CN103458964A - 带电粒子束照射装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种带电粒子束照射装置，其能够实现装置的小型化，并且防止来自电磁铁（41）的放射线进入照射室内。本发明的带电粒子束照射装置构成为具备：传输管路，传输带电粒子束；照射部，向被照射体照射带电粒子束；及旋转机架，支承传输管路（31）及照射部，并且具有能够绕旋转轴线（P）旋转的筒体，传输管路的倾斜部通过筒体内而配置。由此，缩小沿径向突出的传输管路的突出量。并且，构成为具备屏蔽来自电磁铁（41）的放射线的屏蔽部件（61）。

Description

带电粒子束照射装置

技术领域

本发明涉及一种照射带电粒子束的带电粒子束照射装置。

背景技术

已知有对患者照射质子射束等带电粒子束来进行癌症治疗的设备。这种设备具备：回旋加速器（加速器），其使带电粒子加速并射出带电粒子束；旋转机架（旋转体），其安装有从任意方向对患者照射带电粒子束的旋转自如的照射部；及传输管路，其将从回旋加速器射出的带电粒子束传输至照射部。

照射部构成为相对于患者旋转自如，向照射部传输带电粒子束的传输管路的形式中已知有多种形态。例如，专利文献1所述的安装于旋转机架的射束传输管路配置成使沿旋转机架的旋转轴线方向行进的带电粒子束以与旋转轴线分离的方式倾斜行进之后，使带电粒子束沿旋转轴线的旋转方向回转而行进预定距离，使行进了该预定距离的带电粒子束向旋转轴线侧弯曲而传输至照射部（nozzle32）。并且，如此配置的射束传输管路被桁架结构体（旋转机架）支承。

以往技术文献

专利文献

专利文献1：美国专利第5039057号说明书

发明内容

发明要解决的技术课题

然而，专利文献1所述的射束传输管路中，通过缩短旋转轴线方向的长度而实现了小型化，但与旋转轴线交叉的方向即径向大小变得非常大。并且，形成射束传输管路的电磁铁等通过形成为向径向外侧突出的桁架结构体支承，因此旋转机架装置整体在径向变得非常大。因此，容纳旋转机架的容纳空间也变大，导致设置旋转机架的建筑物需大型化，很难降低建设成本。

并且，为了使带电粒子束照射装置小型化，靠近被照射体配置射束传输管路时，需要减少从射束传输管路朝向被照射体放出的放射线。

本发明以解决上述课题为目的，其目的在于实现带电粒子束照射装置的小型化，及降低向被照射体所在侧前进的放射线。

用于解决技术课题的手段

本发明的一种向被照射体照射带电粒子束的带电粒子束照射装置，其特征在于，具备：传输管路，传输带电粒子束；及旋转机架，能够绕旋转轴线旋转，传输管路具有倾斜部，其使在旋转轴线方向上行进的带电粒子束以与旋转轴线分离的方式倾斜行进，传输管路形成为，使在倾斜部内行进的带电粒子束向旋转轴线的旋转方向回转，使向旋转方向回转的带电粒子束向旋转轴线侧弯曲，旋转机架由能够容纳被照射体、并且支承传输管路的筒体形成，传输管路的倾斜部配置在旋转机架的筒体内，还具备屏蔽来自配置在筒体内的传输管路的放射线的屏蔽部件。

本发明所涉及的带电粒子束照射装置形成为具备具有能够绕旋转轴线旋转的筒体的旋转机架，且传输带电粒子束的传输管路的一部分通过旋转机架的筒体内。作为传输管路的一部分，使向旋转轴线方向行进的带电粒子束以与旋转轴线分离的方式倾斜行进的倾斜部配置成通过筒体内。如此，与传输管路避开筒体内（例如箱体、照射室）配置的情况相比，从旋转轴线向径向分离的传输管路的倾斜部配置成通过旋转机架的筒体内时，能够抑制传输管路的径向的突出量，并能够缩小整个装置径向的大小。因此，能够缩小用于容纳带电粒子束照射装置的空间，实现建筑物的小型化。通过使建筑物小型化，例如能够消减用于放射线屏蔽壁的混凝土的使用量，因此能够降低建筑物的建设成本。

