgende Verfahrensschritte durchgeführt:

- Einstellen des Ionenbeschleunigungssystems auf eine für ei ne maximale Eindringtiefe notwendige Beschleunigung der Ionen,
- Erfassen der Ionenstrahlintensität,
- Querverschieben eines Energieabsorptionsmittels mit unter schiedlicher Materialstärke zur Tiefenmodulation des Ionen strahls,
- Aufsummieren der Strahlungsionen eines Volumenelementes ei nes Zielvolumens bis zu einer vorgegebenen Strahlungsdosis,
- Ändern der Eindringtiefe des Ionenstrahls mittels Querver schiebung des Energieabsorptionsmittels nach Erreichen der vor gegebenen Bestrahlungsdosis des Volumenelementes zur Bestrah lung eines nächsten stromaufwärts liegenden Volumenelements.

Mit diesem Verfahren ist der Vorteil verbunden, daß die Be schleunigung der Ionen in dem Ionenbeschleunigungssystem nur einmal festzulegen ist und während der gesamten Behandlungspha se beibehalten werden kann. Die Tiefenmodulation der Bestrah lung wird ausschließlich durch ein Energieabsorptionsmittel, das stromaufwärts des zu bestrahlenden Zielvolumens angeordnet ist, und stromabwärts des Ionenstrahl-Austrittsfensters liegt, durchgeführt. Da es außer dem Energieabsorbtionsmittel, bzw. dem Tiefenmodulator kein weiteres Material im Strahlengang gibt, bevor das Gewebe erreicht wird, ist die nukleare Fragmen tierung minimal und unabhängig von der Eindringtiefe; da die Gesamtabsorption durch den Tiefenmodulator plus Gewebetiefe insgesamt konstant bleibt. Somit wird ein konstantes Bragg- Profil über der Zielvolumentiefe erreicht. Eine Verwendung von Spezialfiltern, auch Ripple-Filtern, zur Vergleichmäßigung des Bragg-Profils, wie es herkömmliche Verfahren einsetzen, ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren entbehrlch.

Die Bewegung der Absorberkeile wird für die Tiefenmodulation von der Intensität des einkommenden Strahls nach der berechne ten Vorlage der Dosisverteilung geregelt. Dabei ist die Länge . jeder Bestrahlungssäule in einzelne Bildpunkte aufgeteilt und der Strahl, d. h. das Bragg-Maximum des Strahls, wird vorteil haft von einem Pixel, bzw. Bildpunkt, zum nächsten verschoben, wenn die erforderliche Teilchenzahl erreicht ist. Somit bietet das erfindungsgemäße Verfahren eine größtmögliche Sicherheit für den Patienten und eine hohe Präzision bei der Bestrahlung von Tumorgeweben sowie eine minimale Belastung des stromauf wärts liegenden gesunden Gewebes.

In einer bevorzugten Durchführung des Verfahrens fährt ein elektronisches Steuersystem für den Linearantrieb der Absorber keile diese um einen Schritt weiter zusammen, nachdem es die Teilchenrate des Strahles mittels einer Ionisationskammer ge messen hat, und eine vorbestimmte Teilchenanzahl, die für jeden Tiefenschritt unterschiedlich sein kann, erreicht worden ist. Somit erfolgt eine in der Tiefe gestaffelte Abtastung von Volu menelementen des Zielvolumens. Vorzugsweise ist die Schrittwei te, mit der die Absorberkeile weiter zusammengefahren werden, zwischen 10 und 100 µm.

Die gemessene Intensität pro Volumenelement liegt zwischen 10⁶ und 10⁸ absorbierten Ionen während des Abrasterns des Zielvolu mens. Dabei kann das Zielvolumen kontinuierlich fortschreitend abgetastet werden, indem während der Tiefenmodulation gleich zeitig in den anderen beiden Richtungen der Patiententisch oder die Gantry oder beides bewegt wird. Zwar erfolgt aufgrund der Tiefenmodulation die Abtastung des Zielvolumens in Tiefenrich tung immer säulenförmig, jedoch können diese Säulen bei einer kontinuierlich fortschreitenden Abtastung zickzackförmig ver schoben sein.

In einer anderen bevorzugten Durchführung des Verfahrens schreitet die Abtastung des Zielvolumens schrittweise voran. Dieses schrittweise Voranschreiten ist insbesondere vorteil haft, wenn die Bewegungsabläufe mit unterschiedlichen Geschwin digkeiten aufgrund von unterschiedlichen Massen, die zu bewegen sind, ablaufen.

Entsprechend kann vorzugsweise die Abtastung des Zielvolumens in Tiefenrichtung kontinuierlich und in Seiten- und Längsrich tung schrittweise erfolgen oder die Abtastung des Zielvolumens in Tiefenrichtung und in Seitenrichtung kontinuierlich und in Längsrichtung schrittweise erfolgen. Bei einer bevorzugten Durchführung des Verfahrens wird das Ionenstrahl-Abtastsystem unter Verwendung eines Gantry-Systems betrieben. Dazu werden folgende Verfahrensschritte durchgeführt:

1. Anordnen des Zielvolumens stromaufwärts des Isozentrums,
2. Volumenelementrastern in Tiefenrichtung mittels eines Ener gieabsorptionsmittels, das stromaufwärts in Radialrichtung des Gantry-Systems angeordnet ist,
3. Volumenelementrastern in Seitenrichtung mittels Drehwinke länderung des Gantry-Systems und
4. Volumenelementrastern in Längsrichtung mittels Rasterver schiebung des Zielvolumenträgers.

Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß der Zielvolumenträger oder der Patiententisch lediglich in eine Richtung während der Bestrahlung bewegt werden muß, während die anderen beiden Rich tungen einerseits durch die Tiefenmodulation mit Hilfe des Energieabsorptionsmittels erreicht wird, und die andere durch Dreh- oder Pendelbewegung des Gantry-Systems durchgeführt wird.

