EP1988552A1 - Beam guidance magnet for guiding a beam of electrically charged particles along a curved particle pathway and beam assembly with such a magnet - Google Patents

Beam guidance magnet for guiding a beam of electrically charged particles along a curved particle pathway and beam assembly with such a magnet Download PDF

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Publication number
EP1988552A1
EP1988552A1 EP08103570A EP08103570A EP1988552A1 EP 1988552 A1 EP1988552 A1 EP 1988552A1 EP 08103570 A EP08103570 A EP 08103570A EP 08103570 A EP08103570 A EP 08103570A EP 1988552 A1 EP1988552 A1 EP 1988552A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
beam guiding
guiding magnet
magnet
coils
particle
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP08103570A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Dirk Diehl
Rene Gumbrecht
Eva Schneider
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP1988552A1 publication Critical patent/EP1988552A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21K—TECHNIQUES FOR HANDLING PARTICLES OR IONISING RADIATION NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; IRRADIATION DEVICES; GAMMA RAY OR X-RAY MICROSCOPES
    • G21K1/00—Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating
    • G21K1/08—Deviation, concentration or focusing of the beam by electric or magnetic means
    • G21K1/093—Deviation, concentration or focusing of the beam by electric or magnetic means by magnetic means

Definitions

  • Beam guiding magnet for deflecting a beam of electrically charged particles along a curved particle path and irradiation system with such a magnet
  • the invention relates to a beam guiding magnet for deflecting a beam of electrically charged particles along a particle path into an isocenter.
  • the invention further relates to an irradiation system with such a beam guiding magnet.
  • Such a beam-guiding magnet and an irradiation system with such a beam-guiding magnet go, for example, from DE 199 04 675 A1 out.
  • Curved beam guiding magnets are widely used in particle accelerator systems for deflecting and / or focusing a beam of charged particles, such as electrons or ions.
  • the particles accelerated to high kinetic energies in such a particle accelerator system are increasingly used in medical therapy, for example cancer therapy.
  • An irradiation system for medical therapy for example, from the above DE 199 04 675 A1 or even from the US 4,870,287 out.
  • Such irradiation systems comprise a particle source and an accelerator for generating a high-energy particle beam.
  • the high-energy particle beam is now to be directed to a region of a subject to be irradiated, for example a tumor.
  • the area to be irradiated is typically a spatially extended area, this area is scanned by the particle beam.
  • the particle beam is deflected by small angles from its path. This deflection is compensated again by the deflection magnets following in the beam direction in such a way that the Beam in each case offset in parallel staggered at the location to be irradiated.
  • the radiation dose in the surrounding area, ie the area not to be treated, of the body of a subject should be kept as low as possible.
  • the direction from which the particle beam strikes the area to be irradiated can be chosen such that the particle beam travels as short a path as possible on its way through the subject's body to the area to be irradiated ,
  • the particle beam is injected along an axis predetermined by the accelerator into a so-called “gantry”, which is rotatable about the axis predetermined by the particle beam.
  • a gantry is to be understood as an arrangement of different beam guiding magnets with which the particle beam can be deflected several times from its original direction so that it strikes the area to be irradiated at a certain angle after leaving the gantry.
  • the particle beam strikes the area to be irradiated at an angle of 45 to 90 ° with respect to the axis of rotation of the gantry.
  • the beam guiding magnets are arranged on a frame, which is part of the gantry, such that the particle beam emerging from the gantry always passes through a fixed region to be irradiated, the so-called "isocenter" , In this way, the radiation dose distributed in the surrounding area of the isocenter to a large volume, so that the radiation exposure outside the isocenter can be kept relatively low. If the gantry is not rotated during the irradiation, then it can be adjusted so that the beam is directed at the patient so that on the way, for example, to the tumor, takes the shortest possible path through the body of the patient.
  • both a variation of the kinetic energy of the particles and a variation of the lateral spatial coordinates at the point of impact of the particle beam are desirable.
  • the particle beam can be deflected in a horizontal or vertical plane by small angles. The deflections of the particle beam caused by the scanner magnets must typically be compensated for by the magnets following in the beam direction such that the particle beam leaves the gantry in almost parallel beams.
  • Such beam guiding magnets have a non-negligible magnetic field in their outer space.
  • the outer space of the beam guiding magnet is to be understood as the area which is not enclosed by the individual magnet coils of the beam guiding magnet.
  • the magnetic flux densities of a beam guiding magnet continue to be in the region of the isocenter typically between 20 mT and 50 mT. These magnetic fields at the location of the isocenter are undesirable for various reasons. In particular, for the treatment of patients with cardiac pacemakers, only a magnetic flux density of 0.5 mT in the area of the patient (patient area) and in particular in the area of the isocentre, that is in the area of an optionally present tumor is permissible.
  • a passive ferromagnetic shield has a high weight.
  • a passive ferromagnetic shielding shows a nonlinear behavior with respect to its interaction with the electrically charged particle beam deflected by the beam guiding magnet.
  • the coils of the beam-guiding magnet are typically subjected to particle particle-adapted currents for deflecting the particle beam.
  • these coils produce a changing magnetic field for deflecting the particle beam, and consequently also a changing far-field.
  • the far field of the beam guiding magnet is kept away from the patient space by an optional passive magnetic shield.
  • the passive magnetic shielding material In the passive magnetic shielding material, corresponding electric currents are induced depending on the magnetic fields applied to them, which leads to the construction of opposing magnetic fields. If the magnetic fields emanating from the beam guiding magnet or the coils of the beam guiding magnet change, the currents induced in the passive magnetic shielding also change.
  • the passive magnetic shield For irradiation of a patient within a patient room, the passive magnetic shield must have an aperture for the passage of the beam of electrically charged particles. Particularly in the region of this aperture, the magnetic conditions change in the event that the currents induced in the passive magnetic shielding change. As a result, each time a coil current of an individual coil of the deflection magnet changes, the magnetic conditions in the region of the aperture of the passive magnetic shield change. As a result, each time the coil current of an individual coil of the deflection magnet changes, a readjustment of the beam of electrically charged particles may become necessary.
  • the object of the present invention is to specify a beam guiding magnet which has a magnetic field with reduced field strength in its outer area compared to the beam guiding magnets known from the prior art. Furthermore, an irradiation system is to be specified with such a beam guiding magnet.
  • the object relating to the beam guiding magnet is achieved by the measures specified in claim 1.
  • the invention is based on the consideration to design a beam guiding magnet such that it has a first and a second coil system, which are designed such that the dipole moments of the first and the second coil system have in opposite directions. Since the dipole moments of the first and second coil systems point in opposite directions, the two dipole moments will at least partially compensate each other. In this way, the resulting dipole moment of the beam guiding magnet can be reduced.
  • the embodiment of the beam guiding magnet according to the invention also takes into account the consideration that the far field of a beam guiding magnet can therefore be lowered by a reduction in the dipole moment of the beam guiding magnet, since a dipole moment with the third power of the distance drops, whereas a quadrupole moment, which represents the next stronger field component when the dipole moment is weakened, decreases with the fifth power of the distance from the beam guiding magnet.
  • a particular beam guiding magnet for deflecting a beam of electrically charged particles along a curved particle path defining a beam guiding plane.
  • the beam of electrically charged particles is to be deflected along the curved particle path into an isocenter.
  • the beam guiding magnet has at least one first coil system with curved individual coils extending along the particle path, which are each arranged in pairs in mirror image to the beam guidance plane.
  • the first coil system comprises at least two saddle-shaped first main coils with side parts elongated in the direction of the particle track and end parts bent upwards, two at least largely flat banana-shaped secondary coils, each enclosing an inner region, and two at least substantially flat banana-shaped correction coils arranged in the respective inner region of the secondary coils ,
  • the beam guiding magnet according to the invention further comprises a second coil system with two banana-shaped curved second main coils extending laterally of the particle track, which are arranged between the first main coils.
  • the second main coils each have a first of the particle trajectory near and a second of the particle trajectory distant elongated, substantially flat second side part.
  • the first and second coil systems produce dipole moments pointing in opposite directions.
  • the field in the outer space of the beam guiding magnet according to the invention can be reduced.
  • an irradiation system should comprise a fixed particle source for generating a beam of electrically charged particles (particle beam). Furthermore, the irradiation system has a gantry system rotatable about a rotation axis and having a plurality of deflection and / or focusing magnets for deflecting and / or focusing the particle beam into an isocenter.
  • the irradiation system according to the invention also has at least one deflection and / or focusing magnet, which is a beam guiding magnet according to one of the aforementioned embodiments.
  • the irradiation system according to the invention has a reduced stray field compared with the irradiation systems known from the prior art. In this way, the electromagnetic compatibility of the irradiation system according to the invention can be improved.
  • FIG. 1 shows an irradiation system 100, with which a beam of electrically charged particles (particle beam) 102, is deflected from a particle source 101 by means of a gantry system along a curved particle path.
  • the particle beam 102 may in particular be a beam of C 6+ ions.
  • the particle beam 102 is guided within a beam guide tube 103. Through the curved path of the particle 102 is a beam guiding plane 104 predetermined.
  • the particle beam 102 is deflected several times from its original direction by means of a plurality of deflection and / or focusing magnets 105 from a direction predetermined by the particle source 101.
  • the deflection and / or focusing magnets 105 are part of the gantry system, which is rotatable about a fixed axis of rotation A.
  • the axis of rotation A of the gantry system ideally coincides with the original direction of the particle beam 102 predetermined by the particle source 101.
  • a gantry system has a frame for holding the corresponding magnets.
  • an isocenter 107 is to be understood as that region in which the particle beam 102 intersects the gantry rotation axis A.
  • the isocenter 107 is located within a patient space 108. If an irradiation system 100 is used, for example, for cancer therapy, then in the area of the isocenter 107 there is, for example, C 6 + Ions to be irradiated tumor.
  • FIG. 2 shows a cross section through a beam guiding magnet 200.
  • the beam guiding magnet 200 shown may be a deflection magnet of a gantry system as shown in FIG. 1 is shown.
  • it may be the magnet of the gantry system, which is traversed last by the particle beam 102 before the particle beam 102 strikes the isocenter 107.
  • the particle beam 102 runs at the in FIG. 2 shown cross-section of the beam guiding magnet 200 in the center, within a beam guiding tube 103.
  • the particle beam 102 follows, as already in connection with FIG. 1 mentioned, a curved track, which defines a beam guiding plane 104.
  • the in FIG. 2 shown beam guide magnet 200 has a first and a second coil system.
  • the individual coils of the first coil system are arranged in pairs in mirror image to the beam guiding plane 104.
  • the first coil system comprises, according to the in FIG. 2 illustrated embodiment, at least two first saddle-shaped main coils 201, 202 with elongated in the direction of the particle track side parts and frontally bent end portions.
  • the beam-guiding magnet 200 furthermore has largely flat, banana-shaped, curved secondary coils 203, 204 arranged mirror-inverted relative to the beam guidance plane 104, each enclosing an inner region.
  • two correction coils 205, 206 arranged in mirror image to the beam guidance plane 104 are arranged, which are likewise curved in a banana-shaped manner.
  • the second coil system has two second, along the particle web extended, banana-shaped curved main coils 207, 208, which are arranged between the first main coils 201, 202.
  • the second main coils 207, 208 each have an elongate, substantially flat first side part 207a, 208a, which is close to the particle track, and a second side part 207b, 208b, which is remote from the particle track, substantially parallel thereto.
  • the individual coils of the first coil system produce, provided they are connected to a current with the in FIG. 2 direction indicated in a known manner, a dipole moment in a direction denoted by 209 direction.
  • the individual coils of the second coil system produce, provided they are connected to a current in the in FIG. 2 indicated direction are applied, a dipole moment in a direction designated 210.
  • the dipole moment generated by the first coil system has with its direction 209 at least approximately in a direction opposite to the dipole moment 210, which is generated by the second coil system.
  • the dipole moment generated by the first coil system and the dipole moment generated by the second coil system will at least partially cancel each other out in the outer region of the beam guiding magnet.
  • the dipole moments of the first and second coil systems can be generated by the respective individual coils of the corresponding coil system such that a reduction or even a minimization of the total dipole moment in the outer region of the beam-guiding magnet 200 is achieved. In this way, the stray field of the beam guiding magnet 200 can be reduced. In the interior of the beam guiding magnet 200, in particular in the region of the beam pipe 103, the dipole moments of the first and second coil systems add up.
  • the dipole portion of a magnet falls off the third power of the distance from the respective generator in the surrounding space.
  • the quadrupole moment of a magnet drops with the fifth power of the distance from the respective generator in space.
  • the in FIG. 2 shown radiation guide magnet 200 may further be designed so that its stray field at certain locations or in certain areas, such as in FIG. 1 shown patient space 108 or the isocenter 107 is low or minimized.
  • minimization of the stray field of the beam guiding magnet 200 can be achieved by designing the number of turns of the individual coils of the first and second coil systems, in particular the number of turns of the first main coils 201, 202 and the second main coils 207, 208 according to this proviso.
  • the first as well as the second coil system can be manufactured using a common conductor. Consequently, the current density inside the individual coils of the first and second coil systems will assume approximately a common constant value.
  • the respective cross sections, in particular the cross sections of the first main coils 201, 202 and the second main coils 207, 208 can be adjusted such that the total dipole moment of the beam guiding magnet 200 is minimized.
  • first main coils 201, 202 and the second main coils 207, 208 disposed in a common plane, so by moving the parting planes 211, 212, the number, or that cross section, which is added to the first and the second main coil, are changed. In this way, an adjustment of the first 209 and second 210 Dipolmomentes can also be achieved.
  • the dipole moment of the second main coils 207, 208 can thereby be adapted to the dipole moment generated by the first coil system (so that the dipole moments of the first and second coil systems largely cancel each other) that the area enclosed by the second main coils 207, 208 in the Beam guide plane 104 is changed by adjusting the distance 213.
  • the individual coils of the beam guiding magnet 200 may comprise metallic LTC superconductor material or may also be made at least partially of metal oxide HTC superconductor material.
  • the beam guiding magnet 200 or its individual coils may preferably be operated at temperatures between 10 K and 40 K, preferably at temperatures between 20 K and 30 K.
  • the individual coils of the beam-guiding magnet 200 may be held by an inner support structure 214. If the beam-guiding magnet 200 has individual coils which contain superconducting material, the individual coils can preferably be arranged together with their support structure 214 in a cryostat 215.
  • the cryostat 215 may further be provided with isolation measures, such as vacuum insulation or superinsulation 216.
  • the components of the beam guiding magnet 200 can furthermore be held within a common housing 217. In particular, the beam-guiding magnet 200 may be free of ferromagnetic material influencing the beam guidance.
  • FIG. 3 shows a longitudinal section through the coil system of a beam guiding magnet 200 as in FIG. 2 is shown in cross section.
  • the particle beam 102 entering the coil system on a first side is deflected with the aid of the curved individual coils in such a way that it meets an isocenter 107 which is located within a patient space 108.
  • the distance between the beam guiding magnet 200 and the patient space 108 may be approximately 1 m in this context.
  • a first main coil 201, a secondary coil 203 and a correction coil 205 arranged in the inner region of the secondary coil 203 are shown.
  • a second main coil 208 and a further second main coil 207 are located on the radially outer edge of the coil system at the radially inner edge of the coil system coil system.
  • the second main coils 207, 208 each have an elongate, substantially flat first side part 207a, 208a, which is close to the particle track, and an elongate, substantially flat second side part 207b, 208b, which is remote from the particle track and substantially parallel thereto.
  • the coil system shown can in particular be the coil system of a beam guiding magnet 200, which is passed last by a particle beam 102 before the particle beam 102 strikes an isocenter 107.
  • FIG. 4 shows a perspective view of the coil system of in FIG. 2 and 3 illustrated beam guiding magnet 200.
  • FIG. 4 also shows a first main coil 201, which in its End regions is bent frontally and there has cranked areas 401.
  • a secondary coil 203 is also shown, as well as arranged in the interior of the sub-coil 203 correction coil 205.
  • a second main coil 207 and 208th At the radially inner edge of the coil system and the radially outer edge of the coil system is in each case a second main coil 207 and 208th