并且，由于是具备屏蔽来自配置在筒体内的传输管路的放射线的屏蔽部件的结构，因此能够通过屏蔽部件屏蔽从传输管路放出的放射线。由此，能够抑制来自传输管路的放射线进入照射室内（箱体内）。

此外，配置在筒体内的传输管路可为如下结构：其使带电粒子束通过，并且具备用于调整带电粒子束的电磁铁，该电磁铁具有向内侧突出的多个磁轭，屏蔽部件可配置在相邻的所述磁轭之间。如此，若在磁轭之间配置屏蔽部件，则能够通过屏蔽部件填补放射线有可能通过的磁轭之间的间隙。由此，能够减少向电磁铁的外部放出的放射线。

并且，可为具备设置在电磁铁的外表面的屏蔽部件的结构。若为这种结构，则能够通过设置在电磁铁的外表面的屏蔽部件屏蔽放射线，从而能够防止放射线进入治疗室。

并且，可为具备由不同材质形成的多个屏蔽部件的结构。如此，若具备由不同材质构成的多个屏蔽部件，则能够根据放射线能量等级配置多个屏蔽部件，从而能够良好地屏蔽放射线。

发明效果

根据本发明能够实现带电粒子束照射装置的小型化，抑制装置的容纳空间，从而实现建筑物的小型化。因此，有效降低设置有带电粒子束照射装置的建筑物的建设成本。并且，根据本发明，能够抑制来自电磁铁的放射线进入被照射体所在的照射室内。

附图说明

图1是具备本发明的实施方式所涉及的质子束治疗装置的质子束治疗系统的概要结构图。

图2是本发明的实施方式所涉及的质子束治疗装置的主视图。

图3是本发明的实施方式所涉及的质子束治疗装置的后视图。

图4是本发明的实施方式所涉及的质子束治疗装置的右侧视图。

图5是本发明的实施方式所涉及的质子束治疗装置的左侧视图。

图6是从斜后方示出本发明的实施方式所涉及的质子束治疗装置的立体图。

图7是本发明的实施方式所涉及的质子束治疗装置的旋转机架的剖面立体图。

图8是表示安装于旋转机架的射束导入管路及射束照射喷嘴的立体图。

图9是配置在旋转机架内的射束导入管路的剖视图。

图10是构成射束导入管路的四极电磁铁的立体图。

具体实施方式

以下参考附图对本发明所涉及的带电粒子束照射装置的优选实施方式进行说明。本实施方式中，对具备质子束治疗装置（带电粒子束照射装置）的质子束治疗系统进行说明。质子束治疗装置例如适用于癌症治疗中，其为对患者体内的肿瘤（被照射体）照射质子射束（带电粒子束）的装置。

如图1所示，质子束治疗系统1具有：回旋加速器（粒子加速器）2，其使由离子源（未图示）生成的离子加速并射出质子射束；射束传输管路3，其传输从回旋加速器2射出的质子射束；及质子束治疗装置10，其向被照射体照射通过射束传输管路3传输的质子射束。并且，质子束治疗系统1的各设备容纳在建筑物5内。

被回旋加速器2加速的质子射束沿射束传输管路3偏转而供给到质子束治疗装置10。射束传输管路3设置有用于偏转质子射束的偏转磁铁和进行射束成形的四极电磁铁等。作为用于调整带电粒子束的电磁铁包括进行射束成形的四极电磁铁、偏转射束的偏转磁铁等。

如图2～图8所示，质子束治疗装置10具备：通过射束传输管路3导入且传输质子射束的射束导入管路（传输管路）31；向被照射体照射通过射束导入管路31传输的质子射束的射束照射喷嘴11；支承射束导入管路31及射束照射喷嘴11，并且能够绕预定的旋转轴线P旋转的旋转机架12。

如图4～图6所示，旋转机架12具有沿旋转轴线P方向依次配置的圆筒主体部13、锥部14及第2圆筒部15。这些圆筒主体部13、锥部14及第2圆筒部15配置在同轴（旋转轴线P）上并连结。