Während für das Verschieben des Absorberkeilsystems des Ener gieabsorptionsmittels relativ geringe Massen mit einem Linear motor zu bewegen sind, erfolgt die Drehbewegung eines Gantry- Systems entsprechend langsamer, während ein Verschieben eines Patiententisches aufgrund seiner geringeren Masse gegenüber ei nem Gantry-System, aber größeren Masse gegenüber dem Energieab sorptionsmittel mit seiner Trägheit zwischen diesen beiden Vor richtungen liegt.

Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren kann der Patient in völliger Ruhe auf dem Patiententisch liegen, wenn ein Gantry- System Verwendung findet, bei dem ein Zielvolumenträger vor der Behandlung ausgerichtet wird und während der Bestrahlung unbe weglich bleibt und der Ionenstrahl mittels der letzten Gan tryumlenkmagnete in der Gantry-Ebene zur Volumenelementraste rung in Längsrichtung abgelenkt wird.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der Er findung werden nun anhand von Ausführungsbeispielen näher er läutert.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer ersten Ausfüh rungsform der Erfindung,

Fig. 2 zeigt das Prinzip der Überlagerung von zueinander ver schobenen Tiefendosisprofilen,

Fig. 3 zeigt das Prinzip der säulenförmigen Abtastung eines Zielvolumens mit der Ausführungsform nach Fig. 1,

Fig. 4 zeigt die perspektivische Ansicht eines Energieabsorpti onsmittels in Form eines einzelnen Absorberkeils,

Fig. 5 zeigt den Querschnitt eines Energieabsorbermittels mit zwei Absorberkeilen,

Fig. 6 zeigt den Querschnitt eines Energieabsorptionsmittels mit Absorberkeilpaketen aus jeweils fünf Absorberkeilen,

Fig. 7 zeigt einen Randbegrenzer in Ruhestellung,

Fig. 8 zeigt einen Randbegrenzer mit zwei Blenden in Be triebsposition,

Fig. 9 zeigt eine Prinzipsskizze eines luftgelagerten Linearmo tors,

Fig. 10 zeigt eine Prinzipskizze einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 11 zeigt eine Prinzipskizze der Anordnung eines Zielvolu mens in der Ausführungsform nach Fig. 10 oberhalb des Isozen trums,

Fig. 12 zeigt eine Prinzipskizze einer dritten Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer ersten Ausfüh rungsform eines Ionenstrahl-Abtastsystems, das eine nichtge zeigte Ionenquelleneinrichtung, ein nichtgezeigtes Ionenbe schleunigungssystem und eine Strahlführung 1 mit einem Ionen strahl-Austrittsfenster 2 für einen konvergierenden zentrierten Ionenstrahl 3 umfaßt. Zu dem Ionenstrahl-Abtastsystem gehört ein nichtgezeigtes mechanisches Ausrichtsystem für das abzuta stende Zielvolumen 5.

Das Ausrichtsystem ermöglicht es, das Zielvolumen mindestens um eine Achse zu drehen und in Richtung der drei Raumkoordinaten zu verschieben, so daß das Zielvolumen aus einem beliebig wähl baren Winkel im Raum von dem Ionenstrahl bestrahlt werden kann. Eine derartige Ausrichtung erfolgt vor der eigentlichen Be strahlung des Zielvolumens mit Ionen.

Mit dem nicht gezeigten Ionenbeschleunigungssystem wird zu nächst eine für eine maximale Eindringtiefe notwendige Be schleunigung der Ionen eingestellt. Diese Energie wird während der gesamten Behandlung nicht geändert und bewirkt, daß der Ta nenstrahl bis zu dem tiefsten Punkt des Zielvolumens das Gewebe durchdringen kann. Durch ein Energieabsorptionsmittel 7, das in dem Ionenstrahlengang zwischen Zielvolumen 5 und Ionenstrahl- Austrittsfenster 2 quer zum Ionenstrahlzentrum angeordnet ist und quer zum Ionenstrahlzentrum zur Variation der Ionenstrahle nergie in Pfeilrichtung A verschieblich ist, wird das Bragg- Maximum von der maximalen Eindringtiefe durch zunehmende Ener gieabsorption zu niedrigeren Eindringtiefen verschoben. Dieser Vorgang kann kontinuierlich oder schrittweise durchgeführt wer den, so daß eine Tiefenmodulation oder eine Tiefenabtastung stattfindet, die im folgenden auch Tiefenscan genannt wird. Die Änderung der Energieabsorption wird mittels des Energieabsorp tionsmittels 7 dadurch erreicht, daß ein Linearmotor 8 eine Querverschiebung in Pfeilrichtung A von paarweise gegenüberste henden Absorberkeilen 13 aufeinander zu bewirkt, so daß ein in der Tiefe gestaffeltes Abtasten von Volumenelementen des Ziel volumens in schneller Folge durchführbar wird.

Dazu sind die Läufer 31 des Linearmotors 8 luftgelagert und werden von einer Preßluftflasche 32 mit Druckluft versorgt. Für ein schrittweises Zusammenfahren der Absorberkeile 13 werden die Motorströme über eine Schrittmotorsteuerung 35, die eine Leistungsstufe aufweist, gesteuert.

Um die Anzahl der Ionen zu messen und aufzusummieren, bis eine vorbestimmte Ionenstrahldosis pro Volumenelement des Zielvolu mens erreicht ist und bis der Linearmotor 8 um einen weiteren Schritt die Absorberkeile 13 vorzugsweise um 10 bis 100 µm zu sammenfahren kann, wird mit der Ionisationskammer 16 über einen Stromverstärker mit nachgeschaltetem Spannungs-Frequenz- Konverter 33 eine Impulssteuerung mit TTL-Impulsen angesteuert, deren Frequenzproportional zur einfallenden Ionenrate onen/sec) ist. Sobald die ausreichende Dosis für ein Volumenelement erreicht ist, was einer bestimmten TTL-Impulszahl entspreicht, löst die Impulssteuerung mit einem Steuerimpuls an die Schrittmotor steuerung den nächsten Schritt aus. Dieser Ablauf wiederholt sich, bis ein Tiefenscan abgeschlossen ist.

