CN103492026B - 粒子射线能量变更装置、具备该粒子射线能量变更装置的粒子射线治疗装置、以及粒子射线能量变更方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能高速地改变能量、且噪声较小的粒子射线能量变更装置。通过改变使粒子射线的能量衰减的衰减体的厚度，从而将对所通过的粒子射线的能量进行变更的第1能量变更器及第2能量变更器配置成使粒子射线通过第1能量变更器及第2能量变更器，并且将第1能量变更器的衰减量的最大值设定成小于第2能量变更器的衰减量的最大值。

Description

粒子射线能量变更装置、具备该粒子射线能量变更装置的粒子射线治疗装置、以及粒子射线能量变更方法

技术领域

本发明涉及一种粒子射线能量变更装置，该粒子射线能量变更装置用于如下等情况：即在将粒子射线照射到肿瘤等患部以进行治疗的粒子射线治疗装置中、根据患部三维形状来照射粒子射线。

背景技术

在利用粒子射线所进行的治疗方法中，使用被加速至光速的大约70％的质子、碳射线等高能粒子射线。在将这些高能粒子射线照射到体内时，具有以下特征。第一，所照射的粒子射线大部分都停止在深度为与粒子射线能量的大约1.7次方成比例的位置。第二，关于向所照射的粒子射线在患者体内停止之前所通过的路径所提供的能量密度（称为剂量），在粒子射线的停止位置具有最大值。将粒子射线沿所通过的路径而形成的特有的深部剂量分布曲线称为布拉格曲线，将剂量值最大的位置称为布拉格峰。

在三维的粒子射线照射系统中，设法使该布拉格峰的位置对应于肿瘤的三维形状来进行扫描，一边调整各扫描位置的峰值剂量，一边在预先由图像诊断所决定的目标即肿瘤区域中形成规定的三维剂量分布。对粒子射线的停止位置所进行的扫描包括以下两个方向上的扫描：即，大致与粒子射线的照射方向垂直的横向（Ｘ、Ｙ方向）；以及粒子射线的照射方向即深度方向（Ｚ方向）。横向上的扫描包括使患者相对于粒子射线移动的方法、以及使用电磁铁等来使粒子射线的位置移动的方法，一般使用利用电磁铁的方法。对于深度方向上的扫描，仅有改变粒子射线能量这一个方法。关于改变能量的方法，现有如下两种：即、利用加速器来改变粒子射线能量的方法；以及使用设置在射束传输系统或照射系统中被称作为射程移位器（rangeshift）（包括能量变更及分析装置、即被称作为能量选择系统（EnergySelectionSystem）的装置）的能量变更装置的方法。其中，较多采用的是使用射程移位器的方法（例如专利文献1及专利文献2）。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开平11－408号公报

专利文献2:国际公开WO00/49624号

发明内容

发明所要解决的技术问题

在专利文献1的图1（a）、（b）、专利文献2的图5、图6所揭示的粒子射线能量变更装置、即射程移位器中，在照射所需的能量变化量较大的情况下，用于使能量衰减以实现能量变更的射程移位器构件的厚度必然变大。因此，受到进出驱动的射程移位器构件的质量也增加，导致如下问题：即很难高速地进行能量变更，同时工作时的振动与噪声也会变大。本发明的目的在于，解决这种现有的粒子射线能量变更装置的问题，提供一种能进行高速动作、且低噪音的粒子射线能量变更装置。

解决技术问题所采用的技术方案

本发明所涉及的粒子射线能量变更装置通过改变使粒子射线的能量衰减的衰减体的厚度，从而将对所通过的粒子射线的能量进行变更的第1能量变更器及第2能量变更器配置成使粒子射线通过第1能量变更器及第2能量变更器，并且将第1能量变更器的衰减量的最大值设定成小于第2能量变更器的衰减量的最大值，在该粒子射线能量变更装置中，在进行使粒子射线的能量变更的控制时，至少使第1能量变更器的衰减量发生变化，从而进行改变粒子射线的能量的控制，在进行使通过粒子射线能量变更装置后的粒子射线的能量为恒定的控制时，使第1能量变更器的衰减量变化，并使第2能量变更器的衰减量变化，并进行置换控制，以在第1能量变更器的衰减量与第2能量变更器的衰减量之间交替地置换衰减量，从而使得第1能量变更器的衰减量与第2能量变更器的衰减量之和的总衰减量不发生变化。。