另外，配置有圆筒主体部13的一侧设为旋转机架12的正面侧，配置有第2圆筒部15的一侧设为旋转机架12的背面侧。

圆筒主体部13及第2圆筒部15为薄壁结构的圆筒体，构成为能够保持刚性并且轻质化。第2圆筒部15的直径小于圆筒主体部13，锥部14以连结圆筒主体部13及第2圆筒部15的方式形成为圆锥状。锥部14为薄壁结构的筒体，且形成为随着从正面侧朝向背面侧，内径变小。并且，旋转机架12的旋转轴线P方向的长度（从圆筒主体部13的正面侧的端部至第2圆筒部15的背面侧的端部的长度）例如为L2=4.6m左右。

圆筒主体部13的旋转轴线P方向的两端部设有剖面形状例如为矩形的环状部13a、13b。如图2～图5所示，圆筒主体部13通过配置在圆筒主体部13的下方的辊装置20被支承为能够旋转自如。辊装置20作为用于使旋转机架12旋转的驱动装置而发挥作用。

圆筒主体部13的正面侧被开放，从而构成为能够进入圆筒主体部13内。另一方面，圆筒主体部13的背面侧设有背面面板（隔壁）16。并且，由圆筒主体部13及背面面板16构成照射室21。能够在照射室21内配置被照射体即患者可躺卧的床铺（治疗台）22。床铺22设为能够通过机械臂23移动。平时不实施治疗时，床铺22配置在旋转机架12（照射室21）外，实施治疗时床铺22配置在照射室21内。另外，图7中省略床铺22的图示。

照射喷嘴11固定于圆筒主体部13的内表面侧，与圆筒主体部13一同绕旋转轴线P旋转。照射喷嘴11与圆筒主体部13的旋转一同移动，从而改变质子射束的射出方向。

质子束治疗装置10的射束传输管路即射束导入管路31与传输从回旋加速器2射出的质子射束的射束传输管路3连接，将通过射束传输管路3传输的质子射束导入到照射喷嘴11。

图8是表示安装于旋转机架12的射束导入管路31及射束照射喷嘴11的立体图。射束导入管路31具备：第1弯曲部32，使向旋转机架12的旋转轴线P方向行进的质子射束B偏转；倾斜部33，设置在第1弯曲部32的下游，且使质子射束B相对于旋转轴线P方向倾斜行进；第2弯曲部34，设置在倾斜部33的下游，且向与旋转轴线P正交的方向偏转质子射束B；第3弯曲部35，设置在第2弯曲部34的下游，且使质子射束B向旋转轴线P的旋转方向回转；直线部36，设置在第3弯曲部35的下游，且使质子射束B向照射喷嘴11的上方（图2所示的状态下的上方）行进；第4弯曲部37，设置在直线部36的下游，且使质子射束B向轴心侧（旋转轴线P侧）弯曲；及直线部38，设置在第4弯曲部37的下游，且使质子射束B向照射喷嘴11行进。

质子射束B在设置于射束导入管路31中的真空导管47（参考图9）内行进。射束导入管路31中的各电磁铁设置成包围真空导管47。射束导入管路31也可构成为不具备直线部36。在射束导入管路31上不设置直线部36时，在第3弯曲部35的下游设置第4弯曲部37。此时，第3弯曲部35与第4弯曲部37也可一体化。

第1弯曲部32由弯曲质子射束B来使其偏转45度量的45度偏转电磁铁构成。倾斜部33构成为具有四极电磁铁41、转向电磁铁42及剖面监测器43等光学要件。四极电磁铁41具有调整质子射束B的照射位置上的大小和光学上的焦点位置的功能。转向电磁铁42具有平行移动射束轴的功能。剖面监测器43具有检测所通过的质子射束B的形状和位置的功能。倾斜部33及直线部36也可构成为未设置有四极电磁铁41、转向电磁铁42及剖面监测器43中的任一个。

第2弯曲部34由弯曲质子射束B来使其偏转45度量的45度偏转电磁铁构成。并且，第2弯曲部34与第3弯曲部35之间配置有剖面监测器43。第3弯曲部35由弯曲质子射束B来使其偏转135度量的135度偏转电磁铁构成。第2弯曲部34与第3弯曲部35之间的剖面监测器43能够省略。

直线部36具有四极电磁铁41、转向电磁铁42及剖面监测器43。第4弯曲部37由弯曲质子射束B来使其行进方向偏转135度量的135度偏转电磁铁构成。直线部38具有四极电磁铁41及剖面监测器43。