Fig. 2 zeigt das Prinzip der Überlagerung von zueinander ver schobenen Tiefendosisprofilen. Durch den Tiefenscanner werden die einzelnen Bragg-Kurven 36 bis 44 von einer zur nächsten Ab sorberstellung um jeweils 4,3 mm verschoben. Die Höhe der Bragg-Kurven ist durch die Teilchenanzahl gegeben, die bei ent sprechender Absorberstellung auf das Target auftrifft. Wenn die Teilchenzahlen vorher korrekt berechnet wurden, ergibt die Überlagerung der Bragg-Kurven die gewünschte verbreiterte Bragg-Spitze, die der Ausdehnung des Zielvolumens in der Tiefe entspricht. Entsprechend ist auf der Abszisse die Eindringtiefe in cm angegeben und auf der Ordinate die relative Dosis in %.

Deutlich ist an diesem Beispiel erkennbar, daß bei der Aufsum mation der Bragg-Kurven das Zielvolumen mit 100% relativer Do sis bestrahlt wird, während das darüberliegende gesunde Gewebe unter 60% der Strahlenbelastung ausgesetzt ist, und das darun terliegende Gewebe sogar weit unter 20% der Strahlendosis auf nehmen muß. Damit wird deutlich, welch großer Vorteil gegenüber Röntgenstrahltherapien die Ionenstrahltherapie aufweist.

Die Fig. 2 soll das Prinzip der Überlagerung lediglich verdeut lichen. Bei einem realen Tiefenscan werden mehrere tausend Bragg-Kurven mit viel kleineren Abständen überlagert. Dieses ermöglicht eine quasi kontinuierliche Bewegung der Antriebe des Energieabsorptionsmittels 7 und gewährleistet somit eine gleichmäßige Überlagerung, so daß auf konventionelle Ripple- Filter bei Einsatz des Ionenstrahl-Abtastsystems nach dieser Ausführungsform der Erfindung verzichtet werden kann.

Fig. 3 zeigt das Prinzip der säulenförmigen Abtastung eines Zielvolumens mit der Ausführungsform nach Fig. 1. Bei dieser Ausführungsform wird das Zielvolumen in Pfeilrichtung X und Y mechanisch verschoben, während der Ionenstrahl 3 einer starren Ionenstrahlführung seine zentrale Richtung beibehält. Durch die Tiefenmodulation oder den Tiefenscan verursacht durch das Ener gieabsorptionsmittel werden die Volumenelemente 9 des Zielvolu mens 5 säulenförmig abgetastet, wobei die Ausdehnung 1 der ver breiterten Bragg-Spitze aufgrund der Summation der Bragg-Kurven 36 bis 43 der Länge der Säule bzw. der Tiefe des Zielvolumens an dieser Stelle entspricht. Wie Fig. 3 deutlich zeigt, kann ein gesundes Gewebe 10 von einer Bestrahlung weitestgehend ver schont bleiben, während das Tumorgewebe die unterschiedlichsten Formen einnehmen kann, so daß lediglich die Tiefenmodulation der Ausdehnung des Tumorgewebes in einer Koordinatenrichtung, beispielsweise entlang der z-Koordinate, folgen muß.

Fig. 4 zeigt die perspektivische Ansicht eines Energieabsorpti onsmittels in Form eines einzelnen Absorberkeils. Dieser Absor berkeil ist ein Einzelkeil aus einem Absorberkeilpaket, wie es in Fig. 6 gezeigt wird. Der Absorberkeilwinkel α liegt zwi schen 6 und 10° und ist in diesem Ausführungsbeispiel auf 8,765° ± 0,01 festgelegt. Die Länge des Absorberkeils beträgt zwischen 100 und 150 mm und ist in diesem Ausführungsbeispiel auf 120 ± 0,02 mm festgelegt. Die größte Dicke des Absorberkeils beträgt zwischen 15 und 30 mm und ist in diesem Ausführungsbei spiel auf 19 ± 0,01 mm angesetzt. Der quaderförmige Abschluß des Absorberkeils dient dazu, ihn in einem Paket, wie es in Fig. 6 gezeigt wird, zu stapeln. Der quaderförmige Abschluß hat die Abmessungen 15 × 15 mm² bis 30 × 30 mm² und eine Länge von 40 bis 60 mm, die in diesem Beispiel 50 mm beträgt. Der Quaderquer schnitt ist der größten Absorberkeiltiefe von 19 mm angepaßt und beträgt in diesem Beispiel 20 × 20 mm². Eine zentrale Boh rung 44 ermöglicht das Zusammenfügen mehrerer Einzelkeile zu Absorberkeilpaketen, wie sie in Fig. 6 gezeigt werden.

Fig. 5 zeigt den Querschnitt eines Energieabsorptionsmittels mit zwei Absorberkeilen 13, die in Pfeilrichtung A aufeinander zu oder in Pfeilrichtung B auseinander fahrbar sind. Werden diese zwei Absorberkeile auseinandergefahren, so ergibt sich ein großer Abstand a zwischen den schrägen Absorberkeilflächen. Aufgrund des konvergierenden zentrierten Ionenstrahls 3 wird deutlich, daß der Ionenstrahlbereich auf der rechten Seite des Strahls ein dickeres Absorbermaterial zu durchstrahlen hat, als auf der linken Seite des Strahls. Somit ist die Eindringtiefe in das Zielvolumen über den Querschnitt des Ionenstrahls gese hen unterschiedlich. Um dieses auszugleichen und zu minimieren, wird in Fig. 6 der Querschnitt eines Energieabsorptionsmittels 7 mit Absorberkeilpaketen 18 aus jeweils fünf Absorberkeilen 13 gezeigt. Deutlich ist zu erkennen, daß die rechte Seite des konvergenten Ionenstrahls kaum mehr Absorbermaterial zu durch dringen hat, als die linke Seite. Somit ist eine Tiefenmodula tion mit Hilfe von Absorberkeilpaketen 18 einer Tiefenmodulati on aus zwei Absorberkeilen 13, wie in Fig. 5 gezeigt, vorzuzie hen.