发明效果

本发明的粒子射线能量变更装置能够以低噪音且高速地对粒子射线的能量进行变更，并在应用于粒子射线治疗装置的情况下，能够缩短治疗所需的整个照射时间。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式1的粒子射线能量变更装置的结构的框图。

图2是对本发明的实施方式1的粒子射线能量变更装置的动作进行说明的曲线图。

图3是对本发明的实施方式1的粒子射线能量变更装置的其它动作进行说明的曲线图。

图4是表示本发明的实施方式2的粒子射线能量变更装置的结构的框图。

图5是表示本发明的实施方式3的粒子射线能量变更装置的结构的框图。

图6是表示本发明的实施方式4的粒子射线能量变更装置的结构的框图。

图7是表示本发明的实施方式5的粒子射线能量变更装置的结构的框图。

图8是表示本发明的实施方式5的粒子射线能量变更装置的分频部的结构及动作的图。

图9是表示使用本发明的粒子射线能量变更装置的实施方式6的粒子射线治疗装置的结构的框图。

具体实施方式

实施方式1

图1是表示本发明的实施方式1的粒子射线能量变更装置的结构的框图。图1中，1表示从粒子射线加速器（未图示）所获得的具有规定的粒子能量的粒子射线，2表示第1能量变更器，3表示第2能量变更器，21表示对第1能量变更器2进行控制的第1能量变更控制器，31表示对第2能量变更器3进行控制的第2能量变更控制器。另外，10是对所述第1能量变更控制器21及第2能量变更控制器31发出指令的能量变更置换控制器。能量变更置换控制器10通过来自能量变更指令部12的信号，对第1能量变更控制器21及第2能量变更控制器31发出指令。

第1能量变更器2由两块梯形的楔块来构成，通过改变两块楔块的相对位置来使粒子射线1所通过的位置的总厚度发生变化，从而能够改变所通过的粒子射线的能量衰减量。第2能量变更器3与第1能量变更器2的结构相同。其中，第2能量变更器3的楔块板厚大于第1能量变更器2，且其长度也较大，因此，与第1能量变更器2相比，第2能量变更器3所能改变的粒子射线的能量更大。

第1能量变更器2或第2能量变更器3的楔块由气缸或液压气缸来驱动，或者由被称为电磁致动器的装置来驱动，以移动到所需的位置，从而实现使所通过的粒子射线衰减规定的能量。其中，也可使用其它方法来驱动楔块。另外，第1能量变更器2的楔块重量也小于第2能量变更器3的楔块重量。因此，使第1能量变更器2的厚度改变的速度的最大值也大于使第2能量变更器3的厚度改变的速度的最大值，因而，与第2能量变更器3相比较，第1能量变更器2能更快速地改变衰减量。

通过第1能量变更器2以及第2能量变更器3之后，使能量改变的粒子射线11朝向被照射体。图1中示出的粒子射线通过的顺序如下所示：即，首先通过能量衰减量的最大值较小的第1能量变更器2，接着通过能量衰减量的最大值大于第1能量变更器2的第2能量变更器3，但是，通过的顺序也可以相反。

接下来，利用图1及图2对本发明的实施方式1的粒子射线能量变更装置的动作进行说明。图2（A）是表示第1能量变更器2对粒子射线施加的能量衰减量为Δｅ1时的时间变化的曲线图，图2（B）是表示第2能量变更器3对粒子射线施加的能量衰减量为Δｅ2时的时间变化的曲线图，图2（C）是表示第1能量变更器2及第2能量变更器3对粒子射线施加的能量衰减量的和为Δｅ1＋Δｅ2时的时间变化的曲线图。图2（C）中，虚线表示第1能量变更器2的衰减量Δｅ1及第2能量变更器3的衰减量Δｅ2。