Abstract

The magnet (200) has a coil system with main coils (201,202), secondary coils (203, 204), correction coils (205,206), which are expanded along a particle pathway and are arranged pair wise inversely to a beam guidance level. The main coils have side parts, which stretch in a direction of the particle pathway, and end parts, which are bent on a front side, and the secondary coils include an inner area. The correction coils are curved in the shape of the banana and are arranged in the inner area of the secondary coils. An independent claim is also included for a beam assembly with a beam guidance magnet.

Description

Strahlführungsmagnet zur Ablenkung eines Strahls elektrisch geladener Teilchen längs einer gekrümmten Teilchenbahn und Bestrahlungsanlage mit einem solchen MagnetenBeam guiding magnet for deflecting a beam of electrically charged particles along a curved particle path and irradiation system with such a magnet

Die Erfindung bezieht sich auf einen Strahlführungsmagneten zur Ablenkung eines Strahls elektrisch geladener Teilchen längs einer Teilchenbahn in ein Isozentrum. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Bestrahlungsanlage mit einem solchen Strahlführungsmagneten. Ein solcher Strahlführungsmagnet und eine Bestrahlungsanlage mit einem derartigen Strahlführungsmagneten gehen beispielsweise aus der DE 199 04 675 A1 hervor.The invention relates to a beam guiding magnet for deflecting a beam of electrically charged particles along a particle path into an isocenter. The invention further relates to an irradiation system with such a beam guiding magnet. Such a beam-guiding magnet and an irradiation system with such a beam-guiding magnet go, for example, from DE 199 04 675 A1 out.

Gekrümmte Strahlführungsmagnete kommen verbreitet in Teilchenbeschleunigeranlagen zu einer Ablenkung und/oder Fokussierung eines Strahls geladener Teilchen, wie beispielsweise Elektronen oder Ionen zum Einsatz. Die in einer solchen Teilchenbeschleunigeranlage auf hohe kinetische Energien beschleunigten Teilchen werden zunehmend in der medizinischen Therapie, beispielsweise der Krebstherapie, eingesetzt. Eine Bestrahlungsanlage zur medizinischen Therapie geht beispielsweise aus der vorgenannten DE 199 04 675 A1 oder auch aus der US 4,870,287 hervor. Derartige Bestrahlungsanlagen umfassen eine Teilchenquelle und einen Beschleuniger zur Erzeugung eines hochenergetischen Teilchenstrahls. Der hochenergetische Teilchenstrahl soll nun auf einen zu bestrahlenden Bereich eines Probanden, beispielsweise eine Geschwulst, gerichtet werden.Curved beam guiding magnets are widely used in particle accelerator systems for deflecting and / or focusing a beam of charged particles, such as electrons or ions. The particles accelerated to high kinetic energies in such a particle accelerator system are increasingly used in medical therapy, for example cancer therapy. An irradiation system for medical therapy, for example, from the above DE 199 04 675 A1 or even from the US 4,870,287 out. Such irradiation systems comprise a particle source and an accelerator for generating a high-energy particle beam. The high-energy particle beam is now to be directed to a region of a subject to be irradiated, for example a tumor.

Da es sich bei dem zu bestrahlenden Bereich typischerweise um einen räumlich ausgedehnten Bereich handelt, wird dieser Bereich von dem Teilchenstrahl abgerastert. Um eine entsprechende Rasterbewegung am zu bestrahlenden Ort zu erreichen, wird der Teilchenstrahl um kleine Winkel aus seiner Bahn abgelenkt. Diese Ablenkung wird von den in Strahlrichtung folgenden Ablenkmagneten wieder derart kompensiert, dass der Strahl jeweils parallel versetzt am zu bestrahlenden Ort auftrifft.Since the area to be irradiated is typically a spatially extended area, this area is scanned by the particle beam. In order to achieve a corresponding raster movement at the location to be irradiated, the particle beam is deflected by small angles from its path. This deflection is compensated again by the deflection magnets following in the beam direction in such a way that the Beam in each case offset in parallel staggered at the location to be irradiated.

Weiterhin soll die Strahlendosis im umliegenden Bereich, also dem nicht zu therapierenden Bereich, des Körpers eines Probanden möglichst gering gehalten werden. Um die Strahlendosis in dem nicht zu therapierenden Bereich gering zu halten, bietet es sich an, den zu therapierenden Bereich aus verschiedenen Richtungen zu bestrahlen, um die Strahlenbelastung im umliegenden Gewebe auf ein möglichst großes Volumen zu verteilen. Je nach Lage des zu bestrahlenden Bereiches im Körper des Probanden kann weiterhin die Richtung aus der der Teilchenstrahl auf den zu bestrahlenden Bereich trifft so gewählt werden, dass der Teilchenstrahl auf seinem Weg durch den Körper des Probanden zu dem zu bestrahlenden Bereich einen möglichst kurzen Weg zurücklegt.Furthermore, the radiation dose in the surrounding area, ie the area not to be treated, of the body of a subject should be kept as low as possible. In order to keep the radiation dose in the non-therapeutic area low, it is advisable to irradiate the area to be treated from different directions in order to distribute the radiation exposure in the surrounding tissue to the largest possible volume. Depending on the position of the area to be irradiated in the subject's body, the direction from which the particle beam strikes the area to be irradiated can be chosen such that the particle beam travels as short a path as possible on its way through the subject's body to the area to be irradiated ,

Um eine Bestrahlung eines Probanden aus verschiedenen Richtungen zu ermöglichen, wird der Teilchenstrahl entlang einer durch den Beschleuniger vorgegebenen Achse in eine sogenannte "Gantry" eingeschossen, welche um die durch den Teilchenstrahl vorgegebene Achse drehbar ist.In order to allow irradiation of a subject from different directions, the particle beam is injected along an axis predetermined by the accelerator into a so-called "gantry", which is rotatable about the axis predetermined by the particle beam.