Vorzugsweise bestehen die Absorberkeile 13 aus mehreren Plexig laskeilen. Aufeinandergesetzt besitzen sie als Absorberkeilpa ket 18 die gleiche Wirkung wie zwei Absorberkeile 13 der Fig. 5, jedoch mit unterschiedlicher Steigung. Eine große Steigung ist bei zwei Absorberkeilen, wie in Fig. 5 notwendig, um bei der erreichbaren Beschleunigung der Absorberkeile 13 einen aus reichenden Absorbereffekt zu erzielen. Diese große Steigung wird in Fig. 6 auf eine Mehrzahl von Absorberkeilen mit kleiner Steigung verteilt.

Der Vorteil von mehreren aufeinandergesetzten gegenüber zwei dicken Absorberkeilen 13 liegt darin, daß der Strahl in den Ab sorberkeilen unvermeidlich aufgestreut wird, und bei den zwei dicken Absorberkeilen ein Teil des Strahls durch mehr Material als ein anderer Teil des Strahls läuft. Dadurch erzeugt man ei ne undefinierte Energieverteilung des Strahls, die zu vermeiden wäre. Die Absorberkeile 13 werden mit Aluminiumwinkeln auf dem Linearmotoren 8 befestigt. Die Verschraubungen sind spielfrei und präzise.

Das Plexiglas als Material der Absorberkeile 13 hat den Vor teil, präzise bearbeitbar zu sein und aus radiologischer Sicht dem Material Wasser recht ähnlich zu sein. Demnach verhält sich für einen Ionenstrahl aus Kohlenstoff eine 1 cm dicke Plexi glasschicht genauso wie eine 1,15 cm dicke Wasserschicht. Bei einer Verwendung von 2 × 4 Absorberkeilen mit einem Steigungs winkel von α = 8,765° ergibt sich ein Vorschub durch die Moto ren um 1 mm eine Verdickung des Absorbers um eine wasseräquiva lente Strecke von 1,42 mm Wasser.

Das Ionenstrahl-Abtastsystem gemäß der vorliegenden Erfindung stellt hohe Anforderungen an das System zur Tiefenmodulation und die Beweglichkeit des Energieabsorptionsmittels 7. Das Energieabsorptionsmittel, bzw. der Tiefenscanner soll mit einem Schwerionenstrahl ein glattes Tiefendosisprofil mit einer typi schen Ausdehnung von 2 bis 15 cm in der Tiefe erzeugen. Dazu werden Absorberkeile verwendet, die so verschoben werden kön nen, daß die Strecke, die der Strahl durchläuft, verändert wird. Der Tiefenscanner variiert während der Strahlextraktion die Absorberdicke in genau definierter Weise. Die Schwerionen strahlen, die durch unterschiedlich dicke Absorptionseinstel lungen gelaufen sind, werden dabei überlagert und erzeugen in der Addition das gewünschte Tiefendosisprofil.

Damit in der Überlagerung keine Abweichungen von der Vorgabe auftreten, muß bei jeder Absorberkeildickeneinstellung eine ge nau definierte Ionenstrahlmenge oder Teilchenmenge auf das Tar get treffen. Das bedeutet, wenn die Absorberkeile zulange oder zu kurz in einer bestimmten Stellung verharren, ergeben sich Abweichungen vom gewünschten Tiefen-Dosis-Profil. Um derartige Abweichungen zu vermeiden, muß der Ionenstrahlstrom als Funkti on der Zeit gemessen werden und je nach gemessener Anzahl der Ionen sind die Absorberkeile ständig mit hoher Präzision und unterschiedlicher Schrittgeschwindigkeit zu verschieben.

Da der Ionenstrahlstrom insbesondere bei Schwerionen, die durch ein Ionenbeschleunigersystem, vorzugsweise einem Synchrotron, beschleunigt wurden, nicht konstant ist, sondern sehr starke Fluktuationen zeigt, hat dieser unregelmäßige Ionenstrahlstrom zur Folge, daß die Absorberkeile 13 auch mit sehr unregelmäßi ger Geschwindigkeit teilweise ruckartig verschoben werden müs sen. Dies stellt eine extreme Anforderung an Präzision und Dy namik des Antriebs und der Steuerung für ein derartiges Ener gieabsorptionsmittel 7 dar, so daß vorzugsweise folgende Para meter einzuhalten sind:
Extraktionszeit: 2-4 s
Tiefendosisprofil: 2-15 cm
Maximale Geschwindigkeit: 1-2 m/s
Beschleunigung: 20-30 m/s²
Genauigkeit: 100-200 µm

Verwendet werden dazu Absorberkeilpakete, wie sie in Fig. 6 ge zeigt werden.

Um den Vorschub der Absorberkeile möglichst synchron zur gemes senen Ionenstrahlintensität zu führen, muß die Meß- und Steue rungselektronik relativ schnell reagieren. Die Reaktionszeit, also die Summe der Verzögerungszeitkonstanten von der Ionisati onskammer 16, dem Stromverstärker 33 und der Schrittmotorsteue rung 35, wie in Fig. 1 gezeigt werden, ist folglich kleiner als lms.

Eine geringere Anforderung an die Dynamik wird für den Randbe grenzer 20 gefordert. Bild 7 zeigt einen Randbegrenzer in Ruhe stellung. Er besteht in diesem Beispiel aus sechs einzelnen rechteckigen Wolframplatten 45 bis 50, die individuell in Rich tung auf das Zentrum aus ihrer in Fig. 7 gezeigten Ruhestellung geschoben werden können. Dazu sind die Wolframplatten 45 bis 50 in ihrer Höhe versetzt angeordnet, so daß sie sich beim Zusam menschieben nicht behindern. Nähert sich der Ionenstrahl dem Rand eines Tumorgewebes, bzw. Zielvolumens 5, so kann die ent sprechende Randblende 19, wie in Fig. 8 gezeigt, verschoben werden, so daß eine scharfe Randbegrenzung für den relativ breiten Ionenstrahl ermöglicht wird. Im Prinzip kann bereits durch drei in der Höhe gestaffelte Blenden aus rechteckigen Wolframplatten ein beliebiger Rand des Gewebes begrenzt werden, jedoch haben sechs Platten den Vorteil der größeren Variations möglichkeit.