从未图示的粒子射线加速器等所获取到的能量为Ｅ0的粒子射线1首先通过第1能量变更器2，然后通过第2能量变更器3。粒子射线1通过第2能量变更器3之后所接受的总衰减量、即Δｅ1＋Δｅ2与所通过的第1能量变更器2与第2能量变更器3的厚度总和成比例。通过之后的粒子射线11的能量变为（Ｅ0－Δｅ1－Δｅ2）。如图2所示，在时刻t0时，第1能量变更器2的衰减量为E1，第2能量变更器3的衰减量为E2。此时，通过第2能量变更器3之后的粒子射线11的能量变为（Ｅ0－Ｅ1－Ｅ2）。此后，第1能量变更控制器21根据能量变更器置换控制器10的指令，减少第1能量变更器2的衰减量，同时第2能量变更控制器31根据能量变更器置换控制器10的指令，增加第2能量变更器3的衰减量，由此进行控制。在此期间，进行使第1能量变更器2及第2能量变更器3的厚度改变的控制，以使得到时刻t1为止，Δｅ1＋Δｅ2＝Ｅ1＋Ｅ2，即第1能量变更器2的衰减量与第2能量变更器3的衰减量之和为恒定值。此时，第1能量变更器2的衰减量在时刻t1被控制成0。也就是说，进行置换控制，从而在从时刻t0到t1之间，将第1能量变更器2的衰减量置换成第2能量变更器3的衰减量。

在该状态下，当粒子射线的照射完成时，能量变更置换控制器10对第1能量变更控制器21发出能量变更指令，以高速地移动第1能量变更器2的楔形物位置，从而在到时刻t2为止的较短时间内实现规定厚度的变化。由此，第1能量变更器2的能量衰减量变为δＥ1。在时刻t2时，通过第1能量变更器2及第2能量变更器3的粒子射线11的能量减小到（Ｅ0－Ｅ1－Ｅ2－δＥ1）。然后，利用该能量仅将规定粒子数的粒子射线11照射到被照射体（未图示）上。该照射期间在粒子射线治疗装置的情况下可能达到约1秒。这里，在时刻t1至t2为止的期间，改变或不改变第2能量变更器3的衰减量都可以。在所有情况下，在时刻t2，只要第1能量变更器2的衰减量与第2能量变更器3衰减量之和、即总衰减量大于时刻t1时的总衰减量δＥ1即可。也就是说，在对粒子射线的能量进行变更的控制中，至少使能高速地改变衰减量的第1能量变更器2的衰减量发生变化，从而进行使粒子射线的能量变更的控制。

在能量为（Ｅ0－Ｅ1－Ｅ2－δＥ1）的状态下进行照射，在此期间，即在时刻t2至时刻t3的期间，能量变更置换控制器10对第1能量变更控制器21及第2能量变更控制器31进行控制，利用第1能量变更器2使衰减量Δｅ1减少，同时使第2能量变更器3的衰减量Δｅ2增加，从而进行置换控制。在该置换控制期间，第1能量变更器2与第2能量变更器3的总衰减量被控制成Ｅ1＋Ｅ2＋δＥ1。如图2（A）所示，在时刻t3，第1能量变更器2的能量衰减量并非一定为0，只要在时刻t3满足Δｅ1＋Δｅ2＝Ｅ1＋Ｅ2＋δＥ1即可。

能量为（Ｅ0－Ｅ1－Ｅ2－δＥ1）的照射完成，从能量变更指令部12发出能量变更的指令，例如，进一步使射束能量下降δＥ2，进行下一次的照射。此时，与先前相同，第1能量变更器2被高速地驱动，在时刻t4，利用第1能量变更器2使衰减量增大δＥ2。这里，在时刻t3，第1能量变更器2的衰减量不为0（例如，将此时的衰减量设为E3），因此，第1能量变更器2的衰减量为大于δＥ2的衰减量（δＥ2＋Ｅ3）。需要使第1能量变更器2的衰减量的最大值大于（δＥ2＋Ｅ3），如上所述，在时刻t3，第1能量变更器2的能量衰减量也可以不为0。由此，在时刻t4，粒子射线的能量变更为（Ｅ0－Ｅ1－Ｅ2－δＥ1－δＥ2），从而能够利用该能量直接开始照射。然后，与先前相同，在该射束能量下进行照射的期间，减少第1能量变更器2的衰减量，增大第2能量变更器3的衰减量，在该期间，粒子射线的能量被控制成恒定值（Ｅ0－Ｅ1－Ｅ2－δＥ1－δＥ2）。

