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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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1. Gebiet
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Bestrahlungsvorrichtung zum
Bestrahlen mit einem Strahl geladener Teilchen, ein drehbares Bestrahlungssystem
zum Bestrahlen mit einem Strahl geladener Teilchen, und ein Bestrahlungsverfahren
zum Bestrahlen mit einem Strahl geladener Teilchen zur Verwendung
in einer therapeutischen Vorrichtung oder dergleichen, die einen
Strahl geladener Teilchen verwendet.
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2. Beschreibung des Stands
der Technik
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16 zeigt
ein Beispiel eines drehbaren Bestrahlungssystems zum Bestrahlen
mit einem Strahl geladener Teilchen, das eine herkömmliche therapeutische
Vorrichtung ist, die einen Strahl geladener Teilchen verwendet und
beispielsweise in einem Bericht von Pedroni, Schweiz, angegeben
ist (Medical Physics, Vol. 22, S. 37–53).
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Die
Zeichnung zeigt ein drehbares Bestrahlungssystem 100 zum
Bestrahlen mit einem Strahl geladener Teilchen, einem Teilchenbeschleuniger 1, einem
Transport-Elektromagneten 3,
einer Energieminderungseinheit 5, einem Protonenstrahl 7,
einem Strahlstopper 9, einem Drehgestell 10, Ablenk-Elektromagneten 11, 13 und 19,
Konvergenz-Elektromagneten 15, einem Abtast-Elektromagneten 17,
einer Energieminderungseinheit 21, einem Dosis-/Position-Monitor 23,
einem Patienten 25, einem Bestrahlungstisch 27 und
einer Drehachse des Gestells 29.
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Ein
von dem Beschleuniger 1 erzeugter Protonenstrahl wird von
dem Transport-Elektromagneten 3 transportiert,
zu der Energieminderungseinheit 5 geleitet, die als Erststufen-Energieänderungseinheit
wirkt, und so zu einem Protonenstrahl 7 mit gegebenem Energieniveau
neu zusammengesetzt. Der Protonenstrahl 7 wird von dem
ersten Ablenk-Elektromagneten 11 aus einer Horizontalrichtung
nach oben abgelenkt und dann durch den Ablenk-Elektromagneten 13 wieder
in die Horizontalrichtung zurückgebracht.
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Der
Protonenstrahl 7 wird von den Konvergenz-Elektromagneten 15 konvergent
gemacht und von dem Abtast-Elektromagneten 17 vertikal
abgelenkt. Der abgelenkte Protonenstrahl wird von dem letzten Ablenk-Elektromagneten 19 sofort
nach unten abgelenkt und über
die Energieminderungseinheit für die
Feineinstellung 21 und den Dosis-/Position-Monitor 23 auf
den Patienten 25 abgestrahlt.
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Dabei
sind die Elektromagnete 11, 13, 15, 17 und 19,
die Energieminderungseinheit 21 und der Monitor 23 in
einer Einheit integriert, so daß ein
Bestrahlungsgestell gebildet ist. Das Bestrahlungsgestell kann um
die Drehachse 29 gedreht werden und wird als Drehgestell 10 bezeichnet.
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Der
Protonenstrahlpunkt, mit dem der Patient 25 bestrahlt wird,
wird mittels des Abtast-Elektromagneten 17 und des Ablenk-Elektromagneten 19 nur
parallel zu einer X-Achsenrichtung verlagert, die in 16 gezeigt
ist. Die Abtastung des Patienten in einer Y-Achsenrichtung, die
für einen
therapeutischen Prozeß erforderlich
ist, wird durch Bewegen des Bestrahlungstischs 27 erreicht.
Die Abtastung des Patienten 25 in einer Tiefenrichtung
(Z-Achsenrichtung) des Patienten 25 wird durch Einstellen
der Energie des Protonenstrahls unter Verwendung der Energieminderungseinheit 21 erreicht.
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Die
Länge des
Drehgestells 10 in seiner Längsrichtung ist ungefähr 10 m.
Eine Länge
in dem Drehgestell, wo der Protonenstrahl von der Drehachse 29 des
Gestells weg verlagert ist, ist ungefähr 2 m.
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Bei
der so konfigurierten herkömmlichen Vorrichtung
zur Verwendung eines Strahls geladener Teilchen kann ausschließlich eine
punktweise Abtastung realisiert werden, wobei der Punkt eines Strahls parallel
zu nur einer Axialrichtung (der X-Achsenrichtung bei dem obigen Beispiel)
verlagert wird. Der Patient 25 muß in der Y-Achsenrichtung bewegt
werden, indem der Tisch 27 während der Behandlung bewegt
wird. Das führt
zu dem Problem, daß die
Bewegung für
den Patienten unangenehm ist und er Angst empfindet, und resultiert
in einer Verlagerung eines Bestrahlungsbereichs.
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Bei
der obigen herkömmlichen
Vorrichtung muß ferner,
weil der Punkt eines Strahls, der parallel zu einer Auftreffachse
davon ist, verlagert wird, der Abtast-Elektromagnet 17 an der Aufstromseite
des Ablenk-Elektromagneten 19 angeordnet sein. Daher wird
der Ablenk-Elektromagnet 29 zum Ablenken eines Protonenstrahls,
d. h. des Strahls geladener Teilchen, der von dem Abtast-Elektromagneten 17 vertikal
abgelenkt wird, sehr groß.
Infolgedessen beträgt das
Gesamtgewicht des für
die Behandlung vorgesehenen Drehgestells 10 100 Tonnen
oder mehr. Da außerdem
der Ablenk-Lektromagnet 19 so groß ist, daß seine Magnetpole einige zehn
Zentimeter breit sind, ergibt sich bei Verwendung eines supraleitenden
Magneten das Problem sehr hoher Herstellungskosten.
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Wobbel-
bzw. Lenksysteme, die zwei rotierende Permanentdipole verwenden,
sind ebenfalls als Abtastsysteme bekannt ("Instrumentation for treatment of cancer
using proton and light-ion beams",
W. T. Chu et al., Review of Scientific Instruments, NY, USA, August
1993, vol. 64, Nr. 8, S. 2055–2122).
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung versucht, die oben angesprochenen Probleme
zu lösen.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer
Bestrahlungsvorrichtung zum Bestrahlen mit einem Strahl geladener
Teilchen, einer drehbaren Bestrahlungsvorrichtung zum Bestrahlen
mit einem Strahl geladener Teilchen und eines Verfahrens zum Bestrahlen
mit einem Strahl geladener Teilchen unter Realisierung einer Punktabtastung,
wobei der Punkt eines Strahls, der parallel zu einer Auftreffachse
davon ist, innerhalb eines Bestrahlungsbereichs in zwei Axialrichtungen
verlagert wird, ohne daß ein
Tisch bewegt werden muß,
und unter Verwendung einer kompakten und leichten Drehgestellkonstruktion.
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Zur
Lösung
der obigen Aufgabe ist gemäß der vorliegenden
Erfindung eine Bestrahlungsvorrichtung zum Bestrahlen mit einem
Strahl geladener Teilchen vorgesehen, die folgendes aufweist: eine Abtastfeld-Erzeugungseinrichtung
zum Erzeugen eines Abtastfelds, die aus einem Paar von Feldern besteht,
die zum Beugen eines Strahls geladener Teilchen um den gleichen
Winkel in zueinander entgegengesetzten Richtungen wirksam sind,
und eine Dreheinrichtung zum Drehen der Abtastfeld-Erzeugungseinrichtung
mit der Auftreffachse des Strahls geladener Teilchen als einer Mitte.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ferner eine Bestrahlungsvorrichtung zum Bestrahlen
mit einem Strahl geladener Teilchen angegeben, die dadurch gekennzeichnet
ist, daß die
Abtastfeld-Erzeugungseinrichtung magnetische Felder erzeugt.
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Ferner
wird gemäß der vorliegenden
Erfindung eine Bestrahlungsvorrichtung zum Bestrahlen mit einem
Strahl geladener Teilchen angegeben, die dadurch gekennzeichnet
ist, daß die
Abtastfeld-Erzeugungseinrichtung elektrische Felder erzeugt.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird außerdem
ein drehbares Bestrahlungssystem zum Bestrahlen mit einem Strahl
geladener Teilchen angegeben, das folgendes aufweist: eine Ablenkeinrichtung
zum Ablenken eines Strahls geladener Teilchen senkrecht zu einer
Bestrahlungsebene; eine Bestrahlungsvorrichtung zum Bestrahlen mit
einem Strahl geladener Teilchen, die aufweist: eine Abtastfeld-Erzeugungseinrichtung,
die an der Abstromseite der Ablenkeinrichtung angeordnet ist, um
ein Abtastfeld zu erzeugen, das aus einem Paar von Feldern zusammengesetzt
ist, die zum Beugen des Strahls geladener Teilchen um den gleichen
Winkel in zueinander entgegengesetzten Richtungen wirksam sind, und
eine Dreheinrichtung zum Drehen der Abtastfeld-Erzeugungseinrichtung mit der Auftreffachse des
Strahls geladener Teilchen als einer Mitte, und die den von der
Ablenkeinrichtung abgelenkten Strahl geladener Teilchen zum Zweck
der Abtastung ablenkt; eine Einstelleinrichtung für die Energie
des Strahls geladener Teilchen, die zwischen der Bestrahlungsvorrichtung
zum Bestrahlen mit einem Strahl geladener Teilchen und einem bestrahlten
Objekt angeordnet ist; und eine Drehbewegungseinrichtung zum Drehen
von mindestens der Ablenkeinrichtung und der Bestrahlungsvorrichtung
zum Bestrahlen mit einem Strahl geladener Teilchen in einem einheitlichen
Körper.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung fällt
der Strahl geladener Teilchen ferner aus der Richtung der Drehachse
der Drehbewegungseinrichtung auf die Ablenkeinrichtung. Die Ablenkeinrichtung
weist drei Ablenk-Elektromagnete auf, um einen auftreffenden Strahl
geladener Teilchen dreimal um 90° in
bezug auf eine Richtung parallel zu einer Strahlungsebene abzulenken,
so daß der
Strahl geladener Teilchen zu der Strahlungsebene senkrecht ist.