Fig. 9 zeigt eine Prinzipskizze eines luftgelagerten Linearmo tors 8, auf dem jeweils ein Absorberpaket 18 eines Energieab sorptionsmittels 7 befestigt werden kann. Ein derartiger Line armotor ist ein permanent-erregter Zweiphasen-Reluktanzmotor und besteht aus zwei Baueinheiten, dem ortsfesten Stator 51 und einem luftgelagerten beweglichen Teil dem Läufer 52.

Ein Läufer beinhaltet mindestens zwei Magnetsysteme 53 und 54 mit je einem Permanentmagneten 55 als Konstantflußquelle. Durch einen Stromfluß in den Wicklungen 56 kann der magnetische Fluß in den Schenkeln gesteuert werden, das bedeutet, in einem Schenkel wird ein Fluß verstärkt und in dem zugehörigen anderen Schenkel geschwächt. Eine Kraftwirkung in Bewegungsrichtung re sultiert aus der Energieänderung des magnetischen Feldes im Luftspalt zwischen Stator 51 und Läufer 52. Werden die beiden Wicklungen der Magnetsysteme 53 und 54 mit seitlich versetzten sinusförmigen Strömen betrieben, wird ein Gleichlaufverhalten bzw. eine bestimmte Position für jedes Stromverhältnis er reicht. Das Läuferelement ist in X-Richtung angeordnet, so daß lineare Bewegungen erfolgen können. Das Statorelement 51 be steht aus strukturierten Weicheisenstreifen, die auf Stahlkör pern, Mineralguß, natürliches Hartgestein oder auch auf leichte Glasfaser oder Kohlenstoffaserhohlkörper aufgeklebt werden.

Zur Erreichung einer aerostatischen Luftlagerung ist jeder Läu fer 52 mit Luftlagerdüsen ausgestattet. Aufgrund elektromagne tischer Kraftwirkung zwischen Läufer 52 und Stator 51 ist die Luftlagerung stark vorgespannt, so daß bei Betriebsdruck der Luftspalt sehr konstant ist. Die Lebensdauer ist vorteilhafter weise prinzipiell unbegrenzt, denn Reibung und Verschleiß tre ten nicht auf. Schmiermittel sind auch nicht erforderlich. Das erleichtert die vorzugsweise Anwendung in medizinischen Berei chen.

Für eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ionenstrahl- Abtastsystems wurde der Linearmotor so ausgelegt, daß sich zwei Motoren auf demselben Stator in entgegengesetzter Richtung in Pfeilrichtung A, wie in Fig. 1 gezeigt, bewegen. Dazu hat der Stator die Maße 64 mm × 64 mm × 1 m Länge, wovon nur etwa 50 cm Länge für den Tiefenscanner benötigt werden. Ferner besitzt der Stator eine Lamellenstruktur mit einer Periode von 1,28 mm. Die Motoren sind luftgelagert und arbeiten im Prinzip wie eine Ma gnetschwebebahn. Die technischen Daten der Motoren sind:
Masse: 700 g
Maximale Haltekraft: 100 N
Maximale Geschwindigkeit: 2 m/s
Maximale Beschleunigung: 40 m/s²
Positioniergenauigkeit: 10 µm
Wiederholgenauigkeit: 3 µm
Führungsgenauigkeit: 5 µm
Luftdrucklagerung: 3,5 bar

Die Schrittmotoransteuerung 35, wie sie in Fig. 1, Position 35 gezeigt, wird, ist für einen Tiefenscanner bzw. einen Tiefenmo dulator vorteilhaft geeignet. Die Schrittmotorsteuerung 35 hat eine einfache effektive Schnittstelle, die im wesentlichen nur aus 2 TTL-Eingängen 80, 81 besteht, die einen Schrittbefehl oder einen Richtungsbefehl geben. Bei einem Schrittbefehl wer den mit jedem einlaufenden TTL-Impuls an einem ersten Eingang 80 die Motorströme der Leistungsstufe so geändert, daß sich die Motoren gegenläufig um 20 µm in diesem Ausführungsbeispiel wei terbewegen. Für einen Richtungsbefehl bestimmt der Pegel (TTL) an dem zweiten Eingang 81 die Richtung, nämlich auseinanderlau fend oder zusammenlaufend.

Die Ionisationskammer 16, wie sie aus in Fig. 1 gezeigt wird, gibt die Anzahl der Teilchen (Schwerionen) an, die pro Sekunde vom Beschleuniger extrahiert werden. Diese Größe unterliegt starken zeitlichen Schwankungen und muß deshalb in Echtzeit ge messen werden. Eingesetzt wird hierzu eine Parallelplatten- Transmissions-Ionisationskammer mit ca. 1 cm Gasstrecke (Stick stoff-CO₂-Gemisch, 80% : 20%), die bei 1600 V betrieben wird. Der Strom, der am Ausgang der Kammer gemessen werden kann, ist bei feststehender Teilchenenergie proportional zum Strahlstrom. Bei typischen Strahlströmen des Beschleunigers liegen die Strö me aus der Ionisationskammer im Bereich von µA.

Die Ansprechgeschwindigkeit des Detektors wird durch die Drift zeit der ionisierten Detektorgasmoleküle (Ionenrümpfe) in der Ionisationskammer 16 begrenzt und hat eine Verzögerungskonstan te von ca. 100 µs.

Die Meßelektronik im Stromverstärkerblock 33 wandelt den Strom aus der Ionisationskammer in eine proportionale Frequenz von TTL-Impulsen um. Aus dem Stromsignal wird ein Spannungssignal im Voltbereich erzeugt. Durch eine Amplitudenfrequenzumwandlung werden aus dem Spannungssignal TTL-Impulse erzeugt, deren Fre quenz proportional zur Spannung ist. Dabei entsprechen 4 MHz etwa 10 V.

Bei gegebener Verstärkung des Stromverstärkers 33 der Fig. 1 entspricht demnach ein TTL-Impuls einer bestimmten Ladung, die in der Ionisationskammer erzeugt wurde. Diese wiederum wurde von einer bestimmten Teilchenzahl erzeugt. Die Anzahl der er zeugten TTL-Impulse ist also proportional zur Anzahl der Schwe rionen, die durch die Ionisationskammer 16 fliegen. Der Propor tionalitätsfaktor läßt sich experimentell auf ± 3% genau be stimmen und hängt von der Teilchenenergie und der Verstärkung ab.