如图2所示，在时刻t5，置换控制结束，在第2能量变更器3的衰减量变为（Ｅ1＋Ｅ2＋δＥ1＋δＥ2）之后，也可以仅利用第2能量变更器3所进行的衰减，继续进行粒子射线的能量为（Ｅ0－Ｅ1－Ｅ2－δＥ1－δＥ2）的照射。由此，进行控制，在以一定的能量进行照射的时间以下的时间内，将第1能量变更器2的所有衰减量或一部分衰减量置换成第2能量变更器3的衰减量。此后，在改变粒子射线的能量时，首先减小能量衰减量的最大值，并改变能进行高速驱动的第1能量变更器2的衰减量，从而改变粒子射线的能量。其中，在改变粒子射线的能量时，改变或不改变第2能量变更器3的衰减量都可以。例如，在图2中，在时刻t2或时刻t4，Δｅ1＋Δｅ2变为能量变更后的规定的衰减量即可。

图3是表示能量变更装置的与图2不同的动作的图。图3（A）是表示第1能量变更器2对粒子射线施加的衰减量为Δｅ1时的时间变化的曲线图，图3（B）是表示第2能量变更器3对粒子射线施加的衰减量为Δｅ2时的时间变化的曲线图，图3（C）是表示第1能量变更器2及第2能量变更器3对粒子射线施加的衰减量的和为Δｅ1＋Δｅ2时的时间变化的曲线图。在图2的动作中，无法高速地减小粒子射线能量变更装置的衰减量，即无法高速地增大粒子射线的能量。如图3所示，通过一次的变更使第1能量变更器2的衰减量Δｅ1变成第1能量变更器2的衰减量的最大值的一半以下的值，由此能够高速地增大/减小粒子射线的能量。在第1能量变更器2的衰减量Δｅ1为最大值Ｅ1ｍａｘ时的时刻t0至时刻t1的期间，第1能量变更器的衰减量Δｅ1从Ｅ1ｍａｘ变为0.5Ｅ1ｍａｘ。在此期间，使第2能量变更器3的衰减量Δｅ2增大至Δｅ1＋Δｅ2＝Ｅ1ｍａｘ＋Ｅ2。通过在时刻t1至时刻t2的较短的时间内、将第1能量变更器的衰减量减小到0为止，由此能将第1能量变更器的衰减量Δｅ1与第2能量变更器3的衰减量Δｅ2的总和值减小到0.5Ｅ1ｍａｘ＋Ｅ2，以使粒子射线的能量增加0.5Ｅ1ｍａｘ。

接下来，在时刻t2至时刻t3的期间内，使第1能量变更器2的衰减量增加到0.5Ｅ1ｍａｘ为止。在此期间，第2能量变更器3的衰减量Δｅ2减小至Δｅ1＋Δｅ2＝0.5Ｅ1ｍａｘ＋Ｅ2。通过在时刻t3至时刻t4的较短的时间内，将第1能量变更器的损失增大到其最大值以下、例如0.9Ｅ1ｍａｘ为止，由此能将第1能量变更器的衰减量Δｅ1与第2能量变更器3的衰减量Δｅ2的总和值增加到0.9Ｅ1ｍａｘ＋Ｅ2，使粒子射线的能量减小0.4Ｅ1ｍａｘ。接下来，在到时刻t5为止的期间内，保持Δｅ1＋Δｅ2＝0.9Ｅ1ｍａｘ＋Ｅ2，并对第1能量变更器2及第2能量变更器3的衰减量进行控制，以使得在时刻t5第1能量变更器2的衰减量变为0.5Ｅ1ｍａｘ。