Das bestrahlte Objekt ist auf der Drehachse der Drehbewegungseinrichtung
positioniert.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ferner ein drehbares Bestrahlungssystem zum Bestrahlen
mit einem Strahl geladener Teilchen angegeben, das folgendes aufweist:
eine Bestrahlungsvorrichtung zum Bestrahlen mit einem Strahl geladener
Teilchen, die aufweist: eine Abtastfeld-Erzeugungseinrichtung zum
Erzeugen eines Abtastfelds aus einem Paar von Feldern, die zum Beugen
eines Strahls geladener Teilchen um den gleichen Winkel in zueinander
entgegengesetzten Richtungen wirksam sind, und eine Dreheinrichtung
zum Drehen der Abtastfeld-Erzeugungseinrichtung
mit der Auftreffachse des Strahls geladener Teilchen als einer Mitte,
und die den Strahl geladener Teilchen zum Zweck der Abtastung ablenkt;
eine Einstelleinrichtung für
die Energie des Strahls geladener Teilchen, die zwischen der Bestrahlungsvorrichtung
zum Bestrahlen mit einem Strahl geladener Teilchen und einem bestrahlten
Objekt angeordnet ist, um die Energie eines Strahls geladener Teilchen
einzustellen; eine Dosis-/Position-Meßeinrichtung, die zwischen
der Bestrahlungsvorrichtung zum Bestrahlen mit einem Strahl geladener
Teilchen und einem bestrahlten Objekt angeordnet ist, um die Dosis
und die Position eines Bestrahlungsstrahls geladener Teilchen zu überwachen;
und eine Steuereinrichtung, die mit den jeweiligen Einrichtungen
verbunden ist, um die Abtastung zu steuern. Die Steuereinrichtung
weist folgendes auf: eine erste Einrichtung zum Einstellen des Drehwinkels und
der Feldstärke
hinsichtlich des Abtastfeldgenerators und der Energie des Strahls
geladener Teilchen in Abhängigkeit
von einer Gruppe von Koordinaten [Pi: i = 1, 2, ..., n](i = 1, also
ein Anfangswert), die einen Strahlungsbereich definieren; eine zweite
Einrichtung zum Bestrahlen mit einem Strahl geladener Teilchen in
Abhängigkeit
von der Einstellung; eine dritte Einrichtung, um dann, wenn die
Anzahl aufgebrachter Teilchen des Strahls geladener Teilchen gleich
oder größer als
eine voreingestellte Anzahl von Teilchen wird oder wenn eine Koordinate
einer Position, auf die ein Strahl geladener Teilchen abgestrahlt
wird, mit einer Koordinate einer voreingestellten Position nicht übereinstimmt,
den Strahl geladener Teilchen zu stoppen; und eine vierte Einrichtung, die
dann, wenn ein Strahl geladener Teilchen gestoppt wird, beurteilt,
ob die Bestrahlung des gesamten Bestrahlungsbereichs vollständig ist,
die dann, wenn die Bestrahlung nicht vollständig ist, i um Eins inkrementiert,
den Drehwinkel und die Feldstärke hinsichtlich
des Abtastfeldgenerators und die Energie eines Strahls geladener
Teilchen in einer gegebenen Reihenfolge modifiziert und somit die
erste bis dritte Einrichtung wiederholt aktiviert, und die dann,
wenn die Bestrahlung vollständig
ist, die Bestrahlung beendet.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung hält
die vierte Einrichtung den Drehwinkel des Abtastfeldgenerators auf
einem bestimmten Wert, modifiziert die Stärke eines von dem Abtastfeldgenerator
erzeugten Felds und die Energie eines Strahls geladener Teilchen
in einer gegebenen Reihenfolge und aktiviert somit wiederholt die
erste bis dritte Einrichtung.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ein Bestrahlungssystem zum Bestrahlen mit einem Strahl
geladener Teilchen angegeben, das folgendes aufweist: eine Bestrahlungsvorrichtung
zum Bestrahlen mit einem Strahl geladener Teilchen, die aufweist: einen
Abtastfeldgenerator zum Erzeugen eines Abtastfelds aus einem Paar
von Feldern, die zum Beugen eines Strahls geladener Teilchen um
den gleichen Winkel in zueinander entgegengesetzten Richtungen wirksam
sind, und eine Dreheinrichtung zum Drehen des Abtastfeldgenerators
mit der Auftreffachse des Strahls geladener Teilchen als einer Mitte,
und die den Strahl geladener Teilchen zum Zweck der Abtastung ablenkt;
eine Einstelleinrichtung für
die Energie des Strahls geladener Teilchen, die zwischen der Bestrahlungsvorrichtung
zum Bestrahlen mit einem Strahl geladener Teilchen und einem bestrahlten
Objekt angeordnet ist, um die Energie eines Strahls geladener Teilchen
einzustellen; eine Dosis-/Position-Meßeinrichtung, die zwischen
der Bestrahlungsvorrichtung zum Bestrahlen mit einem Strahl geladener
Teilchen und dem bestrahlten Objekt angeordnet ist, um die Dosis
und Position eines Bestrahlungsstrahls geladener Teilchen zu überwachen;
eine Einrichtung zum Stoppen eines Strahls geladener Teilchen; und
eine Steuereinrichtung, die mit den jeweiligen Einrichtungen verbunden
ist, um die Abtastung zu steuern. Dabei weist die Steuereinrichtung
auf: eine erste Einrichtung zum Einstellen der Energie eines abzustrahlenden
Strahls geladener Teilchen in Abhängigkeit von einer Koordinate
einer Position, die eine Tiefe bezeichnet, bis zu der ein Strahl
abgestrahlt wird, Zi (i = 1, also ein Anfangswert), die in einer
Gruppe von Koordinaten bezeichnet ist [(Zi, θij), i = 1, 2, ..., m, j =
1, 2, ..., n], die einen Bestrahlungsbereich definieren; eine zweite
Einrichtung zum Bezeichnen des Drehwinkels des Abtastfeldgenerators in θij (j =
1, also ein Anfangswert) und zum Bezeichnen einer Menge, die ein
Abtastmuster definiert, das eine charakteristische Kurve relativ
zu der Zeit in Iij(t) ist; eine dritte Einrichtung zum Bestrahlen
mit einem Strahl geladener Teilchen in Abhängigkeit von der Einstellung
und Spezifikation, zum Treiben des Abtastfeldgenerators in Abhängigkeit
von dem Abtastmuster, das die charakteristische Kurve relativ zu
der durch Iij(t) definierten Zeit ist, und somit zum Lenken eines
Strahls geladener Teilchen, um eine gegebene Anzahl von Abtastungen
zu erzielen; eine vierte Einrichtung zum Beurteilen, parallel mit
den durch die dritte Einrichtung erzielten Abtastungen, ob eine
Koordinate einer Position, auf die ein Strahl geladener Teilchen
abgestrahlt wird, mit einer Koordinate einer voreingestellten Position übereinstimmt;
eine fünfte Einrichtung,
um dann, wenn die gegebene Anzahl von Abtastungen ausgeführt worden
ist oder wenn die Koordinate der Position, auf die ein Strahl geladener
Teilchen abgestrahlt wird, mit der Koordinate der voreingestellten
Position nicht übereinstimmt,
den Strahl geladener Teilchen zu stoppen; und eine sechste Einrichtung,
die dann, wenn ein Strahl geladener Teilchen gestoppt ist, beurteilt,
ob die Bestrahlung des gesamten Bestrahlungsbereichs vollständig ist,
die dann, wenn die Bestrahlung nicht vollständig ist, beurteilt, ob die
Koordinate der Position, die eine Tiefe bezeichnet, bis zu der ein
Strahl abgestrahlt wird, Zi, auf den nächsten Wert geändert werden
sollte, die dann, wenn die Koordinate nicht geändert wird, j um Eins inkrementiert
und die zweite bis fünfte Einrichtung
wiederholt aktiviert, die dann, wenn die Koordinate geändert wird,
i um Eins inkrementiert, j auf den Anfangswert 1 rückstellt
und die erste bis fünfte
Einrichtung wiederholt aktiviert.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ein Bestrahlungssystem zum Bestrahlen mit einem Strahl
geladener Teilchen angegeben, das dadurch gekennzeichnet ist, daß Iij(t)∝√t als Iij(t)
angenommen wird, welches das Abtastmuster definiert, das die charakteristische
Kurve relativ zu der Zeit ist, welcher der Abtastfeldgenerator folgen
soll.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ein Bestrahlungsverfahren zum Bestrahlen mit einem Strahl
geladener Teilchen angegeben, wobei eine Abtastfeld-Erzeugungseinrichtung
zum Erzeugen eines Abtastfelds, das aus einem Paar von Feldern besteht,
die zum Beugen eines Strahls geladener Teilchen um den gleichen
Winkel in zueinander entgegengesetzten Richtungen wirksam sind,
verwendet wird, um den Punkt eines Strahls von geladenen Teilchen
entlang einer Geraden auf einer zu der Auftreffachse des Strahls
geladener Teilchen senkrechten Ebene zu verschieben, und mit der
Auftreffachse als einer Mitte gedreht wird, um einen Bestrahlungsbereich
mit dem Strahl geladener Teilchen zu bestrahlen, wobei das Verfahren
aufweist: einen ersten Schritt zum Einstellen des Drehwinkels und
der Feldstärke
hinsichtlich des Abtastfeldgenerators und der Energie eines Strahls
geladener Teilchen in Abhängigkeit
von einer Gruppe von Koordinaten [Pi: i = 1, 2, ..., n](i = 1, also
ein Anfangswert), die einen Strahlungsbereich definieren; einen
zweiten Schritt zum Bestrahlen mit einem Strahl geladener Teilchen
in Abhängigkeit
von der Einstellung; einen dritten Schritt, um dann, wenn die Anzahl
aufgebrachter Teilchen eines Strahls geladener Teilchen gleich oder größer als
eine voreingestellte Anzahl von Teilchen wird oder wenn eine Koordinate
einer Position, auf die ein Strahl geladener Teilchen abgestrahlt
wird, mit einer Koordinate einer voreingestellten Position nicht übereinstimmt,
den Strahl geladener Teilchen zu stoppen; und einen vierten Schritt,
in dem dann, wenn ein Strahl geladener Teilchen gestoppt wird, beurteilt
wird, ob die Bestrahlung des gesamten Bestrahlungsbereichs vollständig ist,
in dem dann, wenn die Bestrahlung nicht vollständig ist, i um Eins inkrementiert,
der Drehwinkel und die Feldstärke
hinsichtlich des Abtastfeldgenerators und die Energie eines Strahls
geladener Teilchen in einer gegebenen Reihenfolge modifiziert wird
und somit die erste bis dritte Einrichtung wiederholt aktiviert
wird, und in dem dann, wenn die Bestrahlung vollständig ist,
die Bestrahlung beendet wird.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ein Bestrahlungsverfahren zum Bestrahlen mit einem Strahl
geladener Teilchen angegeben, bei dem in dem vierten Schritt der
Drehwinkel des Abtastfeldgenerators auf einem bestimmten Wert gehalten
wird, die Stärke
eines von dem Abtastfeldgenerator erzeugten Felds und die Energie
eines Strahls geladener Teilchen in einer gegebenen Reihenfolge
modifiziert wird und somit der erste bis dritte Schritt wiederholt
werden.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ein Bestrahlungsverfahren zum Bestrahlen mit einem Strahl
geladener Teilchen angegeben, wobei eine Abtastfeld-Erzeugungseinrichtung
zum Erzeugen eines Abtastfelds, das aus einem Paar von Feldern besteht,
die zum Beugen eines Strahls geladener Teilchen um den gleichen
Winkel in zueinander entgegengesetzten Richtungen wirksam sind,
verwendet wird, um den Punkt eines Strahls von geladenen Teilchen