Unter einer Gantry ist in diesem Zusammenhang eine Anordnung aus verschiedenen Strahlführungsmagneten zu verstehen, mit denen der Teilchenstrahl mehrfach aus seiner ursprünglichen Richtung abgelenkt werden kann, so dass er nach verlassen der Gantry unter einem bestimmten Winkel auf den zu bestrahlenden Bereich trifft. Typischerweise trifft der Teilchenstrahl unter einem Winkel von 45 bis 90°, bezüglich der Rotationsachse der Gantry, auf den zu bestrahlenden Bereich.In this context, a gantry is to be understood as an arrangement of different beam guiding magnets with which the particle beam can be deflected several times from its original direction so that it strikes the area to be irradiated at a certain angle after leaving the gantry. Typically, the particle beam strikes the area to be irradiated at an angle of 45 to 90 ° with respect to the axis of rotation of the gantry.

Damit eine Bestrahlung eines zu therapierenden Bereiches von mehreren Seiten erfolgen kann, sind die Strahlführungsmagnete auf einem Gestell, welches Teil der Gantry ist, derart angeordnet, dass der aus der Gantry austretende Teilchenstrahl stets durch einen festen zu bestrahlenden Bereich, das sogenannte "Isozentrum" verläuft. Auf diese Weise kann die Strahlendosis im umliegenden Bereich des Isozentrums auf ein großes Volumen verteilt werden, so dass die Strahlenbelastung außerhalb des Isozentrums verhältnismäßig gering gehalten werden kann. Wird die Gantry während der Bestrahlung nicht gedreht, so kann diese derart eingestellt werden, dass der Strahl so auf den Patienten gerichtet wird, dass dieser auf dem Weg, beispielsweise zu der Geschwulst, einen möglichst kurzen Weg durch den Körper des Patienten nimmt.So that irradiation of a region to be treated can take place from several sides, the beam guiding magnets are arranged on a frame, which is part of the gantry, such that the particle beam emerging from the gantry always passes through a fixed region to be irradiated, the so-called "isocenter" , In this way, the radiation dose distributed in the surrounding area of the isocenter to a large volume, so that the radiation exposure outside the isocenter can be kept relatively low. If the gantry is not rotated during the irradiation, then it can be adjusted so that the beam is directed at the patient so that on the way, for example, to the tumor, takes the shortest possible path through the body of the patient.

Zur Bestrahlung einer räumlich ausgedehnten Geschwulst oder eines räumlich ausgedehnten Tumors ist neben einer Variation des Winkels unter dem der Teilchenstrahl auf den zu bestrahlenden Bereich trifft, sowohl eine Variation der kinetischen Energie der Teilchen, wie auch eine Variation der lateralen Ortskoordinaten am Auftreffpunkt des Teilchenstrahls wünschenswert. Zu einer Variation der lateralen Ortskoordinaten des Teilchenstrahls werden typischerweise Scannermagnete in die Gantry integriert. Mit Hilfe dieser Scannermagnete kann der Teilchenstrahl in einer horizontalen bzw. vertikalen Ebene um jeweils kleine Winkel abgelenkt werden. Die durch die Scannermagnete hervorgerufenen Ablenkungen des Teilchenstrahls müssen typischerweise von den in Strahlrichtung folgenden Magneten derart kompensiert werden, dass der Teilchenstrahl die Gantry in nahezu parallelen Strahlen verlässt.For irradiation of a spatially extended tumor or of a spatially extended tumor, in addition to a variation of the angle at which the particle beam strikes the area to be irradiated, both a variation of the kinetic energy of the particles and a variation of the lateral spatial coordinates at the point of impact of the particle beam are desirable. For a variation of the lateral location coordinates of the particle beam typically scanner magnets are integrated into the gantry. With the help of these scanner magnets, the particle beam can be deflected in a horizontal or vertical plane by small angles. The deflections of the particle beam caused by the scanner magnets must typically be compensated for by the magnets following in the beam direction such that the particle beam leaves the gantry in almost parallel beams.

Aus den vorgenannten an die Magnete einer Gantry gestellten Bedingungen, ergeben sich ionenoptische Anforderungen an die Konstruktion der Strahlführungsmagnete. Aus dem Stand der Technik bekannte Spulendesigns sind hinsichtlich dieser Kriterien im Allgemeinen optimiert.From the above conditions imposed on the magnets of a gantry, there are ion optical requirements for the design of the beam guiding magnets. Coil designs known in the art are generally optimized with respect to these criteria.

Derartige Strahlführungsmagnete weisen ein nicht zu vernachlässigendes Magnetfeld in ihrem Außenraum auf. Unter dem Außenraum des Strahlführungsmagneten ist in diesem Zusammenhang derjenige Bereich zu verstehen, der nicht von den einzelnen Magnetspulen des Strahlführungsmagneten umschlossen ist.Such beam guiding magnets have a non-negligible magnetic field in their outer space. In this context, the outer space of the beam guiding magnet is to be understood as the area which is not enclosed by the individual magnet coils of the beam guiding magnet.

Die magnetischen Flussdichten eines Strahlführungsmagneten betragen weiterhin im Bereich des Isozentrums typischerweise zwischen 20 mT und 50 mT. Diese magnetischen Felder am Ort des Isozentrums sind aus verschiedenen Gründen nicht wünschenswert. Insbesondere ist zur Behandlung von Patienten mit Herzschrittmachern lediglich eine magnetische Flussdichte von 0,5 mT im Bereich des Patienten (Patientenraum) und insbesondere im Bereich des Isozentrums, also im Bereich eines gegebenenfalls vorhandenen Tumors zulässig.The magnetic flux densities of a beam guiding magnet continue to be in the region of the isocenter typically between 20 mT and 50 mT. These magnetic fields at the location of the isocenter are undesirable for various reasons. In particular, for the treatment of patients with cardiac pacemakers, only a magnetic flux density of 0.5 mT in the area of the patient (patient area) and in particular in the area of the isocentre, that is in the area of an optionally present tumor is permissible.

Prinzipiell ist eine passive magnetische Abschirmung des Patientenraumes möglich.In principle, a passive magnetic shielding of the patient's space is possible.

Zum einen weist eine passive ferromagnetische Abschirmung ein hohes Gewicht auf. Zum anderen zeigt eine passive ferromagnetische Abschirmung ein nicht lineares Verhalten bzgl. ihrer Wechselwirkung mit dem elektrisch geladenen, durch den Strahlführungsmagneten abgelenkten Teilchenstrahl.On the one hand, a passive ferromagnetic shield has a high weight. On the other hand, a passive ferromagnetic shielding shows a nonlinear behavior with respect to its interaction with the electrically charged particle beam deflected by the beam guiding magnet.

Abhängig von der Energie der durch den Strahlführungsmagneten abgelenkten elektrisch geladenen Teilchen des Teilchenstrahls werden typischerweise die Spulen des Strahlführungsmagneten mit an die Teilchenenergie angepassten Strömen zur Ablenkung des Teilchenstrahls beaufschlagt. Abhängig von der Bestromung der Spulen des Strahlführungsmagneten erzeugen diese Spulen ein sich änderndes Magnetfeld zur Ablenkung des Teilchenstrahls, und folglich auch ein sich änderndes Fernfeld. Das Fernfeld des Strahlführungsmagneten wird durch eine gegebenenfalls vorhandene passive magnetische Abschirmung von dem Patientenraum ferngehalten. In dem Material der passiven magnetischen Abschirmung werden abhängig von den auf sie einwirkenden magnetischen Feldern entsprechende elektrische Ströme induziert, welche zum Aufbau von magnetischen Gegenfeldern führen. Ändern sich die von dem Strahlführungsmagneten bzw. den Spulen des Strahlführungsmagneten ausgehenden magnetischen Felder, so ändern sich auch die in der passiven magnetischen Abschirmung induzierten Ströme.Depending on the energy of the electrically guided particles of the particle beam deflected by the beam-guiding magnet, the coils of the beam-guiding magnet are typically subjected to particle particle-adapted currents for deflecting the particle beam. Depending on the energization of the coils of the beam-guiding magnet, these coils produce a changing magnetic field for deflecting the particle beam, and consequently also a changing far-field. The far field of the beam guiding magnet is kept away from the patient space by an optional passive magnetic shield. In the passive magnetic shielding material, corresponding electric currents are induced depending on the magnetic fields applied to them, which leads to the construction of opposing magnetic fields. If the magnetic fields emanating from the beam guiding magnet or the coils of the beam guiding magnet change, the currents induced in the passive magnetic shielding also change.

Damit eine Bestrahlung eines Patienten innerhalb eines Patientenraumes möglich ist, muss die passive magnetische Abschirmung eine Apertur zum Durchtritt des Strahls elektrisch geladener Teilchen aufweisen. Insbesondere im Bereich dieser Apertur verändern sich die magnetischen Verhältnisse in dem Fall, dass sich die in der passiven magnetischen Schirmung induzierten Ströme verändern. Dies hat zur Folge, dass bei jeder Änderung eines Spulenstroms einer Einzelspule des Ablenkmagneten sich die magnetischen Verhältnisse im Bereich der Apertur der passiven magnetischen Abschirmung verändern. Dies hat zur Folge, dass bei jeder Änderung des Spulenstroms einer Einzelspule des Ablenkmagneten eine Neujustierung des Strahls elektrisch geladener Teilchen notwendig werden kann.For irradiation of a patient within a patient room, the passive magnetic shield must have an aperture for the passage of the beam of electrically charged particles. Particularly in the region of this aperture, the magnetic conditions change in the event that the currents induced in the passive magnetic shielding change. As a result, each time a coil current of an individual coil of the deflection magnet changes, the magnetic conditions in the region of the aperture of the passive magnetic shield change. As a result, each time the coil current of an individual coil of the deflection magnet changes, a readjustment of the beam of electrically charged particles may become necessary.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Strahlführungsmagneten anzugeben, der gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Strahlführungsmagneten, in seinem Außenbereich ein Magnetfeld mit verringerter Feldstärke aufweist. Weiterhin soll eine Bestrahlungsanlage mit einem solchen Strahlführungsmagneten angegeben werden.The object of the present invention is to specify a beam guiding magnet which has a magnetic field with reduced field strength in its outer area compared to the beam guiding magnets known from the prior art. Furthermore, an irradiation system is to be specified with such a beam guiding magnet.

Die sich auf den Strahlführungsmagneten beziehende Aufgabe wird mit den in Anspruch 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.The object relating to the beam guiding magnet is achieved by the measures specified in claim 1.