Die Impulssteuerung 34 in Fig. 1 ist im Prinzip ein variabler Impulsratenumsetzer. Die Steuerung hat einen Speicher, der in mehrere Bereiche eingeteilt werden kann. Über den angeschlosse nen PC kann vor der Bestrahlung in die einzelnen Bereiche je weils eine Zahlenreihe geladen werden. Die Anzahl der Zahlen entspricht der Anzahl der Positionen, die die Linearmotoren für einen tiefen Scan einnehmen sollen. In der Praxis sind dies ei nige tausend Positionen pro Bereich.

Wenn die Bestrahlung gestartet wird, zählt die Impulssteuerung die Impulse, die von der Meßelektronik kommen, und gibt ihrer seits einen Impuls an die Schrittmotorsteuerung 35 aus, wenn die Impulszahl für die erste Position erreicht wird. Dann wird der Zähler auf 0 zurückgesetzt und wiedergezählt, bis die Puls zahl für die zweite Position erreicht wird, worauf wieder ein TTL-Impuls ausgegeben wird. Dieses wiederholt sich, bis die letzte Position erreicht wurde. Dann gibt die Impulssteuerung ein Stop-Signal an die Beschleuniger, woraufhin die Strahlex traktion in wenigen µs abgebrochen wird.

Direkt im Anschluß daran kann der nächste Speicherbereich mit einer anderen Zahlenreihe aktiviert werden, um einen anderen Tiefenscan zu fahren. Der Rechner 60 dient zum Laden der Zah lenreihen in die Pulssteuerung. Außerdem kann der Rechner über eine Indexkarte die Schnittmotorsteuerung 35 direkt ansteuern. Damit können vor dem eigentlichen Tiefenscan die Motoren auto matisch in ihre Referenzposition oder Startposition bewegt wer den.

Fig. 10 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung. Der Tiefenscanner 70 entspricht dabei dem Tiefenscanner in Bauform und Wirkungsweise der Fig. 1. Jedoch wird in dieser bevorzugten Anwendung ein Gantry-System eingesetzt, das den Ionenstrahl 3 um eine Gantryrotationsachse 28 rotieren lassen kann. Mit dem Tiefenmodulator oder Tiefenscanner 70 kann das Zielvolumen 5 in Säulenform abgetastet werden und durch Drehen des Gantry- Systems um wenige Winkelgrade kann das Zielvolumen seitlich ab getastet werden. Ein besonderer Vorteil dieser Anordnung ist die Möglichkeit, das Zielvolumen oberhalb des Isozentrums 29 des Gantry-Systems 27 anzuordnen. Damit wird der Einlaufkanal für den Ionenstrahl stromaufwärts divergent, das bedeutet, daß sowohl die Haut eines Patienten als auch das gesunde Gewebe we niger belastet wird, weil die Ionenstrahl-Bestrahlung im Be reich oberhalb des Zielvolumens 5 auf ein größeres Volumen ver teilt wird. Durch den Einsatz des Gantry-Systems nach Abb. 10 muß der Zielvolumenträger 30 nur noch in eine Richtung be wegt werden, vorzugsweise in Richtung der Gantryrotationsachse 28, wie es die Pfeilrichtungen C zeigen.

Fig. 11 zeigt eine Prinzipskizze der Anordnung eines Zielvolu mens 5 in der Ausführungsform nach Fig. 10 oberhalb des Isozen trums 29. Deutlich erkennbar ist in dieser Prinzipskizze die Gantryrotationsrichtung D, in der das Zielvolumen 5 nacheinan der säulenförmig mit Hilfe des Tiefenscanners 70 tiefengescannt wird. Für jedes Volumenelement 9 wird die Anzahl der Ionen in der Ionisationskammer 16 gemessen und in der Nähe der Ränder des Tumorgewebes kann mit Hilfe der Randbegrenzung 20 ein scharfer Randabfall, falls erforderlich, eingestellt werden. Deutlich erkennbar ist auch, daß sich die Bestrahlung des ge sunden Gewebes 10 über dem Tumorgewebe auf ein größeres Volumen verteilt, so daß die Strahlenbelastung dews gesundes Gewebes verringert wird.

Während bei diesem System, das in den Fig. 10 und 11 darge stellt wird, der Zielvolumenträger 30 zur vollständigen Be strahlung des Zielvolumens in Längsrichtung bewegt werden muß, zeigt Fig. 12 eine Prinzipskizze einer dritten Ausführungsform der Erfindung, bei der nach dem Ausrichten des Targetvolumens in Relation zu dem Isozentrum keine weitere mechanische Bewe gung des Zielvolumens erforderlich ist. Bei der Ausführungsform nach Fig. 12 wird anstelle des Zielvolumenträgers der Ionen strahl mit Hilfe der Ablenkungsmagnete 23, 24 und 25 der Ionen strahlführung in dem Gantry-System in der Strahlführungsebene des Gantry-Systems abgelenkt, was keinen erheblich größeren Aufwand für die Ströme in den Ablenkungsmagneten bedeuten, zu mal eine Neukonstruktion der Ablenkungsmagnete nicht erforder lich ist, da der Ionenstrahl in Richtung des Dipolspaltes der letzten Ablenkungsmagnete abgelenkt würde. Bei diesem System kommt der gleiche Tiefenscanner 70, wie bei der ersten und zweiten Ausführungsform der Erfindung nach Fig. 1 und Fig. 10 zum Einsatz.