entlang einer Geraden auf einer zu der Auftreffachse des Strahls
geladener Teilchen senkrechten Ebene zu verschieben, und mit der
Auftreffachse als einer Mitte gedreht wird, um einen Bestrahlungsbereich
mit dem Strahl geladener Teilchen zu bestrahlen, wobei das Verfahren
aufweist: einen ersten Schritt zum Einstellen der Energie eines
abzustrahlenden Strahls geladener Teilchen in Abhängigkeit von
einer Koordinate einer Position, die eine Tiefe bezeichnet, bis
zu der ein Strahl abgestrahlt wird, Zi (i = 1, also ein Anfangswert),
die in einer Gruppe von Koordinaten bezeichnet ist [(Zi, θij), i =
1, 2, ..., m, j = 1, 2, ..., n], die einen Bestrahlungsbereich definieren;
einen zweiten Schritt zum Bezeichnen des Drehwinkels des Abtastfeldgenerators
in θij
(j = 1, also ein Anfangswert) und zum Bezeichnen einer Menge, die
ein Abtastmuster definiert, das eine charakteristische Kurve relativ
zu der Zeit in Iij(t) ist; einen dritten Schritt zum Bestrahlen
mit einem Strahl geladener Teilchen in Abhängigkeit von der Einstellung
und Spezifikation, zum Treiben des Abtastfeldgenerators in Abhängigkeit
von dem Abtastmuster, das die charakteristische Kurve relativ zu
der durch Iij(t) definierten Zeit ist, und somit zum Lenken, eines
Strahls geladener Teilchen, um eine gegebene Anzahl von Abtastungen
zu erzielen; einen vierten Schritt zum Beurteilen, parallel mit
den durch den dritten Schritt erzielten Abtastungen, ob eine Koordinate
einer Position, auf die ein Strahl geladener Teilchen abgestrahlt wird,
mit einer Koordinate einer voreingestellten Position übereinstimmt;
einen fünften
Schritt, um dann, wenn die gegebene Anzahl von Abtastungen ausgeführt worden
ist oder wenn die Koordinate der Position, auf die ein Strahl geladener
Teilchen abgestrahlt wird, mit der Koordinate der voreingestellten
Position nicht übereinstimmt,
den Strahl geladener Teilchen zu stoppen; und einen sechsten Schritt,
der dann, wenn ein Strahl geladener Teilchen gestoppt ist, beurteilt,
ob die Bestrahlung des gesamten Bestrahlungsbereichs vollständig ist,
der dann, wenn die Bestrahlung vollständig ist, die Bestrahlung beendet, der
dann, wenn die Bestrahlung nicht vollständig ist, beurteilt, ob die
Koordinate der Position, die eine Tiefe bezeichnet, bis zu der ein
Strahl abgestrahlt wird, Zi, auf den nächsten Wert geändert werden
sollte, der dann, wenn die Koordinate nicht geändert wird, j um Eins inkrementiert
und die Steuerung an den zweiten Schritt zurückgibt, um den zweiten bis
fünften
Schritt zu wiederholen, und der dann, wenn die Koordinate geändert wird,
i um Eins inkrementiert, j auf den Anfangswert 1 rückstellt
und die Steuerung zum ersten Schritt zurückgibt, um den ersten bis fünften Schritt
zu wiederholen.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ein Bestrahlungsverfahren zum Bestrahlen mit einem Strahl
geladener Teilchen angegeben, wobei die Abtastfeld-Erzeugungseinrichtung
einen Strahlpunkt während
einer Strahlabgabe nur über
den Bestrahlungsbereich verschiebt und Iij(t)∝√t als Iij(t) angenommen wird,
welches das Abtastmuster definiert, das die charakteristische Kurve
relativ zu der Zeit ist.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNGEN
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1 zeigt
schematisch die Konfiguration einer Bestrahlungsvorrichtung zum
Bestrahlen mit einem Strahl geladener Teilchen gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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2 ist
ein Schnitt durch Abtast-Elektromagnete, die in 1 gezeigt
sind;
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3 ist
eine perspektivische Seitenansicht der in 1 gezeigten
Abtast-Elektromagnete;
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4 ist
ein Diagramm, das die Dichteverteilung von Anzahlen von Teilchen
zeigt, die beobachtet wird, wenn ein Strahl geladener Teilchen gleichmäßig abgestrahlt
wird unter Verwendung einer Bestrahlungsvorrichtung zum Bestrahlen
mit einem Strahl geladener Teilchen gemäß der vorliegenden Erfindung;
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5 ist
ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Distanz, um die der
Punkt eines auftreffenden Strahls geladener Teilchen zum Zweck der Abtastung
verlagert wird, und einem in Elektromagnete fließenden Strom zeigt, wobei diese
Beziehung gemäß der vorliegenden
Erfindung ausgebildet wird;
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6 ist
ein Diagramm, das ein Abtastmuster zeigt, das eine charakteristische
Kurve relativ zu der Zeit ist und ein gleichmäßiges Bestrahlen mit einem
Strahl geladener Teilchen gemäß der vorliegenden
Erfindung erlaubt;
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7 ist
ein Diagramm, das ein Abtastmuster zeigt, das eine charakteristische
Kurve relativ zu der Zeit ist und ein gleichmäßiges Bestrahlen mit einem
Strahl geladener Teilchen gemäß der vorliegenden
Erfindung erlaubt;
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8 ist
eine schematische Darstellung eines anderen Beispiels des Aufbaus
von Abtast-Elektromagneten, die in einer Bestrahlungsvorrichtung zum
Bestrahlen mit einem Strahl geladener Teilchen gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet werden;
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9 zeigt
schematisch die Konfiguration eines drehbaren Bestrahlungssystems
zum Bestrahlen mit einem Strahl geladener Teilchen gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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10 zeigt
den Aufbau eines Ablenk-Elektromagneten, der in dem in 9 gezeigten
drehbaren Bestrahlungssystem zum Bestrahlen mit einem Strahl geladener
Teilchen verwendet wird;
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11 zeigt
den Aufbau einer Bestrahlungsvorrichtung zum Bestrahlen mit einem
Strahl geladener Teilchen gemäß einer
anderen Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung;
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12 zeigt
die Konfiguration insbesondere eines Steuersystems in einem drehbaren
Bestrahlungssystem zum Bestrahlen mit einem Strahl geladener Teilchen
gemäß einer
anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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13 ist
ein Ablaufdiagramm, das ein Beispiel von Operationen beschreibt,
die von dem Steuersystem in dem drehbaren Bestrahlungssystem zum
Bestrahlen mit einem Strahl geladener Teilchen gemäß der vorliegenden
Erfindung ausgeführt
werden;
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14 ist
ein Ablaufdiagramm, das ein anderes Beispiel von Operationen beschreibt,
die von dem Steuersystem in dem drehbaren Bestrahlungssystem zum
Bestrahlen mit einem Strahl geladener Teilchen gemäß der vorliegenden
Erfindung ausgeführt
werden;
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15 ist
ein Diagramm, das die Art und Weise der Verschiebung des Punkts
eines Strahls geladener Teilchen in einer Radialrichtung zum Zweck
des Abtastens gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt; und
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16 zeigt
schematisch die Konfiguration eines drehbaren Bestrahlungssystems
zum Bestrahlen mit einem Strahl geladener Teilchen nach dem Stand
der Technik.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Erste Ausführungsform
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1 zeigt
schematisch den Aufbau einer Bestrahlungsvorrichtung zum Bestrahlen
mit einem Strahl geladener Teilchen gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Die Figur zeigt eine Bestrahlungsvorrichtung 20 zum
Bestrahlen mit einem Strahl geladener Teilchen, eine Auftreffachse 30 eines
Strahls, einen Strahl 31 geladener Teilchen (beispielsweise
einen Protonenstrahl oder einen Kohlenstoffteilchenstrahl) und zwei
Abtast-Elektromagnete 33 und 35, die homogene
Magnetfelder erzeugen, die in zueinander entgegengesetzten Richtungen
orientiert sind und deren Intensitäten und wirksame Längen (Länge entlang
der Auftreffachse 30) zueinander gleich sind und die mit
einem bestimmten Abstand dazwischen entlang der Auftreffachse 30 eines
Strahls geladener Teilchen angeordnet sind. 41 ist die
Breite der Magnetpole der Abtast-Elektromagnete 33 und 35,
und 43 bezeichnet einen Spalt zwischen Magnetpolen. Ferner
sind Verbindungsrahmen 45 und 47 zum Koppeln der
Elektromagnete 33 und 35 gezeigt.
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Die
Figur zeigt ein Drehantriebszahnrad 53 zum Drehen der Bestrahlungsvorrichtung 20 zum
Bestrahlen mit einem Strahl geladener Teilchen mit einer Drehachse 37 als
einer Mitte sowie Motoren 49a und 49b zum Drehen
des Zahnrads 53. Ferner sind ein bestrahltes Objekt 57 und
ein Bestrahlungsbereich 56 gezeigt. 55 bezeichnet
ein Beispiel der Bahn eines abgelenkten Strahls geladener Teilchen. 2 ist
ein Schnitt A-A der in 1 gezeigten Bestrahlungsvorrichtung
zum Bestrahlen mit einem Strahl geladener Teilchen. In 2 bezeichnet 34 die
Richtungen von Magnetfeldern, die von den Abtast-Elektromagneten 33 und 35 erzeugt
werden. 3 ist eine perspektivische Seitenansicht
der Abtastelektroden 33 und 35 in Richtung des
Pfeils B in 1, wobei abgelenkte Zustände eines
Strahls geladener Teilchen zu sehen sind.
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Nachstehend
werden die Abläufe
beschrieben. Der auftreffende Strahl 31 geladener Teilchen wird
zuerst von dem Abtast-Elektromagneten 33 um einen bestimmten Winkel
gebeugt und dann in einer entgegengesetzten Richtung um den gleichen
Winkel von dem Abtast-Elektromagneten 35 gebeugt, dessen
Magnetfeld in der entgegengesetzten Richtung orientiert ist und
die gleiche Intensität
und wirksame Länge
wie das Magnetfeld des Abtast-Elektromagneten 33 hat. Infolgedessen
wird ein zu dem ursprünglichen
Strahl 31 geladener Teilchen paralleler Strahl abgestrahlt.
Somit ist der Strahl geladener Teilchen, der entlang einer Abtastbahn
abgelenkt wird, welche die Abtastbahn 55 ist, immer parallel
zu dem auftreffenden Strahl 31.
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Wenn
die Elektromagnete 33 und 35, die durch die Verbindungsrahmen 45 und 47 miteinander vereint
sind, um die Drehachse 37 von einer Dreheinrichtung gedreht
werden, die aus den Motoren 49a und 49b oder dergleichen
besteht, wird an dem bestrahlten Objekt 57 ein zweidimensionaler
Strahlungsbereich 56 definiert.