Der Erfindung liegt dabei die Überlegung zugrunde, einen Strahlführungsmagneten derart auszugestalten, dass dieser ein erstes und ein zweites Spulensystem aufweist, welche derart ausgestaltet sind, dass die Dipolmomente des ersten und des zweiten Spulensystems in entgegengesetzte Richtungen weisen. Da die Dipolmomente des ersten und zweiten Spulensystems in entgegengesetzte Richtungen weisen, werden sich die beiden Dipolmomente zumindest teilweise kompensieren. Auf diese Weise kann das resultierende Dipolmoment des Strahlführungsmagneten verringert werden. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Strahlführungsmagneten berücksichtigt dabei weiterhin die Überlegung, dass das Fernfeld eines Strahlführungsmagneten durch eine Verringerung des Dipolmomentes des Strahlführungsmagneten deshalb gesenkt werden kann, da ein Dipolmoment mit der dritten Potenz der Entfernung abfällt, wo hingegen ein Quadrupolmoment, welches bei Schwächung des Dipolmomentes die nächst stärkere Feldkomponente darstellt, mit der fünften Potenz der Entfernung von dem Strahlführungsmagneten abfällt.The invention is based on the consideration to design a beam guiding magnet such that it has a first and a second coil system, which are designed such that the dipole moments of the first and the second coil system have in opposite directions. Since the dipole moments of the first and second coil systems point in opposite directions, the two dipole moments will at least partially compensate each other. In this way, the resulting dipole moment of the beam guiding magnet can be reduced. The embodiment of the beam guiding magnet according to the invention also takes into account the consideration that the far field of a beam guiding magnet can therefore be lowered by a reduction in the dipole moment of the beam guiding magnet, since a dipole moment with the third power of the distance drops, whereas a quadrupole moment, which represents the next stronger field component when the dipole moment is weakened, decreases with the fifth power of the distance from the beam guiding magnet.

Erfindungsgemäß wird ein besonderer Strahlführungsmagnet zur Ablenkung eines Strahls elektrisch geladener Teilchen längs einer gekrümmten Teilchenbahn, die eine Strahlführungsebene festlegt, angegeben. Der Strahl elektrisch geladener Teilchen soll längs der gekrümmten Teilchenbahn in ein Isozentrum abgelenkt werden. Der Strahlführungsmagnet weist zumindest ein erstes Spulensystem mit entlang der Teilchenbahn ausgedehnten gekrümmten Einzelspulen auf, die jeweils paarweise spiegelbildlich zu der Strahlführungsebene angeordnet sind. Das erste Spulensystem umfasst zumindest zwei sattelförmige erste Hauptspulen mit in Richtung der Teilchenbahn langgestreckten Seitenteilen und stirnseitig aufgebogenen Endteilen, zwei zumindest weitgehend flache bananenförmig gekrümmte Nebenspulen, die jeweils einen Innenbereich umschließen, und zwei zumindest weitgehend flache in dem jeweiligen Innenbereich der Nebenspulen angeordnete bananenförmig gekrümmte Korrekturspulen. Der erfindungsgemäße Strahlführungsmagnet umfasst weiterhin ein zweites Spulensystem mit zwei, seitlich der Teilchenbahn ausgedehnten bananenförmig gekrümmten zweiten Hauptspulen, die zwischen den ersten Hauptspulen angeordnet sind. Die zweiten Hauptspulen weisen jeweils ein erstes der Teilchenbahn nahes und ein zweites der Teilchenbahn fernes langgestrecktes, im Wesentlichen flaches zweites Seitenteil auf. Erfindungsgemäß sind mit dem ersten und zweiten Spulensystem Dipolmomente zu erzeugen, die in entgegengesetzte Richtungen weisen.According to the invention, a particular beam guiding magnet is provided for deflecting a beam of electrically charged particles along a curved particle path defining a beam guiding plane. The beam of electrically charged particles is to be deflected along the curved particle path into an isocenter. The beam guiding magnet has at least one first coil system with curved individual coils extending along the particle path, which are each arranged in pairs in mirror image to the beam guidance plane. The first coil system comprises at least two saddle-shaped first main coils with side parts elongated in the direction of the particle track and end parts bent upwards, two at least largely flat banana-shaped secondary coils, each enclosing an inner region, and two at least substantially flat banana-shaped correction coils arranged in the respective inner region of the secondary coils , The beam guiding magnet according to the invention further comprises a second coil system with two banana-shaped curved second main coils extending laterally of the particle track, which are arranged between the first main coils. The second main coils each have a first of the particle trajectory near and a second of the particle trajectory distant elongated, substantially flat second side part. According to the invention, the first and second coil systems produce dipole moments pointing in opposite directions.

Vorteilhaft kann aufgrund der in entgegengesetzte Richtungen weisenden Dipolmomente des ersten und zweiten Spulensystems das Feld im Außenraum des erfindungsgemäßen Strahlführungsmagnetes verringert werden.Advantageously, due to the dipole moments of the first and second coil systems facing in opposite directions, the field in the outer space of the beam guiding magnet according to the invention can be reduced.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Strahlführungsmagneten gehen aus den von Anspruch 1 abhängigen Ansprüchen hervor. Dabei kann die Ausführungsform nach Anspruch 1 mit den Merkmalen eines, vorzugsweise mit denen mehrerer Unteransprüche kombiniert werden. Demgemäß kann der Strahlführungsmagnet noch die folgenden Merkmale aufweisen:

  • Das erste und zweite Spulensystem können derart erregt sein, dass im Außenbereich des Strahlführungsmagneten die Summe der Dipolmomente des ersten und zweiten Spulensystems minimiert ist. Eine Ausgestaltung des Strahlführungsmagneten, so dass im Außenbereich des Strahlführungsmagneten die Summe der Dipolmomente des ersten und zweiten Spulensystems minimiert ist, führt zu einem raschen Abfall des Streufeldes des Strahlführungsmagneten mit dem Abstand von dem Strahlführungsmagneten. Auf diese Weise kann die elektromagnetische Verträglichkeit des Strahlführungsmagneten verbessert werden.
  • Das erste und zweite Spulensystem des Strahlführungsmagneten kann derart erregt sein, dass die Summe der von dem ersten und dem zweiten Spulensystem erzeugten Magnetfelder zumindest am Ort des Isozentrums minimiert ist. Durch eine Minimierung des Magnetfeldes des Strahlführungsmagneten zumindest am Ort des Isozentrums kann eine Wechselwirkung mit weiteren medizinischen Instrumenten, welche im Bereich des Patienten vorliegen, verringert werden. Weiterhin kann insbesondere die Wechselwirkung mit innerhalb des Körpers des Patienten vorliegenden medizinischen Instrumenten, wie beispielsweise einem Herzschrittmacher, verringert werden.
  • Die Einzelspulen des ersten und des zweiten Spulensystems können elektrisch in Reihe geschaltet sein. Weiterhin können das erste und das zweite Spulensystem konstruktiv derart ausgelegt sein, dass ein einem Außenbereich des Strahlführungsmagneten die Summe der Dipolmomente des ersten und des zweiten Spulensystems minimiert ist. Die vorgenannte Ausführungsform stellt eine besonders einfache Ausgestaltungsform eines Strahlführungsmagneten mit verringertem Streufeld dar.
  • Die Einzelspulen des ersten und zweiten Spulensystems können elektrisch in Reihe geschaltet sein. Das erste und zweite Spulensystem kann weiterhin konstruktiv derart ausgelegt sein, dass zumindest am Ort des Isozentrums die Summe der von dem ersten und dem zweiten Spulensystem erzeugten Magnetfelder minimiert ist. Die vorgenannte Ausführungsform stellt eine besonders einfache Ausgestaltungsform eines Strahlführungsmagneten mit verringertem Streufeld dar.
Advantageous embodiments of the beam guiding magnet according to the invention will become apparent from the dependent of claim 1 claims. In this case, the embodiment according to claim 1 with the features of, preferably combined with those of several subclaims. Accordingly, the beam-guiding magnet may still have the following features:
  • The first and second coil systems can be excited such that the sum of the dipole moments of the first and second coil systems is minimized in the outer region of the beam-guiding magnet. An embodiment of the beam guiding magnet, so that the sum of the dipole moments of the first and second coil systems is minimized in the outer region of the beam guiding magnet, leads to a rapid decrease of the stray field of the beam guiding magnet with the distance from the beam guiding magnet. In this way, the electromagnetic compatibility of the beam guiding magnet can be improved.
  • The first and second coil system of the beam guiding magnet can be excited such that the sum of the magnetic fields generated by the first and the second coil system is minimized at least at the location of the isocenter. By minimizing the magnetic field of the beam guiding magnet at least at the location of the isocenter, an interaction with other medical instruments present in the area of the patient can be reduced. Furthermore, in particular, the interaction with medical instruments present within the body of the patient, such as, for example, a pacemaker, can be reduced.
  • The individual coils of the first and second coil systems can be electrically connected in series. Furthermore, the first and the second coil system can be constructively designed in such a way that the sum of the dipole moments of the first and the second coil system is minimized to an outer region of the beam-guiding magnet. The aforementioned embodiment provides a particularly simple Embodiment of a beam guiding magnet with reduced stray field.
  • The individual coils of the first and second coil systems can be electrically connected in series. The first and second coil system can furthermore be structurally designed such that the sum of the magnetic fields generated by the first and the second coil system is minimized at least at the location of the isocenter. The aforementioned embodiment represents a particularly simple embodiment of a beam guiding magnet with reduced stray field.

Die Strahlführungsmagnete gemäß den vorstehenden Ausführungsformen sind insbesondere gegenüber einem Strahlführungsmagneten mit einer passiven ferromagnetischen Abschirmung des Patientenraumes vorteilhaft. Durch eine aktive Verringerung des Streufeldes des Strahlführungsmagneten gemäß den zuvor genannten Ausführungsformen kann das Magnetfeld im Patientenraum, insbesondere am Ort des Isozentrums minimiert werden, ohne dass die technischen Probleme einer passiven magnetischen Abschirmung, wie beispielsweise ein hohes Gewicht und der damit verbundene konstruktive Aufwand, in Kauf genommen werden muss.