其中，如图7所示，本实施方式的质子束治疗装置10中，安装于旋转机架12的射束导入管路31的一部分通过旋转机架12的筒体（圆筒主体部13、锥部14、第2圆筒部15）内而配置。通过射束传输管路3传输的质子射束B从第2圆筒部15的背面侧导入到内部，并通过第2圆筒部15内、锥部14内、背面面板16及圆筒主体部13内，贯穿圆筒主体部13而导入到圆筒主体部13的外部。

如图9所示，旋转机架12具备支承射束导入管路31的第1支承部件51、第2支承部件52。第1弯曲部32通过第1支承部件51固定于第2圆筒部15。倾斜部33通过第2支承部件52固定于锥部14，并且贯穿背面面板16并支承于背面面板16。第2弯曲部34贯穿圆筒主体部13并通过圆筒主体部13支承。

如图7所示，射束导入管路31配置成贯穿背面面板16并进入圆筒主体部13内，且通过照射室21内。并且，旋转机架12具备容纳通过内部的射束导入管路31的外壳55。外壳55沿射束导入管路31配置，并覆盖射束导入管路31。形成为外壳55的一侧端部支承于背面面板16，另一侧端部连续于圆筒主体部13的侧壁。

并且，如图2所示，圆筒主体部13的外周面设置有用于支承比圆筒主体部13更向外侧突出的射束导入管路31的支架17。另外，将比圆筒主体部13更向外侧突出的射束导入管路31称为射束导入管路突出部31a。第3弯曲部35、直线部36及第4弯曲部37包含于导入管路突出部31a。支架17固定于圆筒主体部13的外表面，向径向的外侧突出。支架17从径向内侧支承射束导入管路突出部31a。由此，能够通过圆筒主体部13承受电磁铁（四极电磁铁41、135度偏转电磁铁）等的荷载。

并且，在圆筒主体部13的外周面设有夹持旋转轴线P相对置配置的平衡锤18。通过设置平衡锤18可确保相对于配置在圆筒主体部13的外表面的第3弯曲部35、直线部36、第4弯曲部37及支架17的重量平衡。

并且，通过未图示的马达使辊装置20的辊旋转，由此旋转机架12被旋转驱动，并通过未图示的制动装置停止旋转。

其中，如图7、图9及图10所示，质子束治疗系统1的旋转机架12中具备屏蔽来自配置在圆筒主体部13内的射束导入管路31的放射线的屏蔽部件61、62。屏蔽部件61、62由屏蔽伽马射线和中子束等放射线的材质构成。作为屏蔽部件61、62的材质，例如可举出铁、聚乙烯、硼掺杂聚乙烯、不锈钢及混凝土等。本实施方式中，作为屏蔽部件61、62，采用不锈钢。

屏蔽部件61配置在四极电磁铁41中的空间内，屏蔽部件62配置在45度偏转电磁铁（第1弯曲部32、第2弯曲部34）中的空间内。图10是表示四极电磁铁的立体图。如图10所示，四极电磁铁41的中央形成有开口部，该开口部插通有使带电粒子束通过的真空导管47（参考图7）。四极电磁铁41具备向内侧突出的多个（4个）磁轭45、及缠绕于磁轭45的线圈46。另外，图10中省略真空导管47的图示。真空导管47沿射束导入管路31配置，形成质子射束通过的真空空间。

并且，屏蔽部件61配置于以真空导管47为中心的预定周向上相邻的磁轭45之间。具体而言，以填补缠绕于磁轭45的线圈46之间的空间的的方式配置屏蔽部件61。屏蔽部件61沿真空导管47的长边方向配置。屏蔽部件61例如与相邻的线圈46抵接并被支承。

并且，配置在45度偏转电磁铁32、34中的屏蔽部件62与配置在四极电磁铁41的屏蔽部件61同样地配置成填补相邻的磁轭之间（线圈之间）的空间。本实施方式的屏蔽部件61、62配置在磁轭45之间的空间中的图9中箭头A侧、B侧、C侧（被照射体侧、旋转轴线P侧）的空间内，未配置在C侧（被照射体的相反侧）。屏蔽部件61、62可构成为配置在磁轭45之间的整个空间内，也可构成为仅配置在局部空间内。