由此，通过以第1能量变更器2的衰减量的最大值的1/2为中心来改变第1能量变更器2，由此能以第1能量变更器2的衰减量的最大值的1/2为限度、高速地增大/减小粒子射线的能量。即，优选为，在开始高速地改变能量时，第1能量变更器2的衰减量为第1能量变更器2的衰减量的最大值的1/2。其中，也可通过粒子射线的能量变更的模式，将下一次能量变更的差分考虑在内以确定第1能量变更器2的衰减量的变更量，而不是以第1能量变更器2的最大值的1/2为中心来对其衰减量进行变更。

如上所述，在实施方式1的粒子射线能量变更装置中，将第1能量变更器2的衰减量的最大值设定成小于第2能量变更器3的衰减量的最大值，因此，即使质量相对较大、且不适合高速移动的第2能量变更器3不进行高速动作，也能高速地改变粒子射线的能量以进行照射。由此，由于无需使质量较大的第2能量变更器3进行高速的动作，因此，能够抑制机械的高速移动，而是安静地改变能量，并能缩短粒子射线照射的总时间。另外，在进行使通过粒子射线能量变更装置后的粒子射线的能量为恒定值的控制时，进行置换控制，由此在第1能量变更器2的衰减量与第2能量变更器3的衰减量之间交替地置换衰减量，因此，能够在能量变更时更高速地变更能量。

实施方式2

图4是表示本发明的实施方式2的粒子射线能量变更装置的结构的框图。图4中，与图1相同的标号表示相同或相当的部分。图4中，偏转器23由偏转器用电源24所驱动的电磁铁等来构成，该偏转器23用于改变所入射的粒子射线1的前进方向。通过利用偏转器23来改变粒子射线1的前进方向，由此使通过楔形的楔块等具有不同厚度部的能量衰减元件22的粒子射线的位置发生变化，从而对施加给粒子射线1的能量衰减量进行变更。

本实施方式2的粒子射线射束能量变更装置对其衰减量的变更的基本动作与上述实施方式1中的粒子射线能量变更装置相同。不同点在于，第1能量变更器2由偏转器23、偏转器用电源24以及能量衰减元件22来构成。通过接收能量变更指令部12的能量变更指令，并由偏转器用电源24改变偏转器23的励磁量，从而使粒子射线1的轨道移动，对能量衰减元件22中的粒子射线的通过位置进行变更，从而高速地改变能量衰减量。此后，开始以经过能量变更后的粒子射线能量来进行粒子射线的照射。在照射过程中，第2能量变更器3由第2能量变更控制器31来控制，其厚度增大，另一方面，通过利用第1能力偏转控制器21的指令来改变偏转器23的励磁量，从而将粒子射线1控制成通过能量衰减元件22上更薄的位置。此时，利用能量偏转置换控制器10的指令，将第1能量变更器2的衰减量与第2能量变更器3的衰减量之和控制成恒定值。由此，在以恒定的能量来进行照射的过程中，将第1能量变更器2的衰减量置换成第2能量变更器3的衰减量。

本实施方式2所具有的新效果在于，由于第1能量变更器2由偏转器23以及具有渐变的厚度的能量衰减元件22来构成，因此，无需进行机械性的移动，只要通过电磁操作就能够高速地改变第1能量变更器2的能量衰减量。其结果是，能够以更高的速度来改变粒子射线的能量，从而照射出粒子射线。由于无需对第1能量变更器2进行高速的机械控制，因此，能减小噪音，并提高可靠性。

实施方式3

图5是表示本发明的实施方式3的粒子射线能量变更装置的结构的框图。图5中，与图1和图4相同的标号表示相同或相当的部分。本实施方式3与实施方式2的不同点在于，偏转器23以使粒子射线的轨道平行移动的方式来构成。即，改变入射到第1偏转器231中的粒子射线1的前进方向。此后，利用第2偏转器232将粒子射线的轨道恢复至与入射至偏转器23中的粒子射线的前进方向平行的轨道。偏转器用电源241基于来自第1能量变更控制器21的指令，对第1偏转器231及第2偏转器232进行控制，以使得粒子射线1通过能量衰减元件22上具有规定厚度的部分。在相对于原先的轨道作平行移动的粒子射线通过能量变更元件22之后，通过第2能量变更器3。此后，利用由轨道修正用第1偏转器233及轨道修正用第2偏转器234所构成的轨道修正用偏转器20，进行与偏转器23反向的轨道修正，将从轨道修正用偏转器20射出的粒子射线11的轨道恢复到入射至第1能量变更器2中的粒子射线1的轨道的延长线上的轨道。