  • Die Einzelspulen des ersten und zweiten Spulensystems können elektrisch in Reihe geschaltet sein und die Windungszahlen der Einzelspulen können derart dimensioniert sein, dass die Summe der Dipolmomente des ersten und zweiten Spulensystems minimiert ist. Durch die elektrische Reihenschaltung der Einzelspulen des ersten und zweiten Spulensystems ist die Stromdichte in allen Einzelspulen des Strahlführungsmagneten im Wesentlichen gleich. Eine Anpassung der von dem ersten bzw. zweiten Spulensystem erzeugten, in entgegengesetzte Richtungen weisenden Dipolmomente derart, dass diese Anpassung über die Windungszahlen der Einzelspulen erfolgt, stellt eine einfache effektive und insbesondere für die Herstellung der Einzelspulen vorteilhafte Lösung dar.
  • Die Einzelspulen des ersten und zweiten Spulensystems können elektrisch in Reihe geschaltet sein und die zweiten Hauptspulen können in der Strahlführungsebene eine derart bemessene Fläche einschließen, so dass die Summe der Dipolmomente des ersten und zweiten Spulensystems minimiert ist. Eine Anpassung der von dem ersten bzw. zweiten Spulensystem erzeugten Dipolmomente derart, dass das von dem zweiten Spulensystem erzeugte Dipolmoment über die von den zweiten Hauptspulen in der Strahlführungsebene eingeschlossenen Fläche eingestellt wird, stellt eine einfache konstruktive Maßnahme dar. Insbesondere kann die von den zweiten Hauptspulen in der Strahlführungsebene eingeschlossene Fläche durch eine nachträgliche Justage leicht verändert werden, da die zweiten Hauptspulen des Strahlführungsmagneten leicht zugänglich sind.
  • Die Nebenspulen können sich zwischen den aufgebogenen Endteilen ihrer jeweils zugeordneten ersten Hauptspule erstrecken. Durch die vorgenannte Anordnung der Nebenspulen und der ersten Hauptspulen kann ein Strahlführungsmagnet mit einer kompakten Bauweise angegeben werden.
  • Der Strahlführungsmagnet kann frei von ferromagnetischem die Strahlführung beeinflussende Material sein. Durch den Verzicht auf ferromagnetisches, die Strahlführung beeinflussendes Material kann ein Strahlführungsmagnet mit reduziertem Gewicht und den damit verbundenen Vorteilen angegeben werden. Ebenfalls vorteilhaft kann mit einem solchen Strahlführungsmagnet ein magnetisches Feld erzeugt werden, das eine Feldstärke aufweiset, die oberhalb der ferromagnetischen Sättigung des ferromagnetischen Materials liegt.
  • Die Leiter der Einzelspulen können metallisches LTC-Supraleitermaterial aufweisen. Metallisches LTC-Supraleitermaterial (Tieftemperatursupraleitermaterial) ist technisch ausgereift und gut zu verarbeiten. Im Hinblick auf die Fertigung eines Strahlführungsmagneten gemäß der vorgenannten Ausführungsform stellt dies einen Vorteil dar.
  • Die Leiter der Einzelspulen können stattdessen oder auch metalloxidisches HTC-Supraleitermaterial aufweisen. HTC-Supraleitermaterial (Hochtemperatursupraleitermaterial), vorzugsweise HTC-Supraleitermaterial welches in Bandform vorliegt, weist gegenüber Tieftemperatursupraleitermaterial höhere Betriebstemperaturen auf. Für den Betrieb einer Einzelspule, welche HTC-Supraleitermaterial aufweist, ist folglich ein verringerter kühltechnischer Aufwand notwendig.
  • Die Leiter der Einzelspulen, welche HTC-Supraleitermaterial aufweisen, können in einem Temperaturbereich zwischen 10 K und 40 K, vorzugsweise in einem Temperaturbereich zwischen 20 K und 30 K, betrieben werden. In den vorgenannten Temperaturbereichen weisen typische HTC-Supraleitermaterialien hinreichend hohe kritische Stromtragfähigkeiten bzw. Stromdichten auf.
The beam guiding magnets according to the above embodiments are particularly advantageous over a beam guiding magnet with a passive ferromagnetic shielding of the patient's space. By actively reducing the stray field of the beam guiding magnet according to the aforementioned embodiments, the magnetic field in the patient space, in particular at the location of the isocenter can be minimized without the technical problems of passive magnetic shielding, such as high weight and the associated design effort Purchase must be taken.
  • The individual coils of the first and second coil systems can be electrically connected in series, and the number of turns of the individual coils can be dimensioned such that the sum of the dipole moments of the first and second coil systems is minimized. As a result of the electrical series connection of the individual coils of the first and second coil systems, the current density in all the individual coils of the beam guiding magnet is essentially the same. An adaptation of the generated by the first and second coil system, pointing in opposite directions dipole moments such that this adjustment takes place on the number of turns of the individual coils, provides a simple effective and advantageous in particular for the production of the individual coils Solution.
  • The individual coils of the first and second coil systems may be electrically connected in series, and the second main coils may include such a metered area in the beam guiding plane that the sum of the dipole moments of the first and second coil systems is minimized. An adaptation of the dipole moments generated by the first or second coil system in such a way that the dipole moment generated by the second coil system is set by the area enclosed by the second main coils in the beam guidance plane represents a simple structural measure. In particular, that of the second main coils in the beam guiding plane enclosed surface can be easily changed by a subsequent adjustment, since the second main coils of the beam guiding magnet are easily accessible.
  • The secondary coils may extend between the bent end portions of their respective associated first main coil. By the aforementioned arrangement of the sub coils and the first main coils, a beam guiding magnet having a compact structure can be specified.
  • The beam guiding magnet may be free of ferromagnetic material influencing the beam guidance. By dispensing with ferromagnetic material influencing the beam guidance, a beam guiding magnet with reduced weight and the associated advantages can be specified. Also advantageously, with such a beam guiding a magnetic field can be generated, which has a field strength which is above the ferromagnetic saturation of the ferromagnetic material.
  • The conductors of the individual coils may comprise metallic LTC superconductor material. Metallic LTC superconducting material (low temperature superconducting material) technically mature and easy to work with. With regard to the manufacture of a beam guiding magnet according to the aforementioned embodiment, this is an advantage.
  • The conductors of the individual coils may instead or even have metal oxide HTC superconductor material. HTC superconductor material (high-temperature superconducting material), preferably HTC superconductor material which is in strip form, has higher operating temperatures than cryogenic superconductor material. For the operation of a single coil, which has HTC superconductor material, therefore, a reduced cooling technical effort is necessary.
  • The conductors of the individual coils, which comprise HTC superconductor material, can be operated in a temperature range between 10 K and 40 K, preferably in a temperature range between 20 K and 30 K. In the abovementioned temperature ranges, typical HTC superconductor materials have sufficiently high critical current carrying capacities or current densities.

Die sich auf eine Bestrahlungsanlage beziehende Aufgabe wird mit den in Anspruch 13 angegebenen Maßnahmen gelöst.The object relating to an irradiation facility is achieved by the measures specified in claim 13.

Demgemäß soll eine Bestrahlungsanlage nach der Erfindung eine feststehende Teilchenquelle zur Erzeugung eines Strahls elektrisch geladener Teilchen (Teilchenstrahl) aufweisen. Weiterhin weist die Bestrahlungsanlage ein um eine Rotationsachse drehbares Gantry-System mit mehreren Ablenk- und/oder Fokussierungsmagneten zur Ablenkung und/oder Fokussierung des Teilchenstrahls in ein Isozentrum auf. Die erfindungsgemäße Bestrahlungsanlage weist weiterhin zumindest einen Ablenk-und/oder Fokussierungsmagneten auf, der ein Strahlführungsmagnet nach einer der vorgenannten Ausführungsformen ist.Accordingly, an irradiation system according to the invention should comprise a fixed particle source for generating a beam of electrically charged particles (particle beam). Furthermore, the irradiation system has a gantry system rotatable about a rotation axis and having a plurality of deflection and / or focusing magnets for deflecting and / or focusing the particle beam into an isocenter. The irradiation system according to the invention also has at least one deflection and / or focusing magnet, which is a beam guiding magnet according to one of the aforementioned embodiments.

Die erfindungsgemäße Bestrahlungsanlage weist gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Bestrahlungsanlagen ein verringertes Streufeld auf. Auf diese Weise kann die elektromagnetische Verträglichkeit der erfindungsgemäßen Bestrahlungsanlage verbessert werden.The irradiation system according to the invention has a reduced stray field compared with the irradiation systems known from the prior art. In this way, the electromagnetic compatibility of the irradiation system according to the invention can be improved.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Bestrahlungsanlage gehen aus den von Anspruch 13 abhängigen Ansprüchen hervor. Dabei kann die Bestrahlungsanlage nach Anspruch 13 mit den Merkmalen eines, vorzugsweise mit denen mehrerer Unteransprüche kombiniert werden. Demgemäß kann die Bestrahlungsanlage nach der Erfindung zusätzlich noch die folgenden Merkmale aufweise:

  • Die Bestrahlungsanlage kann als Ablenk- und/oder Fokussierungsmagneten, welcher von dem Teilchenstrahl vor Erreichen des Isozentrums zuletzt durchlaufen wird, einen Strahlführungsmagneten nach einer der vorgenannten Ausführungsformen enthalten. Derjenige Ablenk- und/oder Fokussierungsmagnet einer Bestrahlungsanlage, welche von dem Teilchenstrahl vor Erreichen des Isozentrums zuletzt durchlaufen wird, befindet sich in der Regel nahe am Patientenraum. Gemäß der vorgenannten Ausführungsform kann eine Bestrahlungsanlage angegeben werden, welche insbesondere im Hinblick auf eine geringere magnetische Belastung des Patientenraumes verbessert ist.
  • Die Bestrahlungsanlage kann einen Strahlführungsmagneten aufweisen, dessen Magnetfeld zumindest im Patientenraum, vorzugsweise zumindest am Ort des Isozentrums, minimiert ist. Eine Minimierung des Magnetfeldes im Patientenraum, vorzugsweise am Ort des Isozentrums, stellt eine graduelle Verbesserung der elektromagnetischen Verträglichkeit der Bestrahlungsanlage dar. Insbesondere können mit einer Bestrahlungsanlage gemäß der vorgenannten Ausführungsform Patienten behandelt werden, welche inkorporal elektromagnetisch sensible Geräte, wie beispielsweise einen Herzschrittmacher tragen.
  • Der Teilchenstrahl aus C6+-Teilchen bestehen. C6+-Teilchen werden zunehmend in der Krebstherapie eingesetzt. Mit einer Bestrahlungsanlage gemäß der vorgenannten Ausführungsform kann eine für die Krebstherapie geeignete Bestrahlungsanlage angegeben werden, welche ein vermindertes Fernfeld aufweist, und somit einen breiteren Anwendungsbereich erschließen kann. Beispielsweise können mit einer Bestrahlungsanlage gemäß der genannten Ausführungsform Krebspatienten behandelt werden, welche inkorporal ein elektromagnetisch sensibles Gerät, wie beispielsweise einen Herzschrittmacher tragen.
Advantageous embodiments of the irradiation system are apparent from the dependent of claim 13 claims. In this case, the irradiation system according to claim 13 with the features of, preferably combined with those of several subclaims. Accordingly, the irradiation system according to the invention may additionally have the following features:
  • The irradiation system can contain as a deflection and / or focusing magnet, which is traversed by the particle beam before reaching the isocenter last, a beam guiding magnet according to one of the aforementioned embodiments. The deflection and / or focusing magnet of an irradiation system, which is traversed last by the particle beam before reaching the isocenter, is usually located close to the patient's room. According to the aforementioned embodiment, an irradiation facility can be specified, which is improved in particular with regard to a lower magnetic load on the patient's space.
  • The irradiation system can have a beam guiding magnet whose magnetic field is minimized at least in the patient's room, preferably at least at the location of the isocenter. A minimization of the magnetic field in the patient space, preferably at the location of the isocenter, represents a gradual improvement of the electromagnetic compatibility of the irradiation facility. In particular, with an irradiation facility according to the aforementioned embodiment, patients can be treated, who carry corporeally electromagnetically sensitive devices, such as a cardiac pacemaker.
  • The particle beam consist of C 6+ particles. C 6+ particles are increasingly used in cancer therapy. With an irradiation system according to the aforementioned embodiment, an irradiation system suitable for cancer therapy can be specified, which has a reduced far field, and thus can open up a broader field of application. For example, can be treated with an irradiation system according to the above embodiment, cancer patients who carry ankorkoral an electromagnetic sensitive device, such as a pacemaker.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Strahlführungsmagneten sowie der erfindungsgemäßen Bestrahlungsanlage gehen aus den vorstehend nicht angesprochenen Ansprüchen sowie insbesondere aus der nachfolgend erläuterten Zeichnung hervor. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Strahlführungsmagneten sowie der erfindungsgemäßen Bestrahlungsanlage in schematisierter Darstellung angedeutet. In der Zeichnung zeigen