这种质子束治疗系统1中，从回旋加速器2射出的质子射束B通过射束传输管路3传输并到达质子束治疗装置10。到达质子束治疗装置10的质子射束B通过射束导入管路31传输并到达照射喷嘴11，从而对患者的肿瘤进行照射。从照射喷嘴11照射的质子射束B的照射方向能够通过使旋转机架12旋转来进行调整。

这种质子束治疗装置10中形成为传输质子射束B的射束导入管路31的一部分通过旋转机架12的第2圆筒部15、锥部14及圆筒主体部13内。尤其，射束导入管路31的倾斜部33以通过照射室21（圆筒主体部13）内的方式倾斜配置，能够从旋转机架12的侧部导出从旋转机架12的背面侧导入的射束导入管路31。因此，与避开照射室21而形成射束传输管路的情况相比，能够缩小射束导入管路31的突出量（从旋转轴线P至最大外径的距离L₁）。由此，实现质子束治疗装置10的小型化，从而能够减小设置有质子束治疗装置10的设置空间。结果，能够实现容纳质子束治疗装置10的建筑物5的小型化。通过使建筑物小型化，例如能够减少用于建筑物的放射线屏蔽壁的混凝土的使用量，因此能够降低建筑物的建设成本。另外，如图2所示，质子束治疗装置10的最大旋转外径能够设为10.6m（L1×2）。

并且，质子束治疗装置10中，射束导入管路31的一部分（倾斜部）以通过背面面板16及照射室21内的方式倾斜配置。因此，与以避开照射室21的方式配置射束导入管路31的情况相比，能够缩短配置在照射室21的背面侧的射束导入管路31的长度。即，质子束治疗装置10中，使整个装置在旋转轴线P方向上也被小型化。

并且，本实施方式所涉及的质子束治疗装置10中，射束导入管路（射束传输管路）31被旋转机架12的圆筒主体部（筒体）13支承。由此，构成射束导入管路31的光学要件即多个电磁铁被作为强度部件发挥作用的圆筒主体部13支承，从而能够通过圆筒主体部13承受电磁铁的重量，因此能够良好地分散作用于圆筒主体部13的力。并且，由于在圆筒主体部13的一端侧设置有背面面板16，因此能够使该背面面板16作为强度部件发挥作用。

并且，本实施方式所涉及的质子束治疗装置10中，配置在旋转机架12的圆筒主体部13内的射束导入管路31的电磁铁（四极电磁铁41、偏转磁铁32、34）上设置有屏蔽部件61、62。通过该屏蔽部件61、62能够抑制从射束导入管路31放出的放射线进入照射室21内。

在射束导入管路31的真空导管47内行进的质子射束有时碰触真空导管47而放出伽马射线和中子束。本实施方式中，具备屏蔽在电磁铁41、32、34内部的真空导管47产生的放射线的屏蔽部件61、62，因此，能够抑制在真空导管47产生的放射线进入照射室21内，从而降低患者被暴露于辐射中的危险。因此，能够靠近床铺22配置射束导入管路31，从而能够实现旋转机架12的小型化。

并且，屏蔽部件61、62配置在电磁铁41、32、34内的磁轭45之间的空间内，因此能够有效利用磁轭45间的空间，从而抑制放射线从真空导管47向照射室21放出。

以上，根据实施方式对本发明进行了具体说明，但本发明不限定于上述实施方式。例如构成射束导入管路31的电磁铁41等各要件能够根据所希望的射束设计，适当变更其配置和个数。

并且，粒子加速器不限定于回旋加速器，可为同步加速器或同步回旋加速器。并且，带电粒子束不限定于质子射束，可为碳束（重粒子束）等。并且，旋转机架12的筒体不限于圆筒，可为其他筒状体。并且，旋转机架12的筒体在旋转轴线P方向上可为相同形状。

旋转机架12不限定于旋转（摆动）360°，还可进行小于360°的旋转（摆动）。

并且，筒体的一部分可构成为例如在侧壁设置有缺口部。另外，以通过筒体的方式配置还包括在设置于筒体的缺口部配置射束导入管路31的情况。

并且，可为在背面面板设置有缺口部的结构。另外，以通过背面面板的方式配置还包括在设置于背面面板的缺口部配置射束导入管路31的情况。只要是以通过设置在背面面板的缺口部和开口部的方式配置射束导入管路31即可。