Claims

1. Ionenstrahl-Abtastsystem mit einer Ionenquelleneinrichtung, einem Ionenbeschleunigersystem und einer Ionenstrahlführung (1) mit Ionenstrahl-Austrittsfenster (2) für einen konver gierenden zentrierten Ionenstrahl (3) und einem mechani schen Ausrichtsystem (4) für das abzutastende Zielvolumen (5), dadurch gekennzeichnet, daß das Ionenbeschleunigersystem auf eine für eine maximale Eindringtiefe notwendige Beschleunigung der Ionen einstell bar ist und das Abtastsystem (6) ein Energieabsorptionsmit tel (7) aufweist, das in dem Ionenstrahlengang zwischen Zielvolumen (5) und Ionenstrahl-Austrittsfenster (2) quer zum Ionenstrahlzentrum angeordnet ist und quer zum Ionen strahlzentrum zur Variation der Ionenstrahlenergie ver schieblich ist, so daß eine Tiefenmodulation des Ionen strahls (1), die mittels Linearmotor (8) unter Querver schiebung des Energieabsorptionsmittels (7) erfolgt, im Zielvolumen (5) mit einer in der Tiefe gestaffelten Abta stung von Volumenelementen (9) des Zielvolumens (5) in schneller Folge durchführbar ist.

2. Ionenstrahl-Abtastsystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß das Zielvolumen (5) ein von gesundem Gewebe (10) umgebenes Tumorgewebe (11) ist, wobei die Eindringtie fe (12) des Ionenstrahls (3) durch die Energie der Ionen im Ionenstrahl (3) bestimmt ist und mittels der einstellbaren Beschleunigung der Ionen der tiefste Bereich des Tumorgewe bes (11) erreichbar ist.

3. Ionenstrahl-Abtastsystem nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Energieabsorpti onsmittel (7) quer zum Ionenstrahlzentrum (17) verschiebli che Absorberkeile (13) aufweist, die mit einem leistungs starken Linearmotor (8) angetrieben werden, so daß eine strahlintensitätskontrollierte Tiefen-Rasterung vollzogen werden kann.

4. Innenstrahl-Abtastsystem nach Anspruch 3, dadurch gekenn zeichnet, daß das Abtastsystem ein elektronisches Steuersy stem (14, 34) für den Linearantrieb der Absorberkeile (13) aufweist und eine Ionisationskammer (16) zum Messen der Teilchenrate des Strahles umfaßt und die Absorberkeile (13) nach Erreichen einer vorbestimmten Teilchenzahl, die für jeden Tiefenschritt verschieden sein kann, um einen Schritt, vorzugsweise von 10 µm bis 100 µm weiter zusammen fährt, so daß eine in der Tiefe gestaffelte Abtastung von Volumenelementen (9) des Zielvolumens (5) möglich ist.

5. Ionenstrahl-Abtastsystem nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Energieabsorpti onsmittel (7) mindestens zwei quer zum Ionenstrahlzentrum entgegengesetzt verschiebliche Absorberkeile (13) aufweist.

6. Ionenstrahl-Abtastsystem nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Energieabsorpti onsmittel (7) zwei quer zum Ionenstrahlzentrum (17) gegen einander verschiebliche Absorberkeilpakete (18) aufweist.

7. Ionenstrahl-Abtastsystem nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das System einen Rand begrenzer (20) mit verschieblichen Blendenelementen (21) zwischen dem Zielvolumen (5) und dem Energieabsorptionsmit tel (7) aufweist.

8. Ionenstrahl-Abtastsstem nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Abtastsystem iris blendenartig einzeln verstellbare Randblenden (19) zur teilweisen Randbegrenzung des Ionenstrahls (3) in bezug auf das Zielvolumen aufweist.

9. Ionenstrahl-Abtastsystem nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Patienten tisch (22) aufweist, der das Zielvolumen (5) trägt und der während eines Bestrahlungsvorganges in einer Ebene quer zum Ionenstrahl (3) in zwei Koordinateneinrichtungen verschieb bar ist.

10. Ionenstrahl-Abtastsystem nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Patienten tisch (22) aufweist, der das Zielvolumen (5) trägt und der während eines Bestrahlungsvorganges in einer lateralen Richtung quer zum Ionenstrahl (3) verschiebbar ist und Ab lenkungsmagnete (23, 24, 25) aufweist, der den Ionenstrahl (1) aus seiner Mittenposition am Austrittsfenster (2) quer zur lateralen Richtung des Patiententisches (22) ablenkt.

11. Ionenstrahl-Abtastsystem nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Intensität der Io nenstrahlabtastung durch die Summenzahl der Ionen, die in einem Volumenelement (9) auftreffen, definiert ist.

12. Ionenstrahl-Abtastsystem nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Ionisations kammer (16) zur Messung der Strahlintensität aufweist, die stromaufwärts vom Energieabsorptionsmittel (7) angeordnet ist.

13. Ionenstrahl-Abtastsystem nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Patienten tisch (22) aufweist, der das Zielvolumen (5) trägt und wäh rend einer Bestrahlung in einer lateralen Richtung quer zum Ionenstrahl (3) verschiebbar ist und ein Gantry-System (27) aufweist, das quer zur lateralen Bewegungsrichtung des Pa tiententisches (22) um eine Gantryrotationsachse drehbar ist.

14. Ionenstrahl-Abtastsystem mit Gantry-System (27) zum Aus richten eines Ionenstrahls (3) auf ein Zielvolumen (5) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Ionenstrahl (3) in der Gantryrotationsachse (28) dem Gantry-System (27) zugeführt und mittels Magnetoptiken (23, 24, 25) unter ein stellbaren Winkeln von 0 bis 360° in einer Ebene orthogonal zur Gantryrotationsachse (28) auf ein Zielvolumen (5) aus richtbar ist, so daß der Ionenstrahl (3) die Gantryrotati onsachse (28) in einem Isozentrum (29) des Gantry-Systems (27) schneidet, wobei das Gantry-System (27) einen lateral in Richtung der Gantryrotationsachse (28) verschieblichen Zielvolumenträger (30) aufweist, das Zielvolumen (5) strom aufwärts des Isozentrums (29) angeordnet ist und ein Ener gieabsorptionsmittel (7), das stromaufwärts in Radialrich tung des Gantry-Systems (27) angeordnet ist, eine Volumen elementrasterung in Tiefenrichtung das Gantry-System (27) eine Drehwinkel-Volumenelementrasterung in Seitenrichtung und der lateral verschiebliche Zielvolumenträger (30) eine Volumenelementrasterung in Längsrichtung definieren und be liebig geformte Zielvolumen (5) durch Kombination dieser drei Rastermittel volumenelementweise rasterbar ist.