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Wenn
ferner die Intensität
des Strahls 31 und seine Querschnittsform konstant sind,
wird eine größere Anzahl
von Teilchen pro Flächeneinheit
an der Mitte des Strahlungsbereichs 56, durch den die Drehachse 37 geht,
aufgebracht als die Anzahl von Teilchen, die außerhalb der Mitte aufgebracht
werden. Ein in die Abtast-Elektromagnete 33 und 35 fließender Strom
wird so gesteuert, daß eine
Ablenkgeschwindigkeit umgekehrt proportional zu einer Distanz ist,
um die der Strahl von der Auftreffachse weg entsprechend der Ablenkbahn 55 abgelenkt
wird. Ferner wird ein Rotationsschritt in Einheiten, der zum Zweck
der Abtastung erfolgt, ausreichend reduziert. Infolgedessen wird
in dem Strahlungsbereich 56 die gleichmäßige Dichteverteilung von aufgebrachten Teilchen
erzielt, die in 4 gezeigt ist.
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Da
außerdem
die von den Abtast-Elektromagneten 33 und 35 erzeugten
Magnetfelder homogen sind, ist die Beziehung zwischen der Größe eines
fließenden
Stroms und einer Distanz, um die der Strahl 31 von der
Auftreffachse 30 weg abgelenkt wird, eine direkt proportionale
Beziehung, wie 5 zeigt. Wenn ein in die Abtast-Elektromagnete 33 und 35 fließender Strom
I(t) so gesteuert wird, wie in den 6 oder 7 angegeben
ist, ist die Ablenkgeschwindigkeit umgekehrt proportional zu der
Distanz, um die der Strahl 31 von der Auftreffachse 30 weg abgelenkt
wird.
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Bei
der obigen Ausführungsform
sind die Intensitäten
und effektiven Längen
der Magnetfelder der Abtast-Elektromagnete 33 und 35 zueinander gleich.
Solange der Strahl 31 um denselben Winkel in zueinander
entgegengesetzten Richtungen gebeugt wird, dürfen die Intensitäten und
effektiven Längen der
Magnetfelder zueinander nicht gleich sein.
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Da
ferner bei der vorstehenden Ausführungsform
der Strahl 31 geladener Teilchen parallel zu der Auftreffachse 30 abgelenkt
wird, werden die beiden Elektromagnete 33 und 35 verwendet.
Solange ein Abtastfeld, das aus einem Paar von Feldern besteht,
die zum Beugen des Strahls 31 geladener Teilchen um den
gleichen Winkel in zueinander entgegengesetzten Richtungen wirksam
sind, erzeugt werden kann, genügt
auch ein einzelner Elektromagnet oder eine Vielzahl von Elektromagneten.
Andernfalls genügt
ein Abtastfeldgenerator, der einen Permanentmagneten aufweist, der
dazu ausgebildet ist, ein Abtastfeld zu erzeugen (beispielsweise
ein Permanentmagnet, dessen räumliche
Lage mechanisch geändert
werden kann).
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8 zeigt
ein Beispiel einer Abtastfeld-Erzeugungseinrichtung, die zwei C-förmige Abtast-Elektromagnete 33 und 35 verwendet.
Wie 3 zeigt, kann die Breite 41 der Magnetpole
des Elektromagneten 33 kleiner als die des Elektromagneten 35 sein.
Das Gesamtgewicht der Bestrahlungsvorrichtung 20 kann verringert
sein. Im Extremfall kann der Querschnitt der Magnetpole des Elektromagneten 33 sektorförmig sein.
Außerdem
kann der Spalt 43 zwischen den Magnetpolen von jedem der Abtast-Elektromagnete 33 und 35 so
klein wie die Größe des Querschnitts
des auftreffenden Strahls 31 geladener Teilchen sein, weil
es nicht notwendig ist, den Strahl geladener Teilchen in einer den
Spalt 43 querenden Richtung abzulenken.
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Bei
dieser Ausführungsform
kann eine kompakte Bestrahlungsvorrichtung zum Bestrahlen mit einem
Strahl geladener Teilchen realisiert werden, die einen einfachen
Aufbau hat und fähig
ist, eine Punktabtastung zu realisieren, wobei der Punkt eines Strahls,
der zu seiner Auftreffachse parallel ist, in zwei Axialrichtungen
verlagert wird.
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Zweite Ausführungsform
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9 zeigt
die Konfiguration eines drehbaren Bestrahlungssystems zum Bestrahlen
mit einem Strahl geladener Teilchen gemäß einer anderen Ausführungsform
der Erfindung, die als Modifikation verwendet wird und einen Strahl
geladener Teilchen verwendet. Komponenten, die mit denjenigen des
herkömmlichen
Systems oder der vorhergehenden Ausführungsform identisch oder dazu äquivalent
sind, sind mit denselben Bezugszeichen versehen und werden nicht
beschrieben. Das drehbare Bestrahlungssystem 101 zum Bestrahlen
mit einem Strahl geladener Teilchen gemäß 9 hat eine
Bestrahlungsvorrichtung 20 zum Bestrahlen mit einem Strahl geladener
Teilchen entsprechend der vorhergehenden Ausführungsform, die zwischen einem
Ablenk-Elektromagneten 19 und einer Energieminderungseinheit 21 angeordnet
ist. Ein nicht abgelenkter Strahl 31 trifft auf den Ablenk-Elektromagneten 19. Der
Ablenk-Elektromagnet 19 ist daher viel kleiner als ein
herkömmlicher
Ablenk-Elektromagnet. Infolgedessen kann ein Patient 25,
der ein zu bestrahlendes Objekt ist, auf der Drehachse 29 eines
Drehgestells 10 positioniert werden.
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Als
nächstes
werden die Abläufe
beschrieben. Bei dem drehbaren Bestrahlungssystem 101 zum
Bestrahlen mit einem Strahl geladener Teilchen wird ein aus einem
Beschleuniger 1 austretender energiereicher Strahl geladener
Teilchen einer Erststufen-Energieminderungseinheit 5 mittels
eines Transport-Elektromagneten 3 zugeführt. Ein
Strahl 31 geladener Teilchen mit einer gegebenen Energie,
der aus der Energieminderungseinheit 5 austritt, wird von dem
ersten Ablenk-Elektromagneten 11 aus einer Horizontalrichtung
nach oben gebeugt und dann von einem Ablenk-Elektromagneten 13 wieder
in die Horizontalrichtung zurückgebracht.
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Der
Strahl geladener Teilchen wird von einem Konvergenz-Magneten 15 konvergent
gemacht und dann dem Ablenk-Elektromagneten 19 zugeführt. Wie
oben gesagt wird, wird bei dem System 101 dieser Ausführungsform
der Strahl nicht vor dem Ablenk-Elektromagneten 19 abgelenkt,
sondern wird von dem Elektromagneten 19 unmittelbar abwärts gebeugt,
während
er gleichzeitig die dünne
stiftähnliche
Form beibehält.
Infolgedessen können
sowohl die Breite 22 der Magnetpole des Ablenk-Elektromagneten 19 als
auch der Spalt 18 zwischen den Magnetpolen verkleinert
werden. Schließlich
kann die Gesamtmasse und das Gewicht des Drehgestells 10 verringert
werden.
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Bei
dem herkömmlichen
System ist die Breite 22 der Magnetpole der Ablenk-Elektrode 19 so groß, daß ein Strahl
geladener Teilchen, der von dem Abtast-Elektromagneten 17 in 16 abgelenkt wird,
bedeckt wird, und beträgt
somit einige zehn Zentimeter.
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Bei
der vorliegenden Ausführungsform
ist der Ablenk-Elektromagnet 19 klein und kann daher ohne
weiteres mit einem supraleitenden Magneten wie die anderen Ablenk-Elektromagnete 11 und 13 implementiert
werden. Das Drehgestell 10 kann also kompakter und mit
geringem Gewicht konstruiert werden. Außerdem wird der von dem Ablenk-Elektromagneten 19 austretende
Strahl 31 geladener Teilchen so, wie es in bezug auf die
erste Ausführungsform
beschrieben wurde, von den Abtast-Elektromagneten 33 und 35 abgelenkt,
so daß der
Strahl geladener Teilchen immer zu der Auftreffrichtung parallel ist.
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Wie 9 zeigt,
kann bei der vorliegenden Ausführungsform
die Punktabtastung realisiert werden, wobei der Punkt eines Strahls,
der parallel zu seiner Auftreffachse ist, in zwei Axialrichtungen
verlagert werden kann. Infolgedessen braucht ein Bestrahlungstisch 27,
auf dem der Patient 25 liegt, nicht bewegt zu werden. Somit
wird der Effekt einer Verbesserung der Genauigkeit einer Position,
auf die ein Strahl abgestrahlt wird, durch eine Modifikation erreicht.
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Ferner
soll angenommen werden, daß ein Strahl
geladener Teilchen ein Protonenstrahl ist, der ein Energieniveau
von 250 MeV hat, das zum Behandeln eines tiefsitzenden Tumors erforderlich
ist (die Stabilität
eines Protons relativ zu einem Magnetfeld ist 2,43 Tesla/m); wenn
ein Bestrahlungsbereich von 20 cm Durchmesser abgetastet wird und
wenn der Ablenk-Elektromagnet 19 mit einem supraleitenden Magneten
implementiert ist, kann die Größe des Ablenk- Elektromagneten 19 mit
ungefähr
40 cm vorgegeben werden, und die Länge von einem Ende der Bestrahlungsvorrichtung 20 zum
Bestrahlen mit einem Strahl geladener Teilchen einschließlich der
Abtast-Elektromagnete 33 und 35 bis zum anderen Ende
davon kann mit ungefähr
120 cm vorgegeben werden. Infolgedessen kann der Radius des Drehkreises
des Drehgestells 10 auf ungefähr 2 m beschränkt sein.
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Das
Ergebnis ist, daß anders
als bei dem herkömmlichen
System eine Punktabtastung realisierbar ist, wobei der Punkt eines
Strahls, der parallel zu seiner Auftreffachse ist, zweidimensional
verlagert wird, und wobei der Patient 25 auf der Drehachse 29 des
Drehgestells 10 positioniert werden kann. Der Aufbau des
Drehgestells 10 kann somit drastisch vereinfacht werden.
Außerdem
kann das Gewicht einer Ausführungsform
mit einem Drehgestell und der Erzeugung eines Protonenstrahls von
250 MeV auf die Hälfte
oder weniger des Gewichts des herkömmlichen Systems verringert
werden.
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In 9 sind
die Energieminderungseinrichtung 21 und der Dosis-/Position-Monitor 23 in
das Drehgestell 10 eingebaut. Alternativ können die
Energieminderungseinrichtung 21 und der Dosis-/Position-Monitor 23 separat
von dem Drehgestell 10 angeordnet sein.