并且，上述实施方式中，倾斜部形成为直线状，但也可为例如平缓地弯曲的倾斜部。

并且，屏蔽部件可设置在电磁铁的外表面。例如可为在电磁铁内的间隙与电磁铁的外表面这两处设有屏蔽部件的结构，也可为仅在电磁铁的外表面或者仅在电磁铁内的间隙配置屏蔽部件的结构。

并且可为屏蔽部件配置在电磁铁的外表面与外壳55（参考图7）之间的间隙的结构。并且，也可为外壳55本身作为屏蔽部件发挥作用的结构。

并且，具备多个屏蔽部件时，也可以根据屏蔽部件的配置采用不同材质。例如也可对配置在电磁铁内的屏蔽部件采用不锈钢，对配置在电磁铁的外表面的屏蔽部件采用聚乙烯。如此，在靠近真空导管且放射线能量较高处采用不锈钢，在远离真空导管且放射线能量较低处采用聚乙烯，从而能够有效屏蔽放射线。也可根据能量等级，改变屏蔽部件的材质。并且，也能够由不同材质形成四极电磁铁41的屏蔽部件61和偏转电磁铁32、34的屏蔽部件62。

并且，屏蔽部件不限定于配置在筒体内的射束导入管路31，也可配置于与筒体相邻的部分的射束导入管路31。例如，也可为在比背面面板16更靠背面侧的射束导入管路31的电磁铁上设置有屏蔽部件的结构。

并且，作为配置在电磁铁41、32、34内的屏蔽部件61、62，能够采用作为非磁性体的材质来防止对磁场的恶劣影响。

产业上的可利用性

本发明的带电粒子束照射装置能够实现装置的小型化，抑制装置的容纳空间，从而实现建筑物的小型化。因此，能够降低设置有带电粒子束照射装置的建筑物的建设成本。并且，根据本发明，能够抑制来自电磁铁的放射线进入被照射体所在的照射室内。

符号的说明

1-质子束治疗系统，2-回旋加速器，3-射束传输管路，5-建筑物，10-质子束治疗装置(带电粒子束照射装置)，11-照射喷嘴(照射部)，12-旋转机架，13-圆筒主体部，14-锥部，15-第2圆筒部，16-背面面板，21-照射室，31-射束导入管路(旋转机架的射束传输管路)，31a-射束导入管路突出部，32-第1弯曲部，33-倾斜部，34-第2弯曲部，35-第3弯曲部，36-直线部，37-第4弯曲部，38-直线部，45-磁轭，46-线圈，55-外壳，61、62-屏蔽部件，B-质子射束，P-旋转轴线。

Claims (4)

1.一种带电粒子束照射装置，其向被照射体照射带电粒子束，其特征在于，具备：

传输管路，传输所述带电粒子束；及

旋转机架，能够绕旋转轴线旋转，

所述传输管路具有倾斜部，该倾斜部使在所述旋转轴线方向上行进的所述带电粒子束以与所述旋转轴线分离的方式倾斜行进，所述传输管路形成为，使在所述倾斜部内行进的所述带电粒子束向所述旋转轴线的旋转方向回转，使向所述旋转方向回转的所述带电粒子束向所述旋转轴线侧弯曲，

所述旋转机架由能够容纳所述被照射体、并且支承所述传输管路的筒体形成，

所述传输管路的所述倾斜部配置在所述旋转机架的所述筒体内，

还具备屏蔽来自配置在所述筒体内的所述传输管路的放射线的屏蔽部件。

2.根据权利要求1所述的带电粒子束照射装置，其特征在于，

此外，配置在所述筒体内的所述传输管路使所述带电粒子束通过，并且具备用于调整所述带电粒子束的电磁铁，

所述电磁铁具有向内侧突出的多个磁轭，

所述屏蔽部件配置在相邻的所述磁轭之间。

3.根据权利要求1或2所述的带电粒子束照射装置，其特征在于，

所述带电粒子束照射装置具备设置在所述电磁铁的外表面的所述屏蔽部件。

4.根据权利要求1或2所述的带电粒子束照射装置，其特征在于，

所述带电粒子束照射装置具备由不同材质形成的多个所述屏蔽部件。

Images