  • Figur 1 eine Bestrahlungsanlage mit einem Gantry-System,
  • Figur 2 einen Strahlführungsmagneten im Querschnitt,
  • Figur 3 einen Strahlführungsmagneten im Längsschnitt und
  • Figur 4 einen Strahlführungsmagneten in Perspektivansicht.
Further advantageous embodiments of the beam guiding magnet according to the invention and the irradiation system according to the invention are apparent from the claims not mentioned above and in particular from the drawing explained below. In the drawing, embodiments of the beam guiding magnet according to the invention and the irradiation system according to the invention are indicated in a schematic representation. In the drawing show
  • FIG. 1 an irradiation facility with a gantry system,
  • FIG. 2 a beam guiding magnet in cross section,
  • FIG. 3 a beam guiding magnet in longitudinal section and
  • FIG. 4 a beam guiding magnet in perspective view.

Sich in der Zeichnung entsprechende Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Weitere in der Zeichnung nicht explizit erläuterte Teile sind allgemeiner Stand der Technik.Corresponding parts in the drawing are provided with the same reference numerals. Other parts not explicitly explained in the drawing are general state of the art.

Figur 1 zeigt eine Bestrahlungsanlage 100, mit welcher ein Strahl elektrisch geladener Teilchen (Teilchenstrahl) 102, ausgehend von einer Teilchenquelle 101 mit Hilfe eines Gantry-Systems entlang einer gekrümmten Teilchenbahn abgelenkt wird. Bei dem Teilchenstrahl 102 kann es sich insbesondere um einen Strahl von C6+-Ionen handeln. Der Teilchenstrahl 102 wird innerhalb eines Strahlführungsrohres 103 geführt. Durch die gekrümmte Bahn des Teilchenstrahls 102 wird eine Strahlführungsebene 104 vorgegeben. Der Teilchenstrahl 102 wird aus einer durch die Teilchenquelle 101 vorgegebenen Richtung mit Hilfe mehrerer Ablenk- und/oder Fokussierungsmagnete 105 aus seiner ursprünglichen Richtung mehrfach abgelenkt. Die Ablenk- und/oder Fokussierungsmagnete 105, sowie weitere Magnete, beispielsweise sogenannte Scanner-Magnete 106, sind Teil des Gantry-Systems, welches um eine festgelegte Rotationsachse A drehbar ist. Die Rotationsachse A des Gantry-Systems fällt im Idealfall mit der durch die Teilchenquelle 101 vorgegebenen ursprünglichen Richtung des Teilchenstrahls 102 zusammen. Neben den Ablenk- und/oder Fokussierungsmagneten 105, sowie gegebenenfalls vorhandenen weiteren Magneten wie beispielsweise Scanner-Magneten 106, weist ein Gantry-System ein Gestell zur Halterung der entsprechenden Magnete auf. FIG. 1 shows an irradiation system 100, with which a beam of electrically charged particles (particle beam) 102, is deflected from a particle source 101 by means of a gantry system along a curved particle path. The particle beam 102 may in particular be a beam of C 6+ ions. The particle beam 102 is guided within a beam guide tube 103. Through the curved path of the particle 102 is a beam guiding plane 104 predetermined. The particle beam 102 is deflected several times from its original direction by means of a plurality of deflection and / or focusing magnets 105 from a direction predetermined by the particle source 101. The deflection and / or focusing magnets 105, as well as other magnets, for example so-called scanner magnets 106, are part of the gantry system, which is rotatable about a fixed axis of rotation A. The axis of rotation A of the gantry system ideally coincides with the original direction of the particle beam 102 predetermined by the particle source 101. In addition to the deflection and / or focusing magnet 105, as well as optionally present further magnets such as scanner magnets 106, a gantry system has a frame for holding the corresponding magnets.

Mit Hilfe des Gantry-Systems ist es möglich, den Teilchenstrahl 102 in ein sogenanntes Isozentrum 107 zu lenken. Unter einem Isozentrum 107 ist in diesem Zusammenhang derjenige Bereich zu verstehen, in welchem der Teilchenstrahl 102 die Gantry-Rotationsachse A schneidet. Bei einer Rotation des Gantry-Systems verläuft der Teilchenstrahl 102 stets durch das Isozentrum 107. Das Isozentrum 107 befindet sich innerhalb eines Patientenraums 108. Wird eine Bestrahlungsanlage 100, beispielsweise zur Krebstherapie eingesetzt, so befindet sich im Bereich des Isozentrums 107 ein beispielsweise mit C6+-Ionen zu bestrahlender Tumor.With the help of the gantry system, it is possible to direct the particle beam 102 into a so-called isocenter 107. In this context, an isocenter 107 is to be understood as that region in which the particle beam 102 intersects the gantry rotation axis A. When the gantry system is rotated, the particle beam 102 always runs through the isocenter 107. The isocenter 107 is located within a patient space 108. If an irradiation system 100 is used, for example, for cancer therapy, then in the area of the isocenter 107 there is, for example, C 6 + Ions to be irradiated tumor.

Figur 2 zeigt einen Querschnitt durch einen Strahlführungsmagneten 200. Bei dem in Figur 2 dargestellten Strahlführungsmagneten 200 kann es sich insbesondere um einen Ablenkmagneten eines Gantry-Systems handeln, wie es in Figur 1 dargestellt ist. Weiterhin kann es sich um denjenigen Magneten des Gantry-Systems handeln, welcher von dem Teilchenstrahl 102 zuletzt durchlaufen wird, bevor der Teilchenstrahl 102 in das Isozentrum 107 trifft. FIG. 2 shows a cross section through a beam guiding magnet 200. In the in FIG. 2 In particular, the beam guiding magnet 200 shown may be a deflection magnet of a gantry system as shown in FIG FIG. 1 is shown. Furthermore, it may be the magnet of the gantry system, which is traversed last by the particle beam 102 before the particle beam 102 strikes the isocenter 107.

Der Teilchenstrahl 102 verläuft bei dem in Figur 2 dargestellten Querschnitt des Strahlführungsmagneten 200 mittig, innerhalb eines Strahlführungsrohres 103. Der Teilchenstrahl 102 folgt, wie bereits im Zusammenhang mit Figur 1 erwähnt, einer gekrümmten Bahn, welche eine Strahlführungsebene 104 festlegt. Der in Figur 2 dargestellte Strahlführungsmagnet 200 weist ein erstes und ein zweites Spulensystem auf.The particle beam 102 runs at the in FIG. 2 shown cross-section of the beam guiding magnet 200 in the center, within a beam guiding tube 103. The particle beam 102 follows, as already in connection with FIG. 1 mentioned, a curved track, which defines a beam guiding plane 104. The in FIG. 2 shown beam guide magnet 200 has a first and a second coil system.

Die Einzelspulen des ersten Spulensystems sind paarweise spiegelbildlich zu der Strahlführungsebene 104 angeordnet. Das erste Spulensystem umfasst, gemäß dem in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel, zumindest zwei erste sattelförmige Hauptspulen 201, 202 mit in Richtung der Teilchenbahn langgestreckten Seitenteilen und stirnseitig aufgebogenen Endteilen. Der Strahlführungsmagnet 200 weist weiterhin spiegelbildlich zu der Strahlführungsebene 104 angeordnete weitgehend flache, bananenförmig gekrümmte Nebenspulen 203, 204 auf, die jeweils einen Innenbereich umschließen. In dem Innenbereich sind zwei spiegelbildlich zu der Strahlführungsebene 104 angeordnete Korrekturspulen 205, 206 angeordnet, welche ebenfalls bananenförmig gekrümmt sind.The individual coils of the first coil system are arranged in pairs in mirror image to the beam guiding plane 104. The first coil system comprises, according to the in FIG. 2 illustrated embodiment, at least two first saddle-shaped main coils 201, 202 with elongated in the direction of the particle track side parts and frontally bent end portions. The beam-guiding magnet 200 furthermore has largely flat, banana-shaped, curved secondary coils 203, 204 arranged mirror-inverted relative to the beam guidance plane 104, each enclosing an inner region. In the interior region, two correction coils 205, 206 arranged in mirror image to the beam guidance plane 104 are arranged, which are likewise curved in a banana-shaped manner.

Das zweite Spulensystem, des in Figur 2 dargestellten Strahlführungsmagneten 200, weist zwei zweite, entlang der Teilchenbahn ausgedehnte, bananenförmig gekrümmte Hauptspulen 207, 208 auf, die zwischen den ersten Hauptspulen 201, 202 angeordnet sind. Die zweiten Hauptspulen 207, 208 weisen jeweils ein der Teilchenbahn nahes langgestrecktes, im Wesentlichen flaches erstes Seitenteil 207a, 208a sowie im Wesentlichen parallel dazu ein entsprechendes der Teilchenbahn fernes zweites Seitenteil 207b, 208b auf.The second coil system, the in FIG. 2 illustrated beam guiding magnet 200, has two second, along the particle web extended, banana-shaped curved main coils 207, 208, which are arranged between the first main coils 201, 202. The second main coils 207, 208 each have an elongate, substantially flat first side part 207a, 208a, which is close to the particle track, and a second side part 207b, 208b, which is remote from the particle track, substantially parallel thereto.