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Dritte Ausführungsform
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11 zeigt
eine Bestrahlungsvorrichtung zum Bestrahlen mit einem Strahl geladener
Teilchen gemäß einer
anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Die in 1 gezeigte
Bestrahlungsvorrichtung zum Bestrahlen mit einem Strahl geladener
Teilchen verwendet Elektromagnete oder dergleichen zum Erzeugen
von Magnetfeldern als Abtastfeld. Bei der vorliegenden Ausführungsform
erzeugt die Bestrahlungsvorrichtung 20 zum Bestrahlen mit
einem Strahl geladener Teilchen elektrische Felder als ein Abtastfeld
unter Verwendung von zwei Paaren von Elektroden, die einander mit
einem Zwischenraum dazwischen zugewandt sind.
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11 zeigt
Elektroden 93a, 93b, 95a und 95b,
Isolatoren 97 zur Abstützung
der Elektroden, ein Gehäuse 102 aus
einem rostfreien Stahl zur Abstützung
der Elektroden und Isolatoren, Energiequellen 99a und 99b,
Kabel 103, über
die den Elektroden 93a, 93b, 95a und 95b eine
Spannung zugeführt wird,
Kabelverbinder 105 sowie einen Motor 49 zum Drehen
des Gehäuses über ein
drehbares Antriebszahnrad 53, an dem das Gehäuse angebracht
ist.
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Die
Elektroden 93a, 93b, 95a und 95b erzeugen
elektrische Felder, die in zueinander entgegengesetzten Richtungen
orientiert sind, so daß ein
auftreffender Strahl 31 geladener Teilchen um den gleichen
Winkel in den zueinander entgegengesetzten Richtungen gebeugt wird.
Ein Strahl, der zu seiner Auftreffrichtung parallel ist, wird daher
die ganze Zeit abgelenkt. Durch Drehen des gesamten Gehäuses 102 kann
in dem Bestrahlungsbereich eine Punktabtastung realisiert werden,
wobei der Punkt eines zu seiner Auftreffachse parallelen Strahls
zweidimensional verlagert wird.
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Ferner
kann die Bestrahlungsvorrichtung zum Bestrahlen mit einem Strahl
geladener Teilchen der vorliegenden Ausführungsform als die Bestrahlungsvorrichtung 20 zum
Bestrahlen mit einem Strahl geladener Teilchen verwendet werden,
die in dem drehbaren Bestrahlungssystem zum Bestrahlen mit einem
Strahl geladener Teilchen der zweiten Ausführungsform verwendet wird.
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Vierte Ausführungsform
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12 zeigt
die Konfiguration eines Steuerbereichs eines drehbaren Bestrahlungssystems
zum Bestrahlen mit einem Strahl geladener Teilchen gemäß der vorliegenden
Erfindung. Der Steuerbereich ist zuständig beispielsweise für die Steuerung
des in 9 gezeigten drehbaren Bestrahlungssystems zum
Bestrahlen mit einem Strahl geladener Teilchen. Dabei ist ein bei
der Steuerung der Abtastung beteiligter Bereich ausgewählt.
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12 zeigt
eine Steuereinheit 200, die beispielsweise mit einem PC
gebildet ist, eine Ein-/Ausgabe-Steuereinheit bzw. E/A-Steuereinheit 201,
einen RAM 202, der als vorübergehender Speicher dient,
eine Datenbank 203 zum Speichern verschiedener Arten von
Information einschließlich
der Einstellbedingungen für
das Bestrahlen mit einem Strahl, eine CPU 204, die als
Prozessor dient, einen ROM 205 zum Speichern eines Steuerprogramms und
anderer Programme, eine Schnittstelle 206 zum Dialog mit
anderen Systemen und einen Bus 207, über den die Komponenten miteinander
verbunden sind. An die Steuereinheit 200 angeschlossen
sind ein Strahlstopper 9, eine Energieminderungseinheit 21,
ein Dosis-/Position-Monitor 23,
ein Bestrahlungstisch 27, Motoren 49, 49a und 49b,
die in die Bestrahlungsvorrichtung 20 eingebaut sind, und
eine Abtastfeld-Erzeugungseinrichtung,
die zu den Elektromagneten 33 und 35 oder den
Elektroden 93a, 93b, 95a und 95b äquivalent
ist.
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13 ist
ein Ablaufdiagramm, das eine Steuerungssequenz beschreibt, die in
der Steuereinheit 200 verwendet wird. Die Steuereinheit 200 arbeitet
nach einem Programm P, das die Steuerungssequenz beschreibt und
in dem ROM 205 gespeichert ist.
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Unter
Bezugnahme auf die 9, 12 und 13 wird
eine Steuerungsoperation beschrieben. Zuerst wird aus einer Einstelltabelle,
die vorher in der Steuereinheit 200 zur Steuerung eines
Bestrahlungssystems erzeugt wurde, über die Schnittstelle 206 eine
Gruppe von dreidimensionalen Koordinaten von Positionen [Pi: i =
1, 2, ..., n], die einen Bestrahlungsbereich des Patienten 25 definieren, beispielsweise
[(θi, ri,
Zi), i = 1, 2, ..., n](θ bezeichnet eine
Winkelrichtung, r bezeichnet eine Radialrichtung, und Z bezeichnet
eine Tiefenrichtung), in dem System von zylindrischen Koordinaten
geladen (Schritt S1).
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Danach
wird der Patient 25 aufgefordert, sich auf den Bestrahlungstisch 27 zu
legen, und wird dann immobilisiert und positioniert (Schritt S2).
Schritt S2 kann entweder durch Positionieren des bewegbaren Bestrahlungstischs 27 erreicht
werden oder kann eine Bedienertätigkeit
erfordern. Danach wird die Dicke der Energieminderungseinheit 21 in
Abhängigkeit
von einer Koordinate einer Position eingestellt, auf die ein Strahl
abgestrahlt wird, Zi (i = 1, also ein Anfangswert). Der Drehwinkel
und die Feldstärke
in bezug auf die Abtast-Elektromagnete 33 und 35 werden
in Abhängigkeit
von den Koordinaten der Position eingestellt, auf die ein Strahl
abgestrahlt wird (θi, ri)(Schritt
S3).
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Danach
erfolgt das Bestrahlen mit dem Strahl 31 geladener Teilchen,
und die Anzahl von auftreffenden Teilchen, die in dem Strahl 31 geladener Teilchen
enthalten sind, und eine Position, an der die Teilchen aufgebracht
werden, werden unter Verwendung des Dosis-/Position-Monitors 23 gemessen (Schritt
S5). Die Koordinate der in Schritt S5 gemessenen Position wird mit
der Koordinate der in Schritt S3 eingestellten Position verglichen
(Schritt S6). Wenn sie nicht miteinander übereinstimmen, geht die Steuerung
zu Schritt S8, in dem der Strahl 31 gestoppt wird, was
später
beschrieben wird. Wenn das Ergebnis des in Schritt S6 durchgeführten Vergleichs zeigt,
daß die
Koordinate der gemessenen Position mit der Koordinate der eingestellten
Position übereinstimmt,
wird beurteilt, ob ein integrierter Wert der in Schritt S5 gemessenen
Anzahl von Teilchen gleich oder größer als eine voreingestellte
Anzahl von Teilchen an einer gegebenen Position ist (Schritt S7). Wenn
der integrierte Wert nicht größer ist,
erfolgt Rücksprung
der Steuerung zu Schritt S5. Wenn der integrierte Wert größer ist,
wird der Strahl 31 geladener Teilchen unter Verwendung
des Strahlstoppers 9 gestoppt (Schritt 8).
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Dann
wird beurteilt, ob die Bestrahlung beendet werden soll (Schritt
S9). Wenn die Bestrahlung fortgesetzt wird, wird i um Eins inkrementiert,
und die Steuerung kehrt zu Schritt S3 zurück. Wenn die Bestrahlung beendet
werden soll, wird sie in Schritt S10 beendet.
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Entsprechend
dem vorstehenden Ablauf werden die Schritte S3 bis S9 wiederholt
ausgeführt unter
Zuordnung von Werten im Bereich von 1 bis n bis i. Somit wird eine
gegebene Anzahl von Teilchen [Ni, i = 1, 2, ..., n] auf alle Punkte
in dem dreidimensionalen Bestrahlungsbereich aufgebracht, die als
eine Gruppe von Positionskoordinaten beschrieben sind [(θi, ri, Zi),
i = 1, 2, ..., n].
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Bei
einem Tausch der Reihenfolge der Schritte S1 und S2 würde die
gleiche Wirkung erzielt. Außerdem
ist bei dem obigen Prozeß die
Drehgeschwindigkeit der Abtast- Elektromagnete 33 und 35 niedriger
als eine Abtastgeschwindigkeit in Abhängigkeit von einer magnetischen
Feldstärke
oder eine Abtastgeschwindigkeit, die durch die Energieminderungseinheit 21 bestimmt
ist. Wenn eine Abtastung eines Bestrahlungsbereichs in zwei anderen
Richtungen zu einem früheren
Zeitpunkt mit einem konstant gehaltenen Drehwinkel θi durchgeführt wird,
kann die für
die Bestrahlung benötigte
Gesamtzeit verkürzt werden.
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In
der vorstehenden Beschreibung wird als Möglichkeit zum Ändern eines
Energiewerts die Dicke der Energieminderungseinheit 21 geändert. Jede andere
Einrichtung zum Ändern
eines Energiewerts wie beispielsweise ein Synchrotron-Teilchenbeschleuniger
kann angewendet werden. Außerdem
ist als Einrichtung zum Stoppen eines Strahls geladener Teilchen
beispielhaft der Strahlstopper 9 beschrieben worden. Jede
andere Möglichkeit
zum Stoppen des Strahls (beispielsweise das Stoppen eines Teilchenbeschleunigers)
kann angewendet werden.
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Ferner
ist als Beispiel eines Systems von Koordinaten das System von zylindrischen
Koordinaten verwendet worden, um eine Gruppe von dreidimensionalen
Koordinaten von Positionen [Pi: i = 1, 2, ..., n] auszudrücken, die
einen Bestrahlungsbereich definieren. Alternativ kann jedes andere
System von Koordinaten, das eine Variante des Systems zylindrischer
Koordinaten ist, angewandt werden. In der obigen Beschreibung wird
als Vorrichtung zum Ablenken eines Strahls geladener Teilchen die
Bestrahlungsvorrichtung 20 mit den Abtast-Elektromagneten 33 und 35 verwendet.
Diese Ausführungsform
ist nicht auf die Bestrahlungsvorrichtung 20 beschränkt. Jede
andere Vorrichtung zum Ablenken eines Strahls geladener Teilchen,
beispielsweise eine Bestrahlungsvorrichtung 20, die die
Abtast-Elektroden aufweist, die bei der dritten Ausführungsform
verwendet werden, ist geeignet.
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Fünfte Ausführungsform
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Das
Ablaufdiagramm von 14 beschreibt eine Steuerungssequenz,
die in der in 12 gezeigten Steuereinheit 200 gemäß einem
anderen Verfahren abläuft.
Ebenso wie bei der vierten Ausführungsform
soll angenommen werden, daß der
anfängliche
Energiewert des Strahls 31 geladener Teilchen konstant
gehalten wird, indem die Energieminderungseinheit 5 auf
eine bestimmte Dicke eingestellt wird.