15. Ionenstrahl-Abtastsystem mit Gantry-System nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Zielvolumenträger (30) während der Bestrahlung unbewegt bleibt und Umlenkma gneten (23, 24, 25) den Ionenstrahl (3) während der Be strahlung in der Gantry-Ebene ablenkt.

16. Ionenstrahl-Abtastsystem mit Gantry-System nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Ener gieabsorptionsmittel (7) tangential zum Drehkreis des Gan try-Systems (27) verschiebliche Absorberkeile (13) auf weist.

17. Ionenstrahl-Abtastsystem mit Gantry-System nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Ener gieabsorptionsmittel (7) mindestens zwei tangential zum Drehkreis des Gantry-Systems (27) entgegengesetzt ver schiebliche Absorberkeile (13) aufweist.

18. Ionenstrahl-Abtastsstem mit Gantry-System nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Ener gieabsorptionsmittel (7) radial gestaffelte tangential zum Drehkreis des Gantry-Systems (27) verschiebliche Absorber keilpakete (18) aufweist.

19. Ionenstrahl-Abtastsystem mit Gantry-System nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß ein zen traler Bereich des Zielvolumens (5) um mindestens ein Fünf tel des Gantry-Systemradius stromaufwärts des Isozentrums (29) angeordnet ist, so daß das Zielvolumen (9) selbst nicht im Isozentrum (29) liegt.

20. Verfahren zum Ionenstrahl-Abtasten mittels einer Ionenquel leneinrichtung, einem Ionenbeschleunigersystem und einer Ionenstrahlführung (1) mit Ionenstrahl-Austrittsfenster (2) für einen konvergierenden zentrierten Ionenstrahl (3) und einem mechanischen Ausrichtsystem (4) für das abzutastende Zielvolumen (5), gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte:

1. Einstellen des Ionenbeschleunigersystems auf eine für eine maximale Eindringtiefe (12) notwendige Beschleunigung der Ionen,
2. Erfassen der Ionenstrahlintensität,
3. Querverschieben eines Energieabsorbtionsmittels (7) mit unterschiedlicher Materialstärke zur Tiefenmodulation des Ionenstrahls (3),
4. Aufsummieren der Bestrahlungsionen eines Volumenele ments (9) eines Zielvolumens (5) bis zu einer vorgegebenen Bestrahlungsdosis,
5. Ändern der Eindringtiefe des Ionenstrahls (3) mittels Querverschiebung des Energieabsorptionsmittels (7) nach Er reichen der vorgegebenen Bestrahlungsdosis des Volumenele mentes (9) zur Bestrahlung eines nächsten stromaufwärts liegenden Volumenelementes.

21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektronisches Steuersystem (14) für den Linearantrieb der Absorberkeile (13) die Teilchenrate des Strahles mittels einer Ionisationskammer (16) und die Absorberkeile (13) nach Erreichen einer vorbestimmten Teilchenrate, die für jeden Tiefenschritt unterschiedlich sein kann, um einen Schritt, vorzugsweise um 10 bis 100 µm, weiter zusammen fährt, so daß eine in der Tiefe gestaffelte Abtastung von Volumenelementen (9) des Zielvolumens (5) erfolgt.

22. Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Intensität zwischen 10⁶ und 10⁸ absorbierten Ionen pro Volumeneinheit beim Abrastern des Zielvolumens (5) ein gestellt wird.

23. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch ge kennzeichnet, daß die Abtastung des Zielvolumenvolumens (5) kontinuierlich fortschreitet.

24. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 23, dadurch ge kennzeichnet, daß die Abtastung des Zielvolumenvolumens (5) in Tiefenrichtung säulenförmig erfolgt.

25. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 24, dadurch ge kennzeichnet, daß die Abtastung des Zielvolumenvolumens (5) schrittweise fortschreitet.

26. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 25, dadurch ge kennzeichnet, daß die Abtastung des Zielvolumenvolumens (5) in Tiefenrichtung kontinuierlich und in Seitenrichtung und Längsrichtung schrittweise erfolgt.

27. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 26, dadurch ge kennzeichnet, daß die Abtastung des Zielvolumenvolumens (5) in Tiefenrichtung und Seitenrichtung kontinuierlich und in Längsrichtung schrittweise erfolgt.

28. Verfahren zum Betreiben eines Ionenstrahl-Abtastsystems nach einem der Ansprüche 20 bis 27 unter Verwendung eines Gantry-Systems (27) zum Ausrichten eines Ionenstrahls (3) auf ein Zielvolumen (5), wobei der Ionenstrahl (3) in der Rotationsachse dem Gantry-System (27) zugeführt und mittels Magnetoptiken (23, 24, 25) unter einstellbaren Winkeln von 0 bis 360° in einer Ebene orthogonal zur Gantryrotati onsachse (28) auf ein Zielvolumen (5) ausgerichtet wird, so daß der Ionenstrahl (3) die Gantryrotationsachse (28) in einem Isozentrum (29) des Gantry-Systems (27) schneidet, wobei das Gantry-System (27) einen lateral in Richtung der Gantryrotationsachse (29) verschieblichen Zielvolumenträger (30) aufweist, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte:
Anordnen des Zielvolumens (5) stromaufwärts des Isozentrums (29),
Volumenelementrastern in Tiefenrichtung mittels eines Ener gieabsorptionsmittels (7), das stromaufwärts in Radialrich tung des Gantry-Systems (27) angeordnet ist,
Volumenelementrastern in Seitenrichtung mittels Drehwinkel änderung des Gantry-Systems (27) und
Volumenelementrastern in Längsrichtung mittels Lateralver schiebung des Zielvolumenträgers (30).

29. Verfahren zum Betreiben eines Ionenstrahl-Abtastsystems nach einem der Ansprüche 20 bis 27 unter Verwendung eines Gantry-Systems (27), bei dem ein Zielvolumenträger (30) vor der Bestrahlung ausgerichtet wird und während der Bestrah lung unbeweglich bleibt und der Ionenstrahl (3) mittels der letzten Gantry-Umlenk-Magnete (23, 24, 25) in der Gantry- Ebene zur Volumenelementrasterung in Längsrichtung abge lenkt wird.