Die Einzelspulen des ersten Spulensystems erzeugen, sofern sie mit einem Strom mit der in Figur 2 in bekannter Weise angedeuteten Richtung beaufschlagt werden, ein Dipolmoment in eine mit 209 bezeichnete Richtung. Die Einzelspulen des zweiten Spulensystems erzeugen, sofern sie mit einem Strom in die in Figur 2 angedeutete Richtung beaufschlagt werden, ein Dipolmoment in eine mit 210 bezeichnete Richtung. Das von dem ersten Spulensystem erzeugte Dipolmoment weist mit seiner Richtung 209 zumindest näherungsweise in eine dem Dipolmoment entgegen gesetzte Richtung 210, welches von dem zweiten Spulensystem erzeugt wird. Das von dem ersten Spulensystem erzeugte Dipolmoment und das von dem zweiten Spulensystem erzeugte Dipolmoment werden sich im Außenbereich des Strahlführungsmagneten zumindest teilweise aufheben. Insbesondere können die Dipolmomente des ersten und zweiten Spulensystems von den jeweiligen Einzelspulen des entsprechenden Spulensystems derart erzeugt werden, dass eine Verringerung oder gar eine Minimierung des gesamten Dipolmomentes im Außenbereich des Strahlführungsmagneten 200 erreicht wird. Auf diese Weise kann das Streufeld des Strahlführungsmagneten 200 verringert werden. Im Inneren des Strahlführungsmagneten 200, insbesondere im Bereich des Strahlrohres 103 addieren sich die Dipolmomente des ersten und zweiten Spulensystems.The individual coils of the first coil system produce, provided they are connected to a current with the in FIG. 2 direction indicated in a known manner, a dipole moment in a direction denoted by 209 direction. The individual coils of the second coil system produce, provided they are connected to a current in the in FIG. 2 indicated direction are applied, a dipole moment in a direction designated 210. The dipole moment generated by the first coil system has with its direction 209 at least approximately in a direction opposite to the dipole moment 210, which is generated by the second coil system. The dipole moment generated by the first coil system and the dipole moment generated by the second coil system will at least partially cancel each other out in the outer region of the beam guiding magnet. In particular, the dipole moments of the first and second coil systems can be generated by the respective individual coils of the corresponding coil system such that a reduction or even a minimization of the total dipole moment in the outer region of the beam-guiding magnet 200 is achieved. In this way, the stray field of the beam guiding magnet 200 can be reduced. In the interior of the beam guiding magnet 200, in particular in the region of the beam pipe 103, the dipole moments of the first and second coil systems add up.

Allgemein fällt der Dipolanteil eines Magneten mit der dritten Potenz der Entfernung von dem jeweiligen Erzeuger im umgebenen Raum ab. Das Quadrupolmoment eines Magneten fällt mit der fünften Potenz der Entfernung von dem jeweiligen Erzeuger im Raum ab. Durch eine Verringerung des Dipolanteiles im Magnetfeld eines Strahlführungsmagneten 200 kann somit dessen Streufeld verringert werden.Generally, the dipole portion of a magnet falls off the third power of the distance from the respective generator in the surrounding space. The quadrupole moment of a magnet drops with the fifth power of the distance from the respective generator in space. By reducing the dipole portion in the magnetic field of a beam guiding magnet 200, its stray field can thus be reduced.

Der in Figur 2 dargestellte Strahlungsführungsmagnet 200 kann ferner dahingehend ausgelegt sein, dass sein Streufeld an bestimmten Orten oder in bestimmten Bereichen, beispielsweise dem in Figur 1 dargestellten Patientenraum 108 oder dem Isozentrum 107 gering ausfällt oder minimiert ist. Eine derartige Minimierung des Streufeldes des Strahlführungsmagneten 200 kann dadurch erreicht werden, dass die Windungszahl der Einzelspulen des ersten und zweiten Spulensystems, insbesondere die Windungszahl der ersten Hauptspulen 201, 202 und der zweiten Hauptspulen 207, 208 nach dieser Maßgabe ausgelegt werden.The in FIG. 2 shown radiation guide magnet 200 may further be designed so that its stray field at certain locations or in certain areas, such as in FIG. 1 shown patient space 108 or the isocenter 107 is low or minimized. Such minimization of the stray field of the beam guiding magnet 200 can be achieved by designing the number of turns of the individual coils of the first and second coil systems, in particular the number of turns of the first main coils 201, 202 and the second main coils 207, 208 according to this proviso.

Das erste wie auch das zweite Spulensystem können unter Verwendung eines gemeinsamen Leiters hergestellt werden. Folglich wird die Stromdichte im Inneren der Einzelspulen des ersten und des zweiten Spulensystems in etwa einen gemeinsamen konstanten Wert annehmen. In diesem Fall können die jeweiligen Querschnitte, insbesondere die Querschnitte der ersten Hauptspulen 201, 202 und der zweiten Hauptspulen 207, 208 derart angepasst werden, dass das Gesamtdipolmoment des Strahlführungsmagneten 200 minimiert wird.The first as well as the second coil system can be manufactured using a common conductor. Consequently, the current density inside the individual coils of the first and second coil systems will assume approximately a common constant value. In this case, the respective cross sections, in particular the cross sections of the first main coils 201, 202 and the second main coils 207, 208 can be adjusted such that the total dipole moment of the beam guiding magnet 200 is minimized.

Werden wie in Figur 2 angedeutet die ersten Hauptspulen 201, 202 und die zweiten Hauptspulen 207, 208 in einer gemeinsamen Ebene angeordnet, so kann durch Verschieben der Trennebenen 211, 212 die Anzahl, respektive derjenige Querschnitt, welcher der ersten bzw. der zweiten Hauptspule zugeschlagen wird, verändert werden. Auf diese Weise kann ebenfalls eine Anpassung des ersten 209 und zweiten 210 Dipolmomentes erreicht werden.Be like in FIG. 2 indicated the first main coils 201, 202 and the second main coils 207, 208 disposed in a common plane, so by moving the parting planes 211, 212, the number, or that cross section, which is added to the first and the second main coil, are changed. In this way, an adjustment of the first 209 and second 210 Dipolmomentes can also be achieved.

Weiterhin kann insbesondere das Dipolmoment der zweiten Hauptspulen 207, 208 dadurch dem von dem ersten Spulensystem erzeugten Dipolmoment angepasst werden (so dass sich die Dipolmomente des ersten und zweiten Spulensystems jeweils weitgehend aufheben), dass die von den zweiten Hauptspulen 207, 208 eingeschlossene Fläche in der Strahlführungsebene 104 durch Einstellen des Abstandes 213 verändert wird.Furthermore, in particular the dipole moment of the second main coils 207, 208 can thereby be adapted to the dipole moment generated by the first coil system (so that the dipole moments of the first and second coil systems largely cancel each other) that the area enclosed by the second main coils 207, 208 in the Beam guide plane 104 is changed by adjusting the distance 213.

Die Einzelspulen des Strahlführungsmagneten 200 können metallisches LTC-Supraleitermaterial aufweisen oder auch zumindest teilweise aus metalloxidischem HTC-Supraleitermaterial gefertigt sein. Vorzugsweise kann bei Verwendung von HTC-Supraleitermaterial der Strahlführungsmagnet 200, respektive dessen Einzelspulen bei Temperaturen zwischen 10 K und 40 K, vorzugsweise bei Temperaturen zwischen 20 K und 30 K, betrieben werden. Die Einzelspulen des Strahlführungsmagneten 200 können von einer inneren Haltestruktur 214 gehalten werden. Sollte der Strahlführungsmagnet 200 Einzelspulen aufweisen, welche supraleitendes Material enthalten, so können die Einzelspulen vorzugsweise gemeinsam mit ihrer Haltestruktur 214 in einem Kryostaten 215 angeordnet sein. Der Kryostat 215 kann weiterhin mit Isolationsmaßnahmen, wie beispielsweise einer Vakuumisolation oder Superisolation 216 ausgestattet sein. Die Bauteile des Strahlführungsmagneten 200 können weiterhin innerhalb eines gemeinsamen Gehäuses 217 gehalten sein. Insbesondere kann der Strahlführungsmagnet 200 frei von ferromagnetischem, die Strahlführung beeinflussenden Material sein.The individual coils of the beam guiding magnet 200 may comprise metallic LTC superconductor material or may also be made at least partially of metal oxide HTC superconductor material. When using HTC superconductor material, the beam guiding magnet 200 or its individual coils may preferably be operated at temperatures between 10 K and 40 K, preferably at temperatures between 20 K and 30 K. The individual coils of the beam-guiding magnet 200 may be held by an inner support structure 214. If the beam-guiding magnet 200 has individual coils which contain superconducting material, the individual coils can preferably be arranged together with their support structure 214 in a cryostat 215. The cryostat 215 may further be provided with isolation measures, such as vacuum insulation or superinsulation 216. The components of the beam guiding magnet 200 can furthermore be held within a common housing 217. In particular, the beam-guiding magnet 200 may be free of ferromagnetic material influencing the beam guidance.

Figur 3 zeigt einen Längsschnitt durch das Spulensystem eines Strahlführungsmagneten 200 wie er in Figur 2 im Querschnitt dargestellt ist. Der auf einer ersten Seite in das Spulensystem eintretende Teilchenstrahl 102 wird mit Hilfe der gekrümmten Einzelspulen derart abgelenkt, dass er in ein Isozentrum 107 trifft, welches sich innerhalb eines Patientenraumes 108 befindet. Der Abstand zwischen dem Strahlführungsmagneten 200 und dem Patientenraum 108 kann in diesem Zusammenhang ca. 1 m betragen. In Figur 3 dargestellt finden sich eine erste Hauptspule 201, eine Nebenspule 203 sowie eine im Innenbereich der Nebenspule 203 angeordnete Korrekturspule 205. Bezogen auf die gekrümmte Teilchenbahn findet sich am radial inneren Rand des Spulensystems eine zweite Hauptspule 208 sowie eine weitere zweite Hauptspule 207 am radial äußeren Rand des Spulensystems. Die zweiten Hauptspulen 207, 208 weisen dabei jeweils ein der Teilchenbahn nahes, langgestrecktes, im Wesentlichen flaches erstes Seitenteil 207a, 208a und im Wesentlichen parallel dazu ein der Teilchenbahn fernes, langgestrecktes, im Wesentlichen flaches zweites Seitenteil 207b, 208b auf. Bei dem in Figur 3 dargestellten Spulensystem kann es sich insbesondere um das Spulensystem eines Strahlführungsmagneten 200 handeln, welcher von einem Teilchenstrahl 102 zuletzt passiert wird, bevor der Teilchenstrahl 102 in ein Isozentrum 107 trifft. FIG. 3 shows a longitudinal section through the coil system of a beam guiding magnet 200 as in FIG. 2 is shown in cross section. The particle beam 102 entering the coil system on a first side is deflected with the aid of the curved individual coils in such a way that it meets an isocenter 107 which is located within a patient space 108. The distance between the beam guiding magnet 200 and the patient space 108 may be approximately 1 m in this context. In FIG. 3 A first main coil 201, a secondary coil 203 and a correction coil 205 arranged in the inner region of the secondary coil 203 are shown. With reference to the curved particle track, a second main coil 208 and a further second main coil 207 are located on the radially outer edge of the coil system at the radially inner edge of the coil system coil system. In this case, the second main coils 207, 208 each have an elongate, substantially flat first side part 207a, 208a, which is close to the particle track, and an elongate, substantially flat second side part 207b, 208b, which is remote from the particle track and substantially parallel thereto. At the in FIG. 3 The coil system shown can in particular be the coil system of a beam guiding magnet 200, which is passed last by a particle beam 102 before the particle beam 102 strikes an isocenter 107.