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Unter
Bezugnahme auf die 9, 12 und 14 wird
ein Steuerungsvorgang beschrieben. Zuerst wird eine Gruppe von Koordinaten
von Positionen [(Zi, θij),
i = 1, 2, ..., m, j = 1, 2, ..., n], die einen Bestrahlungsbereich
des Patienten 25 definieren, und eine Menge [Iij(t), j
= 1, 2, ..., n], die ein Abtastmuster definiert, das eine charakteristische
Kurve relativ zu der Zeit ist, aus einer vorher erstellten Einstelltabelle
in die Steuereinheit 200 über die Schnittstelle 206 geladen
(Schritt S1). Diese Koordinaten von Positionen, Zi, die Tiefen bezeichnen,
die Drehwinkel, θij,
bei den Tiefen und die Menge, Iij(t), bezeichnen, die das Abtastmuster
definiert, das die charakteristische Kurve relativ zu der Zeit im
Hinblick auf die Abtastung in einer Richtung eines Durchmessers
oder Radius bei den Winkeln ist, werden verwendet, um einen dreidimensionalen
Bestrahlungsbereich auszudrücken.
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Danach
wird der Patient 25 aufgefordert, sich auf den Bestrahlungstisch 27 zu
legen, und wird immobilisiert und positioniert. Dieser Schritt S2
kann entweder durch Positionieren des beweglichen Bestrahlungstischs 27 erfolgen
oder kann eine Bedienertätigkeit
erfordern. Die Dicke der Energieminderungseinheit 21 wird
in Abhängigkeit
von einer Koordinate einer Position eingestellt, auf die ein Strahl
abgestrahlt wird, Zi (i = 1, also ein Anfangswert) (Schritt S3).
Der Drehwinkel der Abtast-Elektromagnete 33 und 35 wird
in θij
(j = 1, also ein Anfangswert) bezeichnet, und eine Menge, die ein
Abtastmuster definiert, in Abhängigkeit
von welchem den Elektromagneten ein Strom zugeführt wird, wird in Iij(t) bezeichnet.
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Der
Strahl 31 geladener Teilchen wird dann abgestrahlt (Schritt
S5). Ein Strom wird für
eine gegebene Anzahl von Malen in Abhängigkeit von dem Abtastmuster
eines Stroms, der in die Abtast-Elektromagnete 33 und 35 fließt und in
Schritt S4 eingestellt wird, zugeführt. Dabei wird beispielsweise
den Abtast-Elektromagneten 33 und 35 ein Strom
in Abhängigkeit
von dem voreingestellten Abtastmuster eines Stroms zugeführt, der
durch Iij(t) definiert ist, während
ein Radius oder Durchmesser eines Bestrahlungsbereichs abgetastet
wird, der beispielsweise in dem System zylindrischer Koordinaten
ausgedrückt ist
(Schritt S6). Wenn die Stärke
eines auftreffenden Strahls geladener Teilchen sich im Lauf der
Zeit ändert,
wird das Abtastmuster eines Stroms auf der Grundlage einer Zeitablauf-Erhöhungsrate
der Anzahl geladener Teilchen gesteuert, die von dem Dosis-/Position-Monitor 23 in
Echtzeit in Schritt S10 zu messen sind, wie noch beschrieben wird.
So wird die gewünschte
Verteilung der Anzahl von Teilchen erreicht.
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Wenn
eine gegebene Anzahl Abtastungen ausgeführt worden ist, wird der Strahl 31 unter
Verwendung des Strahlstoppers 9 gestoppt (Schritt S7). Dann
wird beurteilt, ob die Bestrahlung beendet werden soll (Schritt
S8). Wenn die Bestrahlung beendet werden soll, springt die Steuerung
zu Schritt S12, der später
beschrieben wird. Wenn in Schritt S8 beurteilt wird, daß die Bestrahlung
fortgesetzt wird, wird beurteilt, ob eine Koordinate einer Position,
die die nächste
Tiefe, Zi, bezeichnet, angegeben werden sollte (Schritt S9). Wenn
die Koordinate der nächsten
Position Zi angegeben wird, wird i um Eins inkrementiert, und j
wird auf den Anfangswert 1 rückgestellt.
Die Steuerung springt dann zu Schritt S3 zurück. Wenn die Koordinate der
nächsten
Position Zi nicht angegeben wird, wird j um Eins inkrementiert,
und es erfolgt Rücksprung
der Steuerung zu Schritt S4.
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Somit
werden die Schritte S3 bis S9 und die Schritte S3 bis S8 wiederholt
ausgeführt
durch Zuordnen von Werten von 1 bis m bis i und von Werten von 1
bis n bis j. Somit wird der gegebene Bestrahlungsbereich bestrahlt.
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Die
Zahl von abgegebenen geladenen Teilchen und eine Position, an der
die Teilchen abgegeben werden, werden von dem Dosis-/Position-Monitor 23 während der
Bestrahlung gemessen (Schritt S10). Die Koordinate der Position,
die in Schritt S10 gemessen wird, wird mit der Koordinate der Position θij verglichen,
die in Schritt S4 eingestellt wurde. Wenn sie miteinander übereinstimmen,
erfolgt Rücksprung
der Steuerung zu Schritt S10. Wenn sie nicht übereinstimmen, wird der Strahl 31 geladener
Teilchen mittels des Strahlstoppers 9 gestoppt (Schritt S8).
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Nachstehend
wird das durch Iij(t) definierte Abtastmuster beschrieben. 15 zeigt
ein Beispiel einer Bahn, entlang welcher der Punkt des Strahls 31 geladener
Teilchen gemäß der Bestrahlungsmethode zum
Bestrahlen mit einem Strahl geladener Teilchen der vorliegenden
Ausführungsform
verlagert wird. 38 bezeichnet den Punkt des verlagerten
Strahls 31 geladener Teilchen. 15 betrifft
die Abtastung über den
Radius eines Bestrahlungsbereichs. Alternativ kann der Bestrahlungsbereich über seinen
Durchmesser abgetastet werden.
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Wenn
ferner bei dem Bestrahlungsverfahren zum Bestrahlen mit einem Strahl
geladener Teilchen gemäß der vorliegenden
Ausführungsform
die Anzahl von Teilchen des auftreffenden Strahls 31 geladener
Teilchen pro Zeiteinheit und die Gestalt des Strahls unverändert bleiben,
kann das Abtastmuster von 6 (Abtastung über einen
Radius) oder von 7 (Abtastung über einen
Durchmesser) als das durch Iij(t) definierte Abtastmuster angewandt
werden. Wenn in diesem Fall ein Bestrahlungsbereich abgetastet wird,
wie in 15 gezeigt ist, kann die flache
Dichteverteilung der Anzahl von Teilchen entsprechend derjenigen
von 4 erreicht werden. Wenn Iij(t), welche das Abtastmuster
definiert, zu einer Menge geändert
wird, wobei die Menge proportional zu einer Quadratwurzel einer
Variablen t der Zeit wie diejenige ist, die das Abtastmuster gemäß 6 oder 7 definiert,
kann eine Ablenkgeschwindigkeit, mit der ein Strahl abgelenkt wird,
wie in 15 zu sehen ist, so gesteuert
werden, daß sie
zu der Distanz von der Rotationsmittelachse umgekehrt proportional
ist. Dies ist auf die Tatsache zurückzuführen, daß ein Strom, der in die Elektromagnete 33 und 35 fließt, und
eine Distanz, um die ein Strahl von seiner Auftreffachse weg abgelenkt
wird, eine umgekehrt proportionale Beziehung haben, wie in 5 gezeigt ist.
Die umgekehrt proportionale Beziehung zwischen der Ablenkgeschwindigkeit
und der Distanz von der Rotationsmittelachse führt zu der flachen Dichteverteilung
der Anzahl von Teilchen, wie in 4 gezeigt ist.
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Wenn
der Bestrahlungsbereich über
einen Radius davon in Schritten eines Drehwinkels mit der Auftreffachse 30 von 15 als
einer Mitte abgetastet wird, kann im Vergleich mit der Abtastung
eines Bestrahlungsbereichs über
einen Durchmesser davon die Breite 41 der Magnetpole der
Abtast-Elektromagnete 33 und 35 von 1 und
ihre Länge
in Richtung eines Strahls verkürzt
werden. Infolgedessen führt
das zu einer kompakten Bestrahlungsvorrichtung mit geringem Gewicht.
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In
der vorstehenden Beschreibung wird als Vorrichtung zum Ablenken
eines Strahls geladener Teilchen die Bestrahlungsvorrichtung 20 mit
den Abtast-Elektromagneten 33 und 35 verwendet.
Diese Ausführungsform
ist nicht auf die Bestrahlungsvorrichtung beschränkt. Jede andere Vorrichtung
zum Ablenken eines Strahls geladener Teilchen, z. B. eine Bestrahlungseinrichtung 20 mit
den bei der dritten Ausführungsform
verwendeten Abtast-Elektroden, ist geeignet. In diesem Fall wird
eine der Bestrahlungsvorrichtung 20 zugeführte Spannung
in Abhängigkeit von
dem Abtastmuster Iij(t) variiert. Das heißt, das Abtastmuster Iij(t)
bezeichnet eine Spannung als eine Funktion der Zeit.
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Die
Verwendung der Systeme und des Verfahrens der Ausführungsbeispiele
ist nicht auf den Gebrauch als Vorrichtung zur Verwendung eines Strahls
geladener Teilchen beschränkt,
sondern kann auf vielen Gebieten angewandt werden, bei denen das
Bestrahlen mit einem Strahl oder die Injektion eines Strahls geladener
Teilchen erforderlich ist, was das Gebiet der Halbleiter und das
der Werkstoffe einschließt.
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Wie
bisher beschrieben wurde, umfaßt
eine Bestrahlungsvorrichtung zum Bestrahlen mit einem Strahl geladener
Teilchen eine Abtastfeld-Erzeugungseinrichtung
zum Erzeugen eines Abtastfelds aus einem Paar von Feldern, die zum
Beugen eines Strahls geladener Teilchen um den gleichen Winkel in zueinander
entgegengesetzten Richtungen wirksam sind, und eine Dreheinrichtung
zum Drehen der Abtastfeld-Erzeugungseinrichtung mit der Auftreffachse des
Strahls geladener Teilchen als einer Mitte. Es wird somit eine kompakte
Bestrahlungsvorrichtung zum Bestrahlen mit einem Strahl geladener
Teilchen bereitgestellt, mit der eine Punktabtastung realisiert wird,
wobei der Punkt eines Strahls, der parallel zu seiner Auftreffachse
ist, in zwei Axialrichtungen verlagert wird.
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Ferner
erzeugt die Abtastfeld-Erzeugungseinrichtung Magnetfelder. Infolgedessen
wird eine kompakte Bestrahlungsvorrichtung zum Bestrahlen mit einem
Strahl geladener Teilchen zum Erzeugen eines Abtast-Magnetfelds
angegeben.