本实施方式3所具有的新效果在于，能够将粒子射线始终保持在相同角度，同时还能够仅对其能量进行高速的变更，因此，能够进行高精度的能量变更。另外，从粒子射线能量变更装置射出的粒子射线11的轨道不发生变化，因此，能够防止照射精度下降。

此外，在图5所示的实施方式3中，优选将第1能量变更器2的构成要素、即能量衰减元件22及偏转器23配置在粒子射线的传输路径中、粒子射线的轨道与粒子射线的能量的相关系数（在粒子射线加速器领域中称之为η）较小的位置上。通过如此配置，例如，即使在入射到第1能量变更器2的粒子射线1的能量发生稍许变动的情况下，粒子射线1的入射轨道也不会发生较大的偏离，仅通过偏转器23的控制来确定移动后粒子射线的位置，并将粒子射线入射到能量衰减元件22上、与指令相对应的位置。其结果是，即使在粒子射线1的能量发生稍许变动的情况下，也能按照计划使第1能量变更器2对粒子射线1的能量进行变更。由此，能够进行精度更高的能量变更。

实施方式4

图6是表示本发明的实施方式4的粒子射线能量变更装置的结构的框图。图6中，与图1、图4及图5相同的标号表示相同或相当的部分。本实施方式4是将水等液体用作能量变更器的衰减体的实施方式。第1能量变更器2由收纳有水等液体的容器201、以及位于该容器两侧的粒子射线的进出板202及203来构成。由容器201与进出板202及203所包围的区域被水等使粒子射线衰减的液体灌满。这里，容器201由可发生形变的材料来形成。通过使液体厚度调节器204来改变进出板202与203的间隔，从而改变粒子射线通过的区域的厚度，实现施加给粒子射线的衰减量。另外，第2能量变更器3也同样，由收纳有水等液体的容器301、以及位于该容器两侧的粒子射线的进出板302及303来构成，由液体厚度调节器304来改变进出板302与303的间隔。

本实施方式4中，能量变更装置改变衰减量的动作基本与实施方式1相同。不同之处在于，第1能量变更器2及第2能量变更器3对衰减量的变更并不通过移动楔形物来实现，而是通过改变液体的厚度来实现。与第1能量变更器2相对应的容器201的最大高度低于与第2能量变更器3相对应的容器301的最大高度，也就是说，第1能量变更器2的衰减量的最大值小于第2能量变更器3的衰减的最大值，第1能量变更器2能够更高速地改变厚度。

本实施方式4所具有的新效果在于，与楔形板相比，能够更小型地构成能量变更器。上述说明中，通过改变进出板202与203的间隔、或进出板302与303的间隔，来改变液体的能量衰减体的厚度。此外，将水等液体收纳于像橡胶这样具有弹性的容器中，并通过改变压力来改变所填充的液体的厚度，由此来改变粒子射线所通过的部分的厚度，这样，也能获得与上述相同的效果。

实施方式5

图7是表示本发明的实施方式5的粒子射线能量变更装置的框图。本实施方式5是生成给予第1能量变更控制器21及第2能量变更控制器31的指令值的实施方式。从能量变更指令部12将例如施加给粒子射线1的能量衰减量的时间变化的数据发送至能量变更置换控制器100。能量变更置换控制器100由分频部101及指令值转换部102来构成。

图8示出了实施方式5中的分频部101的框图。从能量变更指令部12发出的能量衰减量目标值是按时间序列、排列有与时间相对应的目标衰减量的数据。即，衰减量目标值例如是如图8左侧所示的时间序列信号。该衰减量目标值是反复进行如下动作来进行照射的示例，即、在一定时间内连续照射规定的能量之后，改变能量在一定时间内进行连续照射。为了对该衰减量目标值获取到第1能量变更器2及第2能量变更器3的衰减量指令值，将第1能量变更器2及第2能量变更器3的特性考虑在内并进行如下动作。