Figur 4 zeigt eine Perspektivansicht des Spulensystems des in Figur 2 und 3 dargestellten Strahlführungsmagneten 200. Figur 4 zeigt ebenfalls eine erste Hauptspule 201, welche in ihren Endbereichen stirnseitig aufgebogen ist und dort gekröpfte Bereiche 401 aufweist. Ebenfalls dargestellt findet sich eine Nebenspule 203, sowie die im Innenbereich der Nebenspule 203 angeordnete Korrekturspule 205. Am radial inneren Rand des Spulensystems sowie am radial äußeren Rand des Spulensystems befindet sich jeweils eine zweite Hauptspule 207 bzw. 208. FIG. 4 shows a perspective view of the coil system of in FIG. 2 and 3 illustrated beam guiding magnet 200. FIG. 4 also shows a first main coil 201, which in its End regions is bent frontally and there has cranked areas 401. Also shown is a secondary coil 203, as well as arranged in the interior of the sub-coil 203 correction coil 205. At the radially inner edge of the coil system and the radially outer edge of the coil system is in each case a second main coil 207 and 208th

Claims (16)

Strahlführungsmagnet (200) zur Ablenkung eines Strahls (102) elektrisch geladener Teilchen längs einer gekrümmten Teilchenbahn, die eine Strahlführungsebene (104) festlegt, in ein Isozentrum (107), mit a) einem ersten Spulensystem mit entlang der Teilchenbahn ausgedehnten, gekrümmten Einzelspulen (201, 202, 203, 204, 205, 206), die jeweils paarweise spiegelbildlich zu der Strahlführungsebene (104) angeordnet sind, umfassend, - zwei sattelförmige erste Hauptspulen (201, 202) mit in Richtung der Teilchenbahn lang gestreckten Seitenteilen und stirnseitig aufgebogenen Endteilen (401), - zwei zumindest weitgehend flache, bananenförmig gekrümmte Nebenspulen (203, 204), die jeweils einen Innenbereich umschließen, und - zwei zumindest weitgehend flache, in dem jeweiligen Innenbereich der Nebenspulen (203, 204) angeordnete, bananenförmig gekrümmte Korrekturspulen (205, 206), und b) einem zweiten Spulensystem (207, 208) mit zwei, seitlich der Teilchenbahn ausgedehnten, bananenförmig gekrümmten zweiten Hauptspulen (207, 208), die zwischen den ersten Hauptspulen (201, 202) angeordnet sind und jeweils ein erstes der Teilchenbahn nahes und ein zweites der Teilchenbahn fernes langgestrecktes, im Wesentlichen flaches Seitenteil (207a, 208a, 207b, 208b)aufweisen, wobei
mit dem ersten und zweiten Spulensystem Dipolmomente zu erzeugen sind, die in entgegengesetzte Richtungen (209, 210) weisen.A beam guiding magnet (200) for deflecting a beam (102) of electrically charged particles along a curved particle path defining a beam guiding plane (104) into an isocenter (107) a) a first coil system with along the particle web extended, curved individual coils (201, 202, 203, 204, 205, 206), which are each arranged in pairs in mirror image to the beam guiding plane (104) comprising two saddle-shaped first main coils (201, 202) with side parts elongated in the direction of the particle web and end parts (401) bent open at the end, - Two at least largely flat, banana-shaped curved secondary coils (203, 204), each enclosing an inner region, and two banana-shaped curved correction coils (205, 206) arranged in the respective inner region of the secondary coils (203, 204), and b) a second coil system (207, 208) having two banana-shaped curved second main coils (207, 208) extending laterally of the particle path, which are arranged between the first main coils (201, 202) and in each case a first of the particle path close and a second one the particle trajectory has a far-elongated, substantially flat lateral part (207a, 208a, 207b, 208b), in which
with the first and second coil system, to generate dipole moments pointing in opposite directions (209, 210). Strahlführungsmagnet (200) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und zweite Spulensystem derart erregt ist, dass in einem Außenbereich des Strahlführungsmagneten (200) die Summe der Dipolmomente des ersten und zweiten Spulensystems minimiert ist.Beam guiding magnet (200) according to claim 1, characterized in that the first and second coil system is energized such that in an outer region of the beam guiding magnet (200) the sum of the dipole moments of the first and second coil system is minimized. Strahlführungsmagnet (200) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und zweite Spulensystem derart erregt ist, dass die Summe der von dem ersten und dem zweiten Spulensystem zu erzeugenden Magnetfeldern zumindest am Ort des Isozentrums minimiert ist.Beam guiding magnet (200) according to claim 1 or 2, characterized in that the first and second coil system is energized such that the sum of the magnetic fields to be generated by the first and the second coil system is minimized at least at the location of the isocenter. Strahlführungsmagnet Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelspulen (201, 202, 203, 204, 205, 206, 207, 208) des ersten und zweiten Spulensystems elektrisch in Reihe geschaltet sind, und das erste und zweite Spulensystem konstruktiv derart ausgelegt ist, dass in einem Außenbereich des Strahlführungsmagneten (200) die Summe der Dipolmomente des ersten und zweiten Spulensystems minimiert ist.Beam guiding magnet according to claim 2, characterized in that the individual coils (201, 202, 203, 204, 205, 206, 207, 208) of the first and second coil system are electrically connected in series, and the first and second coil system is designed such that in an outer region of the beam guiding magnet (200), the sum of the dipole moments of the first and second coil systems is minimized. Strahlführungsmagnet (200) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelspulen (201, 202, 203, 204, 205, 206, 207, 208) des ersten und zweiten Spulensystems elektrisch in Reihe geschaltet sind, und das erste und zweite Spulensystem konstruktiv derart ausgelegt ist, dass die Summe der von dem ersten und dem zweiten Spulensystem zu erzeugenden Magnetfelder zumindest am Ort des Isozentrums (107) minimiert ist.Beam guiding magnet (200) according to claim 3, characterized in that the individual coils (201, 202, 203, 204, 205, 206, 207, 208) of the first and second coil system are electrically connected in series, and constructively construct the first and second coil systems is designed such that the sum of the magnetic fields to be generated by the first and the second coil system is minimized at least at the location of the isocenter (107). Strahlführungsmagnet (200) nach Anspruch 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Windungszahlen der Einzelspulen (201, 202, 203, 204, 205, 206, 207, 208) derart dimensioniert sind, dass in einem Außenbereich des Strahlführungsmagneten (200) die Summe der Dipolmomente des ersten und zweiten Spulensystems minimiert ist.Beam guiding magnet (200) according to claim 2 or 4, characterized in that the number of turns of the individual coils (201, 202, 203, 204, 205, 206, 207, 208) are dimensioned such that in an outer region of the beam guiding magnet (200) the sum the dipole moments of the first and second coil systems is minimized. Strahlführungsmagnet (200) nach Anspruch 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Hauptspulen (207, 208) in der Strahlführungsebene (104) eine derart bemessene Fläche (301, 302) einschließen, so dass in einem Außenbereich des Strahlführungsmagneten (200) die Summe der Dipolmomente des ersten und zweiten Spulensystems minimiert ist.Beam guiding magnet (200) according to claim 2 or 4, characterized in that the second main coils (207, 208) in the beam guiding plane (104) include such a dimensioned surface (301, 302), so that in an outer region of the beam guiding magnet (200) Sum of the dipole moments of the first and second coil system is minimized. Strahlführungsmagnet (200) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Nebenspulen (203, 204) zwischen den aufgebogenen Endteilen (401) ihrer jeweils zugeordneten ersten Hauptspule (201, 202) erstrecken.Beam guiding magnet (200) according to one of the preceding claims, characterized in that the secondary coils (203, 204) extend between the bent-up end parts (401) of their respective associated first main coil (201, 202). Strahlführungsmagnet (200) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlführungsmagnet frei von ferromagnetischem, die Strahlführung beeinflussendem Material ist.Beam guiding magnet (200) according to one of the preceding claims, characterized in that the beam guiding magnet is free of ferromagnetic material influencing the beam guidance. Strahlführungsmagnet (200) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiter der Einzelspulen (201, 202, 203, 204, 205, 206, 207, 208) metallisches LTC-Supraleitermaterial aufweisen.Beam guiding magnet (200) according to one of the preceding claims, characterized in that the conductors of the individual coils (201, 202, 203, 204, 205, 206, 207, 208) have metallic LTC superconductor material. Strahlführungsmagnet (200) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiter der Einzelspulen (201, 202, 203, 204, 205, 206, 207, 208) metalloxidisches HTC-Supraleitermaterial aufweisen.Beam guiding magnet (200) according to one of Claims 1 to 9, characterized in that the conductors of the individual coils (201, 202, 203, 204, 205, 206, 207, 208) comprise metal-oxide HTC superconductor material. Strahlführungsmagnet (200) nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch eine Betriebstemperatur der Leiter der Einzelspulen (201, 202, 203, 204, 205, 206, 207, 208) zwischen 10 K und 40 K, vorzugsweise zwischen 20 K und 30 K.Beam guiding magnet (200) according to claim 11, characterized by an operating temperature of the conductors of the individual coils (201, 202, 203, 204, 205, 206, 207, 208) between 10 K and 40 K, preferably between 20 K and 30 K. Bestrahlungsanlage (100) mit - einer feststehenden, einen Strahl elektrisch geladener Teilchen erzeugenden Teilchenquelle (101), und - einem um eine Rotationsachse (A) drehbaren Gantry-System mit mehreren Ablenk- und/oder Fokussierungsmagneten (105, 106) zur Ablenkung und/oder Fokussierung des Teilchenstrahls (102) in ein Isozentrum (107), dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Ablenk-und/oder Fokussierungsmagnete (105, 106) ein Strahlführungsmagnet (200) nach einem der vorangehenden Ansprüche ist.Irradiation unit (100) with a fixed particle beam (101) generating a jet of electrically charged particles, and a gantry system rotatable about an axis of rotation (A) and having a plurality of deflection and / or focusing magnets (105, 106) for deflecting and / or focusing the particle beam (102) into an isocenter (107), characterized in that at least one of the deflecting and / or focusing magnets (105, 106) is a beam guiding magnet (200) according to one of the preceding claims. Bestrahlungsanlage (100) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Ablenk- und/oder Fokussierungsmagnet (105), den der Teilchenstrahl (102) vor Erreichen des Isozentrums (107) zuletzt durchläuft, eine Strahlführungsmagnet (200) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 ist.Irradiation plant (100) according to claim 13, characterized in that the deflection and / or focusing magnet (105), which the particle beam (102) passes last before reaching the isocentre (107), is a beam guiding magnet (200) according to one of claims 1 to 12. Bestrahlungsanlage (100) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetfeld des Strahlführungsmagneten (200) zumindest im Patientenraum (108), vorzugsweise zumindest am Ort des Isozentrums (107) minimiert ist.Irradiation plant (100) according to claim 14, characterized in that the magnetic field of the beam guiding magnet (200) is minimized at least in the patient space (108), preferably at least at the location of the isocenter (107). Bestrahlungsanlage (100) nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilchenstrahl (102) aus C6+-Teilchen besteht.Irradiation plant (100) according to one of claims 13 to 15, characterized in that the particle beam (102) consists of C 6+ particles.
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