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Außerdem erzeugt
die Abtastfeld-Erzeugungseinrichtung elektrische Felder. Infolgedessen wird
eine kompakte Bestrahlungsvorrichtung zum Bestrahlen mit einem Strahl
geladener Teilchen zum Erzeugen eines elektrischen Abtastfelds angegeben.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung weist ferner ein drehbares Bestrahlungssystem zum Bestrahlen
mit einem Strahl geladener Teilchen folgendes auf: eine Ablenkeinrichtung
zum Ablenken eines Strahls geladener Teilchen, so daß der Strahl
geladener Teilchen senkrecht zu einer Bestrahlungsebene ist; eine
Bestrahlungsvorrichtung zum Bestrahlen mit einem Strahl geladener
Teilchen, die aufweist: eine Abtastfeld-Erzeugungseinrichtung, die
an der Abstromseite der Ablenkeinrichtung angeordnet ist, um ein
Abtastfeld zu erzeugen, das aus einem Paar von Feldern zusammengesetzt
ist, die zum Beugen des Strahls geladener Teilchen um den gleichen
Winkel in zueinander entgegengesetzten Richtungen wirksam sind,
und eine Dreheinrichtung zum Drehen der Abtastfeld-Erzeugungseinrichtung
mit der Auftreffachse des Strahls geladener Teilchen als einer Mitte,
und die den von der Ablenkeinrichtung abgelenkten Strahl geladener
Teilchen zum Zweck der Abtastung ablenkt; eine Einstelleinrichtung
für die
Energie des Strahls geladener Teilchen, die zwischen der Bestrahlungsvorrichtung
zum Bestrahlen mit einem Strahl geladener Teilchen und einem bestrahlten
Objekt angeordnet ist; und eine Drehbewegungseinrichtung zum Drehen
von mindestens der Ablenkeinrichtung und der Bestrahlungsvorrichtung
zum Bestrahlen mit einem Strahl geladener Teilchen in einem einheitlichen
Körper.
Da somit eine kompakte Bestrahlungsvorrichtung zum Bestrahlen mit
einem Strahl geladener Teilchen angegeben wird, die fähig ist, eine
Punktabtastung zu realisieren, bei der der Punkt eines zu seiner
Auftreffachse parallelen Strahls in zwei Axialrichtungen verlagert
wird, braucht ein zu bestrahlendes Objekt nicht bewegt zu werden.
Da außerdem
die Bestrahlungsvorrichtung zum Bestrahlen mit einem Strahl geladener
Teilchen abstromseitig von einer Ablenkeinrichtung angeordnet ist,
kann die Ablenkeinrichtung kompakt ausgebildet sein. Das resultiert
in einem kompakten drehbaren Bestrahlungssystem zum Bestrahlen mit
einem Strahl geladener Teilchen.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung fällt
bei dem drehbaren Bestrahlungssystem zum Bestrahlen mit einem Strahl
geladener Teilchen der Strahl geladener Teilchen aus der Richtung
der Drehachse der Drehbewegungseinrichtung auf die Ablenkeinrichtung.
Die Ablenkeinrichtung weist drei Ablenk-Elektromagnete auf, um den
auftreffenden Strahl geladener Teilchen dreimal um 90° in bezug
auf eine Richtung parallel zu einer Strahlungsebene abzulenken, so
daß der
Strahl geladener Teilchen zu der Strahlungsebene senkrecht ist.
Das bestrahlte Objekt ist auf der Drehachse der Drehbewegungseinrichtung positioniert.
Somit wird ein drehbares Bestrahlungssystem zum Bestrahlen mit einem
Strahl geladener Teilchen angegeben, bei dem die Drehbewegungseinrichtung
ohne weiteres gesteuert werden kann.
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Außerdem sind
gemäß der vorliegenden
Erfindung bei dem drehbaren Bestrahlungssystem zum Bestrahlen mit
einem Strahl geladener Teilchen die Ablenk-Elektromagnete der Ablenkeinrichtung
mit supraleitenden Elektromagneten implementiert. Infolgedessen
wird ein kompakteres drehbares Bestrahlungssystem zum Bestrahlen
mit einem Strahl geladener Teilchen bereitgestellt.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung weist ferner ein Bestrahlungssystem zum Bestrahlen mit
einem Strahl geladener Teilchen folgendes auf: eine Bestrahlungsvorrichtung
zum Bestrahlen mit einem Strahl geladener Teilchen, die aufweist:
eine Abtastfeld-Erzeugungseinrichtung zum Erzeugen eines Abtastfelds
aus einem Paar von Feldern, die zum Beugen eines Strahls geladener
Teilchen um den gleichen Winkel in zueinander entgegengesetzten
Richtungen wirksam sind, und eine Dreheinrichtung zum Drehen der
Abtastfeld-Erzeugungseinrichtung mit der Auftreffachse des Strahls
geladener Teilchen als einer Mitte; eine Einstelleinrichtung für die Energie des
Strahls geladener Teilchen, die zwischen der Bestrahlungsvorrichtung
zum Bestrahlen mit einem Strahl geladener Teilchen und einem bestrahlten
Objekt angeordnet ist, um die Energie eines Strahls geladener Teilchen
einzustellen; eine Dosis-/Position-Meßeinrichtung, die zwischen
der Bestrahlungsvorrichtung zum Bestrahlen mit einem Strahl geladener
Teilchen und einem bestrahlten Objekt angeordnet ist, um die Dosis
und die Position eines Bestrahlungsstrahls geladener Teilchen zu überwachen;
eine Einrichtung zum Stoppen eines Strahls geladener Teilchen; und
eine Steuereinrichtung, die mit den jeweiligen Einrichtungen verbunden
ist, um die Abtastung zu steuern. Die Steuereinrichtung weist folgendes
auf: eine erste Einrichtung zum Einstellen des Drehwinkels und der
Feldstärke
hinsichtlich des Abtastfeldgenerators und der Energie des Strahls
geladener Teilchen in Abhängigkeit
von einer Gruppe von Koordinaten [Pi: i = 1, 2, ..., n](i = 1, also
ein Anfangswert), die einen Strahlungsbereich definieren; eine zweite
Einrichtung zum Bestrahlen mit einem Strahl geladener Teilchen in
Abhängigkeit
von der Einstellung; eine dritte Einrichtung, um dann, wenn die
Anzahl aufgebrachter Teilchen des Strahls geladener Teilchen gleich
oder größer als
eine voreingestellte Anzahl von Teilchen wird oder wenn eine Koordinate einer
Position, auf die ein Strahl geladener Teilchen abgestrahlt wird,
mit einer Koordinate einer voreingestellten Position nicht übereinstimmt,
den Strahl geladener Teilchen zu stoppen; und eine vierte Einrichtung,
die dann, wenn ein Strahl geladener Teilchen gestoppt wird, beurteilt,
ob die Bestrahlung des gesamten Bestrahlungsbereichs vollständig ist,
die dann, wenn die Bestrahlung nicht vollständig ist, i um Eins inkrementiert,
den Drehwinkel und die Feldstärke
hinsichtlich des Abtastfeldgenerators und die Energie eines Strahls
geladener Teilchen in einer gegebenen Reihenfolge modifiziert und
somit die erste bis dritte Einrichtung wiederholt aktiviert, und
die dann, wenn die Bestrahlung vollständig ist, die Bestrahlung beendet.
Infolgedessen wird ein Bestrahlungssystem zum Bestrahlen mit einem
Strahl geladener Teilchen bereitgestellt, das fähig ist, einen Strahl geladener Teilchen
mit einer präzisen
Dosis auf eine präzise
Position abzustrahlen, ohne daß das
bestrahlte Objekt bewegt werden muß.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung hält
ferner bei dem Bestrahlungssystem zum Bestrahlen mit einem Strahl
geladener Teilchen die vierte Einrichtung den Drehwinkel des Abtastfeldgenerators
auf einem bestimmten Wert, die Stärke eines von dem Abtastfeldgenerator
erzeugten Felds und die Energie eines Strahls geladener Teilchen
werden in einer gegebenen Reihenfolge modifiziert, und somit werden
die erste bis dritte Einrichtung wiederholt aktiviert. Daher wird
ein Bestrahlungssystem zum Bestrahlen mit einem Strahl geladener
Teilchen angegeben, bei dem die erforderliche Gesamtzeit zum Bestrahlen
dadurch verkürzt
wird, daß die
Häufigkeit
der Einstellung des Drehwinkels, der sich langsam ändert, verringert
wird.
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Ferner
weist gemäß der vorliegenden
Erfindung ein Bestrahlungssystem zum Bestrahlen mit einem Strahl
geladener Teilchen folgendes auf: eine Bestrahlungsvorrichtung zum
Bestrahlen mit einem Strahl geladener Teilchen, die aufweist: einen
Abtastfeldgenerator zum Erzeugen eines Abtastfelds aus einem Paar
von Feldern, die zum Beugen eines Strahls geladener Teilchen um
den gleichen Winkel in zueinander entgegengesetzten Richtungen wirksam sind,
und eine Dreheinrichtung zum Drehen des Abtastfeldgenerators mit
der Auftreffachse des Strahls geladener Teilchen als einer Mitte,
und die den Strahl geladener Teilchen zum Zweck der Abtastung ablenkt;
eine Einstelleinrichtung für
die Energie des Strahls geladener Teilchen, die zwischen der Bestrahlungsvorrichtung
zum Bestrahlen mit einem Strahl geladener Teilchen und einem bestrahlten
Objekt angeordnet ist, um die Energie eines Strahls geladener Teilchen
einzustellen; eine Dosis-/Position-Meßeinrichtung, die zwischen
der Bestrahlungsvorrichtung zum Bestrahlen mit einem Strahl geladener
Teilchen und dem bestrahlten Objekt angeordnet ist, um die Dosis
und Position eines Bestrahlungsstrahls geladener Teilchen zu überwachen;
eine Einrichtung zum Stoppen eines Strahls geladener Teilchen; und
eine Steuereinrichtung, die mit den jeweiligen Einrichtungen verbunden
ist, um die Abtastung zu steuern. Dabei weist die Steuereinrichtung
auf: eine erste Einrichtung zum Einstellen der Energie eines abzustrahlenden
Strahls geladener Teilchen in Abhängigkeit von einer Koordinate
einer Position, die eine Tiefe bezeichnet, bis zu der ein Strahl
abgestrahlt wird, Zi (i = 1, also ein Anfangswert), die in einer
Gruppe von Koordinaten bezeichnet ist [(Zi, θij), i = 1, 2, ..., m, j =
1, 2, ..., n], die einen Bestrahlungsbereich definieren; eine zweite
Einrichtung zum Bezeichnen des Drehwinkels des Abtastfeldgenerators in θij (j =
1, also ein Anfangswert) und zum Bezeichnen einer Menge, die ein
Abtastmuster definiert, das eine charakteristische Kurve relativ
zu der Zeit in Iij(t) ist; eine dritte Einrichtung zum Bestrahlen
mit einem Strahl geladener Teilchen in Abhängigkeit von der Einstellung
und Spezifikation, zum Treiben des Abtastfeldgenerators in Abhängigkeit
von dem Abtastmuster, das die charakteristische Kurve relativ zu
der durch Iij(t) definierten Zeit ist, und somit zum Lenken eines
Strahls geladener Teilchen, um eine gegebene Anzahl von Abtastungen
zu erzielen; eine vierte Einrichtung zum Beurteilen, parallel mit
den durch die dritte Einrichtung erzielten Abtastungen, ob eine
Koordinate einer Position, auf die ein Strahl geladener Teilchen
abgestrahlt wird, mit einer Koordinate einer voreingestellten Position übereinstimmt;
eine fünfte Einrichtung,
um dann, wenn die gegebene Anzahl von Abtastungen ausgeführt worden
ist oder wenn die Koordinate der Position, auf die ein Strahl geladener
Teilchen abgestrahlt wird, mit der Koordinate der voreingestellten
Position nicht übereinstimmt,
den Strahl geladener Teilchen zu stoppen; und eine sechste Einrichtung,
die dann, wenn ein Strahl geladener Teilchen gestoppt ist, beurteilt,
ob die Bestrahlung des gesamten Bestrahlungsbereichs vollständig ist,
die dann, wenn die Bestrahlung nicht vollständig ist, beurteilt, ob die
Koordinate der Position, die eine Tiefe bezeichnet, bis zu der ein
Strahl abgestrahlt wird, Zi, auf den nächsten Wert geändert werden
sollte, die dann, wenn die Koordinate nicht geändert wird, j um Eins inkrementiert
und die zweite bis fünfte Einrichtung
wiederholt aktiviert, die dann, wenn die Koordinate geändert wird,
i um Eins inkrementiert, j auf den Anfangswert 1 rückstellt
und die erste bis fünfte
Einrichtung wiederholt aktiviert. Somit wird ein Bestrahlungssystem
zum Bestrahlen mit einem Strahl geladener Teilchen bereitgestellt,
das fähig
ist, einen Strahl geladener Teilchen mit einer präzisen Dosis
auf eine präzise
Position abzustrahlen, ohne daß es
notwendig ist, das bestrahlte Objekt zu bewegen.