利用滤波器，将作为分频部101的输入即图8左侧所示的衰减量目标值的信号分离成第1能量变更器2用的信号以及第2能量变更器3用的信号。由于第1能量变更器2小型且高速，并具有更高频的响应特性，因此，使其应对衰减量目标值的高频分量等。第2能量变更器3大型且能量变更宽度大，其具有较低频的响应特性，因此，使其应对低频分量等。图8示出了利用滤波器来分离衰减量目标值的信号的情况。这里，第1能量变更器2与第2能量变更器3的目标总衰减量必须是最初所计划的值。因此，如图8所示，这里所用的滤波器使用互补的（Ｆ（ｓ）＋Ｇ（ｓ）＝1）的滤波器。

图8中的（ｓ）是第2能量变更器3用的滤波器、即低通滤波器103，Ｇ（ｓ）（＝1－Ｆ（ｓ））是第1能量变更器2用的滤波器，即高通滤波器104。由这些滤波器所分离出的衰减量目标值的信号是图8右侧所示的两个信号。另外，也可以仅设置低通滤波器103，而不设置高通滤波器，从而利用低通滤波器103从作为输入信号的衰减量目标值的信号中分离出低频分量的信号，并通过利用运算器减去该低频分量的信号以获得高频分量。相反地，也可以仅设置高通滤波器，而不设置低通滤波器，从而利用高通滤波器从作为输入信号的衰减量目标值的信号中分离出高频分量的信号，并通过减去该高频分量的信号来获得低频分量。

在指令值转换部102中，输出与各个能量变更器的驱动单元相对应的指令值，并对第1能量变更器2及第2能量变更器3进行控制，以使得各个能量变更器的衰减量变为各个衰减量目标值的指令值。通过采用上述结构，能够根据从能量变更指令部12发出的衰减量目标值的时间序列变化的数据，自动地生成用于对第1能量变更器2及第2能量变更器3进行控制的信号，并且结构简单。

实施方式6

图9是表示使用本发明的粒子射线能量变更装置的粒子射线治疗装置的结构的框图。从加速器51射出的粒子射线1通过粒子射线传输系统52并由粒子射线能量变更装置50进行能量变更。经能量变更后的粒子射线11被粒子射线装置53照射至被照射体55。这里，被照射体55是癌变部位等人体患部，加速器51、粒子射线能量变更装置50、粒子射线照射装置53等由来自治疗计划装置54的指示来进行控制，根据患部的形状，在三维区域中形成粒子射线的剂量分布。

若改变照射至被照射体55的粒子射线的能量，则布拉格峰值的位置发生变化，因此，通过改变粒子射线的能量来照射被照射体55，则能在三维区域中形成所计划的剂量分布。该能量变更通过粒子射线能量变更装置50的能量变更动作来实现。具体而言，利用实施方式1至实施方式5中任一个粒子射线能量变更装置来改变粒子射线的能量，并照射至被照射体55。通过使用本发明的粒子射线能量变更装置，从而能以低噪声且高速地改变粒子射线的能量，因此，能够实现安静且照射时间较短的粒子射线治疗装置。

实施方式7

在粒子射线治疗装置等中，在照射过程中，伴随着呼吸运动等，目标可能会周期性地进行运动。此时，为了按计划准确地将粒子射线照射到目标的规定位置，可能要稍许偏离所计划的能量值，并照射出具有经修正后的能量的粒子射线。另外，呼吸运动在一定期间内周期性地出现。因此，通过与该周期性的呼吸运动同步地调节粒子射线的能量，能够按照计划将粒子射线照射到所规定的患部位置。在本实施方式7中，在实施方式1至实施方式5所说明的置换控制的基础上，对运动速度相对较快的第1能量变更器2进行叠加衰减量的变化的控制，从而与上述周期性运动相同步地对能量进行修正。由此，即使在患部产生周期性的位置变动，也能够得到高精度地将粒子射线照射到所计划的位置上的效果。