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Ferner
wird gemäß der vorliegenden
Erfindung bei dem Bestrahlungssystem zum Bestrahlen mit einem Strahl
geladener Teilchen Iij(t)∝√t als Iij(t) angenommen,
welches das Abtastmuster definiert, also die charakteristische Kurve
relativ zu der Zeit, welcher der Abtastfeldgenerator folgen soll.
Infolgedessen wird ein Bestrahlungssystem zum Bestrahlen mit einem
Strahl geladener Teilchen angegeben, das fähig ist, einen Strahl geladener
Teilchen gleichmäßiger abzustrahlen.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ferner ein Bestrahlungsverfahren zum Bestrahlen mit
einem Strahl geladener Teilchen angegeben, wobei eine Abtastfeld- Erzeugungseinrichtung
zum Erzeugen eines Abtastfelds, das aus einem Paar von Feldern besteht,
die zum Beugen eines Strahls geladener Teilchen um den gleichen
Winkel in zueinander entgegengesetzten Richtungen wirksam sind,
verwendet wird, um den Strahl geladener Teilchen entlang einer Geraden
auf einer zu der Auftreffachse des Strahls geladener Teilchen senkrechten
Ebene zum Zweck der Abtastung abzulenken und mit der Auftreffachse
als einer Mitte zu drehen, um einen Bestrahlungsbereich mit dem
Strahl geladener Teilchen zu bestrahlen, wobei das Verfahren aufweist:
einen ersten Schritt zum Einstellen des Drehwinkels und der Feldstärke hinsichtlich
des Abtastfeldgenerators und der Energie eines Strahls geladener
Teilchen in Abhängigkeit
von einer Gruppe von Koordinaten [Pi: i = 1, 2, ..., n](i = 1, also
ein Anfangswert), die einen Strahlungsbereich definieren; einen
zweiten Schritt zum Bestrahlen mit einem Strahl geladener Teilchen in
Abhängigkeit
von der Einstellung; einen dritten Schritt, um dann, wenn die Anzahl
aufgebrachter Teilchen eines Strahls geladener Teilchen gleich oder größer als
eine voreingestellte Anzahl von Teilchen wird oder wenn eine Koordinate
einer Position, auf die ein Strahl geladener Teilchen abgestrahlt
wird, mit einer Koordinate einer voreingestellten Position nicht übereinstimmt,
den Strahl geladener Teilchen zu stoppen; und einen vierten Schritt,
in dem dann, wenn ein Strahl geladener Teilchen gestoppt wird, beurteilt
wird, ob die Bestrahlung des gesamten Bestrahlungsbereichs vollständig ist,
in dem dann, wenn die Bestrahlung nicht vollständig ist, i um Eins inkrementiert,
der Drehwinkel und die Feldstärke
hinsichtlich des Abtastfeldgenerators und die Energie eines Strahls
geladener Teilchen in einer gegebenen Reihenfolge modifiziert wird
und somit die erste bis dritte Einrichtung wiederholt aktiviert
wird, und in dem dann, wenn die Bestrahlung vollständig ist,
die Bestrahlung beendet wird. Somit wird ein Bestrahlungsverfahren
zum Bestrahlen mit einem Strahl geladener Teilchen angegeben, das
es möglich
macht, einen Strahl geladener Teilchen mit präziser Dosis auf eine präzise Position
abzustrahlen, ohne daß ein
bestrahltes Objekt bewegt werden muß.
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Ferner
wird gemäß der vorliegenden
Erfindung bei dem Bestrahlungsverfahren zum Bestrahlen mit einem
Strahl geladener Teilchen bei dem vierten Schritt der Drehwinkel
des Abtastfeldgenerators auf einem bestimmten Wert gehalten, die
Stärke
eines von dem Abtastfeldgenerator erzeugten Felds und die Energie
eines Strahls geladener Teilchen werden in einer gegebenen Reihenfolge
modifiziert, und somit werden der erste bis dritte Schritt wiederholt.
Daher wird ein Bestrahlungsverfahren zum Bestrahlen mit einem Strahl
geladener Teilchen angegeben, das die zum Bestrahlen erforderliche
Gesamtzeit dadurch verkürzt,
daß die
Häufigkeit
des Einstellens des Drehwinkels, der sich langsam ändert, verringert
wird.
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Ein
Bestrahlungsverfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung zum Bestrahlen mit einem Strahl geladener Teilchen, bei
dem eine Einrichtung zum Erzeugen eines Abtastfelds, das aus einem
Paar von Feldern besteht, die zum Beugen eines Strahls geladener
Teilchen um den gleichen Winkel in zueinander entgegengesetzten
Richtungen wirksam sind, verwendet wird, um einen Strahl von geladenen
Teilchen entlang einer Geraden auf einer zu der Auftreffachse des
Strahls geladener Teilchen senkrechten Ebene zum Zweck der Abtastung
abzulenken, und mit der Auftreffachse als einer Mitte gedreht wird,
um einen Bestrahlungsbereich mit dem Strahl geladener Teilchen zu
bestrahlen, weist folgendes auf: einen ersten Schritt zum Einstellen
der Energie eines abzustrahlenden Strahls geladener Teilchen in
Abhängigkeit von
einer Koordinate einer Position, die eine Tiefe bezeichnet, bis
zu der ein Strahl abgestrahlt wird, Zi (i = 1, also ein Anfangswert),
die in einer Gruppe von Koordinaten bezeichnet ist [(Zi, θij), i =
1, 2, ..., m, j = 1, 2, ..., n], die einen Bestrahlungsbereich definieren;
einen zweiten Schritt zum Bezeichnen des Drehwinkels des Abtastfeldgenerators
in θij
(j = 1, also ein Anfangswert) und zum Bezeichnen einer Menge, die
ein Abtastmuster definiert, das eine charakteristische Kurve relativ
zu der Zeit in Iij(t) ist; einen dritten Schritt zum Bestrahlen
mit einem Strahl geladener Teilchen in Abhängigkeit von der Einstellung
und Spezifikation, zum Treiben des Abtastfeldgenerators in Abhängigkeit
von dem Abtastmuster, das die charakteristische Kurve relativ zu
der durch Iij(t) definierten Zeit ist, und somit zum Lenken eines
Strahls geladener Teilchen, um eine gegebene Anzahl von Abtastungen
zu erzielen; einen vierten Schritt zum Beurteilen, parallel mit
den durch den dritten Schritt erzielten Abtastungen, ob eine Koordinate
einer Position, auf die ein Strahl geladener Teilchen abgestrahlt wird,
mit einer Koordinate einer voreingestellten Position übereinstimmt;
einen fünften
Schritt, um dann, wenn die gegebene Anzahl von Abtastungen ausgeführt worden
ist oder wenn die Koordinate der Position, auf die ein Strahl geladener
Teilchen abgestrahlt wird, mit der Koordinate der voreingestellten
Position nicht übereinstimmt,
den Strahl geladener Teilchen zu stoppen; und einen sechsten Schritt,
der dann, wenn ein Strahl geladener Teilchen gestoppt ist, beurteilt,
ob die Bestrahlung des gesamten Bestrahlungsbereichs vollständig ist,
der dann, wenn die Bestrahlung vollständig ist, die Bestrahlung beendet, der
dann, wenn die Bestrahlung nicht vollständig ist, beurteilt, ob die
Koordinate der Position, die eine Tiefe bezeichnet, bis zu der ein
Strahl abgestrahlt wird, Zi, auf den nächsten Wert geändert werden
sollte, der dann, wenn die Koordinate nicht geändert wird, j um Eins inkrementiert
und die Steuerung an den zweiten Schritt zurückgibt, um den zweiten bis
fünften
Schritt zu wiederholen, und der dann, wenn die Koordinate geändert wird,
i um Eins inkrementiert, j auf den Anfangswert 1 rückstellt
und die Steuerung zum ersten Schritt zurückgibt, um den ersten bis fünften Schritt
zu wiederholen. Somit wird ein Bestrahlungsverfahren zum Bestrahlen
mit einem Strahl geladener Teilchen bereitgestellt, das es möglich macht,
einen Strahl geladener Teilchen mit einer präzisen Dosis auf eine präzise Position
abzustrahlen, ohne daß ein
bestrahltes Objekt bewegt werden muß.
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Bei
dem Bestrahlungsverfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung zum Bestrahlen mit einem Strahl geladener Teilchen verlagert
ferner die Abtastfeld-Erzeugungseinrichtung
einen Strahlpunkt während
einer Strahlabgabe nur über
einen Radius eines Bestrahlungsbereichs, und Iij(t)∝√t wird
als Iij(t) angenommen, welches das Abtastmuster definiert, das die
charakteristische Kurve relativ zu der Zeit ist. Infolgedessen wird
ein Bestrahlungsverfahren zum Bestrahlen mit einem Strahl geladener
Teilchen angegeben, das eine gleichmäßigere Bestrahlung ermöglicht.