另外，有时粒子射线的能量本身具有可预测的变动。作为可预测的变动的示例，例如为从加速器射出的粒子射线能量具有周期性的变动。在实施方式1至实施方式5所说明的置换控制的基础上，对运动速度相对较快的第1能量变更器2进行叠加衰减量的变化的控制，以对上述可预测的能量变动进行修正以减少能量变动。由此，能按照计划将粒子射线照射到患部等，而不受到粒子射线的可预测的能量变动的影响。其结果是，具有能以更高的精度进行照射的效果。

如上所述，在需要对粒子射线能量进行修正的情况下，通过利用能更高速地改变衰减量的第1能量变更器2来进行该修正，从而能进行高精度的照射。

标号说明

1：粒子射线

2：第1能量变更器

3：第2能量变更器

10、100：能量变更置换控制器

11：能量变更后的粒子射线

12：能量变更指令部

101：分频部

Claims (6)

1.一种粒子射线能量变更装置，通过改变使粒子射线的能量衰减的衰减体的厚度，从而将对所通过的粒子射线的能量进行变更的第1能量变更器及第2能量变更器配置成使所述粒子射线通过所述第1能量变更器及所述第2能量变更器，并且将所述第1能量变更器的衰减量的最大值设定成小于所述第2能量变更器的衰减量的最大值，所述粒子射线能量变更装置具有：对所述第1能量变更器进行控制的第1能量变更控制器；对所述第2能量变更器进行控制的第2能量变更控制器；以及能量变更置换控制器，向所述第1能量变更控制器及所述第2能量变更控制器发出指令，其特征在于，

所述能量变更置换控制器发出指令，从而使得所述第1能量变更控制器及所述第2能量变更控制器在进行使所述粒子射线的能量变更的控制时，至少使所述第1能量变更器的衰减量发生变化，从而进行改变所述粒子射线的能量的控制，并且，在进行使通过所述粒子射线能量变更装置后的所述粒子射线的能量为恒定的控制时，使所述第1能量变更器的衰减量变化，并使所述第2能量变更器的衰减量变化，并进行置换控制，以在所述第1能量变更器的衰减量与所述第2能量变更器的衰减量之间交替地置换衰减量，从而使得所述第1能量变更器的衰减量与所述第2能量变更器的衰减量之和的总衰减量不发生变化。

2.如权利要求1所述的粒子射线能量变更装置，其特征在于，

使所述第1能量变更器的衰减量发生变化的速度的最大值要大于使所述第2能量变更器的衰减量发生变化的速度的最大值。

3.如权利要求1所述的粒子射线能量变更装置，其特征在于，

施加给所述粒子射线的衰减量目标值由时间序列衰减量目标值数据来提供，

基于对所述时间序列衰减量目标值数据进行分频后得到的两个数据，生成所述第1能量变更器与所述第2能量变更器的指令值。

4.如权利要求1所述的粒子射线能量变更装置，其特征在于，

通过改变所述第1能量变更器的衰减量来进行对所述粒子射线的能量的修正。

5.一种粒子射线治疗装置，其特征在于，

具备权利要求1至权利要求4中任一项所述的粒子射线能量变更装置。

6.一种粒子射线能量变更方法，通过改变使粒子射线的能量衰减的衰减体的厚度，从而利用使所通过的粒子射线的能量发生变化的第1能量变更器、以及衰减量的最大值大于该第1能量变更器的衰减量的最大值的第2能量变更器，对粒子射线的能量进行变更，其特征在于，

在进行改变所述粒子射线的能量的控制时，至少使所述第1能量变更器的衰减量发生变化，从而改变所述粒子射线的能量，

在进行使通过所述第1能量变更器及所述第2能量变更器后的所述粒子射线的能量为恒定的控制时，使所述第1能量变更器的衰减量发生变化，并使所述第2能量变更器的衰减量发生变化，在所述第1能量变更器的衰减量与所述第2能量变更器的衰减量之间交替地置换衰减量，从而使得所述第1能量变更器的衰减量与所述第2能量变更器的衰减量之和的总衰减量不发生变化。